基于STM32芯片的楼宇火灾远程自动报警系统

杨彦伟 雒志秀 郑肖宇 亢丽变 方舟

摘要：在我国经济建设高速发展的今天，各种现代化楼宇对火灾自动报警提出了更高的要求。本设计是在STM32为主控芯片的基础上，通过NRF24L01无线收发装置，使LCD1602显示灾情并在同一时刻蜂鸣器响，从而达到远程报警的目的。本次设计是为实现楼宇火灾报警的方便，对保护人身安全和财产安全具有现实意义。

关键词：NRF24L01无线射频收发器，自动报警

中图分类号：TP273

文献标识码：A

DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.024

0 引言

当今社会，火灾问题成为了社会一大安全隐患，而在这其中高楼建筑因为其与人们生活息息相关，倍受人们关注。在我们的生活中有许多家用电器（电视机、电冰箱、空调等）、装潢材料、甚至于我们经常穿的衣服，一不小心都有可能引发高楼建筑起火，严重情况下会导致人员大面积伤亡，造成严重损失。由此可知，火灾远程自动报警系统技术，在高楼建筑中的应用是有光明前景的。

现代社会，无线远程报警系统中是使用烟雾传感器，烟雾传感器将采集的浓度变化传送至控制器，控制器做出相应反应，这一过程同时进行，速度快，以此来实现远程自动报警。传统火灾自动报警由开关量报警器来实现报警，不仅效率低下，而且很可能误报警，产生社会恐慌。无线远程火灾报警与传统火灾报警系统相比较下，可以明显感知：将开关量报警器改为烟雾传感器与单片机的结合，使系统确定火灾发生的数据以及智能化处理更加准确，使错误报警发生的概率降低。在微处理器高速发展的今天，低价位、低功耗、高性能的单片机处处可见。使用单片机以后，更加方便了我们的设计，许多以前必须要硬件来完成的功能，现在可以通过控制软件程序来实现，测量的数据更为准确，硬件部分更好控制，连接电路结构更加简单，增加了电路的可靠性。如今，火灾报警方面新技术发展的越来越快，技术越来越成熟，在整体电路设计不做大调整的前提下，使用更新报警新技术，加入最新的火灾报警新技术，从而改变部分程序，更好的实现系统功能，使火灾报警更加准确，性能更加可靠。

本设计是使用STM32单片机结合NRF24L01无线射频收发技术而开发的报警系统。本文主要针对火灾报警系统中的各个组成部分分别进行介绍。本文设计的火灾远程自动报警系统能有效的防止和减少火灾危害，解决传统的火灾报警系统不能解决的问题，对保护人身安全和财产安全具有实际意义。

1 系统总体功能

本设计主要以STM32单片机作为整个系统的控制中心，通过NRF24L01无线收发模块和烟雾传感器对现场探测进行的实时监测，来控制LCD1602液晶显示器显示安全或危险、蜂鸣器报警和通知消防人员。系统主要由STM32主控芯片模块、烟雾传感器模块、无线收发模块、液晶显示器模块、蜂鸣器模块五部分组成。主控模块主要判断火灾采集烟尘等的浓度作出相应指令，即在液晶显示器上显示灾情，蜂鸣器警示火灾发生；无线收发模块主要让消防部门知晓灾情发生，实现及时报警。具体硬件连接框图如下图1所示。

2 系统硬件设计

设计系统的硬件部分主要由主控芯片、无线收发模块、蜂鸣器、液晶显示器、烟雾传感器五部分组成。系统硬件设计主要包括信息采集部分与信息接受部分、液晶显示与蜂鸣器部分。

2.1 系统硬件部分

1）主控芯片的选取

STM32单片机具有稳定性，低功耗、低成本、程序模块化的特点。其接口较为简单。芯片内部具有可编程FLASH存储器，具有最大的集成度复位电路、低电压检测、调压器、精确的RC振荡器等；简单的结构和易用的工具，并且该款产品被众多工业级别的嵌入式控制系统所采用，为其提供高灵活性和高可靠的工作性能。相对于5 1单片机功能更加强大，实现的功能更多。

2）无线收发模块的选取

NRF24L01具有极低的电流消耗，在发射模式下工作时，当功率为0时，发射的电流与接受的电流都极低。并且在多功率模式（掉电和空闲模式）下更利于节能。可直接与单片机接口连接，外接原件口少方便快捷。在无障碍情况传输距离达到240m。NRF24L01无线射频收发器是工作在2.4GHz频段的。

3）烟雾传感器的选取

烟雾传感器采用低功耗CMOS微处理器；内部采用离子式烟雾传感；光学迷宫；可以感知环境中待测气体的浓度变化，可以单独的测一种气体，排除其他气体，抗干扰能力强；结构设计采用独特的超薄式结构，牢固的同时，降低了成本；烟雾传感器的性能稳定，不容易损坏；使用特殊材料防潮、防尘，在使用情况下避免非因素条件的干扰。

4）液晶显示器的选取

LCD1602液晶显示器具有多种显示形式，例如可以显示数字、字母等。可以识别英文字母、阿拉伯数字、日本片假名。液晶显示器的功耗比其他显示器消耗电量要少得多，价格便宜。LCD1602的显示内容丰富多彩，显示质量高。整体结构设计超薄轻巧，从而使体积减小，制作成本减少，方便操作。在我们所用的单片机中就可见。

5）蜂鸣器的选取

无源蜂鸣器的理想信号是方波，内部没有震荡源，需要驱动的电流才能发生，必须用2K～5K的方波去驱动它。而它程序控制方便，用起来省事，价格便宜，声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果。在一些特例中，可以与LED复用一个控制口。

2.2 系统信息采集与信息接受部分

采集部分：这个部分我们使用烟雾传感器采集环境内的烟雾浓度，烟雾传感器有较好的灵敏度，能有效的检测环境中烟雾的浓度，如二氧化碳、烟尘等的浓度变化，将数据传送至单片机，单片机进行处理，将数值传送到NRF24L01无线发送端，完成信息的采集。正是由于烟雾传感器的高灵敏度，使得我们在刚发生灾情的情况下就可以了解灾情。

接收部分：NRF24L01无线接收端接受来自NRF24L01无线发送端传来的烟雾浓度值，传送至单片机，单片机进行信息处理。在这过程中必须检测数据是否接收，之后进行判断是否达到也报警浓度范围。整个系统在这一过程中都在运行。

这两部分的完成使消防人员可以很快的接受灾情报告，并及时援助。

2.3 液晶显示与蜂鸣器

烟雾传感器采集到的烟雾浓度变化值经单片机判断，若没有达到预设值蜂鸣器不响，LCD1602显示“OK”字样；超过设定范围，进行报警操作，蜂鸣器响，LCD1602显示“Dangerous”。主要实现人员对于环境的实时监控。

3 系统软件设计

3.1 主程序介绍

系统的主程序要完成STM32单片机系统的初始化、设置各模块的程序，调用各个处理子程序，然后转入相应的程序，如延时函数等的调用、数据的采集与处理。在其中，“数据的采集”我们寄存器来判断数据是否接受完成灯，“采集的浓度”我们通过控制电位器阻值来实现，使液晶显示器显示与蜂鸣器响应。系统流程图如图2。

3.2 “亮点应用”24L01的程序介绍

24L01无线收发模块的程序由接收程序与发送程序组成，从而实现信息的发送与传输。首先，要对24L01进行初始化设置，在整个程序中运用到延时函数的调用、寄存器数值的读取、变量的设置等。必须注意的是：在这过程中要检测数据是否接受或发送。

接收程序与发送程序两者具有共同的程序，使编程过程简单了许多。24L01的程序主要包括以下几个：

（1） nrf2401_init（）； （2）nrf_rx_mode（）； （3）uart_init（）； （4）delaylOOms（）；

4 结论

经过单片机的处理，若在设定的范围内，蜂鸣器不响，LCD1602液晶“OK”字样；超过设定范围，进行报警操作，蜂鸣器响，LCD1602液晶显示“Dangerous”字样。基于STM32芯片的火灾远程自动报警系统实现了在火灾发生时，能够正确传送信息，在第一时间通知相关部门灾情情况，实现求援助的功能。使用STM32单片机，经过NRF24L01无线收发模块的信息传输，使整个过程的效率提升，并且提高了楼宇生活的安全系数，人们的生活更加有保障，具有广泛的应用前景。