基于单片机的消防监控预警系统的研究

郭燕

南京理工大学泰州科技学院

基于单片机的消防监控预警系统的研究

郭燕

南京理工大学泰州科技学院

本设计以AT89S52单片机为核心，与MQ-5烟雾传感器、DS18B20温度传感器相结合，能同时监控烟雾浓度、可燃气体浓度、温度三种指标。选用无线传输的方式来实现消防监控预警系统的多点监控，并实现相关参数的显示和及时稳定可靠预报火灾险情。该设计是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的消防监控报警系统，具有一定的实用价值。

单片机；烟雾传感器；温度传感器；消防监控预警

现代社会火灾频频发生，严重威胁社会的安定，消防监控预警系统成为现代建筑中必不可少的一个重要设施。为了能够可靠预报火灾险情，并将火灾扑灭在萌芽状态，最大限度减少生命财产损失，本论文设计了一种智能化消防监控预警系统。以AT89S52单片机为核心，与MQ-5烟雾传感器、DS18B20温度传感器相结合，能同时监控烟雾浓度、可燃气体浓度、温度三种指标。通过无线传输把采集到的信号传送给接收模块，LCD显示器显示采集模块采集到的信息。若是采集到的信息超过预先设定的参数，蜂鸣器响、闪烁灯闪烁以达到报警的目的。

1　整体设计方案

本设计重点在于此消防监控系统能够可靠无误预测到火灾险情，并能显示相关参数且及时报警。基于此设计思想和原则，消防监控预警系统可自动多点采集环境中的烟雾浓度、可燃气体浓度和温度三种指标，并且将采集到的数据传送到控制器进行处理然后与预设定的值进行比较，只要这三种指标中的任意一种超过预先设定值并可实现声报警和光报警。

2　硬件设计

消防监控预警系统的硬件电路主要由控制电路、烟雾监测电路、可燃气体浓度监测电路、温度监测电路、光报警电路、声报警电路、显示电路等组成。选用无线传输的方式来实现消防监控预警系统的多点监控，此设计可以监控一个环境中两个不同位置的烟雾浓度、可燃气体浓度和温度。当消防监控预警系统工作后，主控电路不断通过烟雾监测电路监测当前环境中的烟雾浓度和可燃气体浓度，通过温度监测电路监测当前环境下的温度，然后与预先设定的限值进行比较。如果监测到的值只要有一项超过限值，那么会有光报警和声报警。

主控电路选用可编程的AT89S52单片机，AT89S52单片机是一种低功耗，高性能且自带有8KB可编程Flash存储器的8位CMOS微处理器。AT89S52单片机较8051单片机的里面多了一个8K字节的Flash程序存储器，一个16位的定时器/计数器，一个中断源，还多了128字节内部RAM，并且与8051完全兼容。

烟雾监测电路和可燃气体浓度监测电路均选用MQ-5传感器来制作。MQ-5烟雾传感器是气敏式烟雾传感器，一旦烟雾传感器检测到周围有烟雾或者可燃气体好比丁烷、丙烷、甲烷时，传感器的电导率随着传感器周围可燃气体浓度的增加而变大。通过简单的电路可以把电导率变为与之相对应的输出信号通过ADC0832转换后就可以得到烟雾浓度下的相应电压值，从而可以依据这个设定出理想的烟雾强度报警值。该传感器使用寿命长，制作成本低，只需要基本的驱动电路就可以运行。烟雾浓度监测电路图如图1所示。

图1　烟雾浓度监测电路图

可燃气体浓度检测电路图如图2所示。

图2　可燃气体浓度检测电路图

温度检测电路选用DALLAS公司独特的一线式数字温度传感器DS18B20，该传感器将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等器件做在一个很小的集成电路芯片上，且其信号输出采用单总线结构直接输出温度信号的数字值。这种单总线结构数据传输方式增加了信号的传输距离，抗干扰能力强，电路结构简单，测温效果准确可靠，而且能同时支持多点组网功能，多个DS18B20并联在总线结构上实现多点分布测温［1］。当在-10℃～+85℃的区域内，可确保测量偏差不超过0.5℃，当在-55℃～+125℃的区域内时，偏差也不超过2℃。DS18B20传感器可以用编程来实现9～12位的数字读数手段，而且使用者可以自己设定具有不易丢失性质的报警上下限值。DS18B20传感器的转换速率比较高，进行9位的温度值的转换仅需要93.75ms［2］。温度监测电路图如图3所示。

图3　温度监测电路图

光报警电路是根据单片机所给的电压，决定LED中的电流流动方向来驱动LED发光。当单片机相关引脚为低电平时，LED亮。高电平时，LED灭。

声报警电路是根据单片机输出的高低电平来运行蜂鸣器使其发出声音。当单片机的相应管脚输出为低电平的时候，三极管被导通，电流流过蜂鸣器使蜂鸣器发出报警声。当单片机输出为高电平的时候，三极管被截止，没有电流通过蜂鸣器，于是蜂鸣器被关闭。

3　软件设计

本系统使用编程软件（keiluVision 4）编写程序。编程语言选用C语言来进行程序设计。消防监控预警系统的控制器上的主控芯片采用AT89S52单片机，它的主要功能模块包含：控制I/O端口、逻辑判断处理、驱动外部电路、语音报警和A/D采样等，这些是智能化消防监控预警系统的重点体现［3］。

为了使系统方便修改，消防监控预警系统的软件设计选用是设计程序的方式是模块化，这些模块的作用是运用调用子程序这个手段来实现的。这样使程序有清晰的结构，而且需要扩展程序的时候也非常方便。这个系统主要包括主程序、火灾判断、传输信号和报警子程序，还有火灾数据采集子程序。主程序是循环的，它的流程是：上电后系统的各个部分包含单片机的各个功能模块都将进行初始化，然后进行的是消防报警的数据采集部分，之后开始判断有没有火灾，若没有火灾则返回第一步初始化，如果检测到火灾发生就进行报警程序。

初始化程序实现的功能包括各种I/O输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。它先设置定时器的工作方式，之后再开系统中断来响应中断定时，及时对温度、烟雾和可燃气体浓度进行采样。最后关闭蜂鸣器，打开灯，设置报警上下限初值。

采集数据处理子程序每次收集信号后都要进行对比限定值。未达到限值就返回到初始化状态，达到或超过限值就会进行下一步即发送信号给单片机。采集数据处理子程序流程图如图4所示。

图4　数据处理子程序流程图

4　小结

本消防监控预警系统在检测环境温度时速度快且测温精度准确，检测环境烟雾浓度灵敏度高，能够监测多种可燃气体，在实际应用工作中抗干扰能力强，火灾险情报警稳定可靠，完全满足特殊场消防安全场所的工作需要。同时由于不需要外围芯片与单片机直接接口，硬件电路简单，生产成本低，具有广泛应用前景。

［1］百度文库.DS18B20应用手册［DB/OL］.http：//wenku.baidu. com/view/31f7840e52ea55810a687ef.htm l，2010，11-14

［2］梁一凡.一种实用型智能消防报警器的设计［J］.南方金属，2012，8（187）39-40

［3］吴帆.火灾智能报警控制系统的设计［J］.消防科学与技术，2016，3（35）：383-386.

郭燕（1986-），女，江苏泰州人，汉族，硕士研究生，助教，南京理工大学泰州科技学院，研究方向：通信技术。