基于STC89C52单片机控制的智能灭火系统设计

朱贵宪

摘要：该文以STC89C52单片机为主控芯片，从硬件和软件两个方面设计了一款智能灭火系统，系统以MQ-2烟雾传感器为探测器件，对室内烟雾进行数据采集，单片机对采集数据进行取样分析后，驱动步进电机所带动的洒水喷头对着火区域喷淋，实现系统对着火区域快速识别，快速熄灭的目的。

关键词：智能灭火系统；单片机；步进电机；烟雾传感器

1背景

针对目前火灾易发高发态势，尤其是高层建筑着火给人们的生命财产带来的严重危害，本文设计了一款智能灭火系统，可应用于家庭厨房、各类型仓库（不适用于油库）、电动自行车充电房等易发火灾的地方，系统基于单片机智能控制，对于着火点能及时发现，及时扑灭，本设计力求稳定可靠，结构简单，安装方便，灭火效果好。

2系统主要构成框图及工作原理

如图1所示，系统主要由单片机模块，电源模块，烟雾传感器模块，电磁阀模块，电机驱动电路，步进电机组成。烟雾传感器模块探测到因火灾造成烟雾超限后，发信号给单片机，单片机接收到该信号后，首先启动电磁阀，打开水管，然后发驱动信号控制步進电机旋转，电机下方安装有联动杆，联动杆上安装有洒水管，对着火区域进行反复喷淋，直到熄灭，等着火区域火源彻底熄灭后，关闭电磁阀，灭火工作完成。

3系统硬件设计

3.1单片机选型

系统选用宏晶科技公司生产的STC89C52单片机作为控制核心，并由其构成单片机最小系统，STC89C52使用经典的MCS-51内核，片内带有8KB的Flash ROM和512B的RAM，32个通用I/O口，1个全双工的串行接口，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），集成看门狗定时器和MAX810复位电路，工作频率范围0-40MHz，工作电压范围5.5V-3.3V。

3.2烟雾传感器模块

系统采用MQ-2烟雾传感器作为区域环境监测模块，MQ-2烟雾传感器是具备较高灵敏度、性能稳定、长寿命、低成本的传感器，可用于监测火灾和燃气泄漏，传感器内部采用的气敏材料是二氧化锡，其在清洁空气中电导率较低，当有火灾发生时，空气中会出现较浓的烟雾，致使传感器的电导率变大，使用简单的电路可将电导率的变化转换成与气体浓度向对应的输出信号，MQ-2烟雾传感器对可燃气体及烟雾的检测范围约为300-10000ppm。烟雾传感器集成模块如图2所示，模块内集成了MQ-2烟雾传感器和LM393电压比较器，共有4个输出端口，VCC接5V电源正极，GND接电源负极，AOUT为模拟电压输出端，DOUT为TTL高低电平输出端，此外，传感器模块上安装有电位器，可以针对TTL输出灵敏度进行调节，TTL输出有效信号为低电平，系统选择该模块的数字量输出端DOUT与单片机的P1.6端口直接相连，通过单片机来检测DOUT端口的高低电平来判断环境气体的浓度是否超限，当气体浓度超过设定阈值时，DOUT口输出低电平并把它送到单片机的P1.6口。

3.3电磁阀工作模块

如图3所示，单片机P0.6端口输出为低电平时，光电耦合器PC817输入端接通，发光二极管发光，从而使PC817的输出端接通，为电磁阀通电，电磁阀选用直动式水用电磁阀，工作电压为24伏直流电压，工作原理为：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开流体通过，可以对着火区域进行喷淋；等到着火点熄灭后，电磁阀断电，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭流体不能通过，喷淋过程结束。

3.4步进电机驱动电路

单片机直接输出的脉冲不足以驱动电机正常工作，所以需要ULN2003给步进电机提供驱动信号来驱动步进电机正常工作，ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适用于要求高速大功率驱动的系统，ULN2003有16个引脚，7个输入引脚，7个输出引脚，1个GND端，1个COM端，其连线如图4所示，由单片机P1端口的P1.0-P1.3输出的驱动信号，分别与驱动芯片ULN2003的1-4脚相连，ULN2003的输出接24V步进电机，步进电机的作用是带动洒水管道对着火区域进行环绕喷淋，为了避免水管缠绕，可以控制步进电机反复进行较小角度的旋转，工作过程如图5所示，先正向旋转180度，然后再逆向旋转180度回到初始点。

4系统软件设计

系统主程序流程图如图6所示：在程序开始运行后，首先通过调用烟雾子程序来判断是否有火灾发生，如果有火灾发生，那么单片机发出指令信号，打开水管上的电磁阀，调用电机驱动模块子程序，驱动步进电机带动的水管转动到着火区域，然后对着火区域进行喷淋，直到明火全部被熄灭、烟雾消散为止。

烟雾传感器子程序流程图如图7所示：程序开始运行后，烟雾传感器模块首先要对室内烟雾浓度进行数据采集，经过A/D转换等数据处理后，向单片机输出数据，只有烟雾浓度达到设定的上限值时（本系统设置的报警阈值为300ppm），单片机才能发出指令驱动电机进行下一步的灭火工作。

电机驱动模块子程序如图8所示，当火灾发生时，烟雾传感器探测到烟雾超限，单片机发指令信号，打开电磁阀，水管中有水流出，在步进电机的带动下，先正向旋转180度，然后再反向旋转180度，通过烟雾传感器采集的数据来判断火源是否被熄灭，如果熄灭，则关闭电磁阀，否则，步进电机带动水管继续洒水，直到火源熄灭或烟雾传感器的探测数据不超限为止。

5结束语

系统以STC89C52单片机为控制核心，以MQ-2烟雾传感器模块为检测器件，以步进电机驱动的洒水管道作为灭火机构，改变了过去火灾报警系统只能报警，不能自行灭火的缺点，实现了对火灾事故及早发现，快速扑灭的目的，有效地保护了人民的财产和人身安全，经测试，本系统稳定可靠，成本低廉，安装方便，比较适用于高层建筑、易燃仓库等场所。