禁烟警示器系统设计

李卫兵，于 京，朱恭生

（北京电子科技职业学院 北京100176）

禁烟警示器系统设计

李卫兵，于 京，朱恭生

（北京电子科技职业学院 北京100176）

国家和地方相继出台了控烟条例，为了辅助监控与警示，基于GP2Y1010AU灰尘传感器，设计了香烟烟雾探测与语音警示电路，当探测到一定浓度的香烟烟雾时，进行语音警示并LED警示灯闪烁提醒，香烟烟雾报警阈值可在0～500 μg/m3范围内改变，以调节系统的灵敏度，达到了公共场合禁止吸烟警示的效果，以MQ-2烟雾传感器探测燃烧烟雾，具有火灾报警作用。

香烟烟雾探测；PM2.5检测；语音播报；液晶显示；阈值调节

国家在2015年出台了《中华人民共和国公共场所控制吸烟条例》，北京市、上海市、杭州市等19个省市也修订和出台了控制吸烟条例[1-2]，但仍然有部分人改不掉公共场合吸烟的习惯，而相应执法力量不足，存在公共场合吸烟情况，损害大部分人的利益。现有建筑物内的烟雾探测电路一般采用离子型、光电型、激光型烟感探测器，用于探测火灾烟雾，进行火灾报警[3-7]，这些探测器要求烟雾浓度足够高时才能输出报警信号，对于检测香烟烟雾灵敏度不够，无法实现香烟烟雾探测功能。本文采用灰尘传感器探测香烟烟雾，设计了一款烟感警示器，灵敏度高，响应快，当探测到香烟烟雾超过设定阈值时，系统就会触发进行声光报警，同时语音警示“公共场合，禁止吸烟”或者播报其他警示语音，起到辅助监督警示作用。

1 系统整体设计方案

系统整体设计方案如图1所示，以AT89S52单片机为控制核心，香烟烟雾/PM2.5探测模块采用夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器，信号经AD转换后送控制器处理，并通过1602液晶显示PM2.5值，控制器设置香烟烟雾报警阈值并可通过浓度阈值调节模块调节器灵敏度，当检测到香烟烟雾时，触发语音模块并经功放模块驱动发出语音警示，火灾烟雾探测模块采用MQ-2传感器。

图1 系统整体设计方案

2 电路设计

2.1 香烟烟雾/PM2.5探测电路

采用夏普公司的GP2Y1010AU光学浓度检测传感器，此传感器内部成对角分布的红外发光管和光电晶体管，检测空气中的尘埃所反射的光，经光电转换电路，依靠输出脉冲的值来判断颗粒浓度[8-9]。GP2Y1010AU0F内部结构及引脚如图2所示，3脚为红外发光管驱动信号，要求输入周期为10 ms，输入脉冲宽度为0.32 ms的脉冲信号，5脚为输出信号端，需要对应输入信号高脉冲计时0.28 ms时读取输出电压值，对应输出电压和浓度关系可读出PM2.5浓度值。

图2 GP2Y1010AU0F内部结构

GP2Y1010AU外部接线图如图3所示。电源Vcc通过电阻R2和C4给传感器供电，晶体管Q1用于增加传感器3脚的驱动能力，由AT89S52单片机的P3.1口驱动，5脚为输出信号，接 AD转换器ADC0832的CH0输入端。

图3 GP2Y1010AU外部接线图

2.2 AD转换电路

采用8位串行AD转换器ADC0832，双通道A/ D转换，工作频率为250 kHz，转换时间为32 μs，8引脚结构[10-11]。1脚为片选使能，低电平芯片使能，2脚CH0模拟输入通道0，3脚CH1模拟输入通道1，5脚DI数据信号输入，选择通道控制，6脚DO数据信号输出，转换数据输出，由于DO端与DI端在通信时不同时使用且单片机的接口是双向的，可以将DO和DI并联在一根数据线上使用，7脚CLK芯片时钟输入，脚Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用），ADC0832转换电路如图4所示。

图4 ADC0832转换电路

2.3 MQ-2烟雾探测电路

MQ-2气体传感器可用于可燃气体、烟雾等的探测，灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单[12-13]。MQ-2可燃气体及烟雾探测电路如图5所示，传感器输出信号通过电压比较器LM393比较输出，电位器RP设定比较阈值，当传感器探测到烟雾超过一定浓度时，LM393输出低电平，LED发光二极管点亮警示。

2.4 语音警示电路

采用上海奔流电子有限公司的BMP5008语音录放板，配备了专用录音控制芯片BLR3808，外加SPI接口的NOR FLASH的设计，通过外挂不同容量的FLASH，可以获得从30秒～32分钟的录音容量，录音信息掉电后不会丢失，板上自带稳压电路，支持5～6 V电压直接输入[14]，自行录制禁烟警示语“公共场合 禁止吸烟”，由于BLR3808内置功放为0.5 W，输出功率不足以在公共场合起到警示作用，所以另行设计了25 W功放电路。

图5 MQ-2烟雾探测电路

2.5 功放电路

采用TI公司TPA3116功放集成电路[15]，6～25 V直流单电源供电，在不使用外部散热器的情况下在双层PCB上可提供2×30 W/8 Ω的功率双声道输出。集成了具有错误报告功能的自保护电路，其中包括过压、欠压、过热、直流检测和短路等保护。TPA3116D2高级振荡器/PLL电路采用多开关频率选项，抑制AM干扰。

2.6 继电器控制模块

由于功放电路功率比较大，采用12 V供电，为了与语音电路5 V供电电路信号传输，采用光电耦合继电器控制电路[16]控制功放电路电源工作，达到控制信号和被控信号的电气隔离。电路如图6所示。

图6 光电耦合继电器模块

2.7 液晶显示电路

采用1602液晶显示，电路图如图7所示。

图7 1602液晶电路

3 系统主流程图

系统主流程图如图8所示。

4 结 论

系统以AT89S52单片机为控制核心，以夏普GP2Y1010AU0F灰尘传感器采用光学原理同时探测香烟烟雾和PM2.5值，灵敏度高，响应快，以8位AD转换器ADC0832将模拟的电压信号转换为数字信号，经单片机处理运算得出浓度值，通过1602液晶实时显示，根据探测的香烟烟雾浓度，通过BMP5008语音录放板进行语音警示并LED警示灯闪烁提醒，香烟烟雾报警阈值可通过按键进行调整，以达到公共场合禁止吸烟的警示的目的，系统以MQ-2烟雾传感器探测燃烧烟雾，同时具有火灾报警功能。

图8 系统主流程图

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Design of anti-smoking warning indicator system

LI Wei-bing，YU Jing，ZHU Gong-sheng
（Beijing Polytechnic，Beijing 100176，China）

National and local successively introduced tobacco-control regulation，in order to assist monitoring and warning，based on GP2Y1010AU dust sensor，design of the smoke detection and voice alarm circuit，when detected a certain concentration of cigarette smoke，voice alarm and LED warning lights flashing warning，Cigarette smoke alarm threshold can change within 0～500 μg/m3range，to adjust the sensitivity of the system，to achieve the effect of smoking is forbidden in public places the alert，MQ-2 smoke sensor detection burning smoke，a fire alarm function.

cigarette smoke detection；PM2.5 detection；voice broadcast；LCD；threshold adjustment

TN98

A

1674－6236（2017）10-0066-03

2016-04-18稿件编号：201604182

北京电子科技职业学院校内课题立项（YYK2016003）

李卫兵（1971—），男，山东滨州人，硕士，副教授。研究方向：电子技术应用、电磁兼容。