基于单片机的家用无线火灾报警系统设计

余震

（江苏省常州技师学院，江苏常州，213000）

0 引言

对于传统火灾报警系统，主要选用基于总线制的开关式预警方案，通过利用有线方式，报警模块、检测模块能够对信号进行传输，布线是非常复杂的，在出现火灾时，极易出现连接线损坏问题，而在对环境信息进行采集时，常常会对单一传感器进行选用，进而常常会出现漏报、误报火灾现象。在当前时期，因为火灾报警系统的价格非常偏高，所以安装火灾报警系统的普通家庭并不多。

在对住宅环境信息进行采集时，笔者主要对传感器进行选用，通过利用无线数据传输技术，对信息进行传输，进而能够对传统火灾报警系统的技术缺陷进行有效避免。在家用无线火灾报警系统中，不但对传统的声光报警电路进行选用，而且还对GSM模块进行了集成，通过移动网络，可以向用户发送家庭的火灾信息，针对用户的损失，能够最大程度的对其进行降低。基于单片机的家用无线火灾报警系统，能够使足普通家庭对火灾防范的需求进行有效满足。

1 总体方案设计

针对基于单片机的家用智能无线火灾报警系统，它的主要结构大致能够划分为两大类，即:其一，住宅环境信息采集部分，包括Nrf 2 4L01无线信息传输模块、AT89C52单片机、MQ-2离子式烟雾传感器等；其二，火灾报警部分，包括GSM报警模块、GSM报警模块、声光报警电路、Nrf24L01无线信息接收模块等。针对住宅环境中出现的不正常的烟雾信息、温度信息，当住宅信息采集部分将其采集到时，则在无线发送模块作用下，信息便会被传输至火灾报警部分内，而在对不正常信号接收到以后，火灾报警部分便会对GSM短信报警、声光报警进行启动。其中，家用无线火灾报警系统的工作原理，如图1所示。

图1 家用无线火灾报警系统的工作原理

2 系统硬件的设计

2.1 单片机连接电路和传感器的设计

传统火灾报警器主要对单一传感器进行选用，极易出现漏报、误报火灾灾情问题，为能够对其进行有效解决，在本次设计中，主要对MQ-2离子式烟雾传感器、DS18B20数字温度传感器进行选用，同时对住宅环境的烟雾信息、温度信息进行采集。其中，对于DS18B20，它属于单总线类型，在相同集成电路中，能够集成全部转换电路、传感元件，一条数据线能够连接DS18B20和单片机，接口并不复杂，安装5V驱动电压，通过对数据线进行利用，以实现电的供应，分辨率是0.5℃，-55 -175℃是温度的测量范围，火灾测量的需求是绝对能够满足的。MQ-2具有多种特点，如便于使用、反应非常灵敏、价格不高等。在对烟雾探测到时，MQ-2内部便会出现电压，烟雾浓度和电压属于正比关系，将电压作为主要依据，能够对烟雾浓度进行计算出来。MQ-2传感器中输出的电压是一种模拟电压，只有A/D对其进行有效转换为数字电压后，控制芯片才能够对其进行成功识别和有效处理，其中，ADC08320是主要选用的模数转换芯片。针对单片机的P2.5引脚，温度传感器的数据引脚能够对其进行直接连接。对于MQ-2所采集到的模拟信号，只有ADC0832模数转换芯片将其进行转换为数字信号之后，才能够向单片机内进行传输。

2.2 单片机连接电路、接收模块、无线发送的设计

在家用无线火灾报警系统中，为对信息进行传输，主要对基于Nrf24L01芯片的无线通信模块进行选用，装有3V工作电压，在掉电模式中，电流值是900 uA；在待机模式中，电流值是22 uA；主要对2.4GHz的ISM频段进行选用，2 Mbps是最高工作速率，能够有效调整高效信息，具有非常强的抗干扰能力，能够对单片机进行直接连接，进而能够正常使用。

单片机、接收模块、无线发射三者进行连接时，应将拉电阻安装在电路中，这样才能够对因电压过高而使无线模块烧毁现象进行有效预防。在连接环境检测控制单片机U1和无线发射模块时，应有效连接单片机的PO口和模块的引脚；在连接报警控制单片机U2和无线接收模块时，应连接P1口和模块的引脚。

2.3 声光报警电路的设计

NPNl晶体管、双LED灯、蜂鸣器共同构成声光报警电路。针对有住宅环境检测部分单片机所传输的火灾信息，在火灾报警部分的单片机对其接收以后，声光报警电路的P0.0引脚置位，在报警部分主控单片机作用下，便会变为低电平，同时能够导通NPN晶体管，LED报警灯开始发亮，蜂鸣器便会进行报警。

2.4 单片机连接电路和GSM报警模块的设计

在系统短信报警平台中，主要运用TC35 GSM通信模块。将RS232通用串行接口置入TC35中，进而能够和单片机共同实现数据的通信，安有5V的工作电压。设有1 800 MHz数据传输频段，在其正常进行工作时，会出现1W功耗；设有900 MHz数据传输频段，在其正常进行工作时，会出现2W功耗。在对AT命令进行使用以后，通信模块能够接收、发送指令和数据，针对PDU、Text两种格式的短消息，对其能够进行有效支持，当系统需要进行重新启动或者通信出现故障时，通过对AT命令进行使用，便能够对有关操作进行完成。通过MAX232接口，单片机和GSM模块能够实现有效连接。针对通信模块发送的信息，通过TXD引脚、 RXD引脚，单片机便能够对信息进行有效控制。

2.5 输入显示电路的设计

将输入键盘、显示屏加入到连接电路内，能够对有关参数显示检测信息进行有效更改。为能够对传感器的闭值进行有效调节，将5个按键接入到检测模块单片机的P2.0-P2.4这5个引脚。为能够对检测信息进行显示出来，应在显示屏中接入单片机的P0口。为能够对烟雾浓度信息、温度信息显示出来，将单片机的P1口接至串口显示屏。为能够将短信通知号码输入到系统内，将矩阵键盘接至报警模块单片机的P2.0-P2.7引脚。

3 系统软件设计

3.1 环境信息检测软件的设计

在运用单片机以前，应先对其进行初始化操作，同时对所有传感器的闭值进行预先设置，在将传感器传来的信息予以接收以后，和闭值必须比较，假如单片机高于闭值，应在火灾报警部分，对异常信息进行无线传输。

3.2 报警软件的设计

针对若火灾报警部分，一旦对不正常信息进行接收，这便表明住宅中出现火灾，针对GSM短信报警信号、声光报警信号，火灾报警部分的主控单片机便会对其进行有效控制，信息接收方和发送方均能够对指令进行有效解码，以对信息进行获取。通过对PDU模式进行运用，能够有效编码发送短信、接收短信。然后运用PDU格式，能够向接收方传输编码。

4 小结

将温度传感器闭值设为12℃，烟雾传感器浓度电压闭值设为2.5V。针对火灾温度，运用打火机的火焰温度进行模拟；针对烟雾，运用打火机的燃气进行模拟。在温度传感器被火焰进行接近，或者烟雾传感器被燃气进行接近时，短信报警信号、声光报警信号便会出系统中快速发出。通过有效测试，系统具有非常灵敏的反映，能够进行长约80米的无线传输，可以使普通家庭对火灾防范的需求进行有效满足。和传统火灾报警系统比较，基于单片机的家用无线火灾报警系统，通过对多个传感器进行运用，能够对环境信息进行采集，对误报率进行有效降低，可以对火灾信息黄金线快速传输，同时，这种系统的使用、推广的价值是非常高的。

参考文献

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