基于51单片机火灾报警的设计

张思思　蔡蓉

摘要：目前，随着电子产品在人类生活中的使用越来越广泛，由此引起的火灾也越来越多，在我们生活的四周到处潜伏着火灾隐患。为了避免火灾以及减少火灾造成的损失，我们必须按照“隐患险于明火，防患胜于救灾，责任重于泰山”的概念设计和完善火灾自动报警系统，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度地减少社会财富的损失。设计一款以STC89C52单片机作为报警器的核心控制器，用温度传感器DS18B20和烟雾传感器MQ-2作为火災探测器的火灾报警系统，系统硬件部分采用模块化结构，软件设计采用烟雾浓度分级制，并对温度检测范围设限，且实时监控温度和浓度。该系统实用、抗干扰性强；具有体积小、成本低的特点，能及时发现火灾隐患并报警，在现代智能建筑中也起着极其重要的安全保障作用。

关键词：火灾报警器系统，单片机STC89C52，DS18B20传感器，MQ-2传感器

“火灾”，是指在空间或时间失去控制而燃烧所造成的灾害。随着科技的发展，越来越多的隐患在工业生产和人们的日常生活中产生。各种灾害中，火灾是最经常、最普遍的威胁人身安全和社会发展进步的主要灾害之一。对于火灾，相信大家都很熟悉，随时都可以听到或者看到各种各样的火灾，小则失去钱财，大则家破人亡。火灾的危害性越来越大。实践证明，随着社会和经济的发展，消防工作的重要性也应该越来越突出。由此，火灾报警器在消防工作上的作用也就尤为突出了。

一、目的和意义

生活中因为一些人缺乏火灾安全的防范意识而引起火灾，火灾发生后不能在第一时间就知道情况，最后酿成事故，让原本美满幸福的家庭瞬间毁于一旦。因为火灾一旦发生在家庭，处理不当没有及时报警，就会造成人员的伤亡。对于广大的居民，尤其是独居的老人，无人看护的病人、幼小的儿童等弱势群体在遇到火灾时，逃生能力不强，行动不便，逃生所需时间相对比较长，对他们来说火灾早期的报警，争取了更多的逃生时间或者及时通知了救援人员，避免造成人员的伤亡，显得更加重要。因此可见，让人们学习火灾安全意识，了解家庭火灾的主要起因是一个非常迫切的工作。提前做好预防火灾的工作，能做到未雨绸缪。但是百密有一疏，再好的防预工作都不可能完全杜绝火灾发生，只有利用火灾报警器才能最大程度的减少因为火灾带来的损失或火灾严重事故发生的概率。

二、硬件设计模块设计

火灾报警系统主要用到的是烟雾报警器，烟雾报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器。该报警系统的最基本组成部分应包括：单片机主控电路、温度检测模块、烟雾检测模块、按键控制模块、数码管显示模块、LED指示灯模块、蜂鸣器报警模块、排气扇驱动模块和洒水驱动模块等部分组成。

主要以STC89C52为主控单元；浓度的采集由MQ-2传感器构成；温度的采集由DS18B20构成；温度和浓度值在数码管上显示。同时还添加了报警功能，通过蜂鸣器实现，当温度高于温度设定值时，红灯亮并且蜂鸣器间断报警，当烟雾浓度高于烟雾浓度设定值时，黄灯亮并且蜂鸣器间断报警，当温度和浓度同时高于设定值时，红灯闪烁并且蜂鸣器持续报警。本系统还可通过按键调整温度和烟雾浓度的设定值。本设计通过DS18B20读取温度；通过MQ-2读取烟雾浓度，再用A/D转换成数字信号。通过数码管显示温度和烟雾浓度。循环检测空气中的温度和烟雾浓度，判断温度和烟雾浓度是否超过设定值。通过实现一系列功能设定，实现显示温度和烟雾浓度等信息。按键可以设置温度，烟雾的报警值，并且有相应的报警功能。

1、主控单元模块

单片机的选型在火灾报警器的设计中，单片机是其核心部件。它一方面要接收来自传感器送来的温度、烟雾的信号，另一方面要对这两种信号分别进行分析处理，以控制蜂鸣器报警电路进行相应动作。本系统要求单片机具备较快的运算速度，抗干扰能力强和低功耗的特点。根据多方面的比较，选用由宏晶科技公司生产的STC89C52单片机作为控制系统的核心。

2、温度检测模块

温度检测模块主要采用温度传感器DS18B20测取温度信息，然后使单片机与温度传感器进行通讯，读取温度信息。

DS18B20采用电源供电的方式，此时DS18B20的1脚接地、2脚为信号线与单片机的P1.5相连、3脚来接电源。DS18B20温度传感器检测环境的温度，把温度值传给单片机，使单片机根据环境的温度与设定的温度进行对比，如果只有环境的温度超过设定值，则单片机给出相应的反映，P1.7引脚为低电平，红灯亮；蜂鸣器间断报警。

3、烟雾检测模块

烟雾报警模块的设计选用MQ-2烟雾传感器，MQ-2烟雾传感器不仅具有探测范围广、高灵敏度、快速响应恢复、驱动电路简单、寿命长等优点，还能检测火灾，检测燃气泄露，是一个可检测多种可燃性气体，应用广泛，成本低的传感器。并且MQ-2烟雾传感器所使用的气敏材料是在洁净的空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，本系统中MQ-2传感器的4脚输出随烟雾浓度变化的直流信号，被加到比较器LM393的2脚，R6与VCC构成比较器的门槛电压。

由于物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常烟雾传感器输出的电信号是模拟信号。当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。所以MQ-2半导体气体烟雾传感器要想把采集到的烟雾浓度模拟信号传送给单片机控制器就必须经过将模拟信号经过A/D转换器转化为可以识别的电信号给单片机。

三、总结

本论文设计的烟雾报警器由烟雾信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用MQ-2型半导体电阻式烟雾传感器。该传感器是对以烷类烟雾为主的多种烟雾有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中，具有响应与恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。

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指导老师：蔡蓉（1988-），女，湖南益阳人，湖南人文科技学院，主要研究方向为电子信息获取与处理。