基于单片机的智能火情报警系统

桑文君

( 云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000 )

0 引言

近年来，控制技术日渐成熟促进着各行各业的发展[1]。一些特定场合下不再需要人工值守而交由自动化设备加以完成。相较而言，自动化设备更为灵敏、有效降低人工成本，高效完成繁琐单一工作。

在一些特定场所，自动化火情报警系统获得大量应用，但是大多存在成本较高、系统相对复杂等现象。本文设计的智能报警系统可在第一时间感知并发出警告提示，在兼具开发成本和完善系统功能方面具备一定优势。

1 方案设计

对系统安装的地点进行考察，本文以机柜为例具体说明：在网络机柜和服务器机柜内部安装火情监控装置对烟雾温度等火情相关进行监测。值得说明地是，传感器外壳以及电缆应使用阻燃材料防止因火情监控失效而造成不可挽回的损失。

采用嵌入式开发技术，对单片机进行开发与利用通过传感器模块的搭载，从而实现多参数监测，通信方面考虑到数据联网传输以及传输距离较近和成本造价的问题，采用RS-485通信方式构建分布式多点数据采集系统[2]。考虑到火警状况和正常状况之间存在非正常状态，这也可能存在火情隐患的状态必须引起足够的重视，故传统的有无二元论并不适用，采用模糊推理使控制器具有类似于人的控制经验，从而实现对复杂情况的最佳判断。本文设计的智能报警系统结构见图1。

2 结构与功能

系统可实现功能流程，见图2。设计采用51 系列STC15F2K60S2 单片机作为控制器，该系列单片机技术成熟，价格低廉且能够满足功能需要，A/D 转换无需再设置信号传输电路，见图3。

2.1 温度采集

DS18B20 可设定9 ～12 位分辨率，其精确度较高。为满足实际工作需要也可采用较小的封闭方式和相对较宽的电压，防止存储在EPROM 中的报警温度与设定的分辨率掉电后不丢失。DS18B20 的组成部分主要包括：光刻64 位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器这四部分，在其内部按照一定得结构进行排列[3]。单片机的P1．7 引脚与温度传感器连接。

2.2 烟雾采集

不针对特种状况下的火情状况（如油气采矿）进行监测，选用MQ-2 作为烟雾探测器即可，以电导率随可燃气体浓度增加而变大的二氧化锡（SnO2）作为气敏材料[4]。此传感器对天然气、烟雾、氢气等气体检测比较理想，适用多场合多环境并且具有简单可靠和成本较低的优点。烟雾模块可以通过ADC0808 传输给单片机，模数转换后经由P1．0—P1．7 口传输给单片机系统[5]。

2.3 模糊控制

1）确定模糊控制器结构

选用单变量二维模糊控制器，控制器输入为传感器的温度和烟雾量，输出为火情状态[6]。

2）定义输入输出模糊集

将火情状况设定为三个模糊集，即SF(火情隐患低)、MF(火情隐患中等)、LF(火情隐患高)，取值可根据气温状况进行设定。对于不同时间点和不同季节需要灵活设置。

3）定义隶属函数

定义相应的隶属函数进而实现对火情状况的模糊化。

4）模糊控制规则

在基于RS-485 通信方式基础上，即一个主机对应多个从机，实现数据中心与单片机的信息传输。从而制定对应于三种情况的模糊规则：SF 状况下警报灯不亮，蜂鸣器不动作；MF 状况下警报灯亮，蜂鸣器不动作；LF 状况下警报灯亮，蜂鸣器发声。对三种状况进行区分与不同的处置手段，等待工作人员进一步决策。系统执行流程见图4。

2.4 报警电路

采用模糊控制需要设施声光报警并根据设定的模糊规则对单片机进行控制。

3 仿真试验

采用proteus8．6 对此单片机系统进行仿真，仿真情况见图5。

采用按键电路替代数据分析系统的模糊规则对温度烟雾浓度阈值进行设定，鉴于仿真软件的库使用AT89C52 代替原设单片机仅需在外部加入晶振电路。仿真结果表明基本实现了预定目标。

4 结语

通过对整个报警系统进行的分析，构建了一个控制的闭环。即通过对输入的传感器信号，经由单片机传输至数据中心以开启对火情情况的判断与决策，并将控制信号反馈回单片机，单片机根据控制信号做出适当响应。对比仅由单片机构成的信号传输，引入模糊控制及其构建的模糊规则做出了改进，使系统具有了人的经验，使系统朝着无人化、智能化的方向发展[7]。