基于单片机的智能火灾报警系统设计

多亿元[1]。2017年的杭州保姆纵火案在引发网友针对雇主

火灾是由于燃烧失控而引发的一种自然和社会灾害。火值），如果达到则产生声光报警，如果没有达到则继续接受传感器信号。据有关部门统计，我国每年发生火灾约4万起，死2000多和保姆之间关系问题的同时，也暴露了当前社会火灾应急措代的作用。本文针对一般场合的火灾，提出了一种基于单片机的智能火灾报警系统，采用ATMEL公司生产的AT89C51警装置更具灵敏性和准确性。

系列单片机作为主控部件，烟雾和温度双重传感器进行检测的方式，对单片机及外围电路进行设计，相较于传统火灾报

面对火灾，报警系统对减少火灾造成的损失起着不可替

2 火灾报警系统的硬件设计■ 2.1 单片机设计

器以及声光报警装置进行设计和选型。

系统的硬件设计主要包括对单片机、传感器、A/D转换单片机是本文设计系统中的核心部件，它不但要接收传

感器传输的信号，而且需要和预设值对比，然后控制相应的警报装置。这需要所使用的单片机的运算速度很快，才可以使检测人员和用户在火灾发生时可以及时地得到警报，并进行相应处理。同时，我们在众多能够满足这种要求的单片机空间大、输入输出接口多、价格便宜等优点，是比较理想的实物如图2所示。

中，比较各类产品的性价比。51系列单片机具有程序存储选择，因此本文采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机，

1 智能火灾报警系统介绍图1 智能火灾报警系统结构图示，智能火灾报警系统主要由传感器、放大电路、A/D转换

图1为本文设计的智能火灾报警系统结构图，如图所

图2 AT89C51实物图器、单片机以及声光报警器等部件构成。其中，单片机是系统的核心主控装置，传感器包括温度和烟雾两个传感器分别检测温度和烟雾浓度，当发现测量温度或烟雾浓度高于临界因此传感器信号需送到放大电路进行信号放大，再送到A/D值时，单片机将会产生报警信号给声光报警器产生对应的声光警报。由于温度和烟雾传感器产生的信号均为模拟量，转换器中转换为数字信号，最后送入单片机。单片机进行逻辑运算，判断是否达到预设临街值（即温度或烟雾浓度临界44󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2018年9月

置8位CPU和Flash存储单元，在各种控制领域应用广泛。如图3为该单片机的引脚图，从图中可以看出它共有40个引脚，其中外部I/O口32个，外部中断2个，十六位可编程定时/计数器2个。此外，AT89C51还有两个全双工串行通信端口，与外围电路通信方便。AT89C51既可以在线■ 2.2 传感器设计本得到很大程度降低[2]。

AT89C51是一款性能较高并且功耗较低的单片机，内

编程也可以采用常规方法编程，并且可以反复擦写，开发成

传感器的性能对系统整体性能有着非常重要的作用，根

据设计要求，本文采用温度和烟雾两种传感器对火灾信号进行检测，这两种传感器均设计为模拟信号传感器，要求性能如下： 图温度传感器：03 AT89C51引脚图烟雾传感器：0～200℃，误差≤4％；

以上性能要求是传感器选型的主要依据，除此之外还需～5%/英尺，误差≤10％；考虑传感器的性价比。

（1）温度传感器选型

如图本文拟采用高精度的热电偶温度传感器较高并且误差较小，通过采用真空沉积的薄膜技术把铂膜4所示。Pt100是一种薄膜铂电阻，体积小巧、灵敏度

Pt100，实物图

Pt100溅射在陶瓷基片上而制成。当周围环境温度发生变化时，

以可以转化为对应的电压变化，经过放大和模数转换就能成的电阻将因此发生相应变化，由于流经电流固定，所为能被单片机识别[3]。

图Pt1004 YH-WEP-01/Pt100的测温度传感器实物图±(0.10+0.0017| t |)。因此阻R0=1000Ω，正量常范工围作为电-50流℃为～0.5mA，500℃，0测量℃误时差的为

内

求，适合火灾检测的温度测量。

Pt100符合温度传感器的性能要（2）烟雾传感器

为设计所用烟雾传感器，本设拟采用日本产的新型离子式烟雾传感器HIS-07作

便于安装，响应时间较短，在没有烟雾的情况器，集电极电实物图如图5所示。HIS-07体积小，位保持平衡，当有烟雾进入外电离室时，会导致电离电流下数转换就能成为能被单片机识别降，集电极重新充电建立一个新的平衡电位，经过放大和模

HIS-07的测量范围为0%～[4]。

5%/英尺，测量误差为

智能应用

±0.1V，棉芯9V。因此测的烟雾浓度测量。

HIS-072%/符合烟雾传感器的性能要求，适合火灾检英尺烟灵敏度为0.6±0.1V，工作电压为 图■ 2.3 A/D5 HIS-07烟雾传感器实物图根据前述内容，温度和烟雾浓度传感器输出的信号均

转换装置设计

为模拟量，无法直接被单片机接收处理，所以需要进行转换。由于两传感器参考电压不一致，所以不能采用多通道A/D

A/D通道转换芯片一同进行信号转换，因此本文选择采用两个单换，引脚图如图A/D转换芯片6所示。

TLC549CP来进行模拟量和数字量的转 图■ 2.4 声光报警装置设计

6 TLC549CP芯片引脚图灾报警系统的声光报警装置。当单片机判定有火灾发生时，

本设计采用市场上常见的蜂鸣器和LED灯作为智能火

将向两个装置发出触发信号，装置受到指令信号，即做出对应的声光报警。

3 火灾报警系统的软件设计

系列单片机的程序开发已经相当成熟，软件程序设计得以极本文是以51系列单片机为核心来开展设计的，针对此

大简化，因此本文着重讨论软件流程设计。

文采用模块化的程序设计，通过调用子程序来实现，主要包为了使系统方便维护和扩展，使程序结构更加清晰，本

程序，流程图如图括主程序、温度烟雾数据采集子程序以及火灾判断和报警子7所示。

个功能模块首先进行初始化，然后进行温度和烟雾浓度的数图中所示是一个无限循环程序，具体流程为：带电后各

据采集，将采集后的信号与预设值进行比较，判断是否有火

www�ele169�com󰀁󰀁|󰀁󰀁45

智能应用灾发生，最后进行报警程序。系统检测到温度的快速上升同时存在烟雾时，说明火灾已经并启动蜂鸣器报警。发生，需进行更加警示的报警，此时装置将产生光信号闪烁，4 结论能火灾报警系统，以AT89C51系列单片机为主控芯片，采 图7 系统程序流程图本文针对一般的火灾场景，提出了一种基于单片机的智用Pt100温度传感器和HIS-07烟雾传感器双重检测方式完成了对智能火灾报警系统的设计，可得结论如下：感器和HIS-07烟雾传感器能满足火灾报警设计需求，所提系统设计能够完成一般火灾场景下的智能声光报警；种报警方式，使火灾报警更具灵敏性与准确性。

参考文献383.

信号+蜂鸣器报警”。根据火灾各个阶段的特点，做了以下设计：（1）火灾初期阶段报警

火灾发生初期通常会因易燃物闷烧而产生烟雾，此阶段

本文设计的报警方式分为2种：“光信号报警”与“光（1）本文采用的AT89C51系列单片机、Pt100温度传（2）本文根据火灾初期阶段和火灾成形阶段不同的火

由于没有明火，温度上升并不明显。根据以上特征，这个阶段主要对烟雾浓度进行检测，当监测到烟雾浓度异常时，将通过光信号闪烁来表示烟雾浓度异常的警示消息，由于此时因此为了避免大规模恐慌，此时蜂鸣器不工作。

（2）火灾成形阶段报警

火势相对较小，通常看到光信号报警能够发现火源并扑灭，

火灾继续发展将产生明火，此时火势已经具有一定的规

灾特点提出“光信号报警”和“光信号+蜂鸣器报警”两

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模，由于明火出现，温度快速上升，同时烟雾浓度下降。当

（上接第13页）

闭T0和T1将T0值保存后送X，再对T1赋相同值，然后

开启T0、T1后中断返回。主函数中对X的值进行查询，当

对P2.5赋0，驱动报警器报警，当查询到X等于0时，矿用车车门处于车门关闭位置，对P2.6赋0，点亮关门指示LED灯。

查询得到X等于cmax时，矿用车车门处于最大开门位置，

参考文献＊ [1] 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京: 北京航＊ [2] 韩国栋等编著.Altium Designer Winter 09 电路设计入门与提＊ [3] 单晓龙, 陈水金. 组合式旋转光电编码器设计及控制［J］. 煤＊ [4] 刘彬, 张秋婵. 光电检测前置放大电路的设计[J]. 燕山大学学＊ [5] 雷玉堂, 王庆友,何加铭, 等. 光电检测技术[M]. 北京: 中国＊ [6] 王党利, 宁生科, 马宝吉. 单片机与嵌入式系统应用[J]. 单片＊ [7] 霍戌文, 李伟, 李进, 等. 光电探测微信号放大器设计[J]. 浙＊ [8] 佘琳, 冯长有, 丁林辉.两步法测量编码器测角误差［J］. 光学精密工程, 2004, 12（01）: 66-70.江理工大学学报, 2005, 22(3): 160-162.机与嵌入式系统应用. 2010, (01): 41-43.计量出版社, 2004: 71, 156-162.报, 2003, 27(3): 193-196.矿机械, 2012, 33(01): 15-17.高[M].北京: 化学工业出版社, 2009.空航天大学出版社, 2003.

4 结束语

完成对矿用车车门开关行程位置的实时监测。本系统操作方

本系统用单片机PCA/PWM功能和内部定时器相结合，

式简单，设计成本低廉，能够实现实时监测，自动控制，为提升货运安全提供了有力保障。系统中单片机的5V电源是所以要采取必要的密封保护措施。本系统根据查询变量X行程。

采用开关电源设计，光电传感器容易受外部条件的干扰，与cmax的数值计算车门开关行程百分比，从而得到车门开关46󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2018年9月