基于单片机的烟雾报警器
摘 要： 目前，随着大功率电气设备的普及，由此产生的火灾越来越多，为了保护人民生命财产的安全，预防和监测火灾成了当今社会急需解决的问题。该系统为一个以家庭、学校及办公楼为监视范围的单片机烟雾报警系统，以 AT89C51 单片机为控制器，通过 MQ－2 烟雾传感器检测信号，经 A/D 转换后，输入单片机，并通过单片机控制蜂鸣器，实现烟雾报警，该系统具有可靠性高、成本低、易维护等特点。
关键词：单片机; 报警系统; MQ－2
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- 选题背景
随着当今社会经济的飞速发展，家庭火灾防不胜防，防火工作越来越重要，美国在1904年就立法，强制现代建筑设置消防安全设施，据美国消防学会统计，最近几十年中，安装自动消防设施的建筑中发生火灾，消防设施的有效率高达96.1%，确实起到了保证建筑物消防安全的作用。这是因为火灾自动报警系统能够及时将火灾迹象通知用户及有关管理人员，以便他们准备疏散或组织灭火，延长了建筑物可供疏散的时间并通过联动系统启动其他消防设施。所以，设计一种能够在火灾刚刚发生时或者有可燃气体堆积引起的火灾隐患时就能报警的报警器能使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少或消除因火灾造成的生命危害和财产的损失，是人们同火灾作斗争的有力工具。
在居民住宅区等小型防火单位，需要安装廉价实用的烟雾报警装置，我国人口不断地增长，土地也开始稀缺，为了缓解城市用地的紧张，居住的楼层不断加高，这不但便于集中供电、供热、供气，而且也可以集中控制和管理。但是人们在享受这些现代设施带来的便利的时候，却也增加了火灾隐患。楼层多、人员密集，一旦发生火灾，疏散困难，容易造成经济的损失和影响人员安全。如果在家中没有安装火灾自动报警器，一旦在家中发生火灾，家庭中发生火灾,火灾容易由不被发现的早期火灾而演变成为更大、更严重的大型火灾。结果是由于一家的起火，而火势不能得到有效控制，使得火势迅速蔓延并很快出现大面积燃烧。这不仅使得用户本身遭受重大的损失， 还容易形成“火烧连营'的局面,给周边家庭和场所造成无法估计的损失和严重的影响。据公安部消防局统计2018年1至8月全国共接报火灾16.61万起，电气仍是引发火灾首因，由此可见家庭防火同样是现今社会的重要家庭安防问题，而且刻不容缓。
家庭防火重在防患于未然，家庭中的烟雾报警器大多数只具备声光报警的功能，而市面上多功能的报警器价格昂贵，不适合居民的大规模的使用，设计一款价格低廉的家庭多功能烟雾报警器适应市场需求。
- 烟雾报警器研究现状
- 研究方法和手段
在这次设计中我选用STC89C52单片机来控制烟雾报警器，首先该烟雾报警器是通过烟雾传感器MQ-2来感知房间中的有害气体浓度，通过温度传感器感知房间的温度，且在设想中，该元器件是可以设定房间内的有害气体浓度阈值和温度阈值来报警，当房间内的烟雾浓度或温度达到阈值，可以用单片机来控制GSM模块告知房间的主人并且做一定的灭火措施和声光报警措施，这里的声光报警由于元器件的限制就用普通的发光二极管和小型直流风扇来模拟。
- 国内外研究现状综述
以火灾自动报警技术为核心的建筑消防系统，是预防和遏制建筑火灾的重要保障。近年来，我国火灾自动报警工程应用技术实现了较快发展，但由于在实际应用中，火灾自动报警系统的通讯协议不一致，火灾自动报警工程技术水平还相对落后，还存在着一些比较突出的问题。
①适用范围过小。我国火灾自动报警系统技术比美、英等发达国家起步较晚，安装范围主要是《高层民用建筑设计防火规范》、《建筑设计防火规范》规定的场所和部位，而在易造成群死群伤的中小型公众聚集场所和社区居民家庭甚至部分高层住宅都没有规定安装火灾自动报警系统，适用范围过小，防范措施不到位。
②智能化程度低。我国使用的火灾探测器虽然都进行了智能化设计，但由于传感器件探测的参数较少、支持系统的软件开发不成熟、各种算法的准确性缺乏足够验证、火灾现场参数数据库不健全等，火灾自动报警系统难以准确判定粒子(烟气)的浓度、现场温度、光波的强度以及可燃气体的浓度、电磁辐射等指标，造成迟报、误报、漏报情况较多。
③网络化程度低。我国应用的火灾119动报警系统形式基本上以区域火灾自动报警系统、集中火灾自动报警系统和控制中心火灾自动报警系统为主，安装形式主要是集散控制方式，自成体系，自我封闭，尚未形成区域性网络化火灾自动报警系统。
④组件连接方式有待改善。火灾自动报警系统以多线制和总线制连接方式为主，探测器和报警器及控制器之间是采用两条或多条的铜芯绝缘导线或铜芯电缆穿管相接，存在耗材多、成本高、抗干扰能力差的缺点。同时，铜导线耐高温性能差、易磨损，系统施工维修复杂，影响了火灾自动报警系统的可靠性和更广泛的应用。
⑤火灾自动报警系统误报、漏报问题较多。由于火灾探测器的安装环境极其复杂，加之各种传感器在探测火灾方面存在着某些先天不足，无法准确地感应各种物质在燃烧过程中所特有的声波、光谱、辐射、气味等诸多方面发生的微妙变化，对火灾发生过程中所产生的不同粒径和颜色的烟存在探测“盲区”，误报、漏报现象时有发生。
⑥超早期火灾探测报警技术应用还几乎处于空白。国外已开发出适合洁净空间高灵敏度感烟火灾探测报警系统，如激光式高灵敏度感烟火灾探测器，吸气式高灵敏度感烟火灾探测报警系统和气体火灾探测报警系统，与普通火灾探测报警系统相比，其探测灵敏度提高了两个数量级，甚至更多，这些系统采用了激光粒子计数、激光散射等原理监视被保护空间，以单位体积内粒子增加的多少来判断是否发生火灾，系统可在火灾发生前几小时或几天内识别潜在的火灾危险性，实现超早期火灾报警。而该技术我国目前还处于起步阶段有待进一步研究开发应用。
- 产品的总体设计思路
- 硬件设计思路
第一步，经由烟雾传感器采集外界烟雾浓度、气体浓度作为输入信息，当信号的输入值与放大模块A/D转换器的输入电平匹配时，不需要放大器放大；当信号的输入值与放大模块A/D转换器的输入电平不匹配时，通过放大器放大电信号。第二步A/D电路将模拟信号转换为单片机进行识别和判断的数字信号后，单片机接受并处理传感器发送来的数字信号，分析数据。温度传感器检测外界温度，被测温度转换成数字信号，数据传送到单片机进行处理。比对数字信号是否超过所设定的浓度阀值和温度值，并将所检测到的浓度和温度转化成十进制数字发送到液晶显示屏中，观测更加直观可见。如果检测到周围的环境（温度、烟雾浓度、气体浓度）达到设定阀值时，第三步，系统启动声光报警电路，风扇打开，同时STC89C52RC单片机通过串口发送对应的AT指令，GSM模块迅速响应，给设定好的手机号码发送短信。指令执行需要单片机和GSM模块相互配合。进一步利用GSM模块，将烟雾浓度和温度超过阀值及此时的烟雾浓度和温度以短信的形式发送到主控设备。还需要设计按键，方便随时调节报警烟雾浓度阀值和温度传感器报警温度阀值，让报警装置适用于各种环境。将警报以短信息的方式发送到设定的手机号内。
设计过程中为了方便检修与实时监测，让用户能够清晰地了解到当前环境中的烟雾浓度，故采取LED显示屏的方式。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上加入光闪报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。
- 系统软件设计
烟雾报警器软件的设计，我们用结构化以及模块化的方法，这样便于功能的扩展，报警系统用C语言编写来进行软件设计。首先系统先初始化，传感器采集信息STC89C52RC单片机判断所收集的浓度数据是否超过阈值，如果超过界限，便要向指定手机号发送指定内容的手机短信，并会开启声光报警，家庭通风系统打开。如果没有超过阈值，传感器便重新采集信息，超过阀值时，按下复位按钮，系统重新初始化。
图 1 主程序流程图
参考文献
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[9] 苏航，基于单片机的远程烟雾报警系统.东北石油大学 2014：34-34
资料编号：[596369]
基于单片机的烟雾报警器
摘 要： 目前，随着大功率电气设备的普及，由此产生的火灾越来越多，为了保护人民生命财产的安全，预防和监测火灾成了当今社会急需解决的问题。该系统为一个以家庭、学校及办公楼为监视范围的单片机烟雾报警系统，以 AT89C51 单片机为控制器，通过 MQ－2 烟雾传感器检测信号，经 A/D 转换后，输入单片机，并通过单片机控制蜂鸣器，实现烟雾报警，该系统具有可靠性高、成本低、易维护等特点。
关键词：单片机; 报警系统; MQ－2
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