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一种实用型智能消防报警器的设计

梁一凡，黄巧玲

( 广东省韶关钢铁集团有限公司，广东 韶关 512123)

摘 要: 设计一种智能型消防报警器，其以单片机为核心，与 DS18B20 温度传感器、MQ －2 烟雾传感器相结合，硬件结构简单，生产成本低，能及时稳定可靠预报火灾险情，具有较高的实用性．

关键词: 消防报警; 温度传感器; 烟雾传感器; 单片机

0 引 言

为了能够预报火灾险情并有充分的时间采取有效措施，将火灾扑灭在萌芽状态，最大限度减少生命财产的损失，设计一种智能型消防报警器，以单片机为核心，与 DS18B20 温度传感器、MQ － 2 烟雾传感器相结合，硬件结构简单，生产成本低，能及时稳定可靠预报火灾险情，具有较高的实用性．

1 整体设计方案

本设计方案重点在于智能报警器能及时、准确无误的预测到火灾险情，做到对火灾险情先知先觉，并及时自动报警，防范火灾险情在萌芽状态． 基于上述的设计思想和原则，智能型消防报警器具有快速探测在火灾险情刚发生时的烟雾浓度和温度大小，并能自动判断当前环境状态下是否真的已发生火灾或可能即将发生火灾险情． 一旦确定这两种情况中的任意一种情况已发生就立即自动灯光和声音报警、启动灭火装置设备并指示灾情发生的具体位置． 整体方案模型如图 1 所示

2 消防报警器的硬件设计

智能消防报警器的硬件电路由主控单元、温度检测电路、烟雾检测电路、灯光和声音报警电路、火灾灾情位置指示电路、消防启动控制电路等 6 个部分组成． 该智能消防报警器的硬件电路结构简单，无须外加 A/D 转换电路就能实现快速温度检测和烟雾检测． 硬件电路原理图如图 2 所示．

主控制器选用在系统可编程的 STC12C2052AD单片机． 此单片机内部自带有 8 路 8 精度 A/D 转换器，实现那路进行 A/D 转换只需要通过软件设置即可，无须外加 A/D 转换电路，可以简化硬件电路，降低生产成本． 而且该单片机内部还具有 256 个字节片内 RAM 数据存储器，2 K 个字节片内 FLASH 程序存储器，完全能够满足系统程序运行和数据存储的需要． 此外该单片机宽电压工作，抗干扰能力强，能在电源环境比较恶劣下稳定的工作．

温度检测电路和烟雾检测电路是智能消防报警器的技术关键． 智能消防报警器能否及时、准确无误地判断是否有火灾险情并报警，并为人们将火灾险情扑灭在其萌芽状态赢得宝贵的时间，完全取决温度检测电路和烟雾检测电路能否快速探测到在当前环境状态下温度变化的快慢和烟雾浓度大小．

温度检测电路主要是由 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器 DS18B20 组成． 该传感器将半导体温敏器件、A/D 转换器、存储器等器件做在一个很小的集成电路芯片上，且其信号输出采用单总线结构直接输出温度信号的数字值，这种单总线结构数据传输方式增加了信号的传输距离，提高了抗干扰能力，使系统电路结构更趋简单，测温更加准确可靠可． 同时也支持多点组网功能，多个 DS18B20并联在总线结构上实现多点分布测温［1］． 而传统的半导体温度传感器通常以负温度系数的热敏电阻( NTC) 为温度敏感元件，其输出的模拟信号必须经过 A/D 转换得到数字信号后才能与单片机接口［3］．

因此这种温度控制系统硬件结构比较复杂，生产成本较高，而且 NTC 负温度系数热敏电阻可靠性相对较差，测量的准确性低，经 A/D 转换后系统检测的温度精度更差． 此外数字温度传感器 DS18B20 功耗甚微，可工作在 3 ～5． 5 V 的宽电压，测量温度范围在是 －55 ～ +125 ℃，精度可达到 0． 062 5 ℃，且其硬件上与单片机接口极其简单，较之 NTC 具有明显的技术优势．

烟雾检测电路主要是由半导体烟雾传感器 MQ－ 2 组成． 半导体烟雾传感器 MQ － 2 对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想． 当半导体烟雾传感器 MQ －2 在清洁空气环境时其的电导率较低，随着空气环境可燃气体浓度的增加，半导体烟雾传感器 MQ －2 的电导率也随着增大，利用半导体烟雾传感器 MQ －2 这种特性可以很容易的将空气环境可燃气体浓度的变化转换为相对应的电压输出信号，再经过 A/D 转换后变成数字信号． 此外半导体烟雾传感器 MQ －2 具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，而且驱动电路简单，响应时间短，长时间工作性能稳定．

当消防报警器启动后，主控制器不断通过烟雾检测电路检测当前工作环境下的烟雾浓度，通过温度检测电路检测当前工作环境下的温度，然后与预定的工作环境下的烟雾浓度限值、工作环境下的温度限值及其温度变化的快慢进行比较，如果工作环境下的烟雾浓度超过限值，那么主控制器则预测可能会有火灾险情并且亮黄色报警指示灯; 如果工作环境下的烟雾浓度超过限值，并且工作环境下的温度变化快而且高，那么主控制器则可以判断为已经发生了火灾险情，主控制器亮红色报警指示灯，响蜂鸣器进行声音报警，同时自动启动消防控制电路． 不管是何种险情发生，主控制器都会通过发光二极管指示火灾险情发生的位置．

3 消防报警器的软件设计

虽然由主控制器 STC12C2052AD 单片机、温度传感器 DS18B20 和半导体烟雾传感器 MQ －2 为主组成的消防报警器在硬件电路结构简单，但在软件上要实现检测温度和检测烟雾浓度，及时准确的判断当前环境是否存在火灾险情并报警，是有一定难度的． 温度传感器 DS18B20 是一线式数字温度传感器，数据的输入输出传输都是同一引脚，时序较复杂，只有严格按时序和其数据传输通信协议规定对DS18B20 温度传感器进行读写数据才能正确的读出温度值． 由于半导体烟雾传感器 MQ －2 输出的是模拟信号，主控制器 STC12C2052AD 单片机必须启动内部自带有 8 路 8 精度 A/D 转换器才能读取并转换为烟雾的浓度值． 同时为防止外部干扰使主控制器读取的工作环境温度和烟雾的浓度时瞬时值过大而导致系统误判火灾险情并报警，主控制器对读取的环境温度值和烟雾的浓度值要进行数字滤波求平均值． 消防报警器程序流程如图 3 所示．

4 结 语

本智能型消防报警器在检测工作环境温度速度快且测温精度准确，检测工作环境烟雾浓度灵敏，在应用工作中抗干扰能力强［3］，火灾险情报警稳定可靠，完全满足特殊场消防安全的工作要求． 同时由于不用外围芯片可与单片机直接接口，硬件电路简单，生产成本低，具有广泛应用前景

参考文献

［1］ 百度文库． DS18B20 应用手［DB/OL］． http: / /wenku．baidu． com / view /31f7840e52ea551810a687ef． html，2010－ 11 － 14．

［2］ 百度文库． DS18B20 应 用［DB/OL］． http: / /wenku．baidu． com / view /96931fd226fff705cc170ab1． html，2011－ 09 － 25．

［3］ 明德刚． DSl8B20 在单片机温控系统的系统的应用［J］． 贵州大学学报，2006，23( 1) : 106 －108．

［4］ 陈彩蓉． 胡 飞． 基于 DSl8820 的温室温度控制系统设计［J］． 安徽农业科学，2009，37( 36) : 17870 －17871．

［5］ 王海文． 单片机应用与实践项目化教程［M］． 北京: 化学工业出版社，2010