内容发布更新时间 : 2024/6/11 6:11:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于单片机的室内烟雾报警系统的设计

摘 要

随着社会和经济的发展，在日常生活中做好火灾预防工作显得越来越重要了。因此，我们设计一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器来满足市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，设计了一种比较合理适用的烟雾报警器。

该设计以单片机STC89C52和传感器MQ-2作为烟雾报警器的核心元器件，并配合其它元器件来实现声音报警等功能。设计中选用STC89C52单片机作为控制器，选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件传感器来实现烟雾的检测。烟雾报警器主要由单片机控制电路、声音报警电路、烟雾信号采集及前置放大电路、安全保护电路等构成，设计比较合理并且价格低廉、简单易懂。论文主要针对烟雾报警的各个功能以及组成部分进行详细的介绍和说明，并对其外围设备电路和主控电路之间的接口连接方式，以及系统软件设计进行了重点的讲解和分析。

关键字： 烟雾报警器；单片机；传感器

The Design of Indoor Smoke Alarm System Based on MCU

Abstract

With the social and economic development, fire prevention in daily life to do more and more important. Therefore, we design a simple structure, economical and practical family smoke alarm to meet the needs of the market. Based on the basic requirements and functions of smoke alarm for home use, a reasonable and applicable smoke alarm is designed.

The design of single-chip STC89C52 and MQ-2 sensor smoke alarm as the core components, and with other components to achieve the voice alarm and other functions. The design of STC89C52 microcontroller as a controller, the choice of MQ-2 type semiconductor combustible gas sensor sensor to achieve smoke detection. Smoke alarm by the single-chip microcomputer control circuit, sound alarm circuit, smoke signal acquisition and preamplifier circuit, safety protection circuit, etc., the design is reasonable and inexpensive, easy to understand. In this paper, the functions and components of smoke alarm are introduced and explained in detail, and the connection mode between the peripheral circuit and the main control circuit and the design of the system software are mainly explained and analyzed.

1 绪 论

1.1 课题背景

由于科技的发展以及工农业生产，越来越多的隐患也将随之而产生。为了早期发现和通报火灾，减少和防止火灾危害，防止火灾引起的燃烧和爆炸等事故，造成严重的人员伤亡以及经济损失，以及影响社会主义现代化建设。

为了预防和减少该事故的发生，那就一定要采用先进可靠的仪表进行安全检测，实时检测烟雾的浓度，才能及早地发现隐患，随之采取强有力的措施，从而避免该类事故的发生，这样才能保证家庭及工业生产的安全。因此，智能烟雾检测系统将成为一个重要的研究领域。 1.2 设计概述

烟雾报警器系统的两大核心:单片机及烟雾传感器。单片机在传感器和报警器中起着桥梁枢纽作用，在工农业生产及人们的日常生活中已深入应用，随着社会的发展需求，各种类型的单片机应运而生。单片机传感器和报警电路设备的桥梁作用，其实是器件级计算机系统，也就是微控制器和微处理器。由于单片机成本低而且体积也较小，所以绝大数的电子系统中都有单片机的存在。同时，单片机也可以用在报警检测系统中，及时发现隐患，让人们有足够的时间来采取相应措施，因此智能烟雾报警器在生活已经工业生产中起到了至关重要的作用。传感器好比人的鼻子，是信息时代的感官器件，“鼻子”的灵敏度直接导致了系统的反应速度。20世纪80年代曾被美国成为传感器时代，而在日本，传感器被称为十大技术之一。因此，根据烟雾报警器的需求，选择一款经济实用，反应灵敏的单片机和传感器是至关重要的。在该论文中，STC89C52单片机和MQ-2半导体气体烟雾传感器是本设计的两大核心器件。 1.3 设计任务分析

本篇论文是烟雾报警器的设计：

(1) 对系统进行整体规划和结构设计。

(2) 以STC89C52单片机为中央处理器，对硬件电路进行设计和改进，让其功能更加完善。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路等部分。

(3) 系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序。在程序的编写过程中，为了方便后期的改进及维护，因此加了详细的注释。 (4) 硬件电路和软件的综合调试

2 系统总体方案设计

烟雾报警器是能够检测出环境中的烟雾浓度过高时，并具有安全报警功能的仪器。该烟雾报警器的基本组成部分应包括：字符显示电路、单片机控制电路、信号采集模数转换电路、安全保护电路和声光报警电路等部分组成。 为了适应工业和家庭等场所对易爆易燃等安全性的要求，设计出来的烟雾报警器应该具有明显的报警作用。报警器采用延时的工作方式，烟雾检测报警器以STC89C52单片机为控制核心，选用MQ-2半导体气体烟雾传感器采集烟雾浓度信息，配合外围电路构成烟雾报警系统。该设计包括软件和硬件两个部分。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：烟雾检测部分、STC89C52单片机主控部分、报警部分三大部分。电路总题框图如图2.1所示：

处理器是采用的51系列单片机STC89C52。整个系统都是在系统软件控制下工作的。烟雾检测探头能将检测到的烟雾变成电信号，然后送出模拟信号，再给

AD采集电路采集。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出烟雾报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。 2.1 烟雾传感器的介绍

烟雾传感器就是一个能将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。而烟雾传感器就是通过监测环境中烟雾浓度来实现火灾防范的。当烟雾探头接触到烟雾或者其他特定的气体时，烟雾探头内部阻值发生变化，产生一个模拟值，从而对其进行控制。烟雾传感器利用烟雾敏感元件的电阻受烟雾（主要是可燃颗粒）浓度影响阻值变化的原理向单片机发送烟雾浓度相应的模拟信号，单片机从而对其进行控制。

MQ-2半导体传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体的N型半导体气敏元件。当空气中的烟雾浓度增高时，传感器的电导率也会随之而增加。MQ-2传感器具有一般半导体烟雾传感器的一些优点，如抗干扰能力强、输出信号大、灵敏度高、响应和恢复时间短、电导率变化大、工作稳定和寿命长等优点，在市面上应用相当广泛。

由于测量范围和物理量的不同，传感器的结构和工作机理就不同。烟雾传感器大多数输出的电信号是模拟信号。当输入的信号强度符合A/D转换器的输入级别时，那么就不用放大器放大了；反之 ，就需要放大器对其进行放大。所以

MQ-2传感器要想把采集到的信号发送给单片机，那就必须要经过A/D转换器将其转换成单片机可以识别的电信号。

设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，就能恢复到原来的稳定状态。因此，QM-2气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。

特点：

1、具有信号输出指示。

2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）

3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）

4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。 5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。 6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 7、快速的响应恢复特性

2.2 STC89C52单片机简介

STC89C52是一种高性能、低功耗的CMOS8位微控制处理器，具有8K可编程Flash存储器[15]。使用非易失性的高密度储器技术制造，并能够与工业80C51产品引脚和指令完全兼容。在单芯片上，不仅可以在系统可编程Flash，而且拥有灵巧的8位CPU，使得STC89C52在众多嵌入式控制应用系统中不可缺少。STC89C52具有如下标准功能：256字节RAM，8k字节Flash，32位I/O 口线，2个数据指针，看门狗定时器，三个16位定时器/计数器，全双工串行口，一个6向量2级中断结构，片内晶振及时钟电路[16]。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、串口、计数器/定时器、中断继续工作。在掉电保护模式下，RAM内容能够被保存，振荡器被冻结，单片机停止一切工作，直到下一个硬件复位或中断为止。这一模块以单片机为核心把程序烧进去然后外围接上振荡电路、复位电路、