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無線藍(lán)牙火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)

2022-07-07 14:45朱桂玉李自成吳俞江張?zhí)煳?/span>朱俊丞
科海故事博覽·下旬刊 2022年6期
關(guān)鍵詞:單片機(jī)傳感器

朱桂玉 李自成 吳俞江 張?zhí)煳?朱俊丞

摘 要 本文是基于單片機(jī)的無線藍(lán)牙監(jiān)控火災(zāi)報(bào)警器的研究,重點(diǎn)地指出火災(zāi)報(bào)警器的火災(zāi)預(yù)警的重要性。首先,結(jié)合實(shí)際情況選擇了MQ-2煙霧傳感器和DS18B20溫度傳感器。其次,選擇了STC89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心并利用編程軟件將所有的模塊搭建起來。最后,進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試,結(jié)果表明本課題設(shè)計(jì)的火災(zāi)報(bào)警器能夠正常地運(yùn)行,能夠很好地實(shí)現(xiàn)溫度、煙霧預(yù)警及實(shí)時(shí)無線監(jiān)控功能??傮w而言,該煙霧溫度報(bào)警器是由硬件配置和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。在單片機(jī)STC89C52強(qiáng)大的處理運(yùn)算功能下,繼而對硬件的各個(gè)電路進(jìn)行特定的驅(qū)動(dòng),從而使之實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警的功能[1]。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 火災(zāi)報(bào)警器 傳感器 無線監(jiān)控

中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0745(2022)06-0097-03

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

1.1 火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)思路

本論文設(shè)計(jì)的煙霧檢測火災(zāi)報(bào)警器同傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警器有著一定的升級(jí),該報(bào)警器不僅可以很好地檢測環(huán)境周圍的煙霧濃度并對火情的發(fā)生做出報(bào)警,還可以通過無線模塊對使用環(huán)境周圍的煙霧濃度、溫度實(shí)施實(shí)時(shí)地監(jiān)控,盡可能地方便了我們對火情的掌握。該報(bào)警器的基本組成有:煙霧信號(hào)采集電路、溫度信號(hào)采集電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、LCD顯示電路、按鍵電路、無線藍(lán)牙模塊電路及聲光報(bào)警電路。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

為使煙霧報(bào)警器在火情發(fā)生之前做出報(bào)警,其設(shè)計(jì)必須使得該火災(zāi)報(bào)警器能夠在惡劣的環(huán)境下有效工作,這就需要該煙霧報(bào)警器有著相對較寬的溫度工作區(qū)間,另外還必須具備實(shí)時(shí)顯示、動(dòng)作迅速的特點(diǎn)??傊?,其目的就是為了盡可能減少人身財(cái)產(chǎn)的損失和火災(zāi)事故的發(fā)生。

1.2 MQ-2系列煙霧傳感器的工作原理

MQ-2煙霧傳感器是一種氣敏型半導(dǎo)體煙霧傳感器,其被廣泛地應(yīng)用于家用報(bào)警器之中。該煙霧傳感器的工作機(jī)理也很簡單,即利用傳感器上的二氧化錫對環(huán)境的敏感度而產(chǎn)生不同的電阻輸出來判斷煙霧情況[2]。該煙霧傳感器是根據(jù)二氧化錫電阻率的變化情況來判斷周圍環(huán)境的煙霧存在情況。

MQ-2煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示,由結(jié)構(gòu)圖可知,該煙霧報(bào)警器的核心組成由3部分組成,分別是微型的三氧化二鋁陶瓷層、二氧化錫敏感層和固定在塑料或不銹鋼體上的敏感元件。

1.3 MQ-2煙霧傳感器的重要指標(biāo)

眾所周知,煙霧傳感器的工作環(huán)境都是易燃易爆炸的場所,如果說傳感元件的加熱絲發(fā)生電源短路故障或其他短路故障時(shí),極有可能在元件端口處發(fā)生過熱和放電現(xiàn)象。一般情況下其供電電源選擇為(5±0.2)V,發(fā)熱電阻(31±3)Ω。MQ-2煙霧傳感器工作的參數(shù)如表1所示。

2 系統(tǒng)的硬件組成電路

2.1 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路,分別由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路組成,下面將對單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)電路的基礎(chǔ)電路進(jìn)行簡要介紹。

1.電源電路:即負(fù)責(zé)給單片機(jī)的正常運(yùn)行供電。在實(shí)際選擇中STC89C52有5V和3V的工作電壓,為使得設(shè)計(jì)更加簡單,故在本設(shè)計(jì)中選取5V的STC89C52單片機(jī)。

2.時(shí)鐘電路:時(shí)鐘電路在單片機(jī)中有著極為重要的地位,時(shí)鐘電路是否正常運(yùn)行決定了單片機(jī)能否正常工作。

3.復(fù)位電路:在系統(tǒng)運(yùn)行中,單片機(jī)和計(jì)算機(jī)都會(huì)有異常運(yùn)行的情況出現(xiàn),為避免異常工作持續(xù),便給單片機(jī)設(shè)置了一個(gè)復(fù)位電路。

2.2 MQ-2煙霧傳感及A/D轉(zhuǎn)換電路

ADC0832是一款常用的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片,在工業(yè)控制等自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。另外,該芯片獨(dú)具特色的雙通道輸出還可作為數(shù)據(jù)檢驗(yàn),可更好地減小數(shù)據(jù)誤差。

ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片一共有8個(gè)引腳,可實(shí)際情況下ADC0832的DI、DO并不是同時(shí)工作的,因引腳(DI)、引腳(DO)且同單片機(jī)之間的通信是雙向進(jìn)行的,故而在實(shí)際硬件接線時(shí)只需將DI和DO引腳的出線口聯(lián)與單片機(jī)連接,通過這樣的方式也極大地簡化了電路PCB板的焊接。

2.3 溫度采集電路和無線藍(lán)牙電路

DS18B20溫度采集電路采用DS18B20溫度傳感器十分的方便,采集的溫度信號(hào)不用經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器便能直接送至單片機(jī)STC89C52。

在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中添加了如圖3所示的無線藍(lán)牙模塊,該無線藍(lán)牙模塊的結(jié)構(gòu)簡單,一共有4個(gè)引腳,其中引腳1和引腳4分別用于接地和接5V的直流電源。引腳2與單片機(jī)的P3.0端口連接,用作數(shù)據(jù)信號(hào)的接收。引腳3與單片機(jī)的P3.1端口連接,用作數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送。在對HC-05無線藍(lán)牙模塊硬件接線后再在PC端上進(jìn)行配置便能成功地將HC-05無線藍(lán)牙模塊的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能用于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)了。

2.4 聲光報(bào)警電路

聲光報(bào)警電路如圖4所示,在火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)[3]的運(yùn)用中十分重要,當(dāng)單片機(jī)對采集的煙霧和溫度信息處理分析后可知是否需要發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)[4]。

該火災(zāi)報(bào)警信號(hào)蜂鳴聲的觸發(fā)正是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的P2.4口由高電平變?yōu)榱说碗娖綇亩沟萌龢O管Q38550的基級(jí)得電,在三極管的放大作用下使得蜂鳴器發(fā)出刺耳的警報(bào)聲。

3 火災(zāi)報(bào)警器的實(shí)物調(diào)試

本文設(shè)計(jì)制作的火災(zāi)報(bào)警器,在使用該無線藍(lán)牙監(jiān)控火災(zāi)報(bào)警器時(shí),須準(zhǔn)備好所需要的具體設(shè)備,即火災(zāi)報(bào)警器、手機(jī)、5V的直流電源(直接連接電腦的USB端)、可燃?xì)怏w模擬器(打火機(jī)),為使得本課題調(diào)試方便,故選擇USB接口來為火災(zāi)報(bào)警器進(jìn)行供電。

首先,需要將火災(zāi)報(bào)警器的藍(lán)牙模塊插至火災(zāi)報(bào)警器的藍(lán)牙端,然后通過數(shù)據(jù)線給火災(zāi)報(bào)警器通上5V的直流電源,當(dāng)LCD1602液晶顯示器亮屏?xí)r,火災(zāi)報(bào)警器便可以正常運(yùn)行了。

MQ-2煙霧傳感器是一種用于檢測可燃?xì)怏w及烷烴類氣體的常用傳感器,在本設(shè)計(jì)的實(shí)物調(diào)試中,準(zhǔn)備好了待調(diào)試的火災(zāi)報(bào)警器,為待測準(zhǔn)備過程,通過LCD1602液晶顯示器,可以清晰地看到我們預(yù)設(shè)的煙霧報(bào)警值為3000,實(shí)時(shí)煙霧值為300近似于無煙霧濃度的初值。且當(dāng)煙霧濃度值超過3000的那一刻起,一直都有聲光報(bào)警信號(hào)發(fā)出。

從硬件設(shè)計(jì)的角度看,單片機(jī)STC89C52發(fā)揮著最為核心的作用,承擔(dān)著煙霧傳感器經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后電壓信號(hào)和DS18B20溫度傳感器信號(hào)的處理和分析,并判斷是否發(fā)出聲光火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度看,該系統(tǒng)最先需采集煙霧和溫度信號(hào),在與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行分析對比后再做出是否報(bào)警。

在以單片機(jī)為主體,多種傳感器合理運(yùn)用的前提下,使得本設(shè)計(jì)成功地制造出了火災(zāi)煙霧報(bào)警系統(tǒng)。通過模擬火災(zāi)的溫度及煙霧條件,發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警,相信在實(shí)際運(yùn)用中定能有效避免火災(zāi)的發(fā)生。

參考文獻(xiàn):

[1] 龔惠東.基于單片機(jī)的智能火災(zāi)報(bào)警器自行設(shè)計(jì)研究[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化,2021(04):156-158.

[2] 張思祥,甘凱,周圍.提高火災(zāi)煙霧傳感器檢測精度的方法[J].傳感器與微系統(tǒng),2021,40(01):151-153.

[3] 蔣松云.基于單片機(jī)溫度和煙霧檢測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子制作,2017(11):21-22.

[4] 徐妙婧,祖一康.基于單片機(jī)的煙霧檢測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2016,12(35):276-277.

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