基于 51 单片机的火灾报警器设计
一、设计背景
在我们生活越来越便捷的同时,很多的设备也逐渐进入了我们的生活,对于我们的生活有便利,同时也是增加了一定的安全隐患。
因此基于这种情况,设计了一款火灾报警器,采用了 MQ-2 烟雾传感器、DS18B20 温度传感器以及 AT89C51 单片机作为核心器件并与其他电子技术相结合。
通过 AT89C51 单片机控制传感器对检测地点的烟雾、温度进行实时检测,并把检测结果进行数据信息处理,可以实现声光电一体化报警、浓度显示、温度显示等功能。
烟雾-温度报警系统的组成部分有:MQ-2 烟雾信号采集电路、ADC0832 模数转换电路、DS18B20 温度信号采集电路、单片机控制电路、LCD 显示电路、按键电路、继电器电路,和声光报警电路。
在实际应用中,继电器电路可以用来控制电闸、喷淋设施和消防设施等。
系统框架如下所示。
二、MQ-2 灵敏度特性
烟雾传感器在最佳工作条件下,接触同一种烟雾,其电阻值 RS 随气体浓度变化的特性称之为灵敏度特性,用 K 表示。
K=RS/RO
式中,RS 为烟雾传感器洁净空气条件下的电阻值,RS 为烟雾传感器在一定浓度的检测烟雾中的电阻值。资源获取,蒋宇智 QQ(2327603104)
虽然对于不同的烟雾,器件灵敏度特性 K 的值也会各有差异,但是它们都遵循同一规律。
logRS=mlogC+n
式中,m 为器件相对烟雾浓度变化的敏感性,又称烟雾分离能,对于烟雾,m 值为 1/2~1/3;C 为检测烟雾的浓度。n 为与检测烟雾,器件材料有关,并随测试温度和材料中有无增感剂而有所不同。
三、设计说明
首先,需要说明的是:由于 Proteus 软件没有 MQ-2 烟雾传感器模型,仿真中用滑动变阻器代替。
MQ-2 气体传感器内部结构电导率随着气体浓度的增大而增大,其电阻是电导率的倒数,所以电阻是随之减小的。设计获取,关注公众号:交院小智。
其特性就相当于一个滑动变阻器。所以在仿真中用滑动变阻器替代。
而在实际运用中,原理图中,MQ-2 接线方式如下图所示。
由于 MQ-2 输出电压与烟雾浓度不成线性关系,浓度大小需要根据上文计算公式计算出 Rs/R0 的比值,然后查灵敏度特性曲线表得出,具体操作方法请见器件资料文件夹中关于 MQ-2 的电压-浓度转换操作说明。
仿真为了简便该过程,将烟雾等级(Smoke)分为 5 档,其与 MQ-2 输出电压对应关系如下表所示。
Proteus 仿真电路
原理图及 PCB
洞洞板实物图
四、仿真结果分析
打开“火灾温度烟雾报警系统设计.DSN”仿真文件,双击单片机加载“报警.hex”文件,运行仿真,其结果如下所示。
从图中可以看出,LCD 显示当前烟雾等级为 3,小于设定的报警等级 4;系统当前温度为 29.8℃,在温度范围内(5~30℃);绿色 LED 灯点亮,指示系统处于正常工作状态下;继电器和蜂鸣器处于工作停止状态。
通过调节 DS18B20 传感器和 RV3 滑动变阻器上下红色箭头,改变温度大小或烟雾等级,使系统达到报警状态。此时,仿真结果如下 3 个图所示。
从图中可以看出,LCD 显示当前烟雾等级为 3,小于设定的报警等级 4;系统当前温度为 29.8℃,在温度范围内(5~30℃);绿色 LED 灯点亮,指示系统处于正常工作状态下;继电器和蜂鸣器处于工作停止状态。
通过调节 DS18B20 传感器和 RV3 滑动变阻器上下红色箭头,改变温度大小或烟雾等级,使系统达到报警状态。此时,仿真结果如下 3 个图所示。
从以上 3 个报警状态可以看出,无论温度或烟雾是单独报警还是同时报警,系统动作都是一样的,即红色 LED 报警指示灯点亮,蜂鸣器鸣叫,继电器动作,达到声光电一体式报警动作。
可以通过“调整”、“调大”和“调小”按键,设置烟雾报警等级和温度报警上下限。按下“调整”键,进入烟雾报警等级设置,LCD 光标闪烁,通过“调大”和“调小”键设置等级大小;资源获取,蒋宇智 QQ(2327603104)。
设置完成好后,再次按下“调整”键,进入温度报警下限设置,同样操作。当 3 个参数都设置好后,按下“调整”键,即可退出系统设置。
本例中,我们设置烟雾报警等级为 3,温度范围为 20~60℃,结果如图所示。
当系统处于正常工作状态时,按下“呼叫”键,此时系统立刻进入报警状态:红色 LED 灯点亮,蜂鸣器鸣叫,继电器动作。资源获取,关注公众号:交院小智。
呼叫键用于模拟系统失效或者出现紧急情况时,巡检人员手动操作直接报警。
五、C 代码
版权声明: 本文为 InfoQ 作者【芯动大师】的原创文章。
原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/4c3d2ea1dc497dde72892bebb】。文章转载请联系作者。
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