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

原理图.jpg

PCB图纸.jpg

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。

温度超过上限值.jpg

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