基于MQ—2型传感器火灾报警系统的设计

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摘要： 本系统利用MQ-2型传感器和数字温度传感器来检测火灾环境中的烟雾浓度和温度，设定了火灾报警的阈值，若发生了火灾，则系统会自动实现声光报警，具有方便、安全、操作简单的优点。

关键词： MQ-2；18B20；火灾；报警

中图分类号：TN79 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）13-0096-03

0 引言

火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。据统计，90年代火灾平均损失接近3.2亿元，如今特别是2010年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡9000多人。普通的火灾报警器一般只通过检测环境中的烟雾浓度来判别是否发生了火灾，却没有检测被测环境的温度，会使得报警出现延误报。为了有效保证居民的生命财产安全，减少无辜火灾的发生，本论文设计了一个火灾报警器。该报警器利用烟雾传感器来检测环境中的烟雾信号，同时利用温度传感器检测环境的温度，倘若两者都超过了预设警戒值，则通过主机驱动蜂鸣器响和LED亮闪达到报警效果。其结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，具有一定的实用价值和现实意义。

1 电路组成框图和基本工作原理

1.1 电路组成框图 由图1可看出该系统由烟雾信号采集电路、数模转换电路、温度检测电路、显示电路、按键输入电路以及单片机控制电路。传感器将监测的温度、烟雾等信息处理后传送到单片机，再依据设定的状态由单片机来判定现场是否发生了火灾，倘若发生了火灾，则声光报警；否则不报警。

1.2 电路基本工作原理介绍 电路采用MQ-2型电阻式半导体传感器采集烟雾信号，将检测的烟雾浓度转换为微弱的电压信号，由于此时电压信号很微弱，须经过放大后转化成合适幅值的电压信号，通过A/D转换芯片ADC0832将电压信号转换为数字信号，送入单片机进行浓度比较；为了提高系统检测的可靠性，系统同时利用数字温度传感器18B20检测环境的温度，将检测的温度信号也一并送入单片机检测。

通过按键输入模块设定预定的阈值温度和烟雾浓度并存入核心部件AT89S52单片机中，实时判断烟雾浓度值和温度是否超出报警限，当两者正常处于状态时，系统不动作；当两者均超过了预设的阈值，表示检测环境不正常，此时发出大分贝的声音报警并伴随红灯闪亮。由于烟雾传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，报警器需要向烟雾传感器持续输出一个5V的电压。其对应的电路图见图3所示。

2 系统硬件电路功能介绍

2.1 MCU模块 MCU器件采用ATMEL公司生产的AT89S51芯片，如图2所示。 AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，具有高密度、非易失性存储技术的特点，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。

2.2 烟雾检测模块 烟雾检测模块主要包括检测和处理两大部分电路，电路如图3所示。

检测电路利用MQ-2气体传感器检测环境中的烟雾浓度，将烟雾浓度转换为模拟信号。MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。通过图3中的简单检测电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号；通过电源将2脚和5脚串联一个5.1K的电阻，对传感器加热电流，目的是提高响应和恢复时间；其余4个（1、3、4、6脚）A或B个用于信号取出，本电路中1、3脚接电源，4、6脚用于信号的输出。

信号处理电路的功能是将检测的烟雾模拟电信号转换为数字信号，送入后续控制电路对该数字信号进行处理分析。该部分的A/D芯片是采用了ADC0832的模数芯片，共有8个引脚，其中模拟信号UO送入通道1（引脚3），经转换后通过DO、DI端（5脚、6脚）送出数字信号，连接至单片机的P1^4脚；该芯片与单片机之间采用SPI的串行数据传输方式。

2.3 温度检测模块 温度检测模块采用数字温度传感器DS18B20，它只有三个引脚，分别为电源、地和数据端。数据端为2脚，直接连接单片机P1^1口，与单片机之间采用单总线的方式传递数据，要求有严格的时序，该部分主要由软件编程实现。（图4）

2.4 声光报警模块 单片机的P1^0控制声光报警模块电路是否报警。当P1^0输出低电平0时，三极管Q1导通，蜂鸣器发出声音约8080dB的声音报警，红色LED灯亮表示报警；当P1^0输出高电平1时，三极管Q1截止，蜂鸣器不工作，红色LED灯灭，表示无火警信号。（图5）

2.5 显示模块 数据采集进来并被成功地由模拟量转化为数字量后，就被传送到系统的液晶显示模块。液晶显示模块采用LCD1602来实现，如图6所示，主要功能是用来显示设定的烟雾浓度、设定的温度以及当前的环境烟雾浓度和温度等功能。

2.6 按键输入模块电路 采用4个独立按键S1～S4来设置火灾报警器的状态，S3来调节温度或浓度的预设值，S1可设置预选值加1，S2设置预选值减1，S4可取消报警，其电路图如图7所示。

3 系统软件程序主流程图介绍

软件解决的主要问题是系统循环采集检测温度传感器的温度和气体传感器的浓度信号，然后对信号进行处理和显示，并判断是否超出了预设报警值，若超过则启动报警信号，否则不报警，继续循环采集温度和气体数据。主程序系统初始化这部分实现的功能包括各种I/O输入输出状态的设定、寄存器初始化、中断使能等。总体流程图如图8所示。

4 结束语

该火灾报警系统解决了普通火灾探测器可靠性不高的问题，通过检测烟雾的浓度和环境的温度两者来共同确定被测环境是否发生了火灾，提高了火灾报警的可靠性。并且电路简单，维护成本低，运行稳定可靠，具有很好的实用推广价值。

参考文献：

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[3]李移伦.单片机原理与应用[M].中南大学出版社，2005.