CN104200601A - 基于51单片机的火灾自动报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于51单片机的火灾自动报警系统，包括单片机、烟雾传感器、模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LED显示电路；所述烟雾传感器与模数转换模块连接，所述模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LCD显示电路分别与单片机连接；所述烟雾传感器用于采集周围环境的烟雾浓度，并将烟雾浓度数据经模数转换后发送到单片机；所述温度传感器用于采集周围环境的温度，并将温度数据发送到单片机；所述按键电路用于改变火灾报警的预设值；所述声光报警器用于在烟雾浓度数据、温度数据超过预设值时，发出报警；所述LED显示电路用于显示采集的数据。本发明具有一定的可靠性、智能化、稳定性、方便、低廉等特点，具有一定的使用价值。

Description

基于51单片机的火灾自动报警系统

技术领域

本发明涉及一种报警系统，特别涉及一种火灾自动报警系统。

背景技术

从原始社会开始，人类社会就懂得使用火来进行一系列的社会活动，到现在进入了文明社会，火也同样也给我们带来很大的便利。但是如果我们对火使用不当或者失去控制的时候，火就会给我们带来意想不到的灾害。据资料显示,全球每天发生火灾事故就有1万多起，以致数百人丧生。而我国每年发生火灾就有约4万起，给人们带来很大的伤害。

严峻事实告诉我们防火的重要性，人们的生活条件改善和社会经济的提高，周围火灾隐患存在的也越来越多，引起火灾的因素也越来越多，如果发生火灾将会造成社会经济的极大损失以及影响社会治安，威胁人们的生命安全，造成社会的不和谐和人们心灵的不安。残酷的事实告诉人们防火和火灾报警的重要性，人们认识到了实时的监控、报警火灾的重要，良好的火灾自动报警系统也发挥的越来越重要的地位，它可以帮助人们减少不必要的损失。

信息时代的变革和人们研究科技水平的提高，这就出现了功能齐全的火灾自动报警系统，而且还能带有联动设备功能的。我国火灾自动报警技术的研究和使用以及系统的开发都比较晚，很多技术和规章制度体系还不成熟。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于51单片机的火灾自动报警系统。

本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的，基于51单片机的火灾自动报警系统，包括单片机、烟雾传感器、模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LED显示电路；所述烟雾传感器与模数转换模块连接，所述模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LCD显示电路分别与单片机连接；所述烟雾传感器用于采集周围环境的烟雾浓度，并将烟雾浓度数据经模数转换后发送到单片机；所述温度传感器用于采集周围环境的温度，并将温度数据发送到单片机；所述按键电路用于改变火灾报警的预设值；所述声光报警器用于在烟雾浓度数据、温度数据超过预设值时，发出报警；所述LED显示电路用于显示采集的数据。

进一步，所述烟雾传感器为MQ-5，所述模数转换模块为AD0832，所述烟雾传感器的1、3、5管脚接电源，所述烟雾传感器的管脚2、4之间接滑动变阻器，所述烟雾传感器的管脚2、6接所述模数转换模块的CH0端，所述烟雾传感器的管脚4接地。

进一步，所述模数转换器的CS管脚接单片机的P2.7管脚，所述模数转换模块的CLK管脚接单片机的P2.5管脚，模数转换模块的D0、D1管脚接单片机的P2.6管脚。

进一步，所述声光报警器包括声报警模块和光报警模块，所述声报警模块包括电阻R2、三极管Q1和蜂鸣器，所述电阻R2的一端接单片机的P2.0管脚，电阻R2的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接电源，三极管的集电极经蜂鸣器接地；所述光报警模块包括电阻R4和发光二极管D2，所述电阻R4的一端与单片机的P2.1管脚接连，电阻的另一端与发光二极管D2的阴极连接，发光二极管D2的阳极与电源连接。

进一步，所述的火灾报警系统还包括GSM短信模块，用于将报警信息发送到用户。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明是采用单片机为核心的控制单元，单片机的外围电路连接不同的传感器进行对火灾的探测，如果发生火灾,火灾自动报警系统将发出声光报警，并通过单片机控制GSM模块发送短信给用户。本发明具有一定的可靠性、智能化、稳定性、方便、低廉等特点，具有一定的使用价值。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为火灾自动报警系统的结构原理图；

图2为单片机最小系统的电路连接图；

图3为烟雾传感器的连接图；

图4为温度检测模块连接图；

图5为报警硬件电路图；

图6为TC35i模块的连接图；

图7 为TC35i模块与单片机连接图；

图8为LED显示电路图；

图9为按键电路连接图；

图10系统主程序流程图；

图11为温度检测程序流程图； 

图12为设置温度上下限程序流程图；

图13为模数转换程序流程图；

图14为按键程序流程图；

图15为 LCD1602程序流程图；

图16为GSM模块短信发送程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于51单片机的火灾自动报警系统，包括单片机、烟雾传感器、模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LED显示电路；所述烟雾传感器与模数转换模块连接，所述模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LCD显示电路分别与单片机连接；所述烟雾传感器用于采集周围环境的烟雾浓度，并将烟雾浓度数据经模数转换后发送到单片机；所述温度传感器用于采集周围环境的温度，并将温度数据发送到单片机；所述按键电路用于改变火灾报警的预设值；所述声光报警器用于在烟雾浓度数据、温度数据超过预设值时，发出报警；所述LED显示电路用于显示采集的数据。

当系统中的传感器检测出有火情信号，如果检测到的火情采样值与按键设定的上限预设值进行比较，如果超过上限预设值，单片机分析处理后而发出声光报警。还有LCD显示当时环境的气体浓度值和火警温度的值以及它们的上限预设值，GSM模块发送短信给用户告知发生火灾了。这样就可以迅速拨打电话给消防队组织灭火。

图2为单片机最小系统电路连接图。

AT89C51单片机有40个引脚，其中它有两个存储器是数字存储器和程序存储器，并且这两个存储器的访问方式也是有内外之分。AT89C51的功能部件，是将串行通信接口和其它器件集合在一个芯片上，形成一个简单的微型计算机，也就是一个微控制器。单片机最小系统电路是本系统进行工作的基础单元，是进行控制本系统与其他外围电路的基础。其中包括单片机、晶振电路（时钟电路）、复位电路三个部分，单片机是控制电路的核心。晶振电路由晶振Y1、电容CY1和电容CY2组成，复位电路由电阻容CR1、按键S1和电阻R3组成。

如图3所示，所述烟雾传感器为MQ-5，所述模数转换模块为AD0832，所述烟雾传感器的1、3、5管脚接电源，所述烟雾传感器的管脚2、4之间接滑动变阻器，所述烟雾传感器的管脚2、6接所述模数转换模块的CH0端，所述烟雾传感器的管脚4接地。

MQ-5传感器属于电阻型半导体气敏传感器，该传感器对甲烷有比较强的敏感，而且对可燃气体有比较宽的敏感范围，响应速度快，稳定性好，测量操作简单，价格低廉，能选择性地检测某种特定性质的单一气体，而对共存的其他气体不响应。当烟雾传感器遇到烟雾、气体时它就会改变它原来的正常状态，这时烟雾传感器的电阻值会下降。当它没有检测到烟雾、气体时就会变回正常状态。

可燃气体接触半导体表面会被吸附，因为半导体吸附的负离子放出，这个时候可燃气体以正离子方式向器件放出电子，形成正离子吸附。这时半导体的电子密度会增加，器件的阻值会下降。由于空气中的含氧量为21%，因此气体被氧化时的吸附量也是恒定的，器件阻值也就相对固定。如可燃气体的体积分数（浓度）发生变化，其阻值也将变化。这就可以从器件阻值的变化得知吸附可燃气体的体积分数（浓度）。当传感器正常工作时，根据分压原理，传感器与滑动变阻器分压，这时滑动变阻器的两端有较小的电压值，即保证传感器随时能检测到火警信号，当通过检测端检测有气体和烟雾时，这时滑动变阻器的阻值会发生变化，检测产生的模拟信号，并通过6端口送给AD转换器转换成数字信号，之后送给单片机在进行分析处理。

图4为温度检测模块连接图，在本实施例中，采用器件DS18B20作为温度的检测，由于这个温度传感器采用的是单总线协议，就不需要经过A/D转换器转换就可以直接连接到单片机进行控制。其中DQ为数据I/O，常态下为高电平。如果单片机接收到的温度值大于系统温度的上限预设值，则会进行声光报警和将报警提醒信息发送给用户。如果单片机接收到的温度值不大于系统的上限预设值，则不发生声光报警和报警提醒信息。检测到的温度值通过LCD1602显示。

DS18B20的I/O端口（即端口2）连接到单片机的P1.3，端口1连到接地端，端口3连到电源端。温度传感器测温原理，就是把温度转换成16位的有符号二进制，并存储在存储器上。再通过I/O把数据转到单片机，单片机通过软件编程的上下限温度值写入寄存器。这就可以将检测到的温度值与预设上限值进行比较了。根据上面分析，当DS18B20检测到火警信号时，温度检测模块就进行工作。反之停止工作。当数字温度传感器读取被测温度值经过单片机程序的分析处理。单片机才对其被测温度值与上限预设值进行比较，如果大于上限预设值就发生报警，反之不发生报警。对于电阻R5主要用于加大温度传感器的驱动电流，弥补了单片机I/O的驱动功能的不足。

如图5所示，所述声光报警器包括声报警模块和光报警模块，所述声报警模块包括电阻R2、三极管Q1和蜂鸣器，所述电阻R2的一端接单片机的P2.0管脚，电阻R2的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接电源，三极管的集电极经蜂鸣器接地；所述光报警模块包括电阻R4和发光二极管D2，所述电阻R4的一端与单片机的P2.1管脚接连，电阻的另一端与发光二极管D2的阴极连接，发光二极管D2的阳极与电源连接。

声光报警器的具体工作过程为：当系统正常时，单片机通过电路控制D1灯亮；当烟雾检测值和温度检测值达到上限预设值时，D2灯闪烁。三极管Q1起到开关作用，当P2.0为高电平，三极管Q1导通，则蜂鸣器会发出蜂鸣声；当P2.0为低电平，三极管Q1关闭，则蜂鸣器就会停止蜂鸣声

作为对本实施例的进一步改进，所述的火灾报警系统还包括GSM短信模块，用于将报警信息发送到用户。

图6为TC35i模块的连接图；图7 TC35i模块与单片机连接图。

TC35i模块有40个引脚，它的引脚是通过一个ZIF连接器引出来。本实施例中，用于控制GSM模块实现短信的发送，其方法是通过单片机编写AT控制指令实现GSM报警短信的发送。单片机的两个I/O口（即P3.0和P3.1）连到TC35i模块而实现GSM短信发送功能，其中AT指令是GSM模块控制命令，由生产通讯厂家编制好了。当TC35i模块中的LED（黄色）熄灭，说明TC35i处在关闭状态；如果LED（黄色）亮600ms/灭600ms，说明SIM卡没插到TC35i模块；如果LED（黄色）亮750ms/灭3s，说明TC35i处在待机状态。

图8 为LED显示电路图，在本实施例中是采用液晶1602来显示烟雾的浓度和温度的大小，能实时监视到当时环境的烟雾和温度的安全情况，能提前掌握系统的安全系数、并提前做好应急方案预防火灾的发生。本实施例中的P0口用作通用I/O口，内部没有上拉电阻，是开漏的，不管它驱动多大，都没有电源，它要驱动LCD显示时就必须有电源驱动，否则亮不了，所以需要外接电源。接上电阻起到限流的作用。P0口为输入就要先置1，因为上拉场效应管一直截止，如不置1，下拉场效应管导通，这样永远只会读0。写1时下拉场效应管截止，才可正确读入数据。

本实施例采用按键用于改变火灾报警的预设值，能够最大限度的保证安全。可以根据系统的不同指标要求和环境的变化情况而改变火灾报警预设值。图9中的按键S2为设置键，S3为报警参数预设值的加大键，S4为报警参数预设值的减小键。

图10系统主程序流程图，即对环境中气体浓度和温度的即时显示以及它们的上限值。然后取出处理DS18B20和读A/D转换子程序以及浓度处理子程序。本系统还增加了对GSM短信发送子程序的处理。主程序还有另一功能就是查询系统中的三个按键是否有按下，以及设置温度上、下限的功能。

图11为温度检测程序流程图；当有检测温度信号出现时，数字温度传感器感应后启动温度检测子程序，单片机就分析做出处理。也就是把检测到的温度值读出来，然后送给单片机分析处理。

图12为设置温度上下限程序流程图，本系统可设置温度上下限，如KEY_SET_Flog=1，进行上限温度设置。当KEY2有效，加操作；当KEY3有效，减操作。如KEY_SET_Flog=2，进行下限温度设置。当KEY2有效，加操作；当KEY3有效，减操作。所以在要改变温度上下限时，就要按其设置键切换到底是进行加还是减操作。

图13为模数转换程序流程图，烟雾传感器采集的信号就是模拟信号，所以要把它转换成数字信号，单片机才能识别处理。这就要设计A/D转换程序来完成功能的实现。本系统设计一个火灾信号的预设值，如果传感器检测的实际值大于预设值，则会启动A/D转换子程序转换成的数字信号，并送给单片机分析处理发出报警信号。如果采集到的实际值不大于预设值，也会启动A/D转换程序转换成数字信号输送给单片机进行处理，其中采集到的实际值通过LCD1602进行显示。

图14为按键程序流程图，本系统通过对按键的检测实现相应程序的功能（即设置报警系数的预设值）。按键主要用于输入功能，因为不同的按键有不同功能，所以按键子程序主要用于检测要执行那个按键的功能。而按键的使用时出现了按键抖动现象，本系统采用的是软件消抖的方法而不用硬件消抖，因为硬件消抖的成本比软件消抖的高很多。按键执行过程：按键扫描、抖动消除、按键检测是否按下、执行相应的按键。

图15为 LCD1602程序流程图，LCD1602程序主要用于显示当时环境中气体浓度的值和气体浓度的上限值以及当时的环境温度和温度的上限值。其中LCD1602在读/写操作的时，都要对设置标志位sent_flag忙检测，当sent_flag=1时则1602液晶显示器处于忙状态，这时单片机发来的数据或者指令无法接收到。当sent_flag=0时则LCD1602处于空闲状态，这时是可以接收单片机发来的数据或者指令。LCD1602的数据或指令的传输是通过D0-D7这8个数据线来完成任务的。 

图16为GSM模块短信发送程序流程图，本系统的GSM模块短信发送程序主要将报警信息发送到用户的手机。GSM模块相当于一个串口通信，通过单片机的串行口连接到GSM模块的串行口，单片机通过AT指令控制。即单片机的TXD连接到GSM模块的RXD，而RXD连接到GSM模块的TXD。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.基于51单片机的火灾自动报警系统，其特征在于：包括单片机、烟雾传感器、模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LED显示电路；所述烟雾传感器与模数转换模块连接，所述模数转换模块、温度传感器、按键电路、声光报警器和LCD显示电路分别与单片机连接；所述烟雾传感器用于采集周围环境的烟雾浓度，并将烟雾浓度数据经模数转换后发送到单片机；所述温度传感器用于采集周围环境的温度，并将温度数据发送到单片机；所述按键电路用于改变火灾报警的预设值；所述声光报警器用于在烟雾浓度数据、温度数据超过预设值时，发出报警；所述LED显示电路用于显示采集的数据。

2.根据权利要求1所述的基于51单片机的火灾自动报警系统，其特征在于：所述烟雾传感器为MQ-5，所述模数转换模块为AD0832，所述烟雾传感器的1、3、5管脚接电源，所述烟雾传感器的管脚2、4之间接滑动变阻器，所述烟雾传感器的管脚2、6接所述模数转换模块的CH0端，所述烟雾传感器的管脚4接地。

3.根据权利要求2所述的基于51单片机的火灾自动报警系统，其特征在于：所述模数转换器的CS管脚接单片机的P2.7管脚，所述模数转换模块的CLK管脚接单片机的P2.5管脚，模数转换模块的D0、D1管脚接单片机的P2.6管脚。

4.根据权利要求1所述的基于51单片机的火灾自动报警系统，其特征在于：所述声光报警器包括声报警模块和光报警模块，所述声报警模块包括电阻R2、三极管Q1和蜂鸣器，所述电阻R2的一端接单片机的P2.0管脚，电阻R2的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接电源，三极管的集电极经蜂鸣器接地；所述光报警模块包括电阻R4和发光二极管D2，所述电阻R4的一端与单片机的P2.1管脚接连，电阻的另一端与发光二极管D2的阴极连接，发光二极管D2的阳极与电源连接。

5.根据权利要求1所述的基于51单片机的火灾自动报警系统，其特征在于：所述的火灾报警系统还包括GSM短信模块，用于将报警信息发送到用户。