CN104809841A - 一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，包括均以单片机作为主控芯片的火灾复合探测器和火灾报警控制器；火灾复合探测器包括均与主控芯片连接的探测器电源电路、温度传感器、烟雾传感器、CO浓度传感器、通信模块、风扇启动电路，实现对烟雾浓度、温度、CO浓度的采集、处理和无线发送；火灾报警控制器包括均与主控芯片连接的控制器电源电路、按键电路、SD存储、LCD显示、报警电路、无线射频通信模块，接收火灾复合探测器发送的火灾参数信息并进行处理，在液晶屏上显示相关节点检测信息并进行声光报警。通过上述方式，本发明能够实现火灾参数的远程复合探测、数据的无线传输以及快速实时性报警，安装便捷、实时性好、抗干扰能力强。

Description

一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统

技术领域

本发明涉及消防安全防护系统领域，特别是涉及一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统。

背景技术

随着国家经济的快速发展，城市化程度的急剧扩张，人员密集场所数量的不断增加，火灾事故的发生愈加频繁，造成人、财、物的巨大损失，造成重大损失的关键在于对多起火灾事故的综合分析不够、报警器误报漏报、运行不稳定以及安装位置限制等，因此提高火灾报警装置的稳定性、降低误报漏报率、及时预报火情、实时报警，确保消防安全具有极其重大的意义。

目前，国内外火灾自动探测报警系统种类比较繁多、应用也较为广泛，但在实际应用中存在诸多问题，譬如：(1)产品功能单一，只对某一种火灾参数进行探测而出现误报漏报。一般火灾过程分为早期、阴燃、火焰放热和衰减4个阶段，不同发展阶段产生的燃烧产物不同，因此火灾信号包括多个特征参数，每个参数都或多或少地表示火灾发生的概率，从理论上讲，探测器采用的火灾特征参数越多，系统智能化水平越高，误报漏报率将越低；(2)探测报警系统实时性不够以及稳定性较差。在火灾探测报警过程中，要进行大量的多传感器数据采集、处理及火灾智能算法分析，传统的基于8位、16位的单片机，完成火情分析时间一般为15～18s，对多数据处理能力较差，实时性不够，而DSP数据处理器具有较强的数据处理能力，但是成本较高，不易推广；(3)系统安装不便捷。在数据传输方面，传统的火灾探测器与报警控制器是通过电缆线连接的，不仅费用高、工作量大，且对建筑结构造成一定的破坏，而且在一些特殊场合，如古建筑消防安全、危险化学品泄漏应急检测以及其他人力难以达到的场所，有线式的探测器难以适用。

因此，随着微处理器技术、传感器检测技术、无线通信技术、控制技术以及人工智能技术等的不断发展，火灾探测报警系统向着高可靠性、低误报漏报率、无线化、网络化、智能化方向发展成为必然的趋势。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，能够解决传统的火灾报警器存在误报漏报、运行不稳定、实时性差以及安装位置限制等问题；能够实现火灾参数的远程复合探测、数据的无线传输以及快速实时性报警，同时具有系统安装便捷、实时性好、功能完善、可靠性高和抗干扰能力强等特点。

    为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，包括：火灾复合探测器和火灾报警控制器，所述火灾复合探测器和火灾报警控制器均以单片机作为主控芯片；所述火灾复合探测器包括均与所述主控芯片相连接的探测器电源电路、温度传感器、烟雾传感器、CO浓度传感器、通信模块、风扇启动电路，实现对烟雾浓度、温度、CO浓度数据的采集、处理和无线发送；所述火灾报警控制器包括均与所述主控芯片相连接的控制器电源电路、按键电路、SD存储、LCD显示、报警电路、无线射频通信模块，接收火灾复合探测器发送的火灾参数信息并进行处理，在液晶屏上显示相关节点检测信息，启动报警装置进行声光报警。

    优选的是，所述温度传感器采用DS18B20，所述烟雾传感器和CO传感器分别采用MQ-2型气体传感器和MQ-7型气体传感器；所述通信模块和无线射频通信模块均采用工作于2.4G频段的nRF24L01射频收发芯片。

优选的是，所述主控芯片采用基于ARM Cortex M3内核的STM32F103C8单片机。

本发明的有益效果是：本发明能够实现火灾参数的远程复合探测、数据的无线传输以及快速实时性报警，同时具有系统安装便捷、实时性好、功能完善、可靠性高和抗干扰能力强等特点。

附图说明

    图1是本发明一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统的构架示意图；

图2是所示一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统的火灾复合探测器的电路原理示意图；

图3是所示一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统的火灾报警控制器的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图3，本发明实施例包括：

一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，包括：火灾复合探测器和火灾报警控制器，所述火灾复合探测器和火灾报警控制器均以采用基于ARM Cortex M3内核的STM32F103C8单片机作为主控芯片；所述火灾复合探测器包括均与探测器主控芯片11相连接的探测器电源电路15、温度传感器12、烟雾传感器13、CO浓度传感器14、通信模块16、探测器JTAG接口17、风扇启动电路18，实现对烟雾浓度、温度、CO浓度数据的采集、处理和无线发送；所述火灾报警控制器包括均与控制器主控芯片21相连接的控制器电源电路25、按键电路23、SD存储24、LCD显示27、报警电路26、无线射频通信模块22，接收火灾复合探测器发送的火灾参数信息并进行处理，在液晶屏上显示相关节点检测信息，启动报警装置进行声光报警；所述温度传感器采用DS18B20，所述烟雾传感器和CO传感器分别采用MQ-2型气体传感器和MQ-7型气体传感器；所述通信模块16和无线射频通信模块22均采用工作于2.4G频段的nRF24L01射频收发芯片。

所述探测器主控芯片11包括：STM32F103C8核心芯片111、复位电路112、外部晶振（时钟）电路113、USB接口电路114、滤波电路115、下载方式及工作模式切换电路116；其中下载方式及工作模式切换电路116用于选择单片机正常运行或下载工作模式，插入跳帽，单片机正常运行，此时复位键有复位功能，拔掉跳帽，单片机进入下载模式，此时按下复位键进入下载待命状态；外部晶振（时钟）电路113提供8MHz主时钟晶振；USB接口电路114配套USB程序，可实现串口下载或可以给最小系统板供电；滤波电路115防止干扰，使模拟电压更加稳定。

所述探测器电源电路15为3.3V稳压电路，STM32 F103C8属于3.3V系统，通过二极管将5V转换为3.3V输出电压VDD，通电正常后电源指示灯点亮；通信模块16采用工作于2.4G频段的nRF24L01射频收发芯片，实现探测端STM32 F103C8与报警控制端STM32 F103C8数据的无线通信，利用主控芯片内部的SPI2总线与nRF24L01射频收发芯片建立无线通信，其中SPI2_SCK与PB13、SPI2_MISO与PB14、SPI2_MOSI与PB15相连、芯片使能（片选）CE-PA9 控制管脚IRQ-PA11；探测器JTAG接口17用于连接Jlink、STlink等兼容仿真器，可以进行在线调试。

所述温度传感器12采用DS18B20电路，采集探测点温度值，与STM32F103C8单片机PC13引脚相连接，通过NRF24L01射频收发芯片发送到控制端彩屏显示；所述烟雾传感器13采用MQ-2型，采集探测点烟雾浓度值，通过主控芯片内部的ADC采样电路，由PA1口输入进行12位A/D转换；所述CO浓度传感器采用MQ-7型，采集探测点CO浓度值，通过主控芯片内部的ADC采样电路，由PA0口输入进行12位A/D转换；所述风扇启动电路18的功能是当烟雾或可燃气体浓度超过报警值时启动继电器，继电器带动风扇转动模拟排烟，与STM32F103C8单片机的PA3引脚相连接，当PA3输入高电平时，三极管导通，继电器常开端闭合，风扇接通启动。

所述无线射频通信模块22采用工作于2.4G频段的nRF24L01射频收发芯片，负责接收探测端nRF24L01发送的火灾特征参数，与主控芯片的引脚连接与探测端一致；所述按键电路23用于设定温度和烟雾的报警上限值，四个按键的功能分别是调节模式键、加键、减键、确定键；所述SD存储24用于存储火灾报警历史信息，利用主控芯片内部SPI总线与SD卡建立通信，进行读取与写入操作，其中SPI_MISO与PA14引脚、SPI_MOSI与PA6 引脚、SPI_CLK与PA12相连接；所述控制器电源电路25实现5V/3.3V电压转变；所述报警电路26功能是当探测的温度值超过设定的报警上限时，红灯亮，蜂鸣器响，当烟雾值超过上限时，黄灯亮，蜂鸣器响，同时火灾探测端启动继电器，继电器带动风扇转动模拟排烟；所述LCD显示27采用彩屏2.4寸ILI9325_240X320液晶显示屏，控制引脚LCD_RST与STM32的PB10相连、LCD_CS与PB11相连、LCD_RS与PB12相连、LCD_WR与PA7相连、LCD_RD与PA8相连，数据口DB0~DB7分别于STM的PB0~PB7引脚相连，用于显示探测端发送的温度以及烟雾浓度火灾特征参数；JTAG接口28用于连接Jlink、STlink等兼容仿真器，可以进行在线调试。

本发明提供的基于STM32单片机控制的无线火灾探测与报警系统，将嵌入式应用开发、多传感器检测、无线通信、显示设备以及人工智能等众多领域的相关技术相结合，实现探测器端多个火灾特征参数的复合探测以及报警控制器的数据显示、报警以及无线传输功能，与传统的火灾报警器相比，具有探测精度高、响应速度快以及安装便捷等优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，其特征在于，包括：火灾复合探测器和火灾报警控制器，所述火灾复合探测器和火灾报警控制器均以单片机作为主控芯片；所述火灾复合探测器包括均与所述主控芯片相连接的探测器电源电路、温度传感器、烟雾传感器、CO浓度传感器、通信模块、风扇启动电路，实现对烟雾浓度、温度、CO浓度数据的采集、处理和无线发送；所述火灾报警控制器包括均与所述主控芯片相连接的控制器电源电路、按键电路、SD存储、LCD显示、报警电路、无线射频通信模块，接收火灾复合探测器发送的火灾参数信息并进行处理，在液晶屏上显示相关节点检测信息，启动报警装置进行声光报警。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，其特征在于：所述温度传感器采用DS18B20，所述烟雾传感器和CO传感器分别采用MQ-2型气体传感器和MQ-7型气体传感器；所述通信模块和无线射频通信模块均采用工作于2.4G频段的nRF24L01射频收发芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的无线火灾探测报警系统，其特征在于：所述主控芯片采用基于ARM Cortex M3内核的STM32F103C8单片机。