基于STC89C52單片機(jī)的火災(zāi)語音報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器，用溫度傳感器DS18B20和煙霧傳感器MQ-2分別耐環(huán)境進(jìn)行溫度和煙霧的數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣報(bào)警。本系統(tǒng)具有體積小、成本低、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越廣泛，現(xiàn)代建筑的不斷增加，火災(zāi)隱患也隨之增加。為了避免火災(zāi)以及減少火災(zāi)給我們?cè)斐傻膿p失，我們必須按照“隱患險(xiǎn)于明火，防患勝于救災(zāi)，責(zé)任重于泰山”的概念設(shè)計(jì)和完善火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，最大限度地減少社會(huì)財(cái)富的損失。

因此，我們運(yùn)用STC89C52單片機(jī)作為報(bào)警器的核心控制器，選用DS18B20溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，選用MQ-2煙霧傳感器對(duì)煙霧信息進(jìn)行檢測(cè)，設(shè)計(jì)出了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患并報(bào)警的報(bào)警設(shè)備，在現(xiàn)代智能建筑中起著極其重要的安全保障作用。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)將STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，DS18B20溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行采集，MQ-2煙霧傳感器對(duì)煙霧信息進(jìn)行采集，并將采集到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，通過電壓比較器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)，然后單片機(jī)對(duì)溫度傳感器和煙霧傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使語音芯片做出相應(yīng)的報(bào)警。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)的選型

在火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。它一方面要接收來自傳感器送來的溫度、煙霧的信號(hào)，另一方面要對(duì)這兩種信號(hào)分別進(jìn)行分析處理，以控制語音報(bào)警電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。本系統(tǒng)要求單片機(jī)具備較快的運(yùn)算速度，抗干擾能力強(qiáng)和低功耗的特點(diǎn)。根據(jù)多方面的比較，選用由宏晶科技公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。STC 89C52是一種低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，并在其基礎(chǔ)上做了很多改進(jìn)，指令代碼完全兼容8051單片機(jī)，無需專用編程器或?qū)Ｓ梅抡嫫?，可直接使用串口下載。相比傳統(tǒng)的51單片機(jī)，89C52綜合性能更高。其主要參數(shù)為：時(shí)鐘頻率最高可達(dá)80 MHz，內(nèi)置8 kB的flash，512B的RAM和2KB的EEPROM;3個(gè)16 bit定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;一個(gè)6向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)。

2.2 溫度采集模塊電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選用DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，它可通過編程方式實(shí)現(xiàn)9—12位的數(shù)字溫度直讀：溫度范圍為-55～125℃，最高12位分辨率，在 -10℃～85℃時(shí)，精度可達(dá)0.5℃，可設(shè)置超限溫度報(bào)警;現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。本系統(tǒng)溫度采集電路如圖2所示。將DS18B20溫度傳感器的單總線DQ接在STC 89C52單片機(jī)的P3.7端口上，通過STC89C52單片機(jī)對(duì)DS18B20的讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取的處理。

2.3 煙霧報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

煙霧報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)選用MQ-2煙霧傳感器，MQ-2煙霧傳感器不僅具有探測(cè)范圍廣、高靈敏度、快速響應(yīng)恢復(fù)、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，還能檢測(cè)火災(zāi)，檢測(cè)燃?xì)庑孤?，是一個(gè)可檢測(cè)多種可燃性氣體，應(yīng)用廣泛，成本低的傳感器。并且MQ-2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在潔凈的空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，本設(shè)計(jì)中MQ-2傳感器的4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號(hào)，被加到比較器LM393的2腳，R6與VCC構(gòu)成比較器的門檻電壓。當(dāng)煙霧濃度較高輸出電壓高于門檻電壓時(shí)，比較器輸出低電平，此時(shí)LED亮報(bào)警;當(dāng)濃度降低傳感器的輸出電壓低于門檻電壓時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平，LED 熄滅。調(diào)節(jié)R6，可以調(diào)節(jié)比較器的門檻電壓，從而調(diào)節(jié)報(bào)警輸出的靈敏度。煙霧報(bào)警模塊電路如圖3所示。

2.4 語音報(bào)警電路

由STC89C52單片機(jī)P1.2，P1.3，P3.0分別控制煙霧、溫度、煙霧與溫度報(bào)警。WT588D采用一線串口模式，當(dāng)溫度過高超過警戒溫度時(shí)P1.2引腳電平拉低，觸發(fā)語音WT58 8D芯片發(fā)出“溫度過高請(qǐng)注意檢查”聲音。同理當(dāng)可燃性氣體濃度超過限定值時(shí)，將P1.3置為低電平，WT588D語音芯片發(fā)生報(bào)警。語音報(bào)警電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制器上采用STC89C52作為主控芯片，其主要功能包括：控制I/O端口、邏輯判斷處理、驅(qū)動(dòng)外部電路、語音報(bào)警等功能，此程序是一個(gè)無限循環(huán)體，其流程是：首先在上電之后系統(tǒng)的各部分包括單片機(jī)輸出輸入端口的設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、外圍驅(qū)動(dòng)電路等完成初始化，數(shù)碼管顯示當(dāng)前環(huán)境溫度，接下來執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和煙霧報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)溫度判斷、報(bào)警判斷。系統(tǒng)初始化后，STC89C52的P1為高電平，P1.2、P1.3、 P3.0為高電平，語音芯片不報(bào)警。

程序初始化這部分主要實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷、溫度煙霧數(shù)據(jù)采集程序、火災(zāi)判斷與報(bào)警程序等。系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。

3.2 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。為了降低誤報(bào)率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)溫度煙霧采用了循環(huán)采集、循環(huán)判斷的方法。每次采集溫度煙霧數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器，然后在火災(zāi)判斷程序中，將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生火災(zāi)。

具體流程是：系統(tǒng)和程序初始化后，驅(qū)動(dòng)DS18B20對(duì)溫度信號(hào)采集，單片機(jī)接受轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，存入寄存器，由INT1中斷服務(wù)程序完成;系統(tǒng)延時(shí)10 ms，轉(zhuǎn)換完成后存入寄存器。系統(tǒng)延時(shí)50 ms，進(jìn)行溫度煙霧信號(hào)采集，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入寄存器中。等待數(shù)據(jù)信息采集，通過中斷服務(wù)程序讀取轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度過高或煙霧濃度超標(biāo)時(shí)，進(jìn)行語音報(bào)警。

由于設(shè)計(jì)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能是通過調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)的。在數(shù)據(jù)采集子程序中，一次溫度煙霧信號(hào)采集延時(shí)10 ms。當(dāng)系統(tǒng)采集溫度煙霧信號(hào)后，轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)存入單片機(jī)的寄存器中，系統(tǒng)再調(diào)用火災(zāi)判斷子程序。

4 系統(tǒng)實(shí)物

本系統(tǒng)實(shí)物如圖6所示。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心的火災(zāi)報(bào)警器可以實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警、溫度顯示、報(bào)警限設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。