◆李宗灝

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基于STM32的智能煙霧報(bào)警系統(tǒng)

◆李宗灝

(太原師愛(ài)中學(xué) 山西 030002)

本文介紹了基于STM32的智能煙霧報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。采用模塊化的方式，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件組成以及軟件實(shí)現(xiàn)，給出了相應(yīng)部分模塊的電路圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙霧的及時(shí)探測(cè)報(bào)警以及切斷使用場(chǎng)所總電源的功能，可以在家庭、商場(chǎng)等環(huán)境使用。

STM32；煙霧報(bào)警；切斷電源

0 引言

近年來(lái)，全球每年發(fā)生的火災(zāi)高達(dá)上百萬(wàn)起，其中住宅和公共商場(chǎng)的火災(zāi)比例最高，占總火災(zāi)數(shù)的80%以上。而裝有煙霧報(bào)警器和防火噴頭的情況下，火災(zāi)導(dǎo)致的損失便可以降低很多。發(fā)生的大多火災(zāi)中，由用電器引起的火災(zāi)又占絕大部分，因此，在火災(zāi)發(fā)生后，能及時(shí)切斷火災(zāi)場(chǎng)所的電源是降低火災(zāi)損失的關(guān)鍵所在。本煙霧報(bào)警系統(tǒng)可以利用無(wú)線模塊控制電源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器的及時(shí)斷電，從而有效降低火情的擴(kuò)散。同時(shí)，選用強(qiáng)大的STM32控制芯片可以進(jìn)行其他功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)智能全面的系統(tǒng)預(yù)防。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能煙霧報(bào)警系統(tǒng)以STM32芯片為控制單元，以MQ-2半導(dǎo)體煙霧傳感器作為火災(zāi)煙霧識(shí)別模塊，結(jié)合具有超低功耗的OLED液晶顯示屏進(jìn)行對(duì)煙霧值的實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

由MQ-2煙霧傳感器對(duì)環(huán)境的煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，該傳感器可以把煙霧濃度值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，STM32單片機(jī)進(jìn)行對(duì)電信號(hào)的定時(shí)中斷采集，同時(shí)控制液晶屏顯示所采集的測(cè)量值，同時(shí)判斷采集的電壓值是否大于閾值，如果大于閾值那么控制煙霧報(bào)警器工作，同時(shí)切斷室內(nèi)的主電源，本系統(tǒng)利用備用電源繼續(xù)工作。

2 模塊設(shè)計(jì)

煙霧傳感器使用通用的MQ-2模塊，該傳感器使用范圍極廣，靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)，而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。敏感材料是一種N型半導(dǎo)體，當(dāng)環(huán)境中的一氧化碳擴(kuò)散到傳感器的氣室時(shí)，引起表面導(dǎo)電率的變化，煙霧濃度越大，導(dǎo)電率越大，會(huì)使輸出電阻降低輸出模擬信號(hào)越大。

STM32是意法半導(dǎo)體集團(tuán)的一款功能強(qiáng)大的嵌入式芯片，性能高、成本低、功耗低，而且軟件的移植性很強(qiáng)。內(nèi)含3個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器，具有雙采樣和保持能力，其轉(zhuǎn)換速率在微秒級(jí)。其次，選用這款控制芯片是為了進(jìn)行之后的系統(tǒng)功能擴(kuò)展，可以結(jié)合智能家居進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

OLED液晶顯示屏是超低功耗的新一代顯示屏，具有自發(fā)光、廣視角、極高的對(duì)比度。通過(guò)調(diào)節(jié)供電電壓可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏的亮度調(diào)節(jié)。

外接的備用電源可以實(shí)現(xiàn)正常情況下的充電，火災(zāi)發(fā)生后放電的功能?？偟墓ぷ髁鞒虉D如圖2所示。

圖2 電路工作流程圖

上電后先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，同時(shí)完成傳感器的預(yù)熱，此后，傳感器便可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。電源部分需要先進(jìn)行變壓器降壓到12V后，采用線性穩(wěn)壓芯片LM1117進(jìn)行進(jìn)一步線性穩(wěn)壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能模塊的供電。系統(tǒng)正常工作后，傳感器輸出模擬量，STM32單片機(jī)的AD口對(duì)該模擬量進(jìn)行特定時(shí)間的中斷處理，并對(duì)采集的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。接著，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)OLED液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，同時(shí)判斷采集值是否大于閾值電壓，當(dāng)大于閾值時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作并通過(guò)無(wú)線裝置發(fā)送指令控制電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉總電源，系統(tǒng)的備用電源開(kāi)始工作。無(wú)線模塊采用常見(jiàn)的NRF2401模塊，內(nèi)置2.4GHz天線，體積小巧，可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)范圍的數(shù)據(jù)傳輸。主要模塊電路如圖3所示。

圖3 （a）單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊；（b）藍(lán)牙模塊；（c）傳感器模塊

如圖3（a）為單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，選擇功能引腳B1作為模擬數(shù)據(jù)采集的輸入端，單片機(jī)內(nèi)部處理后通過(guò)定義的S1，S2引腳進(jìn)行對(duì)OLED顯示屏的數(shù)據(jù)輸入控制，同時(shí)通過(guò)定義的引腳A11和A10進(jìn)行對(duì)無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)傳輸。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

為了便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。單片機(jī)初始化程序可調(diào)用庫(kù)函數(shù)直接實(shí)現(xiàn)，各功能模塊的引腳需要自行配置。首先定義每個(gè)引腳的功能，主函數(shù)在大循環(huán)中進(jìn)行調(diào)用。

初始化后，每6s進(jìn)行一次中斷，程序進(jìn)入煙霧檢測(cè)子程序，每次采樣的時(shí)間間隔為2s，為了避免誤報(bào)警，系統(tǒng)繼續(xù)連續(xù)5次采樣校準(zhǔn)對(duì)比，進(jìn)行操作后，如果結(jié)果為1，則系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警，否則系統(tǒng)繼續(xù)在低功耗模式下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始報(bào)警時(shí)，單片機(jī)的A8引腳輸出高電壓，驅(qū)動(dòng)三極管集電極端的蜂鳴器工作，同時(shí)，主程序中的無(wú)線模塊部分的命令開(kāi)始執(zhí)行。此時(shí)，系統(tǒng)板的無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，電源端的無(wú)線接收端接收指令，關(guān)閉所在環(huán)境的總電源，單片機(jī)輸出指令信號(hào)使系統(tǒng)板的備用電源開(kāi)始工作。其中，在主控電路上的無(wú)線模塊設(shè)置為數(shù)據(jù)發(fā)送模式，在電源開(kāi)關(guān)的無(wú)線模塊設(shè)置為數(shù)據(jù)接收模式后進(jìn)行裝配。

在定義引腳的功能時(shí)，我們可以多引出些引腳，單片機(jī)的AD口都要進(jìn)行配置，方便以后的功能擴(kuò)展使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于STM32的煙霧報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在火災(zāi)發(fā)生后及時(shí)切斷所在環(huán)境電源的功能，有效避免火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)散。同時(shí)，由于STM32的較強(qiáng)功能，可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，與智能家居進(jìn)行軟件或硬件的連通，為未來(lái)的家庭生活多添一份保障和舒適。

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