基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室安全智能報(bào)警系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室為學(xué)校及研究機(jī)構(gòu)的重要工作地點(diǎn)，其中存放著大量危險(xiǎn)品和貴重的實(shí)驗(yàn)器械，實(shí)驗(yàn)室的安全管理是對(duì)師生生命安全以及學(xué)校財(cái)產(chǎn)安全的重要保障。據(jù)此本設(shè)計(jì)為一款實(shí)驗(yàn)室安全智能報(bào)警系統(tǒng)，用于防范實(shí)驗(yàn)室失竊、火災(zāi)等意外事故的發(fā)生。它在以前的報(bào)警器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，使用紅外、溫度、煙霧三個(gè)傳感器，全方面地保證實(shí)驗(yàn)室安全，不僅如此，它使用單片機(jī)作為信號(hào)處理器，這樣有利于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，方便編程與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，可以將整個(gè)學(xué)校的所有實(shí)驗(yàn)室聯(lián)網(wǎng)管理。
一、基本原理
1.系統(tǒng)基本原理
系統(tǒng)基于STC89C52RC單片機(jī)控制，采用C語(yǔ)言編寫程序，由3個(gè)傳感器：煙霧傳感器、紅外傳感器和溫度傳感器接收信號(hào)，由蜂鳴器輸出報(bào)警信號(hào)，LCD顯示輸出實(shí)時(shí)溫度和預(yù)設(shè)溫度。本系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件控制下工作，HC－SR501人體紅外感應(yīng)模塊接受人體紅外輻射源的信號(hào)將所探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，并從這些信號(hào)中提取出信息觸動(dòng)感應(yīng)開關(guān)電子模塊，將結(jié)果反饋給主控單片機(jī)STC89C52。DS18B20溫度采集器采集溫度信號(hào)傳送給可編程數(shù)字溫度計(jì)，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，若溫度高于警示溫度，則將信號(hào)反饋給主控單片機(jī)STC89C52。
煙霧報(bào)警器主要對(duì)甲烷和液化氣可燃?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)MQ－2煙霧氣敏傳感器采集到危險(xiǎn)氣體，就會(huì)將信號(hào)反饋給主控單片機(jī)STC89C52。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

總體設(shè)計(jì)框圖

在主控單片機(jī)內(nèi)部，會(huì)通過軟件對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、平均、識(shí)別、判決等環(huán)節(jié)，及時(shí)觸動(dòng)報(bào)警模塊，將控制信號(hào)放大完成報(bào)警動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警持續(xù)一段時(shí)間后，可以自動(dòng)解除，也可以通過按鍵模塊，手動(dòng)解除，然后在LCD顯示模塊顯示報(bào)警次數(shù)和報(bào)警原因。
2.熱釋電傳感器的基本原理
使用HC－SR501人體紅外感應(yīng)傳感器，該傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍則輸出高電平，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。同時(shí)該傳感器有溫度補(bǔ)償功能，在夏天溫度較高時(shí)，有效探測(cè)距離稍變短，以保證傳感器的工作性能。該傳感器靈敏度高，抗干擾性高，可靠性強(qiáng)，可以起到很好的防盜作用。
3.溫度傳感器的基本原理
采用DS18B20溫度傳感器，低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)發(fā)送給計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。測(cè)溫范圍－55℃～＋125℃，測(cè)溫誤差1℃。該傳感器有獨(dú)特的單線接口方式，和單片機(jī)連接時(shí)僅需一條線，即可實(shí)現(xiàn)雙向連接。該傳感器價(jià)格優(yōu)惠、響應(yīng)快，在使用中不需要外圍原件，且支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，最多可并聯(lián)八個(gè)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，在實(shí)驗(yàn)室這種大型區(qū)域，可以及時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，提高安全保障。

STC89C52控制單元電路圖

4.煙霧傳感器的基本原理
使用RA6－1煙霧傳感器，其輸出的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，可自行調(diào)節(jié)靈敏度，因而信號(hào)不必再處理，可以直接送到主控單元。氣體檢測(cè)單元主要可以對(duì)甲烷和液化可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè)，可以避免實(shí)驗(yàn)室火災(zāi)和實(shí)驗(yàn)人員中毒的情況發(fā)生。該檢測(cè)單元采用MQ－2煙霧傳感器，對(duì)煙霧敏感性高，使用壽命長(zhǎng)，工作穩(wěn)定，響應(yīng)迅速，可以很好地保證實(shí)驗(yàn)室的安全。

圖3 主程序流程圖

二、系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)有三種不同的報(bào)警方式，分別為紅外報(bào)警、高溫報(bào)警和煙霧報(bào)警。當(dāng)傳感器檢測(cè)到異常時(shí)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)的檢測(cè)單元，溫度和煙霧也是如此。每個(gè)檢測(cè)單元分別對(duì)應(yīng)不同的傳感器，互不影響，檢測(cè)單元將信號(hào)發(fā)送給主控單元，主控單元向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，啟動(dòng)報(bào)警指令，根據(jù)不同的報(bào)警類別顯示報(bào)警原因。
三、系統(tǒng)測(cè)試
測(cè)試共進(jìn)行三次，分別對(duì)紅外報(bào)警、溫度報(bào)警和煙霧報(bào)警功能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試表明報(bào)警正常，報(bào)警原因顯示正常。
如4圖進(jìn)行了對(duì)于溫度的測(cè)試，在產(chǎn)品中加入了溫度修改按鍵，通過兩個(gè)按鍵可以對(duì)于報(bào)警溫度進(jìn)行設(shè)定，測(cè)試時(shí)室內(nèi)溫度為18℃，將溫度閾值設(shè)定在20℃，此時(shí)蜂鳴器未報(bào)警。隨后將溫度設(shè)定在17℃，蜂鳴器報(bào)警。
在第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行對(duì)紅外報(bào)警器的測(cè)試，將報(bào)警器附近放上木板隔離，蜂鳴器未報(bào)警。隨后將手放置于紅外傳感器前，蜂鳴器正常報(bào)警。
最后進(jìn)行了對(duì)于煙霧傳感器的測(cè)試，將燃著的木條放置于煙霧傳感器前，蜂鳴器報(bào)警。
綜上，本項(xiàng)目產(chǎn)品三個(gè)傳感器均正常工作。

圖4 測(cè)試圖

四、結(jié)束語(yǔ)
本報(bào)警系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，熱釋電傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器為輔，主要解決了實(shí)驗(yàn)室的安全保衛(wèi)問題，從外物入侵、火災(zāi)防范和有毒氣體泄露三個(gè)方面保障實(shí)驗(yàn)室的財(cái)產(chǎn)安全和實(shí)驗(yàn)人員的人身安全，在學(xué)校、研究所等場(chǎng)所有很高的應(yīng)用價(jià)值。

基于單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室安全智能報(bào)警系統(tǒng)

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