基STM32单片机家庭智火灾安全系统研究
Research on family intelligent fire safety system based on STM32 single chip microcomputer
容摘
年社会飞速发展电子科学技术计算机软硬件技术进步生活水着提高厦林立房屋建设越越复杂量电器复杂交错线路日常生活存着安全隐患火灾安全问题成生活中需解决问题越越火灾系统灭火系统应运生设计基单片机设计型智家火灾报警系统实现烟雾报警温度异常报警红外检测外部中断等功
硬件选择方面采STM32F103C8T6单片机控芯片集成温度传感器（LM75A）烟雾气敏传感器（MQ2）微型体感应传感器PIR源蜂鸣器6×6×6轻触开关等编写程序通模块传感器环境种温度烟雾浓度数信息实时采集单片机进行数存储处理根设计逻辑控制模块元件做出相应应措施排隐患避免意外发生
关键词：STM32单片机 传感器 智 火灾报警系统
Abstract
In recent years our standard of living has improved given the rapid development of society the development of electronic technology and computer hardware and software technology The building is more and more complex a large number of electrical appliances and complex staggered lines make our daily life have potential safety hazards so the fire safety problem has become a big problem in our life to be solved and more and more fire systems and fire extinguishing systems have emerged A small fire alarm system of intelligent home based on single chip microcomputer is designed which realizes the functions of smoke alarm temperature abnormal alarm infrared detection and external interruption
In terms of hardware selection stm32f103c8t6 single chip is used as the main control chip which integrates temperature sensor (LM75A) smoke gas sensor (mq2) micro human body sensor PIR active buzzer and 6 × 6 × 6 light touch switch etc the program is written to collect the realtime temperature and smoke concentration data information of environmental species through the sensors of each module and then the single chip is used The machine stores and processes the data and then controls each module element according to the design logic to make corresponding countermeasures to eliminate hidden dangers and avoid accidents as much as possible
Keywords：STM32 single chip microcomputer sensor Intelligence fire alarm system
目录
第章 概述 1
11 研究背景意义 1
12 火灾警报器发展现状 1
121火灾警报器存问题 1
122 火灾警报器发展趋势 2
13章结 2
第二章 硬件选型分析 4
21 控芯片 4
211单片机选型 4
212 单片机GPIO功描述 4
22 传感器模块选择 5
221体红外传感模块 5
222温度传感模块 6
223烟雾气体传感模块 7
23 章结 8
第三章 硬件系统设计 9
31 火灾报警器硬件电路设计 9
311 单片机系统 9
312 烟雾报警模块 11
313 温度报警模块 11
314 体红外感应模块 12
315 中断开关模块 12
32 期思路改进 13
33章结 13
第四章 软件开发 14
41软件开发环境 14
42程序设计 14
43重子程序设计 15
431温度报警子程序 15
432 烟雾报警子程序 17
433红外体感应子程序 18
434 外部中断子程序 18
44 章结 18
第五章 测试调试 19
51 警报器调试 19
511 传感器参数标定 19
512 传感器重复性研究 19
513 系统报警模块误报测试 19
52 章结 20
第六章 项目总结 21
结 22
参考文献 23
致谢 24
第章 概述
类生活中离开火甚说类进化发展步类懂利火火带便捷利弊予便利时火带灾难防火措施必免火灾初期予合适处理效保障生命安全避免财产损失文基火质分析研究针性火灾发生情景设计款STM32控芯片提前预测检测火灾发生通传感器环境温度烟雾气体浓度信息实时监控检测异常数时会发出警报智化火灾警报器
11 研究背景意义
改革开放中国济惊速度进步着生活水越越行业日渐强中国着量口房产行业发展尤快速高楼厦区社区断增加家庭房屋电线电缆越越室结构越发复杂量电器品线路短路者物品燃现代家庭防范问题数表明国10年火灾情况：均年1315万起直接造成损失年约200000万元面样数理更加重视火灾问题更加努力发展着方面防护措施
采智家庭防火系统发生灾害效减少避免温度感应器安装室温度正常升定程度时者烟雾浓度达定值时发报警信号动洒水时处理免造成更进步伤害损失果检测现场温度浓度没达定危险值时判断救火避免系统题做造成必损失偿失作品专门针家庭安防系统创新性警示防火灭火等紧急情况身居家安全放心提供强力保障
12 火灾警报器现状发展趋势
121火灾警报器现状
国家关火灾报警系统方面研究应目前处较基础层次相欧美等发达国家起步晚方面略逊筹国火灾报警系统安装范围基高层民建筑设计防火规范建筑设计防火规范等法规规定中相应场例国家省市等部门重点单位普通家庭安装中没普现国应火灾探测装置工作原理基分烟雾传感温度传感火焰（光）传感燃气体传感等单种种组合检测警报装置然目前火灾探测器系统进行智化设计已探测传感器件采集环境数参数种类足相应系统软件发展够成熟火灾警报系统存智化程度低迟报误报漏报等问题相互独立缺乏交流控制方式系统间交流资源享非常利会造成硬件投资重复情况火灾发生时候警报系统法动城市火警中心报警火势具体情况起火具体位置等火灾情景做准确描述消防方面法时针性合理处理火情造成余必损失目前火灾警报器存问题足
122 火灾警报器发展趋势
报警系统宏观说着网络化智化方趋势发展：报警系统通计算机技术通设置协议控制系统种探测传感器功模块城市火警中心达成连线达数远程调监控理目时报警装置中探测器环境采集效信息采集环境信息采模糊逻辑工神网络技术进行处理系统智化环境进行判断准确解火灾情况微观说着型化社区化方发展：报警系统型化指探测器功模块型化果报警系统实现网络化需警报器完整系统系统中子模块变网络中服务资源进行判断控制报警相需者单独模块达原整警报系统功样报警系统更加便捷济
13章结
火灾质分火源燃烧物质燃物质四种形态分：气态液态固态固气混合态火灾火焰参数：光反应温度变化烟雾等根火焰参数结合燃物质分析出防范应措施文研究单片机基础模拟家庭住宅火灾情况通火焰参数数设计检测温度变化烟雾浓度变化具备红外体感应智火灾系统
项目设计思路设计方案确定熟悉种软件硬件原理完成单片机系统硬件焊接硬件结构设置程序编译实物进行测试调试
第二章 硬件选型分析
解火灾质根方面功性需求合理选硬件满足结构巧济实惠求设计出集检测防范体具烟雾检测温度检测体红外检测警示应措施等功智火灾系统[3]
21 控芯片
211单片机选型
该设计中选核心处理器STM32F103C8T6该芯片性强功率消耗时钟频率达72MHz性价言该芯片类型产品种非常高该芯片置 32KB~128KB闪存STM32功率消耗36mA目前市面功率消耗低32位微处理器[6]相05mAMHz
STM32基参数示：
芯片：32BIT
电压电源：2 V ~ 36 V
CUP运转频率：72MHz
INPUTOUTPUT：37
程序存储器容量：64KB （64K x 8）
程序存储器类型：闪存
机存取储存器容量：20K x 8
外部设备：DMA电机控制PWMPWM温度传感器
212 STM32F103C8T6GPIO功描述
GPIO口32位配置寄存器数寄存器两32位置位复位寄存器16位复位寄存器32位锁定寄存器GPIO端口位软件分配置成列种模式：
─ GPIO_Mode_AIN 输入模拟
─ GPIO_Mode_IN_FLOATING 输入浮空
─ GPIO_Mode_IPD 拉输入
─ GPIO_Mode_IPU 拉输入
─ GPIO_Mode_AF_OD 复模式开漏输出
─ GPIO_Mode_AF_PP 复模式推挽输出
─ GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
─ GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
IO端口位编写程序IO端口寄存器遵循32字节访问规
22 传感器模块选型
221红外体感应模块
（1）红外感应模块采微型体感应模块PIR该传感器参数：
工作电压：DC 12V
尺寸：15*15*15mm
输出方式：5V高低电
检测角度：90°
检测范围：5米
响应时间：移动物体离开感应范围延时输出60S
（2）微型体感应模块PIR引脚图22说明：
1脚：供电VCC12V
2脚：接
3脚：输出EN5V高低电
图22 微型体感应模块PIR引脚
（3）微型体感应模块PIR传感器特性：
1 运动物体触发受静止物体影响
2 受环境温度烟雾浓度噪音气体流东干燥程度光线灰尘等素影响
3 动明安防智化感应量身定做更专业
4 稳定误触发
222温度传感模块
设计选市面常见LM75A作温度检测传感器LM75A具高速IIC接口温度传感器55℃~+125℃温度转化数字信号该传感器精细温度检测检测精度达0125℃误差环境温度信息进行实时监控做检测温度阈值温度控制器（阈值预设）
LM75A参数特性
（1） 具IIC接口条总线连接8子设备
（2）工作电压范围 ：28V—55V
（3）温度检测范围 55摄氏度— +125摄氏度
（4）具11位AD转换器转换精度0125℃
（5）掉电模式电流值35μA
（6）提供环境温度信息直接表示温度
图23 LM75AD引脚
LM75A引脚说明：
脚1：I2C串行双数线
脚2：I2C串行时钟输入
脚3：热关断输出开漏输出
脚4：连接系统
脚5：户定义址2
脚6：户定义址1
脚7：户定义址0
脚8：VCC电源
223烟雾气体传感模块
设计采MQ2烟雾传感器作烟雾检测模块传感器原特点液态气体氢气丙烷较高检测识度常见瓦斯燃性气体探测十分灵敏检测气体种类相齐全说采MQ2方面性价高MQ2气敏材料二氧化锡该材料正常气中导电传感器环境中存燃性气体时候传感器电导率会检测环境中燃性气体浓度成正系统导电率判断出燃性气体浓度否异常输出相应电信号相应IO口蜂鸣器报警外半导体烟雾气体传感器初期稳定性加热特性等方面考虑MQ2 烟雾气体传感器指标系数相符合实际情况错选择[4]
（1）MQ2 传感器特性：
1具信号输出指示
2模拟电压输出TTL高低电输出
3TTL输出效信号低电0
4模拟电压输出05V电压电压着烟雾探测浓度增增
5液化气家煤气天然气着较高灵敏度
6具长期寿命稳定性
7快速响应恢复特性
（2）MQ2接线方式：
脚1：VCC电源
脚2：TTL高低电输出端
脚3：模拟电压输出端
脚4：接
图24 MQ2引脚图
（3）MQ2烟雾传感器外形结构说明：
图25 MQ2传感器外形
表21 MQ2传感器结构
序号
部件
材料
1
气体敏感层
二氧化锡
2
电极
金（Au）
3
测量电极引线
铂（Pt）
4
加热器
镍铬合金（NiCr）
5
陶瓷
三氧化二铝
6
防爆网
100目双层锈钢（SUB316）
7
卡环
镀镍铜材（NiCu）
8
基座
胶木尼龙
9
针状脚
镀镍铜材（NiCu）
23 章结
章介绍该设计项目电路中相关元件相关元件特性分析中结合设计原理实现STM32单片机核心具备烟雾报警温度报警红外体感应等功报警器
第三章 硬件系统设计
单片机系统STM32F103C8T6芯片MQ2烟雾气体传感器LM75A温度传感器微型体感应模块PIR蜂鸣报警器红灯绿灯中断键开关组成根PCB图原理图模块器件进行焊接[7]
31 火灾报警器硬件电路设计
单片机系统STM32F103C8T6MQ2烟雾气体传感器LM75A温度传感器微型体感应模块PIR蜂鸣报警器红绿灯中断键开关模块组成模块连线：PA12MQ2烟雾气体传感器D03口连接PA10源蜂鸣器连接PA8口微型体感应器OUT口连接PA0口中断开关键KEY0连接PB1口绿灯连接PB10红灯连接PB6PB7分LM75A温度传感器时钟线SCL数线SDA连接
图31 火灾报警系统原理图
311 单片机系统
图32 系统
系统处理器部分电路关键时钟电路调试电路电源电路复位电路构成
图33 晶振电路
图34 电源电路
图35 复位电路
312 烟雾报警模块
烟雾报警电路单片机PA12端口PA10端口控制通配置相应寄存器PA12端口功模式选拉输入模式PA10端口功模式选推挽输出模式MQ2烟雾气体传感器DOUT引脚连接单片机PA12端口选TTL高低电输出功通环境实时扫描检测检测环境烟雾浓度设定浓度时（浓度阈值调）MQ2烟雾气体传感器单片机发送报警信号（发送间隔1s低电脉信号）通代码实现逻辑转换单片机PA10端口输出高电蜂鸣器长鸣起警示作
图37 烟雾报警电路
313 温度报警模块
温度报警电路单片机PB6PB7PA10端口控制通配置相应寄存器PB6PB7PA10端口功模式选推挽输出模式LM75ASCL连接单片机PB6口SDA连接单片机PB7口通LM75AD读取周围环境温度出温度数Temp时钟线SCL数线SDA根I2C协议数Temp传输单片机单片机接收温度数设定温度阈值时PA10端口输出高电蜂鸣器报警起警示作
图38 温度报警电路
314 体红外感应模块
体红外感应模块单片机PA8端口PB1端口控制通配置相应寄存器PA8端口功模式选拉输出模式PB1端口选推挽输出模式微型红外传感器5米时单片机相应端口输入高电1单片机PB1端口输出高电绿灯（应急明灯）亮
图39 红外体感应电路
315 中断开关模块
中断开关模块中断键模块LED模块组成PA0端口PB10端口控制通配置相应寄存器PA0端口外部中断功选升触发模式PB10端口选推挽输出模式中断键模块6×6×5轻触开关串联拉电阻组成空闲状态PA0直处高电状态轻触开关接电状态低电变高电符合升触发条件单片机通代码实现单片机PB10端口输出高低电（根代码决定输出高低电）实现红色LED亮灭功
图310 中断开关电路
32 期思路改进
原该设计思路中具备想户发送异常信息线发送模块知识水足遗憾没办法实现该功时期加入中断键功目预防传感器检测烟雾温度异常实际控性果情况发生通方式解决问题避免动处理造成差伤害偿失时费实施难度方面考虑红灯模拟洒水系统
33章结
章涉单片机焊接种电路原理已知识水需量学涉知识方面较全面通设计硬件电路图整电路系统知识着提升加强独立思考断获取精益求精学力深刻明白单理知识远远够时伴需实践理相结合做出相成功作品
第四章 软件开发
单片机项目研究开发阶段仅需硬硬件力程序编写录入具备着重意义确定设计思路需实现功利汇编软件KEIL5进行程序编写实现求需功
41软件开发环境
设计采CC++语言编程C语言简易方式编译处理低级存储器高级语言特点具汇编语言特点作系统设计语言编写系统应程序作应程序设计语言编写赖计算机硬件应程序运行环境支持便运行高效率计算机语言
系统软件编程Keil uVision5软件开发系统该软件具实库函数集成开发调试工具强生成代码效率高错误率低转变成机器语言结构更精简目前C语言编程选择[8]
42程序设计
设计STM32警报系统控芯片传感器采集烟雾浓度温度通GPIO口传输STM32进行处理编写程序环境进行判断通GPIO口蜂鸣报警器红色LED灯（模拟洒水功）进行控制部分火灾警报系统智体现火灾警报器软件设计中设计模块化变成方法期程序系统维护便捷子程序作实现模块功更方便需求功拓展包括火灾报警总程序现场温度烟雾浓度报警子程序体红外感应子程序红色LED（模拟洒水）中断处理子程序
火灾警报系统工作流程图41示首先启动火灾警报系统系统初始化传感器环境进行扫描单片机判断传感器采集温度信息者烟雾气体浓度信息超设定阈值时报警模块蜂鸣器会长鸣直异常消失根红外体传感器否探测场判断否需进行步处理动者手动进行洒水（设计红灯模拟）控制异常情况情形
情形1：烟雾浓度异常温度正常场蜂鸣器长鸣
情形2：烟雾浓度异常温度正常场蜂鸣器长鸣
情形3：烟雾浓度正常温度异常场蜂鸣器长鸣
情形4：烟雾浓度正常温度异常场蜂鸣器长鸣
情形5：烟雾浓度异常温度异常场蜂鸣器长鸣洒水
情形6：烟雾浓度异常温度异常场蜂鸣器长鸣手动控制洒水
图41 警报系统程序流程图
43子模块程序设计
431温度报警子程序
STM32LM75A间交流实际高低电间信号交流采集温度数传输程中需根I2C协议单片机交流
I2C协议：
IIC总线通信交流程中种信号分：开始信号结束信号应答信号着种信号中起始信号定结束信号应答信号没时介绍空闲状态数效性数传输
开始信号：时钟线SCL高电时候数线SDA高电变低电
停止信号：时钟线SCL高电时候数线SDA低电变高电
图42 IIC起始信号结束信号
应答信号：发送器发送字节（8bit）（第9）时钟脉期间释放数线信号接收器反馈应答信号
数线SDA低电时规定效应答（ACK）表示接收器已成功接收该字节
数线SDA高电时规定效应答（NACK）般表示接收器接收该字节成功
图43 IIC应答信号
空闲状态：IIC总线数线SDA时钟线SCL两条信号线时处高电时规定总线空闲状态
数效性：IIC总线数传送时侯时钟线SCL处高电时候数线SDA数定保持稳定时钟线SCL高电变低电时候数线SDA电状态发生改变
图44 IIC数传输效性
数传输：机进行数传输前先机发送8位电信号作址8位信号中前7位机址位表示机机进行读写第八位信号0时表示机机写数信号1时表示机机读数机产生响应时机发送变成接收机接收变成发送数机发送机接收应答机产生时钟信号机产生机终止次传输机发出效应答信号机发出停止条件
图45 IIC数传输流程图
温度报警子程序：首先系统程序初始化传感器预热着手开始温度检测采集周围环境温度信息通I2C协议传输STM32单片机数存储寄存器中单片机实时温度信息设定报警温度阈值进行较判断否异常情况果超预设温度安全警戒值时启动报警处理程序蜂鸣器长鸣开始警示直异常温度消失恢复正常温度蜂鸣报警解
432 烟雾报警子程序
首先系统程序初始化传感器预热开始环境钟烟雾气体浓度进行采集单片机转换处理传感器检测烟雾浓度设定浓度阈值时传感器会输出低电（低电效电）单片机接收电反馈启动报警处理程序蜂鸣器长鸣开始警示直烟雾浓
度异常消失蜂鸣报警解
433红外体感应子程序
首先系统程序初始化传感器预热开始周围环境进行扫描传感器检测五米移动物体时单片机接收传感器输出高电（1）PB1端口输出高电（1）绿色LED亮
434 外部中断子程序
系统检测烟雾浓度温度时异常时候果红外体感应程序检测场选择开关触发红色LED灯（模拟洒水）功flag_red初始值1KEY0键相应寄存器记录高电1符合if语句条件单片机PB10口输出高电红色LED亮flag_red取反赋值0次KEY0键执行else if 语句单片机PB10端口输出低电红色LED灭
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
delay_ms(30)消抖
if(KEY01 && flag_red 1) KEY0
{
LED0_op 红色led亮模拟洒水
}
else if(KEY01 && flag_red 0)
{
LED0_cl
}
flag_red flag_red 取反
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0) 清楚0线中断标志位
}
44 章结
章详细介绍整项目设计工作流程具体实施实现现场环境数采集数处理异常报警方面监控智化处理等功软件程序编写设计温度信息传输通信涉I2C原理进行详细描述讲解
第五章 测试调试
章报警系统成品探测传感模块进行检测通设定种参数报警功误报率进行统计排障保障硬件性硬件硬件连接关系准确性时发现软件设计否原性错误便续系统进行优化完善
51 警报器调试
511 传感器参数标定
烟雾传感器MQ2浓度阈值设定2000ppm电源范围15V
温度传感器LM75A温度阈值设定55℃电源范围2855V
微型红外体传感器检测范围05m
512 传感器重复性研究
高传感器阈值环境数检测传感器否报警检测结果构造5组数5V电压测试电压测试输出电压5V时10组数观察测试结果
513 系统报警模块误报测试
部分检测系统性传感器误报警率
①浓度2000ppm烟雾进行烟雾报警试验百次组误报率表51示
表51 烟雾报警模块误报警率
组号
1
2
3
4
5
误报警率
2
0
3
1
2
表知烟雾报警模块误报警率3均误报率16
②55℃温度进行温度报警实验百次组误报率表52示
表52 温度报警模块误报警率
组号
1
2
3
4
5
误报警率
1
2
2
1
0
表知温度报警模块误报警率3均误报警率14
③五米移动体进行微型红外传感试验百次组效感应率表53示
表53 红外体感应模块效感应率
组号
1
2
3
4
5
效感应率
1
0
2
1
0
表知红外体感应模块效感应率2均效感应率08
述试验知三传感模块均失误率2数接受范围误差总说该系统功基达求
52 章结
章设计成品设备进行系列测试调试通设定组测试数警报模块进行效试验测试误差率整体说该成品效工作率高失误率低符合设计基需求
第六章 项目总结
次设计项目开始完成历时4月包括初期项目题目选定开题报告撰写器件挑选采购焊接逐渐完成设计中间历项目设计方改动旧利完成说项目相成功目前项目功包括温度异常报警烟雾浓度异常报警等功
目前项目完成点：
(1) 温度异常报警
(2) 烟雾浓度异常报警
(3) 红外体检测明
整项目设计程中发现学知识掌握够法熟练运学知识需断翻书老师学请教总说发现足：
(1) 单片机系统知识软件知识掌握足
(2) 硬件模块设计做快速手
(3) 文撰写够熟悉
总说学知识没巩固导致知识点遗忘印象变模糊遇问题法快速解决需花费量时间重新学解工作效率变低次项目懂温知新重性学知识回顾想掌握学
结
生活中火灾警报系统保障生命安全财产安全远离火灾爆炸煤气中毒保卫日常生活受火灾侵扰利武器火灾警报系统市面着发展空间前景
设计运学知识基STM32单片机设计集成温度检测烟雾浓度检测红外检测中断处理功火灾警报装置硬件说满足需求前提量选节约实便民广泛器件时电路板断进行优化设计软件方面采CC++语言编写采模块化设计思路程序便编写期塑性强次实践检测保证实性够险情发生前做应处理通常火灾发生时伴会温度烟雾浓度异常情况通烟雾浓度温度效监测预防火灾进步发展模块话程序设计方便期加入灾情信息线发射消防联动等功
总说次项目算基成功项目次项目中获历练中汲取验更加充实更进步
参考文献
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基STM32单片机家庭智火灾安全系统研究
Research on family intelligent fire safety system based on STM32 single chip microcomputer
容摘
年社会飞速发展电子科学技术计算机软硬件技术进步生活水着提高厦林立房屋建设越越复杂量电器复杂交错线路日常生活存着安全隐患火灾安全问题成生活中需解决问题越越火灾系统灭火系统应运生设计基单片机设计型智家火灾报警系统实现烟雾报警温度异常报警红外检测外部中断等功
硬件选择方面采STM32F103C8T6单片机控芯片集成温度传感器（LM75A）烟雾气敏传感器（MQ2）微型体感应传感器PIR源蜂鸣器6×6×6轻触开关等编写程序通模块传感器环境种温度烟雾浓度数信息实时采集单片机进行数存储处理根设计逻辑控制模块元件做出相应应措施排隐患避免意外发生
关键词：STM32单片机 传感器 智 火灾报警系统
Abstract
In recent years our standard of living has improved given the rapid development of society the development of electronic technology and computer hardware and software technology The building is more and more complex a large number of electrical appliances and complex staggered lines make our daily life have potential safety hazards so the fire safety problem has become a big problem in our life to be solved and more and more fire systems and fire extinguishing systems have emerged A small fire alarm system of intelligent home based on single chip microcomputer is designed which realizes the functions of smoke alarm temperature abnormal alarm infrared detection and external interruption
In terms of hardware selection stm32f103c8t6 single chip is used as the main control chip which integrates temperature sensor (LM75A) smoke gas sensor (mq2) micro human body sensor PIR active buzzer and 6 × 6 × 6 light touch switch etc the program is written to collect the realtime temperature and smoke concentration data information of environmental species through the sensors of each module and then the single chip is used The machine stores and processes the data and then controls each module element according to the design logic to make corresponding countermeasures to eliminate hidden dangers and avoid accidents as much as possible
Keywords：STM32 single chip microcomputer sensor Intelligence fire alarm system
目录
第章 概述 1
11 研究背景意义 1
12 火灾警报器发展现状 1
121火灾警报器存问题 1
122 火灾警报器发展趋势 2
13章结 2
第二章 硬件选型分析 4
21 控芯片 4
211单片机选型 4
212 单片机GPIO功描述 4
22 传感器模块选择 5
221体红外传感模块 5
222温度传感模块 6
223烟雾气体传感模块 7
23 章结 8
第三章 硬件系统设计 9
31 火灾报警器硬件电路设计 9
311 单片机系统 9
312 烟雾报警模块 11
313 温度报警模块 11
314 体红外感应模块 12
315 中断开关模块 12
32 期思路改进 13
33章结 13
第四章 软件开发 14
41软件开发环境 14
42程序设计 14
43重子程序设计 15
431温度报警子程序 15
432 烟雾报警子程序 17
433红外体感应子程序 18
434 外部中断子程序 18
44 章结 18
第五章 测试调试 19
51 警报器调试 19
511 传感器参数标定 19
512 传感器重复性研究 19
513 系统报警模块误报测试 19
52 章结 20
第六章 项目总结 21
结 22
参考文献 23
致谢 24
第章 概述
类生活中离开火甚说类进化发展步类懂利火火带便捷利弊予便利时火带灾难防火措施必免火灾初期予合适处理效保障生命安全避免财产损失文基火质分析研究针性火灾发生情景设计款STM32控芯片提前预测检测火灾发生通传感器环境温度烟雾气体浓度信息实时监控检测异常数时会发出警报智化火灾警报器
11 研究背景意义
改革开放中国济惊速度进步着生活水越越行业日渐强中国着量口房产行业发展尤快速高楼厦区社区断增加家庭房屋电线电缆越越室结构越发复杂量电器品线路短路者物品燃现代家庭防范问题数表明国10年火灾情况：均年1315万起直接造成损失年约200000万元面样数理更加重视火灾问题更加努力发展着方面防护措施
采智家庭防火系统发生灾害效减少避免温度感应器安装室温度正常升定程度时者烟雾浓度达定值时发报警信号动洒水时处理免造成更进步伤害损失果检测现场温度浓度没达定危险值时判断救火避免系统题做造成必损失偿失作品专门针家庭安防系统创新性警示防火灭火等紧急情况身居家安全放心提供强力保障
12 火灾警报器现状发展趋势
121火灾警报器现状
国家关火灾报警系统方面研究应目前处较基础层次相欧美等发达国家起步晚方面略逊筹国火灾报警系统安装范围基高层民建筑设计防火规范建筑设计防火规范等法规规定中相应场例国家省市等部门重点单位普通家庭安装中没普现国应火灾探测装置工作原理基分烟雾传感温度传感火焰（光）传感燃气体传感等单种种组合检测警报装置然目前火灾探测器系统进行智化设计已探测传感器件采集环境数参数种类足相应系统软件发展够成熟火灾警报系统存智化程度低迟报误报漏报等问题相互独立缺乏交流控制方式系统间交流资源享非常利会造成硬件投资重复情况火灾发生时候警报系统法动城市火警中心报警火势具体情况起火具体位置等火灾情景做准确描述消防方面法时针性合理处理火情造成余必损失目前火灾警报器存问题足
122 火灾警报器发展趋势
报警系统宏观说着网络化智化方趋势发展：报警系统通计算机技术通设置协议控制系统种探测传感器功模块城市火警中心达成连线达数远程调监控理目时报警装置中探测器环境采集效信息采集环境信息采模糊逻辑工神网络技术进行处理系统智化环境进行判断准确解火灾情况微观说着型化社区化方发展：报警系统型化指探测器功模块型化果报警系统实现网络化需警报器完整系统系统中子模块变网络中服务资源进行判断控制报警相需者单独模块达原整警报系统功样报警系统更加便捷济
13章结
火灾质分火源燃烧物质燃物质四种形态分：气态液态固态固气混合态火灾火焰参数：光反应温度变化烟雾等根火焰参数结合燃物质分析出防范应措施文研究单片机基础模拟家庭住宅火灾情况通火焰参数数设计检测温度变化烟雾浓度变化具备红外体感应智火灾系统
项目设计思路设计方案确定熟悉种软件硬件原理完成单片机系统硬件焊接硬件结构设置程序编译实物进行测试调试
第二章 硬件选型分析
解火灾质根方面功性需求合理选硬件满足结构巧济实惠求设计出集检测防范体具烟雾检测温度检测体红外检测警示应措施等功智火灾系统[3]
21 控芯片
211单片机选型
该设计中选核心处理器STM32F103C8T6该芯片性强功率消耗时钟频率达72MHz性价言该芯片类型产品种非常高该芯片置 32KB~128KB闪存STM32功率消耗36mA目前市面功率消耗低32位微处理器[6]相05mAMHz
STM32基参数示：
芯片：32BIT
电压电源：2 V ~ 36 V
CUP运转频率：72MHz
INPUTOUTPUT：37
程序存储器容量：64KB （64K x 8）
程序存储器类型：闪存
机存取储存器容量：20K x 8
外部设备：DMA电机控制PWMPWM温度传感器
212 STM32F103C8T6GPIO功描述
GPIO口32位配置寄存器数寄存器两32位置位复位寄存器16位复位寄存器32位锁定寄存器GPIO端口位软件分配置成列种模式：
─ GPIO_Mode_AIN 输入模拟
─ GPIO_Mode_IN_FLOATING 输入浮空
─ GPIO_Mode_IPD 拉输入
─ GPIO_Mode_IPU 拉输入
─ GPIO_Mode_AF_OD 复模式开漏输出
─ GPIO_Mode_AF_PP 复模式推挽输出
─ GPIO_Mode_Out_OD 开漏输出
─ GPIO_Mode_Out_PP 推挽输出
IO端口位编写程序IO端口寄存器遵循32字节访问规
22 传感器模块选型
221红外体感应模块
（1）红外感应模块采微型体感应模块PIR该传感器参数：
工作电压：DC 12V
尺寸：15*15*15mm
输出方式：5V高低电
检测角度：90°
检测范围：5米
响应时间：移动物体离开感应范围延时输出60S
（2）微型体感应模块PIR引脚图22说明：
1脚：供电VCC12V
2脚：接
3脚：输出EN5V高低电
图22 微型体感应模块PIR引脚
（3）微型体感应模块PIR传感器特性：
1 运动物体触发受静止物体影响
2 受环境温度烟雾浓度噪音气体流东干燥程度光线灰尘等素影响
3 动明安防智化感应量身定做更专业
4 稳定误触发
222温度传感模块
设计选市面常见LM75A作温度检测传感器LM75A具高速IIC接口温度传感器55℃~+125℃温度转化数字信号该传感器精细温度检测检测精度达0125℃误差环境温度信息进行实时监控做检测温度阈值温度控制器（阈值预设）
LM75A参数特性
（1） 具IIC接口条总线连接8子设备
（2）工作电压范围 ：28V—55V
（3）温度检测范围 55摄氏度— +125摄氏度
（4）具11位AD转换器转换精度0125℃
（5）掉电模式电流值35μA
（6）提供环境温度信息直接表示温度
图23 LM75AD引脚
LM75A引脚说明：
脚1：I2C串行双数线
脚2：I2C串行时钟输入
脚3：热关断输出开漏输出
脚4：连接系统
脚5：户定义址2
脚6：户定义址1
脚7：户定义址0
脚8：VCC电源
223烟雾气体传感模块
设计采MQ2烟雾传感器作烟雾检测模块传感器原特点液态气体氢气丙烷较高检测识度常见瓦斯燃性气体探测十分灵敏检测气体种类相齐全说采MQ2方面性价高MQ2气敏材料二氧化锡该材料正常气中导电传感器环境中存燃性气体时候传感器电导率会检测环境中燃性气体浓度成正系统导电率判断出燃性气体浓度否异常输出相应电信号相应IO口蜂鸣器报警外半导体烟雾气体传感器初期稳定性加热特性等方面考虑MQ2 烟雾气体传感器指标系数相符合实际情况错选择[4]
（1）MQ2 传感器特性：
1具信号输出指示
2模拟电压输出TTL高低电输出
3TTL输出效信号低电0
4模拟电压输出05V电压电压着烟雾探测浓度增增
5液化气家煤气天然气着较高灵敏度
6具长期寿命稳定性
7快速响应恢复特性
（2）MQ2接线方式：
脚1：VCC电源
脚2：TTL高低电输出端
脚3：模拟电压输出端
脚4：接
图24 MQ2引脚图
（3）MQ2烟雾传感器外形结构说明：
图25 MQ2传感器外形
表21 MQ2传感器结构
序号
部件
材料
1
气体敏感层
二氧化锡
2
电极
金（Au）
3
测量电极引线
铂（Pt）
4
加热器
镍铬合金（NiCr）
5
陶瓷
三氧化二铝
6
防爆网
100目双层锈钢（SUB316）
7
卡环
镀镍铜材（NiCu）
8
基座
胶木尼龙
9
针状脚
镀镍铜材（NiCu）
23 章结
章介绍该设计项目电路中相关元件相关元件特性分析中结合设计原理实现STM32单片机核心具备烟雾报警温度报警红外体感应等功报警器
第三章 硬件系统设计
单片机系统STM32F103C8T6芯片MQ2烟雾气体传感器LM75A温度传感器微型体感应模块PIR蜂鸣报警器红灯绿灯中断键开关组成根PCB图原理图模块器件进行焊接[7]
31 火灾报警器硬件电路设计
单片机系统STM32F103C8T6MQ2烟雾气体传感器LM75A温度传感器微型体感应模块PIR蜂鸣报警器红绿灯中断键开关模块组成模块连线：PA12MQ2烟雾气体传感器D03口连接PA10源蜂鸣器连接PA8口微型体感应器OUT口连接PA0口中断开关键KEY0连接PB1口绿灯连接PB10红灯连接PB6PB7分LM75A温度传感器时钟线SCL数线SDA连接
图31 火灾报警系统原理图
311 单片机系统
图32 系统
系统处理器部分电路关键时钟电路调试电路电源电路复位电路构成
图33 晶振电路
图34 电源电路
图35 复位电路
312 烟雾报警模块
烟雾报警电路单片机PA12端口PA10端口控制通配置相应寄存器PA12端口功模式选拉输入模式PA10端口功模式选推挽输出模式MQ2烟雾气体传感器DOUT引脚连接单片机PA12端口选TTL高低电输出功通环境实时扫描检测检测环境烟雾浓度设定浓度时（浓度阈值调）MQ2烟雾气体传感器单片机发送报警信号（发送间隔1s低电脉信号）通代码实现逻辑转换单片机PA10端口输出高电蜂鸣器长鸣起警示作
图37 烟雾报警电路
313 温度报警模块
温度报警电路单片机PB6PB7PA10端口控制通配置相应寄存器PB6PB7PA10端口功模式选推挽输出模式LM75ASCL连接单片机PB6口SDA连接单片机PB7口通LM75AD读取周围环境温度出温度数Temp时钟线SCL数线SDA根I2C协议数Temp传输单片机单片机接收温度数设定温度阈值时PA10端口输出高电蜂鸣器报警起警示作
图38 温度报警电路
314 体红外感应模块
体红外感应模块单片机PA8端口PB1端口控制通配置相应寄存器PA8端口功模式选拉输出模式PB1端口选推挽输出模式微型红外传感器5米时单片机相应端口输入高电1单片机PB1端口输出高电绿灯（应急明灯）亮
图39 红外体感应电路
315 中断开关模块
中断开关模块中断键模块LED模块组成PA0端口PB10端口控制通配置相应寄存器PA0端口外部中断功选升触发模式PB10端口选推挽输出模式中断键模块6×6×5轻触开关串联拉电阻组成空闲状态PA0直处高电状态轻触开关接电状态低电变高电符合升触发条件单片机通代码实现单片机PB10端口输出高低电（根代码决定输出高低电）实现红色LED亮灭功
图310 中断开关电路
32 期思路改进
原该设计思路中具备想户发送异常信息线发送模块知识水足遗憾没办法实现该功时期加入中断键功目预防传感器检测烟雾温度异常实际控性果情况发生通方式解决问题避免动处理造成差伤害偿失时费实施难度方面考虑红灯模拟洒水系统
33章结
章涉单片机焊接种电路原理已知识水需量学涉知识方面较全面通设计硬件电路图整电路系统知识着提升加强独立思考断获取精益求精学力深刻明白单理知识远远够时伴需实践理相结合做出相成功作品
第四章 软件开发
单片机项目研究开发阶段仅需硬硬件力程序编写录入具备着重意义确定设计思路需实现功利汇编软件KEIL5进行程序编写实现求需功
41软件开发环境
设计采CC++语言编程C语言简易方式编译处理低级存储器高级语言特点具汇编语言特点作系统设计语言编写系统应程序作应程序设计语言编写赖计算机硬件应程序运行环境支持便运行高效率计算机语言
系统软件编程Keil uVision5软件开发系统该软件具实库函数集成开发调试工具强生成代码效率高错误率低转变成机器语言结构更精简目前C语言编程选择[8]
42程序设计
设计STM32警报系统控芯片传感器采集烟雾浓度温度通GPIO口传输STM32进行处理编写程序环境进行判断通GPIO口蜂鸣报警器红色LED灯（模拟洒水功）进行控制部分火灾警报系统智体现火灾警报器软件设计中设计模块化变成方法期程序系统维护便捷子程序作实现模块功更方便需求功拓展包括火灾报警总程序现场温度烟雾浓度报警子程序体红外感应子程序红色LED（模拟洒水）中断处理子程序
火灾警报系统工作流程图41示首先启动火灾警报系统系统初始化传感器环境进行扫描单片机判断传感器采集温度信息者烟雾气体浓度信息超设定阈值时报警模块蜂鸣器会长鸣直异常消失根红外体传感器否探测场判断否需进行步处理动者手动进行洒水（设计红灯模拟）控制异常情况情形
情形1：烟雾浓度异常温度正常场蜂鸣器长鸣
情形2：烟雾浓度异常温度正常场蜂鸣器长鸣
情形3：烟雾浓度正常温度异常场蜂鸣器长鸣
情形4：烟雾浓度正常温度异常场蜂鸣器长鸣
情形5：烟雾浓度异常温度异常场蜂鸣器长鸣洒水
情形6：烟雾浓度异常温度异常场蜂鸣器长鸣手动控制洒水
图41 警报系统程序流程图
43子模块程序设计
431温度报警子程序
STM32LM75A间交流实际高低电间信号交流采集温度数传输程中需根I2C协议单片机交流
I2C协议：
IIC总线通信交流程中种信号分：开始信号结束信号应答信号着种信号中起始信号定结束信号应答信号没时介绍空闲状态数效性数传输
开始信号：时钟线SCL高电时候数线SDA高电变低电
停止信号：时钟线SCL高电时候数线SDA低电变高电
图42 IIC起始信号结束信号
应答信号：发送器发送字节（8bit）（第9）时钟脉期间释放数线信号接收器反馈应答信号
数线SDA低电时规定效应答（ACK）表示接收器已成功接收该字节
数线SDA高电时规定效应答（NACK）般表示接收器接收该字节成功
图43 IIC应答信号
空闲状态：IIC总线数线SDA时钟线SCL两条信号线时处高电时规定总线空闲状态
数效性：IIC总线数传送时侯时钟线SCL处高电时候数线SDA数定保持稳定时钟线SCL高电变低电时候数线SDA电状态发生改变
图44 IIC数传输效性
数传输：机进行数传输前先机发送8位电信号作址8位信号中前7位机址位表示机机进行读写第八位信号0时表示机机写数信号1时表示机机读数机产生响应时机发送变成接收机接收变成发送数机发送机接收应答机产生时钟信号机产生机终止次传输机发出效应答信号机发出停止条件
图45 IIC数传输流程图
温度报警子程序：首先系统程序初始化传感器预热着手开始温度检测采集周围环境温度信息通I2C协议传输STM32单片机数存储寄存器中单片机实时温度信息设定报警温度阈值进行较判断否异常情况果超预设温度安全警戒值时启动报警处理程序蜂鸣器长鸣开始警示直异常温度消失恢复正常温度蜂鸣报警解
432 烟雾报警子程序
首先系统程序初始化传感器预热开始环境钟烟雾气体浓度进行采集单片机转换处理传感器检测烟雾浓度设定浓度阈值时传感器会输出低电（低电效电）单片机接收电反馈启动报警处理程序蜂鸣器长鸣开始警示直烟雾浓
度异常消失蜂鸣报警解
433红外体感应子程序
首先系统程序初始化传感器预热开始周围环境进行扫描传感器检测五米移动物体时单片机接收传感器输出高电（1）PB1端口输出高电（1）绿色LED亮
434 外部中断子程序
系统检测烟雾浓度温度时异常时候果红外体感应程序检测场选择开关触发红色LED灯（模拟洒水）功flag_red初始值1KEY0键相应寄存器记录高电1符合if语句条件单片机PB10口输出高电红色LED亮flag_red取反赋值0次KEY0键执行else if 语句单片机PB10端口输出低电红色LED灭
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
delay_ms(30)消抖
if(KEY01 && flag_red 1) KEY0
{
LED0_op 红色led亮模拟洒水
}
else if(KEY01 && flag_red 0)
{
LED0_cl
}
flag_red flag_red 取反
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0) 清楚0线中断标志位
}
44 章结
章详细介绍整项目设计工作流程具体实施实现现场环境数采集数处理异常报警方面监控智化处理等功软件程序编写设计温度信息传输通信涉I2C原理进行详细描述讲解
第五章 测试调试
章报警系统成品探测传感模块进行检测通设定种参数报警功误报率进行统计排障保障硬件性硬件硬件连接关系准确性时发现软件设计否原性错误便续系统进行优化完善
51 警报器调试
511 传感器参数标定
烟雾传感器MQ2浓度阈值设定2000ppm电源范围15V
温度传感器LM75A温度阈值设定55℃电源范围2855V
微型红外体传感器检测范围05m
512 传感器重复性研究
高传感器阈值环境数检测传感器否报警检测结果构造5组数5V电压测试电压测试输出电压5V时10组数观察测试结果
513 系统报警模块误报测试
部分检测系统性传感器误报警率
①浓度2000ppm烟雾进行烟雾报警试验百次组误报率表51示
表51 烟雾报警模块误报警率
组号
1
2
3
4
5
误报警率
2
0
3
1
2
表知烟雾报警模块误报警率3均误报率16
②55℃温度进行温度报警实验百次组误报率表52示
表52 温度报警模块误报警率
组号
1
2
3
4
5
误报警率
1
2
2
1
0
表知温度报警模块误报警率3均误报警率14
③五米移动体进行微型红外传感试验百次组效感应率表53示
表53 红外体感应模块效感应率
组号
1
2
3
4
5
效感应率
1
0
2
1
0
表知红外体感应模块效感应率2均效感应率08
述试验知三传感模块均失误率2数接受范围误差总说该系统功基达求
52 章结
章设计成品设备进行系列测试调试通设定组测试数警报模块进行效试验测试误差率整体说该成品效工作率高失误率低符合设计基需求
第六章 项目总结
次设计项目开始完成历时4月包括初期项目题目选定开题报告撰写器件挑选采购焊接逐渐完成设计中间历项目设计方改动旧利完成说项目相成功目前项目功包括温度异常报警烟雾浓度异常报警等功
目前项目完成点：
(1) 温度异常报警
(2) 烟雾浓度异常报警
(3) 红外体检测明
整项目设计程中发现学知识掌握够法熟练运学知识需断翻书老师学请教总说发现足：
(1) 单片机系统知识软件知识掌握足
(2) 硬件模块设计做快速手
(3) 文撰写够熟悉
总说学知识没巩固导致知识点遗忘印象变模糊遇问题法快速解决需花费量时间重新学解工作效率变低次项目懂温知新重性学知识回顾想掌握学
结
生活中火灾警报系统保障生命安全财产安全远离火灾爆炸煤气中毒保卫日常生活受火灾侵扰利武器火灾警报系统市面着发展空间前景
设计运学知识基STM32单片机设计集成温度检测烟雾浓度检测红外检测中断处理功火灾警报装置硬件说满足需求前提量选节约实便民广泛器件时电路板断进行优化设计软件方面采CC++语言编写采模块化设计思路程序便编写期塑性强次实践检测保证实性够险情发生前做应处理通常火灾发生时伴会温度烟雾浓度异常情况通烟雾浓度温度效监测预防火灾进步发展模块话程序设计方便期加入灾情信息线发射消防联动等功
总说次项目算基成功项目次项目中获历练中汲取验更加充实更进步
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