基于ZigBee的室内火灾监测报警系统.pdf
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1、2023年/第11期 物联网技术全面感知 Comprehensive Perception350 引 言随着社会的发展,我国城市现代化程度不断提高的同时,火灾事故也日渐增多。根据 2020 年火灾数据显示,2020 年一共发生 25.2 万次火灾,1 183 人死于火灾,775 人因火灾而受伤,一共造成损失高达 40.9 亿元1。火灾是危害公共安全的最常见的重大灾害之一2。火灾监测报警系统是人们预防火灾的重要手段,能够在火灾初期及时发现火情为火灾扑救和人员疏散赢得时间3,从而大大减少人员伤亡4。本文设计一套无线火灾监测报警系统,选用低成本、低功耗的ZigBee 无线通信技术,将烟雾传感器、一氧
2、化碳传感器采集到的信息通过 STM32 单片机处理后无线传输给电脑端实时显示,并在数据异常时发出警报,使负责人提高警惕,起到火灾预警的效果。1 系统总体结构本文设计了一种基于 ZigBee 技术与 STM32 单片机的室内火灾监测报警系统。该系统以 ZigBee 通信技术为纽带,通过烟雾传感器、一氧化碳传感器采集数据,将单片机与DL-20 模块连接,通过 DL-20 无线传输模块将信息传送给电脑端,并通过串口打印的方式查看实时显示的数据。当传感器检测到的烟雾等数值超过阈值时,单片机将通过串口给有源蜂鸣器一个下拉信号,触发报警。2 系统硬件设计系统采用 STM32F103C8T6 最小系统板作为
3、主控模块,采用模块化的设计思路,将 MQ-2、MQ-7 传感器模块,按需求与开发板的各引脚连接。通过单片机接收并处理数据,通过阈值比较的方式来决定是否触发蜂鸣器报警。系统选用DL-20 无线串口模块,将单片机串口发送的传感器采集的数据发出。系统硬件接线图如图 1 所示。2.1 最小系统设计系统选用 STM32F103C8T6 最小系统板,其拥有 48 个引脚,电源供电电压为 3.3 V,环境适应温度为-40 80,其可全年在各种温度环境下工作,具有功耗低的优点。最小系统板包括复位电路和时钟电路。复位电路可在每次给系统上电时对系统进行复位,也可在系统需要时进行手动复位。2.2 通信模块设计Zig
4、Bee 是一种低速、短距离传输的无线网上协议,具备低成本、低功耗、低时延、可靠等特点5,ZigBee 技术免协议专利费、芯片价格低,更适用于无线智能家居的应用 场景6。系统选用 DL-20 无线串口模块,其是一款基于 UART接口的全双工无线透明传输模块,采用 CC2530 芯片,符合IEEE 802.15.4 协议,可通过无线将两个或多个串口连接起来。DL-20 模块可以配置点对点模式和广播模式,此系统将两个 DL-20 模块分别配置为 A 端和 B 端,在同一个频道下进行点对点通信。在点对点通信模式下可保证数据丢失率为0。使用 DL-20 与电脑进行串口通信时,需使用 CH340 芯片。C
5、H340 芯片模块是一个 USB 总线的转接芯片,实现 USB 转TTL。通过串口的正确连接实现 DL-20 模块与电脑之间的通信。通信模块实物如图 2 所示。2.3 数据采集模块2.3.1 烟雾传感器液化气等可燃气体的泄露是火灾发生的重大隐患,MQ-2传感器通常用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置中,适宜于液化气、苯、烟雾、酒精等气体的探测7。此传感器可以测基于 ZigBee 的室内火灾监测报警系统费正龙(安徽理工大学,安徽 淮南 232001)摘 要:火灾是危害公共安全和社会发展的重大灾害之一,火灾监测报警系统是人们预防火灾的重要手段,及时的火灾报警可为火灾扑救和人员撤离提供时间,大大减少人员
6、伤亡。文中设计了基于 ZigBee 的室内火灾监控报警系统,通过对烟雾浓度以及一氧化碳浓度的实时监测,判断是否进行报警,并通过 DL-20 模块将数据传输给火灾监测系统实时显示。该系统运行稳定、成本低、实时性好,能够为室内火灾起到预警作用。关键词:火灾监测报警;STM32;ZigBee;烟雾浓度;一氧化碳浓度;传感器中图分类号:TP39;TN92 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2023)11-0035-02DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2023.11.009收稿日期:2022-12-07 修回日期:2023-01-05物联网技术 2023年/第11
7、期 全面感知 Comprehensive Perception36图 2 通信模块实物2.3.2 一氧化碳传感器考虑到家中常因电线绝缘层老化破损而发生火灾,常用作绝缘的塑料有聚乙烯、聚氯乙烯等9,常用作绝缘的橡胶材料有氯丁橡胶、乙丙橡胶等,不同的有机聚合物在热解时所释放出的大量同类型气体有 CO,且 CO 是火灾早期的标志性产物10,测量一氧化碳浓度可有效感知火灾的发生。测量一氧化碳气体含量选用 MQ-7 型传感器,其对一氧化碳的灵敏度高,传感器的电导率会随着一氧化碳气体浓度的增加而增大,因此可将电导率的变化转换为一氧化碳浓度相对应的信号。同时 MQ-7 传感器还具有响应速度快、抗干扰能力强等
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