基于單片機的實驗室安全智能報警系統(tǒng)
實驗室為學(xué)校及研究機構(gòu)的重要工作地點，其中存放著大量危險品和貴重的實驗器械，實驗室的安全管理是對師生生命安全以及學(xué)校財產(chǎn)安全的重要保障。據(jù)此本設(shè)計為一款實驗室安全智能報警系統(tǒng)，用于防范實驗室失竊、火災(zāi)等意外事故的發(fā)生。它在以前的報警器的基礎(chǔ)上進行了很大的改進，使用紅外、溫度、煙霧三個傳感器，全方面地保證實驗室安全，不僅如此，它使用單片機作為信號處理器，這樣有利于與計算機進行連接，方便編程與數(shù)據(jù)存儲，可以將整個學(xué)校的所有實驗室聯(lián)網(wǎng)管理。
1 基本原理
1．1系統(tǒng)基本原理
系統(tǒng)基于STC89C52RC單片機控制，采用C語言編寫程序，由3個傳感器：煙霧傳感器、紅外傳感器和溫度傳感器接收信號，由蜂鳴器輸出報警信號，LCD顯示輸出實時溫度和預(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將所探測到的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息觸動感應(yīng)開關(guān)電子模塊，將結(jié)果反饋給主控單片機STC89C52。DS18B20溫度采集器采集溫度信號傳送給可編程數(shù)字溫度計，對這些信號進行處理，若溫度高于警示溫度，則將信號反饋給主控單片機STC89C52。
煙霧報警器主要對甲烷和液化氣可燃氣體進行監(jiān)測，當(dāng)MQ－2煙霧氣敏傳感器采集到危險氣體，就會將信號反饋給主控單片機STC89C52。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
圖1 總體設(shè)計框圖
在主控單片機內(nèi)部，會通過軟件對收到的信號進行統(tǒng)計、平均、識別、判決等環(huán)節(jié)，及時觸動報警模塊，將控制信號放大完成報警動作。當(dāng)報警持續(xù)一段時間后，可以自動解除，也可以通過按鍵模塊，手動解除，然后在LCD顯示模塊顯示報警次數(shù)和報警原因。
1．2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)的自動控制模塊，當(dāng)人進入感應(yīng)范圍則輸出高電平，當(dāng)人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。同時該傳感器有溫度補償功能，在夏天溫度較高時，有效探測距離稍變短，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，可以起到很好的防盜作用。
1．3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發(fā)送給計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。測溫范圍－55℃～＋125℃，測溫誤差1℃。該傳感器有獨特的單線接口方式，和單片機連接時僅需一條線，即可實現(xiàn)雙向連接。該傳感器價格優(yōu)惠、響應(yīng)快，在使用中不需要外圍原件，且支持多點組網(wǎng)功能，最多可并聯(lián)八個實現(xiàn)多點監(jiān)測，在實驗室這種大型區(qū)域，可以及時監(jiān)測溫度變化，提高安全保障。
圖2 STC89C52控制單元電路圖
1．4煙霧傳感器的基本原理
使用RA6－1煙霧傳感器，其輸出的信號為數(shù)字信號，可自行調(diào)節(jié)靈敏度，因而信號不必再處理，可以直接送到主控單元。氣體檢測單元主要可以對甲烷和液化可燃氣體進行檢測，可以避免實驗室火災(zāi)和實驗人員中毒的情況發(fā)生。該檢測單元采用MQ－2煙霧傳感器，對煙霧敏感性高，使用壽命長，工作穩(wěn)定，響應(yīng)迅速，可以很好地保證實驗室的安全。
圖3 主程序流程圖
2 系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)有三種不同的報警方式，分別為紅外報警、高溫報警和煙霧報警。當(dāng)傳感器檢測到異常時就會產(chǎn)生報警信號并將信號發(fā)送給單片機的檢測單元，溫度和煙霧也是如此。每個檢測單元分別對應(yīng)不同的傳感器，互不影響，檢測單元將信號發(fā)送給主控單元，主控單元向單片機請求中斷，單片機響應(yīng)中斷后，啟動報警指令，根據(jù)不同的報警類別顯示報警原因。
3 系統(tǒng)測試
測試共進行三次，分別對紅外報警、溫度報警和煙霧報警功能進行測試。測試表明報警正常，報警原因顯示正常。
如4圖進行了對于溫度的測試，在產(chǎn)品中加入了溫度修改按鍵，通過兩個按鍵可以對于報警溫度進行設(shè)定，測試時室內(nèi)溫度為18℃，將溫度閾值設(shè)定在20℃，此時蜂鳴器未報警。隨后將溫度設(shè)定在17℃，蜂鳴器報警。
在第二次實驗時進行對紅外報警器的測試，將報警器附近放上木板隔離，蜂鳴器未報警。隨后將手放置于紅外傳感器前，蜂鳴器正常報警。
最后進行了對于煙霧傳感器的測試，將燃著的木條放置于煙霧傳感器前，蜂鳴器報警。
綜上，本項目產(chǎn)品三個傳感器均正常工作。
圖4 測試圖
4 結(jié)束語
本報警系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，熱釋電傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器為輔，主要解決了實驗室的安全保衛(wèi)問題，從外物入侵、火災(zāi)防范和有毒氣體泄露三個方面保障實驗室的財產(chǎn)安全和實驗人員的人身安全，在學(xué)校、研究所等場所有很高的應(yīng)用價值。
