一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

當(dāng)代社會(huì)，戒煙已經(jīng)成為一種潮流，但在許多公共場(chǎng)合，抽煙現(xiàn)象還是屢見不鮮，抽煙不僅有損身心健康，而且對(duì)其他人的身體、生命、財(cái)產(chǎn)等也帶來嚴(yán)重的危害。在這些危害之中，火災(zāi)是最主要，且危害性最大的一項(xiàng)。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

現(xiàn)在很多公共場(chǎng)合因?yàn)槿藗兾鼰煻鴮?dǎo)致空氣質(zhì)量不好，影響人們的身體健康；某些特定環(huán)境里對(duì)室內(nèi)的煙霧濃度也有一定限制；由于各種原因造成火災(zāi)頻發(fā)的現(xiàn)代，采取措施遏制此現(xiàn)象已成為當(dāng)務(wù)之急。本項(xiàng)目在基于以上考慮的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)思的。我們將煙霧檢測(cè)、戒煙提示和火災(zāi)預(yù)警集中于一身，研制一套實(shí)用、方便、低成本的智能電子煙霧檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。

二、需求分析

2.1 功能要求

本系統(tǒng)通過對(duì)環(huán)境中的煙霧和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警的功能。

煙霧檢測(cè)分為兩部分：一則檢測(cè)環(huán)境中抽煙時(shí)產(chǎn)生的煙霧，二則檢測(cè)發(fā)生火災(zāi)時(shí)的煙霧，兩者對(duì)煙霧傳感器的精度要求不同。當(dāng)環(huán)境中有人抽煙時(shí)，煙霧傳感器通過檢測(cè)到的狀態(tài)，產(chǎn)生電信號(hào)，送給單片機(jī)處理，單片機(jī)控制報(bào)警模塊提示戒煙，并控制繼電器打開排風(fēng)扇，將煙霧及時(shí)疏散。當(dāng)環(huán)境中溫度和煙霧濃度超過一定指標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)通過控制繼電器，打開排風(fēng)扇，疏散煙霧，并通過無線傳輸將發(fā)生火災(zāi)的信息報(bào)知控制中心，能夠第一時(shí)間通知工作人員。

溫度檢測(cè)模塊主要對(duì)區(qū)域的溫度進(jìn)行檢測(cè)，防止溫度上升，引燃區(qū)域內(nèi)一些干燥易燃物件等。當(dāng)溫度超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生預(yù)警聲音，并顯示當(dāng)前的溫度值。數(shù)據(jù)將由無線模塊發(fā)送到控制室，再由工作人員作出相關(guān)處理。

2.2 性能要求

煙霧傳感器采用性能良好，高精度的MQ-2，其探測(cè)范圍為300～ 10000ppmm,響應(yīng)時(shí)間小于10mS，工作環(huán)境溫度：-20°C～ +55°C ；溫度傳感器采用美國(guó)DALLAS 公司生產(chǎn)的高性能單總線的DS18B20，其在- 10 ℃～ + 85 ℃范圍內(nèi)具有±0. 5 ℃的精度，分辨率為9～ 12 位，并可由編程決定具體位數(shù)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí)；數(shù)據(jù)處理模塊采用Atmel提供的高性能低功耗的AVR32單片機(jī)；無線傳輸采用Nordic VLSI 公司封裝的RF905無線收發(fā)模塊,采用高精度貼片晶振，體積更小，性能更優(yōu)，工作于433MHz 全球開放ISM 頻段免許可證使用，高性能低功耗，接收靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)，集成度高，通信穩(wěn)定。通過以上各個(gè)模塊的相互配合使用，本系統(tǒng)完全可以實(shí)現(xiàn)，煙霧檢測(cè)，戒煙提示，火災(zāi)預(yù)警的所有功能，可以用于火車站、火車、高校宿舍公寓以及各種公共場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)環(huán)保的理念。

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）

檢測(cè)發(fā)射子站框圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

由上圖可以看出，煙霧傳感器（QM系列）和溫度傳感器（DS18B20）對(duì)環(huán)境中的煙霧濃度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，產(chǎn)生電信號(hào)，通過信號(hào)預(yù)處理（濾波，放大等）再通過AD轉(zhuǎn)換后將信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)中進(jìn)行處理（其中對(duì)煙霧信號(hào)進(jìn)行分等級(jí)處理以判斷煙霧的輕重），處理完之后單片機(jī)通過控制控制模塊（繼電器等）進(jìn)行顯示和報(bào)警等，另外，當(dāng)溫度和煙霧濃度超過安全指標(biāo)時(shí)，檢測(cè)子站通過驅(qū)動(dòng)無線模塊（NRF905）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行母嬷ぷ魅藛T進(jìn)行必要的處理。

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

本系統(tǒng)選用硬件平臺(tái)EVK1100 。在充分利用其溫感、光感資源的基礎(chǔ)上，我們還需要自己設(shè)計(jì)煙霧檢測(cè)模塊及相關(guān)的外圍電路。

本系統(tǒng)的硬件電路總共有五個(gè)模塊，分別是溫度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)（分兩個(gè)等級(jí)）、液晶和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)、無線模塊電路。煙霧檢測(cè)電路我們選用比較常用的MQ系列傳感器；溫度檢測(cè)采用性能優(yōu)越的DS18B20溫度傳感器；液晶、揚(yáng)聲器、繼電器等器件等的型號(hào)在后面設(shè)計(jì)過程中逐步確定。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.4系統(tǒng)軟件流程

程序運(yùn)行流程圖

由軟件流程圖看出：系統(tǒng)上電之后，先對(duì)MCU進(jìn)行初始化；系統(tǒng)中煙霧檢測(cè)和溫度檢測(cè)通過軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中斷標(biāo)志位，如果條件滿足（中斷發(fā)生）通過煙霧檢測(cè)子程序和溫度檢測(cè)子程序讀值，判斷煙霧濃度和溫度是否超標(biāo)，如果超標(biāo)，處理器通過驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的模塊（開啟排風(fēng)扇、液晶顯示煙霧濃度和當(dāng)前溫度、語音預(yù)警等）；通過和設(shè)定閾值相比較，得知煙霧濃度和溫度是否處于容許范圍內(nèi)，如果超過正常值，A處理器將通過驅(qū)動(dòng)nRF90將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行墓ぷ魇摇?/p>

3.5 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

完成外圍電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試以及無線傳輸?shù)恼{(diào)試，硬件系統(tǒng)的搭建，軟件的編寫與調(diào)試，最終自主研發(fā)出一套定型的樣品。