基于单片机的实验室安全智能报警系统

实验室为学校及研究机构的重要工作地点，其中存放着大量危险品和贵重的实验器械，实验室的安全管理是对师生生命安全以及学校财产安全的重要保障。据此本设计为一款实验室安全智能报警系统，用于防范实验室失窃、火灾等意外事故的发生。它在以前的报警器的基础上进行了很大的改进，使用红外、温度、烟雾三个传感器，全方面地保证实验室安全，不仅如此，它使用单片机作为信号处理器，这样有利于与计算机进行连接，方便编程与数据存储，可以将整个学校的所有实验室联网管理。
1 基本原理
1．1系统基本原理
系统基于STC89C52RC单片机控制，采用C语言编写程序，由3个传感器：烟雾传感器、红外传感器和温度传感器接收信号，由蜂鸣器输出报警信号，LCD显示输出实时温度和预设温度。本系统在系统软件控制下工作，HC－SR501人体红外感应模块接受人体红外辐射源的信号将所探测到的信号进行放大、滤波，并从这些信号中提取出信息触动感应开关电子模块，将结果反馈给主控单片机STC89C52。DS18B20温度采集器采集温度信号传送给可编程数字温度计，对这些信号进行处理，若温度高于警示温度，则将信号反馈给主控单片机STC89C52。
烟雾报警器主要对甲烷和液化气可燃气体进行监测，当MQ－2烟雾气敏传感器采集到危险气体，就会将信号反馈给主控单片机STC89C52。系统组成框图如图1所示。

图1 总体设计框图
在主控单片机内部，会通过软件对收到的信号进行统计、平均、识别、判决等环节，及时触动报警模块，将控制信号放大完成报警动作。当报警持续一段时间后，可以自动解除，也可以通过按键模块，手动解除，然后在LCD显示模块显示报警次数和报警原因。
1．2热释电传感器的基本原理
使用HC－SR501人体红外感应传感器，该传感器是基于红外线技术的自动控制模块，当人进入感应范围则输出高电平，当人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。同时该传感器有温度补偿功能，在夏天温度较高时，有效探测距离稍变短，以保证传感器的工作性能。该传感器灵敏度高，抗干扰性高，可靠性强，可以起到很好的防盗作用。
1．3温度传感器的基本原理
采用DS18B20温度传感器，低温度系数晶振产生固定频率的脉冲信号发送给计数器1，高温度系数晶产生的信号作为计数器2的脉冲输入。测温范围－55℃～＋125℃，测温误差1℃。该传感器有独特的单线接口方式，和单片机连接时仅需一条线，即可实现双向连接。该传感器价格优惠、响应快，在使用中不需要外围原件，且支持多点组网功能，最多可并联八个实现多点监测，在实验室这种大型区域，可以及时监测温度变化，提高安全保障。

图2 STC89C52控制单元电路图
1．4烟雾传感器的基本原理
使用RA6－1烟雾传感器，其输出的信号为数字信号，可自行调节灵敏度，因而信号不必再处理，可以直接送到主控单元。气体检测单元主要可以对甲烷和液化可燃气体进行检测，可以避免实验室火灾和实验人员中毒的情况发生。该检测单元采用MQ－2烟雾传感器，对烟雾敏感性高，使用寿命长，工作稳定，响应迅速，可以很好地保证实验室的安全。

图3 主程序流程图
2 系统软件
本系统有三种不同的报警方式，分别为红外报警、高温报警和烟雾报警。当传感器检测到异常时就会产生报警信号并将信号发送给单片机的检测单元，温度和烟雾也是如此。每个检测单元分别对应不同的传感器，互不影响，检测单元将信号发送给主控单元，主控单元向单片机请求中断，单片机响应中断后，启动报警指令，根据不同的报警类别显示报警原因。
3 系统测试
测试共进行三次，分别对红外报警、温度报警和烟雾报警功能进行测试。测试表明报警正常，报警原因显示正常。
如4图进行了对于温度的测试，在产品中加入了温度修改按键，通过两个按键可以对于报警温度进行设定，测试时室内温度为18℃，将温度阈值设定在20℃，此时蜂鸣器未报警。随后将温度设定在17℃，蜂鸣器报警。
在第二次实验时进行对红外报警器的测试，将报警器附近放上木板隔离，蜂鸣器未报警。随后将手放置于红外传感器前，蜂鸣器正常报警。
最后进行了对于烟雾传感器的测试，将燃着的木条放置于烟雾传感器前，蜂鸣器报警。
综上，本项目产品三个传感器均正常工作。

图4 测试图
4 结束语
本报警系统以STC89C52单片机为核心，热释电传感器、温度传感器和烟雾传感器为辅，主要解决了实验室的安全保卫问题，从外物入侵、火灾防范和有毒气体泄露三个方面保障实验室的财产安全和实验人员的人身安全，在学校、研究所等场所有很高的应用价值。