基于stm32的消防警报系统的设计

-I-[20]，这些信号需经过模数转换（ADC）才能转化为可用的浓度数值。STM32微控制器内置的模拟/数字转换（A/D）模块负责执行此转换过程，其内部的模数转换器可达到12位的模拟量数据检测精度。首先需要对ADC进行初始化。初始化后，ADC负责将模拟信号转换为数字信号，此时得到的数字信号反映的是电压值，而非浓度值。随后，通过特定的公式将电压值转换成浓度值。最终，将浓度值呈现在LCD显示屏上。如下图3.14MQ-2与MQ-7检测程序流程图所示。图3.14MQ-2与MQ-7检测程序流程图3.2.5明火检测流程图在系统的启动初始化阶段，进行YL-38火焰传感器接口的精确配置是至关重要的，这一步骤确保了传感器能够敏感并准确地捕捉环境中的火焰变化。当传感器侦测到火焰信号时，它会产生一个经过比较器优化的数字信号输出。这个信号随后被STM32单片机所读取并分析。系统将这一信号与设定的安全阈值进行比对，以此评估当前的火灾风险是否已经超出了安全范围。如下图3.14明火检测流程图所示。图3.15明火检测流程图3.2.6OLED显示测流程图首先程序需对OLED显示器进行初始化，确保其正确启动并准备接收数据。随后，单片机作为主机，通过发送SCLK（串行时钟）信号来指挥从机进行数据的读取或写入，从而将处理后的输出信号有效地转换为OLED屏幕可以解析和显示的信号。下图3.16为OLED显示流程图所示。图3.16OLED显示流程图3.2.7GSM通信流程图在本设计中，SIM800AGSM模块支持两种短信发送模式：PDU（协议描述单元）和TEXT（文本）。我们选择使用TEXT模式来发送短信，这是因为它允许直接发送可读文本。通过STM32，我们向GSM模块发送一系列AT命令来激活特定功能，实现短信的发送。GSM程序流程图如下图4.17所示。图3.17GSM通信程序流程图3.2.8蜂鸣器与舵机程序流程图程序利用单片机的定时器中断功能来实现任务调度。在报警标志被设置为1的情况下，当前任务将被暂停，以优先处理定时器中断触发的事件。这包括激活蜂鸣器进行报警以及控制舵机进行旋转，后者模拟了消防响应程序的动作。如下图3.15蜂鸣器和舵机程序流程图所示。图3.14蜂鸣器和舵机程序流程图

第四章结果分析4.1实物展示本设计是将各个传感器和相关模块通过KeiluVision5编写程序，ST-Link烧录程序。传感器采集到的相关环境参数通过GPIO端口使用IIC协议传输到OLED上显示，若温度、湿度、烟雾浓度和一氧化碳浓度超出阈值，则通过蜂鸣器报警提醒并启动舵机执行灭火程序，再配置SIM800AGSM模块并编写通讯模块的代码，实现报警短信发送到用户手机功能。图4.1预警系统实物图4.2功能测试4.2.1OLED显示功能测试将采集到的各个环境值显示到OLED显示器上,第一排到第四排依次显示温度、湿度、MQ-2、MQ-7。MQ-2表示烟雾的浓度，MQ-7表示一氧化碳的浓度。如下图4.2OLED显示功能图所示，显示功能正常。图4.2OLED显示功能图4.2.1温湿度检测功能测试当温湿度超过预设阈值，如温度高于50度时或湿度高于80%时，OLED显示器上对应参数后显示“异常”，舵机旋转模拟执行消防程序、蜂鸣器和SIM800A执行报警程序。如下图4.3温湿度检测功能图所示，温湿度检测功能正常。图4.3温湿度检测功能图4.2.3MQ-2、MQ-7功能测试当MQ-2、MQ-7超过预设阈值，如烟雾浓度大于40%或者一氧化碳浓度大于40%时，OLED显示器上对应参数后显示“异常”，执行报警和消防程序。如下图4.4MQ-2、MQ-7功能测试图所示，MQ-2、MQ-7功能正常。图4.4MQ-2、MQ-7功能测试图4.2.3明火检测功能测试当YL-38火焰传感器检测到明火时，该传感器模块上集成的led贴片灯常量，如下图4.5明火检测功能测试图所示，明火检测功能正常。图4.5明火检测功能测试图4.2.4通信功能测试打开手机短信功能，在短信界面，将SIM800A模块绑定指定的电话号码。当系统检测到异常情况，向已绑定的电话号码发送报警短信。图4.2（a）号码绑定界面，图4.2（b）号码报警界面，图4.2（c）重复测试界面，重复测试通信设备仍然正常工作。（a）（b）（c）图4.3通信设备测试图4.3环境数据检测测试4.2.1温湿度的数据测试本次采集的数据于2024年3月25日。将预警系统装置通电后放置于寝室内，排除空调、加湿器等设备可能造成环境干扰的情况下，多次试验测得温湿度的数据如表4.1、表4.2所示。表4.1温度检测数据时间测量温度值/。C实际温度值/。C误差/%8：001718-5.5612：001818016：002021520：0017+19-10.53表4.2湿度检测数据时间测量湿度值/%实际湿度值/%误差/%8：004344-2.2712：004343016：0043420.2420：004142-2.5测量误差的计算公式为：误差=（测量值-实际值）/实际值（4.1）由上表测得的数据计算可知，温度误差在±15%以内，湿度误差在±5%以内，为DHT11的正常误差范围内。4.2.2MQ-2、MQ-7以及YL-38的数据测试对于传感器MQ-2烟雾传感器、MQ-7一氧化碳以及YL-38火焰传感器的测试，通过在不同的距离多次测试。使用计算变异系数的方法处理数据，以此验证系统的稳定性。由于YL-38为数字信号输入所以本次测试时当YL-38检测到火焰，其测试值就为1，反之为0。下表4.3、4.4、4.5分别为第一次，第二次，第三次的测试数据。表4.3第一次MQ-2、MQ-7以及火焰传感器的检测数据传感器20CM处测量值/%40CM处测量值/%80CM处测量值/%MQ-2837763MQ-7797560YL-38111表4.4第二次MQ-2、MQ-7以及火焰传感器的检测数据传感器20CM处测量值/%40CM处测量值/%80CM处测量值/%MQ-2847762MQ-7817659YL-38111表4.5第三次MQ-2、MQ-7以及火焰传感器的检测数据传感器20CM处测量值/%40CM处测量值/%80CM处测量值/%MQ-2837864MQ-7797661YL-38111稳定性的计算公式为：cv=σμσ是样本的标准差，μ是样本的平均值。cv是变异系数用于衡量相对离散程度，cv越小，说明测量结果越稳定。以此方法测得MQ-2、MQ-7以及YL-38的离散程度都小于1，具有很好的稳定性。4.4结论与展望本设计成功实现了一款基于STM32F103C6T6单片机的消防预警系统，为火灾监控提供了经济有效的新方案。利用多传感器实现了快速与准确的火灾预警，而GSM通信模块则提供了远程报警功能。界面友好的设计与实用的交互性，使得系统操作简便。测试结果显示，系统响应迅速且准确，成本低廉。展望未来，将致力于进一步优化系统性能，比如通过降低误报率和引入先进传感技术提升监测灵敏度，以及利用大数据和AI算法，加强火灾预测与自适应能力。系统的远程控制与数据管理也是后续研究的重点。本设计为城市建筑安全和个人财产防护提供了创新工具，期待未来能通过不断创新，提高火灾预防及应对效率。参考文献肖学峰,姚礼杨,汪能.采用层次聚类方法对城市火灾形势的分析评价[J].聊城大学学报（自然科学版）,2016,29(3):91-93.刘海生,张鑫磊,宋丽霞.基于统计数据的全国火灾形势综合评价与预测[J].中国安全科学学报,2011,21(6):54-59.蔡琼,马宁.对传统消防系统设计计算中存在问题的讨论与解决[J].水务世界,2007(4):26-29.DhimanA,ShahN,AdhikariP,etal.Firefightingrobotwithdeeplearningandmachinevision[J].NeuralComputingandApplications.2022.WatabeY,HondaY,TerasawaT,etal.Smokesensorofthesoundwavetypeincludingasmokedensityestimationunit:U.S.Patent8,253,578[P].2012-8-28.李聪,周勇.锂离子电池火灾烟雾不对称比研究[J].中国安全科学学报,2022,32(4):93-98.王振龙,陈彦,刘飞,等.基于YOLOv7和GMM算法的火焰实时检测方法[J].科技创新与应用,2024,14(5):1-6.丁建鑫,李鹏.基于多传感器的监控报警与处理系统[J].福建电脑,2018,34(4):115-116.胡鹏,殳国华.基于STM32的消防联动控制设备的设计与研究[J].电气自动化,2020,42(2):101-104.王斌,施杰,沈鹏,等.基于SIM800A与乐联网的智能家居监控系统设计[J].机械设计与制造工程,2018,47(8):49-53.刘强强,翟宝蓉,任凯.基于DHT11的温湿度监测系统[J].华北科技学院学报,2017,14(5):59-63.董贺鹏,吴坤,王圳,等.基于SIM800和STC89C52的智能报警系统设计[J].物联网技术,2020,10(5):35-37,42.谢永超,杨利,严俊.基于MQ-2型传感器的烟雾探测报警器的设计[J].计算机测量与控制,2021,29(8):255-259.王纳林.基于MQ-7传感器煤气报警系统[J].自动化技术与应用,2014,33(12):103-105,113.王长城,徐军.电动舵机功率MOS电机驱动电路分析与计算[J].科技资讯,2012(28):130-131.苏杰仁.字符型LCD1602显示分析与实现[J].科技资讯,2022,20(22):9-12,160.Shah,R.,Satam,P.,Sayyed,M.A.,&Salvi,P.Wirelesssmokedetectorandfirealarmsystem[J].InternationalResearchJournalofEngineeringandTechnology.