远程火灾报警系统设计

远程火灾报警系统设计摘要伴随我国城市发展速度的逐渐加快，高层建筑、老旧小区、小型仓储以及商铺的火灾隐患越来越突显，传统火灾报警设备仅能实现本地声光警示，无法完成远程状态同步以及预警通知，极易因报警不及时而造成严重的生命财产损失。针对这一现实需求，本文设计了一套依据物联网技术的远程火灾报警系统，系统以STM32F103C8T6芯片为处理重点，配合多类型传感器件完成环境温度、烟雾浓度、明火状态的实时采集，可实现本地阈值设置、异常状态声光报警、负载电源自动切断，同样借助WiFi模块将监测数据上传至阿里云物联网平台，并支持远程数据查看与参数配置。文中详细说明了系统的总体设计架构、硬件电路实现方式及软件程序开发逻辑，经实际测试，系统运行稳定可靠，报警响应迅速，数据传输稳定，可广泛应用于家庭、小型商铺、仓储等场景的火灾安全防护，具备较强的实际应用价值。关键词：物联网；火灾报警；STM32；远程监测；ESP8266ABSTRACTWiththeacceleratingprocessofurbanizationinChina,thefirehazardsofhigh-risebuildings,oldresidentialareas,smallwarehousesandshopsareincreasinglyprominent.Traditionalfirealarmequipmentcanonlyrealizelocalsoundandlightwarning,andcannotcompleteremotestatesynchronizationandearlywarningnotification,whichiseasytocauseseriouslossoflifeandpropertyduetountimelyalarm.Inresponsetothispracticaldemand,thispaperdesignsasetofremotefirealarmsystembasedonInternetofThingstechnology.ThesystemtakesSTM32F103C8T6chipastheprocessingcore,cooperateswithvarioustypesofsensingdevicestocompletethereal-timecollectionofambienttemperature,smokeconcentrationandopenflamestate,andcanrealizelocalthresholdsetting,soundandlightalarmforabnormalstate,automaticcut-offofloadpowersupply.Atthesametime,themonitoringdataisuploadedtotheAlibabaCloudInternetofThingsplatformthroughtheWiFimodule,whichsupportsremotedataviewingandparameterconfiguration.Thispaperelaboratestheoveralldesignarchitecture,hardwarecircuitimplementationandsoftwareprogramdevelopmentlogicofthesystemindetail.Afteractualtesting,thesystemrunsstablyandreliably,thealarmresponseisrapid,andthedatatransmissionisstable.Itcanbewidelyusedinfiresafetyprotectionoffamilies,smallshops,warehousesandotherscenarios,andhasstrongpracticalapplicationvalue.Keywords:InternetofThings;FireAlarm;STM32;RemoteMonitoring;ESP8266目录第1章绪论 11.1研究背景与意义 11.1.1研究背景 11.1.2研究意义 11.2国内外研究现状 21.2.1国外研究现状 21.2.2国内研究现状 21.3本文主要研究内容与章节安排 3第2章系统总体设计与器件选型 52.1系统设计需求与指标 52.2系统整体架构 52.3核心器件型号选择 62.3.1主控芯片选型 62.3.2显示器件选型 72.3.3无线通信器件选型 82.3.4温度传感器选型 92.3.5烟雾传感器选型 102.3.6火焰传感器选型 112.4本章小结 12第3章系统硬件电路设计 133.1主控最小系统电路设计 133.2温度采集电路设计 133.3烟雾浓度采集电路设计 143.4火焰检测电路设计 153.5按键输入电路设计 153.6声光报警与继电器控制电路设计 163.7电源电路设计 173.8本章小结 17第4章系统软件程序设计 194.1软件开发环境 194.2主程序流程设计 194.3无线通信子程序设计 204.4按键交互程序设计 214.5温度采集子程序设计 224.6烟雾浓度采集子程序设计 234.7火焰采集子程序设计 244.8本章小结 25第5章系统测试与功能验证 265.1测试环境与硬件准备 265.1.1测试环境搭建 265.1.2测试仪器与设备 265.1.3系统硬件准备 275.2硬件电路焊接与基础测试 285.2.1电路板焊接工艺与流程 285.2.2电源电路测试 285.2.3主控最小系统测试 295.2.4外设电路连通性测试 295.3系统功能测试 305.3.1温度采集与阈值设置功能测试 305.3.2烟雾浓度采集与阈值设置功能测试 315.3.3火焰检测功能测试 325.4本章小结 33结论 34参考文献 35致谢 36附录：原理图 37第1章绪论1.1研究背景与意义1.1.1研究背景火灾是影响大众安全及生命财产的常见灾祸之一，存在着突发性明显、扩散速度较快、解决难度较高的特征[1]，根据应急管理部消防救援局于2025年发布的《全国火灾统计年报》显示，2024年全国共接报火灾78.3万起，造成了1892人死亡、2241人受伤，直接财产损失到了85.6亿元[2]。这其中，住宅火灾比例较高，为62.1%，小型商铺以及仓储场所火灾比例有11.7%，两类场所死亡人数合计占总数的83.5%，乃是火灾事故的重灾区[3]。该类小型场所普遍存在着三大关于消防安全的痛点：一是消防设施配置不精进，多数老旧小区、城中村住宅以及个体商铺仅配备了简易灭火器，未安装火灾报警装置[4]，二是火情发现不及时，住宅夜间无人值守、商铺以及仓储场所下班后长期空置，火灾初期不容易被察觉，大多等到火势蔓延至周边才被发现[5]；三是初期处置能力不足，传统独立式火灾报警器仅能在现场发出声光警示，无法向不在场的业主、物业或者消防部门发送预警信息，错过了最佳灭火以及救援时机，继而让小火酿成大灾[6]。传统火灾报警系统主要划分为两类：一类是面向大型建筑的总线制集中报警系统，功能精进但是布线繁复、安装成本高，单套系统造价动辄达数十万元，需要专业人员维护，不适合于小型场所的改造以及部署[7]；另一类是独立式的火灾报警器，成本低廉、安装便捷，但仅具备本地报警功能，存在信息孤岛问题，无法实现远程预警以及集中管理。伴随物联网、云计算以及嵌入式技术的快速发展，以及低成本无线通信模块与云平台的普及，为火灾报警系统的智能化、远程化升级给予了技术支撑[8]，依据这一点，设计出一套适配小型场景的低成本远程火灾报警系统，以实现火情早发现、早预警、早处置，已经变成目前消防安全领域的迫切需求[9]。1.1.2研究意义本研究的理论意义在于：充实了小型民用场景下的低成本物联网火灾报警系统的设计体系，提出了一种依据STM32+ESP8266的轻量化架构方案，改良了多传感器数据融合的报警逻辑，凭借硬件消抖以及软件多级验证机制减少了误报率，为同类嵌入式物联网系统的开发给出了参照与参照[10]。本研究的实际意义体现在四个方面：一针对个人与家庭，做到全天候地自动监测，火情发生时借助手机APP、短信等方式立刻得到远程的提醒，人不在家也能赶紧采取处置措施[11]，二针对物业以及社区，做到多设备的统一管理，随时了解辖区内各处的消防安全情况，增强消防的管理效率，三针对消防部门，得到详细的火情位置与现场数据，缩短出警的反应时间，加强救援能力；四针对行业，本系统的花费仅为传统总线制系统的1/20，安装免去布线，即插即用，拥有极大的推广价值，可以增进我国小型场所的消防安全防护水平，减少火灾事故造成的生命财产损失[12]。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状国外火灾报警技术的起步已较早，于20世纪60年代便已经开始了机械式火灾探测器的研发，于80年代进入到了智能化时代，目前业已形成了成熟的技术体系以及产业格局，在商用领域，西门子、霍尼韦尔、诺帝菲尔、爱德华等国际企业占据着主导地位，其推出的智能火灾报警系统具备了多参数融合监测、智能算法预警、网络集中管理、故障自诊断等功能[13]。譬如西门子CerberusPRO系统，使用了分布式智能架构，每个探测器内置微处理器，可以独立完成数据采集以及分析，支持烟雾、温度、CO浓度多参数融合判断，误报率较传统系统减少了90%以上；霍尼韦尔NotifierNFS2-3030系统支持万点级大规模组网，可以实现跨区域集中监控，大量地应用于机场、医院、超高层建筑等大型场所[14]。在学术研究方面，国外学者主要关注火灾识别算法与新型传感技术的分析，美国国家标准以及技术研究院（NIST）制作出了依据深度学习的烟雾以及火焰图像识别算法，分析了视频流里的运动特征以及光谱特征，完成了火灾的早期检测，响应时间不足1秒；德国斯图加特大学探究了依据光纤传感的分布式火灾监测系统，实现了数公里范围内的温度的实时监测，适合于隧道、地铁等长距离场所[15]。国外的火灾报警技术以及产品主要面向大型高端的市场，成本高，安装部署冗杂，维护费用昂贵，一套普通的商用智能火灾报警系统单点位造价超出了500元，需要专业的人员实行布线以及调试，无法适配家庭、小型商铺等低成本、易部署的需求，在小型民用场景的渗透率极低。1.2.2国内研究现状我国火灾报警技术起步比较晚，20世纪90年代开始引入外面的技术来消化吸收，2000年之后慢慢地做到自主研发，现在已经形成了以海湾、利达、青鸟消防为代表的本土企业群体，总线制火灾报警系统的技术水平差不多已经到了国际先进水平。近些年，物联网技术发展很快，国内智能火灾报警系统进入了爆发期，依据NB-IoT、LoRa、WiFi的远程报警方案变成研究热点[16]。在产业应用方面，国内的企业推出了多款的面向于民用市场的智能火灾报警器，海康威视的NB-IoT智能烟感，支持移动的蜂窝网络通信，无需依赖WiFi，即可实现远程的报警、设备状态的监测及低的电量提醒[17]；小米的烟雾报警器使用WiFi+蓝牙的双模通信，可以接入米家生态，与智能的插座、智能的窗帘等设备联动，实现火情发生时的自动断电、开窗通风。该类产品大幅减少了远程的火灾报警的门槛，同样助推了民用消防市场的普及[18]。在学术研究方面，国内的高校以及科研机构在嵌入式系统的应用、物联网平台的开发、多传感器的融合等方面已经做了大量的工作[19]，众多的学者提出了依据STM32、Arduino的低成本的远程的火灾报警系统方案，整合温度、烟雾、火焰传感器，实现了多参数的监测，经由WiFi、GPRS等模块将数据上传至云端。现有的研究存在一些不足：一是多数的方案功能单一，虽然实现了数据的上传以及报警功能，但是缺乏远程的参数配置与负载控制能力；二是误报率较高，未充分考虑环境的温度、湿度、灰尘等因素的影响，三是系统的稳定性不足，部分的方案存在断网后无法自动重连、长期运行死机等问题，四是平台的兼容性差，不同厂家的设备无法互联互通，然后形成了数据的孤岛[20]。针对现有方案的不足，本文所设计的远程火灾报警系统，顾及成本以及性能，整合多参数监测、本地应急处置、物联网远程通信等功能，改良报警逻辑以减少误报率，保障系统长期运行的稳定性，适配于小型场景的火灾防护需求[21]。1.3本文主要研究内容与章节安排本文主要研究远程火灾报警系统的设计以及实现，由实际的应用需求出发，完成了系统的整体架构设计、硬件的电路开发、软件的程序编写及系统的测试验证，全文共划分为6个章节，各个章节主要内容如下。第1章为绪论，说明了本次研究的背景以及意义，探究了国内外火灾报警技术的研究情况，确定了本文的研究内容以及章节安排。第2章为系统的总体规划以及零件的挑选，明确了系统的总体需求与效果的要求，搭建起系统整体的架构，完成了主控芯片、显示零件、无线通信零件的挑选对比以及最终的决定。第3章为系统硬件的电路设计，细说了主控的最小系统、数据的采集电路、人机的交互电路、报警的执行电路、电源的电路的设计情况以及电路的连接方式，以保障硬件系统的稳定运行。第4章为系统软件程序的设计，介绍了软件开发环境，完成了主程序流程与各功能子程序的设计，实现了数据采集、人机交互、报警控制及物联网通信等功能。第5章是系统测试以及功能验证，搭起了测试环境，做完了硬件基础测试、系统功能测试以及整体性能测试，验证系统已经到了设计需求。第6章为结论以及展望，总结了本次设计的主要成果，分析了系统的优势与不足，提出了后续的改良升级方向。第2章系统总体设计与器件选型2.1系统设计需求与指标这次弄的远距离的火情警告装置，主要针对住户、小店、库房之类的小地方，需要满足装起来方便、用着简单、运转平稳、花费不多的上述基本条件，同样做到全方位的火情查看、警告以及远距离的管理事项，详细设计事项及表现参数如下。系统需要实时地收集及展示环境的温度、烟雾的浓度、明火的状态，支持本地按键的操作，完成报警阈值的增减设置以及显示界面的切换；监测的参数超出了阈值或检测到明火时，立即地引发本地声光的报警，同时借助继电器断开监测区域的负载电源，防止火势的蔓延；借助WiFi无线网络将实时的监测数据、设备的状态上传至阿里云物联网平台，支持远程查看数据、修改报警的阈值、控制继电器的通断，设备断网时，本地监测以及报警功能可以正常运行，网络恢复后自动地重连。测温区域为0-100℃，精度维持在±0.5℃之内；烟尘浓度测量区域为0-100%LEL，精度维持在±2%LEL之内，明火识别反馈耗时最多20ms，警报启动反馈耗时最多2s，检测信息发送间隔最多1s，远端指令反馈耗时最多1s；设备运行电源为5V的直流，休眠耗电量最多0.5W，可以持久地持续平稳运作。2.2系统整体架构系统整体的架构划分为了数据采集、重点处理、执行输出、以及远程通信的四个部分，各个部分相互配合运作，继而完成了火灾监测、报警及远程管理的全流程功能，数据采集部分是系统的感知前端，由温度传感设备、烟雾传感设备、火焰传感设备、以及按键输入器件所组成，负责将环境中的物理量转换为电信号，并传输至重点处理部分，同样接收用户的本地操作指令。重点处理部分是系统的重点，由STM32的主控芯片以及配套电路所组成，负责接收采集到的各类数据，并且完成数据处理、逻辑判断、与阈值对比，根据处理结果向执行输出部分发送控制指令，同时管理远程通信部分的数据收发。执行输出部分由显示器件、声光报警器件、及继电器控制电路所组成，负责实时显示监测数据以及设备状态，并且在异常状态下发出声光警示，进而执行电源切断操作，最终完成现场应急处置，远程通信的部分由WiFi模块组成了，负责实现主控芯片以及云端平台的双向通信，将本地的数据上传到了云端，接收云端下发的远程指令，转发到主控芯片执行，实现远程的监测以及控制功能。图2-1系统框图2.3核心器件型号选择2.3.1主控芯片选型方案一：STM32F103C8T6，这款芯片依据ARM的Cortex-M3内核，为32位的处理芯片，最高工作频率可以到了72MHz，内置了64KB的Flash存储空间及20KB的SRAM运行内存，具备充足的GPIO接口、12位的ADC通道、多组的USART及I2C通信接口，可以适应多通道的数据采集、多外设的控制、无线通信的繁杂任务需求。芯片支持HAL库开发，开发资料充足，开发耗时较少，作为工业级芯片，工作温度范围较广，抗干扰能力较好，可以在繁杂环境下持续稳定运行，价格较为适中，权衡性能与成本控制[22]。方案二：STC89C52，这是一款较老的8位的51内核的单片机，相关技术已经较为精进地精进，上手难度不高，花费较少，在普通的控制情况里使用较多，芯片里面带有8KB的Flash存储空间及512B的RAM运行内存，IO口数量不多，没带ADC通道，需要外加扩展电路去完成模拟量采集，运行速度偏慢，碰到多通道的数据采集以及WiFi的无线通信的繁重任务，及时性以及运算实力不好保证，达不到系统的多项任务同时处理的要求[23]。最终选型：融合系统多通道的数据采集、实时的数据处理、多外设的控制与无线通信的重点需求，选择了STM32F103C8T6作为系统主控芯片，其较多的接口资源、较强的处理能力以及较好的抗干扰性能，可以完全满足系统设计需求，同时也顾及了开发便捷性与成本控制。图2-2STM32F103C8T6最小系统板外形结构图2.3.2显示器件选型方案一：0.96寸的I2C接口的OLED显示屏，这款器件使用有机的自发光材料，无需额外地背光源，对比度高，可视思路接近180°，强光环境下依然能清晰地显示内容，支持中文、数字、字符的全屏显示，可以适配多参数的展示需求。器件使用I2C的通信接口，仅需两根的信号线即可完成以及主控的通信，占用IO的资源极少，功耗低，可清晰地展示大字体的监测数据以及中文的标识，适配系统的人机交互需求，开发资料丰富，驱动程序的编写简单。方案二：LCD1602液晶的显示屏，这种器件的技术已经精进，价格便宜，驱动的方式不冗杂，在工业的控制的场景之中应用大多，可以显示两行的16个的英文的符号以及数字，器件需要背光才可以正常地显示，耗电偏多，观看的思路较小，侧面地观看时内容不清楚，无法直接地显示中文，显示的内容不多，字体偏小，无法满足系统的多参数的中文的显示、大字体的清楚的展示的需求，人机的交互的体验不太好。融合系统需要展示中文标识、多组监测数据、清晰大字体的主要需求，挑选出0.96寸I2C接口的OLED显示屏，其耗电不多、占用接口资源较少、显示效果良好的特点，可以完全适配于系统的人机交互设计。图2-3OLED显示屏外形结构图2.3.3无线通信器件选型方案一：ESP8266-12FWiFi模块，这款器件内部带有比较全的TCP/IP协议栈，具备串口转WiFi功能，可以较快地接入局域网以及互联网，兼容阿里云、腾讯云等常见物联网平台，支持MQTT通信协议，数据传输速率快，稳定性高，体积小巧，功耗低，开发资料丰富，可以较快地实现数据远程上传与远程指令接收，价格低廉，无需额外的通信费用，适合小型物联网设备使用。方案二：Air724GSM/GPRS模块，这款器件支持移动蜂窝网络通信，不用依赖WiFi环境，可以在有手机信号的区域实现远程数据传输，覆盖范围广，支持短信及数据传输功能，器件耗电量较大，需要插入SIM卡，产生额外的通信资费，使用花费多，通信速率较低，数据传输延迟高，不适合高频次的实时数据上传，电路设计繁复，整体花费偏高，无法适配系统低耗能以及低花费的设计需求。最终选型：考虑到系统应用场景多为家庭、商铺、仓储等有WiFi包含的地方，同样也需要高频次的实时数据上传，同样也需要低延迟的远程控制，选择ESP8266-12F的WiFi模块，可以在较低的花费下实现稳定的远程通信功能，完全满足系统的设计需求。图2-4ESP8266-12FWiFi模块外形结构图2.3.4温度传感器选型方案一：DS18B20数字的温度传感器，使用单总线通信协议，仅需1根信号线即可实现主控以及传感器的双向数据传输，无需外接模数转换电路，硬件设计简洁，测量范围包含-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃区间内测量精度可以到了±0.5℃，完全满足系统0~100℃的测量需求。传感器内置温度转换电路与非易失性存储器，支持多点组网，体积小巧，安装灵活，抗干扰能力强，适合民用以及工业环境长期使用。方案二：NTC的热敏电阻，价格特别地低，反馈速度极快，输出为模拟的电阻信号，需要外接的ADC转换电路，温度以及电阻呈非直线的，关系，得做挺繁复的，多项式曲线拟合来保证测量的准确度，受环境的温度、电磁干扰影响挺大，长期运行的稳定性较差，满足不了系统的，高精度及高可靠性的测量要求[24]。最终选型：选择了DS18B20数字温度传感器，其较好的准确度、较低的硬件复杂度、较强的抗干扰特性可以很好地适配于系统的温度监测需求，并且同样简化了电路设计，减少了开发难度。图2-5DS18B20温度传感器外形结构图2.3.5烟雾传感器选型方案一：MQ-2的气敏传感器，对于烟雾、液化气、丙烷、氢气等的可燃气体以及烟气有着大量地较高地感知度，响应时间≤10s，恢复时间≤30s，输出的模拟电压与气体的浓度呈现出不错的线性关系，传感器内置的加热丝，运行可靠，使用周期久，花费较少，是普通的火灾初期的烟雾探测的常用器件，商业普及度高，参考资料多。方案二的：光电式的烟雾传感器，经由地察觉烟雾微粒对红外光的散射情况来地实现检测，遇到白烟时不太地容易报错，碰到黑烟时的察觉能力极差，花费较多，电路的设计繁复，需要外加的信号增强与滤波的电路，不适合小型的便宜的火灾报警系统的使用[25]。最终选型：选择了MQ-2气敏传感器，其大量的检测特点、较快的反应速度及低花费的好处，满足了系统火灾初期烟雾预警的主要需要，适合家庭、商铺等多种室内场景。图2-6MQ-2烟雾传感器外形结构图2.3.6火焰传感器选型方案一：红外火焰传感器，内部装有760nm~1100nm波段的红外光电二极管，对火焰发出的红外光特别地敏感，响应时间≤20ms，可一同地输出模拟量以及数字量的信号，借由板载的电位器可以方便地调整检测的灵敏度及触发的阈值，最大检测的距离可以到了1.5m，十分地适合室内监测的场景。方案二：紫外火焰的传感器，对于火焰之中的紫外光反应比较快，抵抗可见光干扰的能力比较强，成本是红外传感器的5~10倍，检测距离偏近，对于不含紫外光的明火（如酒精火焰、甲醇火焰）的检测效果不太好，适用的场景非常受限，无法满足系统通用化的设计需求。最终选型：选择了红外火焰传感器，它有着响应较快、花费较少以及灵敏度可调整的特点，可以作为温度与烟雾监测的较有效补充，实现明火的较快识别以及预警。图2-7红外火焰传感器外形结构图2.4本章小结本章弄清楚了远距离火情预警装置的设计需要以及相关指标，弄出了包含信息收集、主要处理、动作输出及远距离沟通四块内容的整体框架，靠着多种办法对照，弄好了主控芯片、显示零件、无线沟通部件等8类主要硬件的挑选，考虑了装置的表现、花费与稳定需求，给出了各个零件的外貌样子参照。本章的挑选结果给后续硬件电路设计以及软件程序开发给予了确定的硬件基础，保证了装置整体办法的行得通。第3章系统硬件电路设计3.1主控最小系统电路设计主控最小系统是整个系统运行的基础，数据处理、逻辑判断以及外设控制均依据这一电路实现，电路设计以STM32F103C8T6芯片为中心，使用LQFP48封装，重点电路含有电源供给、时钟振荡、复位、BOOT配置以及程序下载五个部分。电源输入借助Type-C接口接入5V的直流电源，利用XC6206线性稳压器将5V转换为3.3V为芯片供电，输入与输出端并联22uF的电解电容以及100nF的陶瓷电容，完成滤波稳压，保障供电稳定，时钟电路分为高速及低速两部分，高速时钟使用8MHz的无源晶振，配合两个30pF的陶瓷电容接入芯片OSCIN以及OSCOUT引脚，经内部PLL倍频后生成72MHz的系统主频；低速时钟使用32.768kHz的无源晶振，为系统给出时基。复位电路使用按键复位与上电复位融合的设计，10K的上拉电阻配合104电容接入NRST引脚，并且并联复位按键，实现上电自动复位以及手动按键复位，BOOT配置电路经由10K的电阻将BOOT0和BOOT1引脚下拉至GND，安排芯片为闪存的启动形式。程序下载使用SWD的接口，SWCLK及SWDIO引脚分别接往PA14以及PA13，加上3.3V的电源以及GND，实现了程序的在线烧录以及调试，所有IO口预留外引的排针，方便后续外设电路的连接以及调试，电路设计中所有电源引脚都已经并联了100nF的去耦电容，增进芯片运行的抗干扰能力。图3-1单片机电路3.2温度采集电路设计温度是火灾发生初期非常重点的监测指标之一，环境温度的异常上升是火灾预警的重要依据，本设计选用DS18B20数字温度传感器完成了环境温度的实时采集，这款传感器使用了单根线路的通信方式，仅需一根信号线即可完成数据的双向传输，无需多余的模数转换电路，电路设计简单，测量的准确性高，测量的范围包含-55℃至+125℃，完全可以满足系统0-100℃的测量需求。电路的设计中，传感器VCC引脚接入系统的5V电源，GND引脚直接地接地，DQ信号引脚接入主控芯片的PA8端口，在DQ引脚以及3.3V电源之间接入1只4.7K的上拉电阻，以保障单根线路通信的稳定性，然后避免信号传输过程中的干扰。单根线路的通信时序完全由主控芯片凭借IO口地模拟实现，无需多余的硬件驱动电路，只需要在程序中完成对应引脚的输入输出形式配置，即可实现温度数据的读取以及处理，电路设计中留了TVS管的焊接位，可以较好地防止静电与浪涌对传感器的破坏，增强了电路在冗杂环境下的运行的稳定性，传感器的体积小，可以方便地安装在监测区域的不同位置，满足不同场景的安装需要。图3-2温度采集电路设计3.3烟雾浓度采集电路设计火灾出现期间，烟雾的出现早于温度的大幅上升，烟雾浓度的检测是达成火灾前期提醒的重要环节，本方案使用MQ-2气敏传感器实行环境烟雾浓度的即时收集，该传感器对液化气、丙烷、氢气、烟雾等可燃气体以及烟气有不错的敏感度，反应速度快，使用的时间长久，能平稳输出以及烟雾浓度呈线性关联的模拟电压信号，适合火灾预警的检测要求。电路设计中，传感器VCC引脚接入5V电源，GND引脚接地，加热丝引脚直接接入5V电源，维持传感器内部气敏部件的正常运转，传感器的模拟信号输出端AO引脚接入主控芯片的PA5端口，对应主控内部ADC1的通道0，将传感器输出的0-5V模拟电压信号转换为数字量，完成烟雾浓度的量化处理。电路内在AO引脚以及GND之间并联1只104陶瓷电容，滤除信号里的高频杂波，增加收集数据的平稳性，主控芯片内部的12位的ADC可以将输入的模拟信号转为0-4095的数字量，经由线性换算即可得到0-100%的烟雾浓度的相对值，不需要其他的额外外部的模数转换电路，电路设计被简化了，硬件成本也减少了。图3-3烟雾浓度采集电路设计3.4火焰检测电路设计火焰检测电路用来察觉明火所发出的红外光信号，实现了对明火的快速地反应，是火灾报警系统中补充温度以及烟雾监测的重要的部分，本设计选用红外火焰传感器完成明火信号的实时地检测，这款传感器装有红外光电二极管，对于火焰发出的760nm-1100nm红外光有着很高的灵敏度，响应时间不到20ms，能快速地抓取明火信号，内部装有信号放大与比较电路，可以同时输出模拟量以及数字量信号，适应不同的检测需求。电路设计中，传感器VCC引脚接入到3.3V电源，GND引脚直接接地，数字量输出端DO引脚接入主控芯片的PB1端口，模拟量输出端AO引脚预留接入位，本设计中使用数字量输出形式，靠着电位器调节传感器的检测灵敏度以及触发阈值。当传感器察觉到明火所发出的红外光时，DO引脚输出低电平，主控芯片读取PB11端口的电平状态，即可判断是否出现明火，电路设计中在DO引脚与3.3V电源之间加上了一个10K的上拉电阻，以避免引脚悬空所让的电平判断出错，电源输入端并联了104的电容继而滤除电源的杂波，以保障传感器运行平稳，检测距离可以靠电位器实行调整，最大检测距离可以到了1.5米，完全适合于室内监测场景的需求。图3-4火焰检测电路设计3.5按键输入电路设计按键输入属于系统本地人机交互的重点途径，用户利用按键实现显示画面的更换、报警阈值的增减设定，无需依赖远程平台便可实现系统参数的本地更改，然后满足无网络状况下的系统操作需要，本设计使用3个独立轻触按键完成全部的输入操作，分别对应画面的更换、阈值的增加以及阈值的减少功能，电路设计使用下拉输入形式，所有按键的一端均连接主控芯片的IO口，另一端则直接接地，对应引脚内部配备上拉电阻，不需要额外的外部上拉元件，由此使得电路设计更为简便。三只按键分别连接主控芯片的PC3、PC4、PC5三个端口，按键两端并联104陶瓷电容，用来消除按键按下与释放期间产生的机械抖动，继而防止电平跳变带来的误触发，无需在程序里加入过长的软件消抖延时，进而增加了系统的响应速度。电路设计里按键的排布弄成了线性的样子，去配合设备外壳的打孔安装，按键用665mm直插轻触开关，用得已经很久，按着感觉明显，操作方便，用户能靠简单的按键操作弄好全部系统参数的本地设置，设备用起来不费劲，然后满足各种用户的操作需要。图3-5按键输入电路设计3.6声光报警与继电器控制电路设计声光报警以及继电器的控制电路是系统火灾预警以及安全防护的执行核心，当系统检测到火灾相关参数异常时，借助声光信号发出本地警示，同样借助继电器切断监测区域的供电电源，避免电气故障引发的火势蔓延，减少火灾造成的损失。声光报警部分使用5V有源蜂鸣器以及蓝色LED指示灯组成，蜂鸣器声压级可达85dB，可以在室内环境中发出清晰的警示音，LED指示灯凭借闪烁给出视觉警示，电路设计中，蜂鸣器正极接入5V电源，负极经由NPN型三极管接地，三极管基极经由1K限流电阻接入主控芯片的PA15端口，LED指示灯使用同样的三极管驱动方式，以及蜂鸣器同步触发，当PA15端口输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器与LED同时启动，完成声光报警。继电器控制部分使用了5V单路的继电器模块，可以控制250V/10A交流负载的通断，继电器控制引脚经由NPN三极管连接到主控芯片的PB0端口，当PB0输出高电平时，继电器吸合，负载的电源被切断了，电路中在继电器线圈两端并联了续流二极管，消除线圈断电时产生的反向电动势，防止三极管被击穿，同样在继电器输出端并联了压敏电阻，抑制浪涌电压，增加电路的安全性以及使用寿命。图3-6声光报警与继电器控制电路设计3.7电源电路设计电源电路是整个系统正常运转的基本条件，需要给所有器件给予平稳、少杂波的工作电源，同时也具备某种抗干扰以及保护能力，然后避免电源波动造成的系统死机或器件损坏，本设计使用了双路电源输入设计，主电源经由Type-C接口接入5V/2A的直流电源，同样也预留了5V直流接线端子，支持外接备用电源，继而避免主电源断电造成的系统停机。主电源输入回路串联了自恢复保险丝，额定电流2A，当电路出现短路故障时，保险丝快速地熔断，然后切断电源输入，避免器件烧毁，输入端正反向并联了肖特基二极管，以防止电源反接造成的器件损坏，5V主电源分为了两路，一路直接为蜂鸣器、继电器、MQ-2传感器、DS18B20传感器给出5V的工作电源，另一路经由XC6206-3.3V线性稳压器转换为3.3V的直流电源，为主控芯片、OLED显示屏、ESP8266模块、火焰传感器给予工作电源。稳压电路的输入端并联了22uF电解电容与100nF陶瓷电容，以过滤电源中的低频以及高频杂波，输出端同样并联了22uF电解电容以及100nF陶瓷电容，继而保证输出电压平稳，输出端串联了0Ω电阻，起到隔离以及限流的效果，以防止后级电路出现问题而波及前级稳压电路，并且加上3.3V输出端并联了电源指示灯，直观地表现电源运转情形。图3-7电源电路设计3.8本章小结本章具体地说明了系统各个部分的硬件电路的安排，涉及主控最小系统、温度/烟雾/火焰采集电路、按键输入电路、声光报警以及继电器控制电路及电源电路，针对各电路的功能需要，安排了对应的抗干扰与保护手段，像电源滤波、续流二极管、TVS管等，增强了系统在繁复环境下的运行的稳固性。全部电路已经借助了原理验证，接口定义明白，方便焊接以及调试，为软件程序的运行给出了可靠的硬件载体。第4章系统软件程序设计4.1软件开发环境本设计的软件编写借助了KeiluVision5集成开发环境，该环境可以实现STM32全系列芯片的程序编写、转换以及排错，拥有比较全面的代码编辑、转换改进以及在线模拟功能，是嵌入式开发领域里十分常用的开发工具之一。程序代码使用C语言编写，依赖于STM32HAL库完成了底层外设驱动的开发，极大减少了GPIO、ADC、定时器、串口等片内外设的设置步骤，缩短了开发周期，同时也加强了代码的可移植性以及可读性。程序编写完成之后，依赖开发环境完成了编译链接，生成了可运行的HEX文件，经由SWD下载器烧入到主控芯片的闪存里面，同样支持在线仿真调试，可以随时查看程序运行状况、变量数值及寄存器状况，便于程序调试以及问题排查。物联网通信部分使用阿里云物联网平台作为云端服务器，依赖MQTT通信协议完成了数据的上传及指令的接收，实现了远程监测以及控制功能，借助阿里云平台控制台可以直观查看设备在线状况、实时监测数据，同样完成了远程指令的下发。4.2主程序流程设计系统通电之后，起初做完HAL库初始化以及系统时钟的配置，将要系统主频设定成72MHz，随后依次做完GPIO、ADC、定时器、串口等内部设备的初始化配置，配置做完了，接着做完OLED显示屏、DS18B20温度传感器、ESP8266WiFi模块的外部设备的初始化，初始化做完后，自行发出AT指令配置WiFi模块，连上了预先设置的WiFi网络，连入到阿里云的物联网平台，提交系统初始参数以及设备情况。全部初始化工作做完之后，系统步入不停循环的主程序，在主循环中依次开展按键扫描处理、环境数据收集、显示界面更新、报警逻辑判断、物联网数据收发五个主要的任务，不停反复开展，系统使用1ms定时器中断给予准确时间基准，靠着计时变量实现500ms一次的环境数据收集，以及1s一次的物联网数据提交，保证了各任务开展的时间准确性，防止了主循环中使用延时程序造成的系统响应迟缓，然后改良了系统的实时性以及运行的平稳度。图4-1程序总体流程图4.3无线通信子程序设计无线通信相关的程序经由ESP8266-12F模块与MQTT协议制作完成，达成主控芯片以及阿里云物联网平台的双向数据往来，系统上电初始化结束之后，该程序利用USART1串口向ESP8266模块下达AT指令，顺次做完WiFi热点的连接、MQTT客户端参数的配置、设备三元组的身份认证，末了接进阿里云物联网平台。数据上传采取定时触发的办法，每隔1秒将温度、烟雾浓度、火焰状态、设备运行状态等数据打包成标准JSON格式，发往平台预设的属性上报Topic，同样加入数据校验以及3次自动重发机制，以保证数据传输可靠，指令接收使用串口中断方式，实时留意平台下发的远程指令，解析JSON格式的阈值修改、继电器控制指令后转交主程序执行，并且返回执行结果确认。该程序内置网络状态监测与自动重连机制，查出网络断开或者平台连接失败时，每隔5秒试着重新连接，网络恢复之后自动同步本地参数，保障系统断网恢复后的顺畅运行。图4-2无线子流程图4.4按键交互程序设计按键处理程序凭借查看按键对应的IO口的电平情况，判断有没有按键按下，经由硬件消抖以及软件判断融合的方式，确认有效按键触发后，根据按键键值执行对应的操作，按键1负责完成显示界面的切换，系统共设置了三个显示界面，分别为监测主界面、温度阈值设置界面、烟雾阈值设置界面，每按一次按键1，界面就切换一次，循环往复；按键2以及按键3在对应的阈值设置界面，完成阈值数值的增加与减少设置，设置完成后自动更新系统的阈值变量，同步上传至云端平台，保障本地与远程参数的一致性。图4-3按键交互子流程图4.5温度采集子程序设计温度采集子程序靠着DS18B20传感器的单总线通信协议制作而成，主要步骤分为传感器准备、ROM指令发出、功能指令发出、数据读取以及转换四个时期，子程序首先将总线拉低超过480μs以发出复位脉冲，等待传感器返回大概60~240μs的存在脉冲，确认传感器在线之后，发出跳过ROM指令0xCC，随后发出温度转换指令0x44，启动传感器内部的A/D转换。转换结束之后，再次发出复位脉冲以及跳过ROM指令，接着发出读取暂存器指令0xBE，依次读取暂存器中的8个字节数据，开头的两个字节为温度的低8位与高8位原始值，16位原始数据右移4位得出整数部分，低4位乘以0.0625得出小数部分，拼凑为实际摄氏温度值。子程序加入了数据成效判断机制，温度值在0~100℃范围内时更新全局变量，连续3次读取失败时，标记传感器故障并在显示屏提示，同样，凭借着大概的延时办法来管控单总线时序，继而躲开时序偏差所造成的数据读取问题，保证温度采集的靠谱以及平稳。图4-4温度采集子流程图4.6烟雾浓度采集子程序设计烟雾浓度采集的子程序依赖于STM32F103C8T6自带的12位的ADC以及MQ-2的气敏传感器完成了，主要步骤包含了ADC的初始化、单次转换的启动、数据的获取、滤波的操作及浓度的换算，子程序起初设置ADC1的通道5（PA5引脚）为单次的转换形式，安排采样的时间为239.5个周期，以增加采样的准确度。每次获取时，先开启ADC的转换，等转换完成的标志位变1后，读取12位的数字量结果，为了滤除环境的干扰以及传感器的噪声带来的无序的波动，子程序使用滑动平均的滤波算法，连续获取10次数据，删去最大的值及最小的值后取剩下8次的平均值作为本次获取的原始值。MQ-2的传感器在洁净的空气中输出大概0.1V的电压，满量程时输出大概5V的电压，经由线性的换算公式：烟雾的浓度（%）=（原始值/4095)×100，将0~4095的数字量变为0~100%的相对的浓度值。子程序增添了传感器的预热的处理逻辑，系统上电后前30秒不开展有效的数据获取，然后规避传感器未稳定工作引发的误报，同样，按时地对ADC开展了校准，去除了零点偏移对测量准度的影响，以保证烟雾浓度获取的长期稳固性。图4-5烟雾采集子流程图4.7火焰采集子程序设计火焰采集子程序依据红外火焰探测设备的数字量输出方式开发，重点流程囊括电平检测、多次采样去抖、状态判断以及故障检测，子程序将PB11引脚设置为上拉输入方式，每10ms读取一次引脚的电平状态，为避免环境光干扰、瞬时脉冲以及机械振动造成的误判，使用三级采样验证机制：连续3次读取到低电平，每次读取间隔≥10ms时，判定为检测到明火；连续5次读取到高电平，判定为明火消失。子程序实现了灵敏度的软件辅助调节功能，用户可以经由按键调整采样次数与判定阈值，以适配不同光照强度的使用场景，检测到明火时，立即置位火焰报警标志位，触发本地声光报警以及继电器切断操作，火焰状态同步上传至阿里云平台。子程序加入了传感器故障检测逻辑，引脚电平持续10秒保持不变（不光不高也不低），标记传感器故障，在显示屏上显示故障代码并且发送远程告警信息，提醒用户及时检修，继而保障系统的可靠性。图4-6火焰检测子流程图4.8本章小结本章说明了系统的软件编写环境以及整体的流程，靠着KeiluVision5与STM32的HAL库完成了主程序的框架设计，达成了按键的交互、数据的采集、报警的控制与物联网的通信等主要的功能，增加的温度、烟雾、火焰的采集子程序，凭借时序的改良、多次的采样以及数据的校验机制，明显增强了数据采集的准确性以及系统的抗干扰能力。本章的软件设计使用模块化的思路，代码的结构清晰，可移植性强，保证了系统各项功能的有序执行以及实时的响应。第5章系统测试与功能验证系统测试是确认方案能否行得通、功能是否齐备以及性能达不达标的重点步骤，经由周密的测试步骤，可以全面地查验系统在真实的运行环境里的情况，找出并处理设计里的毛病，保证系统可以平稳安全地开始使用，本章将会具体地说明远程的火灾报警系统的测试环境的搭建、硬件的基础测试、功能测试与性能验证的整体过程，全面地估量系统是否契合设计的需求。5.1测试环境与硬件准备5.1.1测试环境搭建本次系统测试在沧州交通学院的电子以及电气学院的嵌入式系统实验室中实行，测试环境尽量地贴近于系统真实的使用状况，以保障测试结果的真实性与可靠性，测试环境参数如下。环境温度：25℃±2℃环境湿度：45%RH±5%RH大气压力：101.3kPa±1kPa电磁环境：无强的电磁干扰，远离于大功率的电气设备网络环境：2.4GHz的WiFi网络，信号的强度已≥-60dBm，并且网络的带宽已≥10Mbps测试的空间：10m×8m×3m的封闭的室内空间，通风已良好，无易燃的以及易爆物品为了模拟不同的火灾场景，在测试空间内设置了三个测试点，分别位于空间的中心位置、角落位置及距离门窗较近的位置，每个测试点距离地面的高度为1.5m，模拟家庭以及商铺中火灾报警设备的常见安装高度。5.1.2测试仪器与设备本次测试使用的仪器设备均经过计量校准，保证测量数据的准确性。详细测试仪器与设备清单如表5-1所示。表5-1测试仪器与设备清单序号仪器设备名称型号规格用途1可调直流稳压电源优利德UTP3305给出0-30V/0-5A可调直流电源，用于电源电路测试2数字万用表福禄克F15B+测量电压、电流、电阻值，用于电路连通性和参数测试3数字示波器泰克TDS2024C测量时钟信号、通信信号波形，用于时序分析和故障排查4热风枪安泰信AT8586产生可控温度的热风，用于温度传感器性能测试5标准烟雾发生装置安科瑞AK-SMOKE-01产生标准浓度的烟雾，用于烟雾传感器校准以及测试6红外测温仪希玛AR862D+测量环境温度及传感器表面温度，用于温度校准7串口调试助手软件V3.8查看串口输出信息，调试WiFi模块通信8SWD程序下载器J-LinkV9烧录程序及在线仿真调试95V/2A直流电源适配器小米MDY-08-ES为系统给予稳定的工作电源10笔记本电脑联想ThinkPadE14运行阿里云物联网平台控制台，实行远程测试5.1.3系统硬件准备在正式测试前，完成了三套完全相同的远程火灾报警系统硬件的制作以及组装，用于平行测试，保证测试结果的可重复性。硬件准备过程如下：按照PCB设计文件制作印刷电路板，使用FR-4材质，板厚1.6mm，表面喷锡处理准备所有元器件，按照BOM清单实行核对及检验，保证元器件型号以及规格正确对元器件进行预处理，去除引脚氧化层，整理引脚形状按照先贴片后直插、先核心电路后外设电路的顺序进行焊接焊接完成后，对电路板进行清洗，去除残留的焊锡和助焊剂安装外壳和固定支架，完成系统整体组装5.2硬件电路焊接与基础测试5.2.1电路板焊接工艺与流程为了保证焊接质量，使用手工焊接与热风枪焊接相结合的方式，严格按照电子焊接工艺规范实行操作。详细焊接流程如下：贴片元器件焊接：首先焊接0402封装的电阻、电容等小型贴片元器件，使用恒温电烙铁，温度设置为320℃，使用拖焊法实行焊接。然后焊接LQFP48封装的STM32F103C8T6主控芯片，先固定芯片的对角引脚，保证芯片以及焊盘对齐，然后逐引脚焊接。最后焊接XC6206线性稳压器、三极管等其他贴片元器件。直插元器件焊接：贴片元器件焊接完成并检查无误后，焊接直插元器件。按照从低到高的顺序，先焊接电阻、电容、二极管，然后焊接按键、接口、传感器插座等较高的元器件。焊接时控制焊接时间在2-3秒内，避免长时间高温损坏元器件。焊接质量检查：焊接完成后，使用放大镜对所有焊点实行逐一检查，保证焊点光滑、圆润、无虚焊、无短路、无漏焊。对于存在问题的焊点，及时实行补焊或重焊。电路板清洗：使用无水乙醇及毛刷对电路板实行清洗，去除残留的焊锡以及助焊剂，防止残留物质致使电路短路或腐蚀。清洗后将电路板放置在通风处晾干。5.2.2电源电路测试电源电路算是整个系统平稳运行的前提，首先对电源的电路实行严格的测试，以保证其可以给出平稳靠谱的工作电源，测试的过程如下。短路测试：在未装任何零件的情况下，拿数字万用表的通断档测量电源输入端正负极之间的阻值，确认没有短路的问题，随后依次装上电源电路的零件，每装上了一个零件就做一次短路测试，以保证电源电路焊接正确。没有接上负载的测试：接上了5V的直流电，拿数字万用表测XC6206线性稳压器的输出电压，记下数值，连续地测10分钟，每过1分钟记一次，看输出电压稳不稳，测试的要求：输出的电压得稳在3.3V±0.1V里头，电压的变动别超过±0.05V。带载输出测试：在电源的输出端连入100Ω的负载电阻，模仿系统正常工作时的负载状况，再次地量取输出电压，记下测量的值，连续地量取10分钟，每隔1分钟记下一次，测试标准：带载状况下输出的电压依然要保持在地3.3V±0.1V范围内，电压降不超过0.1V。保护功能的测试：测试电源电路的过流保护以及反接保护的功能，把电源的输入端正负极予以反接，查看系统能否正常地工作，无元器件的损坏，接着在电源的输出端接入10Ω的电阻，模拟短路的故障，查看自恢复保险丝能否迅速地熔断，然后断开电源的输出。测试结果显示，三套系统的电源电路都已经运行良好，输出电压平稳，保护功能可靠，符合设计标准。5.2.3主控最小系统测试主控的最小系统已经算是系统的重点，其的工作情况牵连到了整体系统的运转，测试过程如下。供电测试：接入5V的直流电源，借助数字万用表测量主控芯片所有的电源引脚的电压，确认电压都已经为3.3V±0.1V。时钟的检测：拿数字的示波器去测量主控芯片的高速时钟引脚（OSCIN以及OSCOUT）及低速的时钟引脚（LSEIN与LSEOUT）的波形，检测的标准：高速的时钟应该给出频率为8MHz的正弦波，低速的时钟应该给出频率为32.768kHz的正弦波，波形没有明显变形。复位测试：按下复位按键，借助数字示波器测量NRST引脚的电平变化，测试标准：当按下复位按键时，NRST引脚的电平应当从3.3V变为了0V，松开之后恢复为3.3V，复位脉冲宽度需要超过100μs。程序烧录测试：凭借SWD下载器将测试程序烧录到主控芯片中，测试程序的功能是控制LED指示灯以1Hz的频率闪烁。烧录完成后，观察LED指示灯是否正常闪烁。测试标准：程序可以正常烧录，LED指示灯按照预期频率闪烁。测试结果表明，三套系统的主控最小系统均工作正常，时钟信号稳定，复位功能有效，程序可以正常烧录和运行。5.2.4外设电路连通性测试在主控最小系统测试通过后，依次焊接各个外设电路，并实行连通性测试，保证主控芯片可以正常识别及驱动各个外设。测试过程如下：OLED屏幕的检测：连接OLED屏幕的电路，写入画面的检测程序，查看屏幕能否顺利地展示事先设定的字符以及图案，检测的要求：屏幕展示清楚，没有缺少行列、丢失点阵的状况，明暗对比合适。按键电路的测试：连接上按键电路，写入按键的测试程序，依次按下三个按键，查看串口调试助手能否输出相应的按键信息，测试标准：每个按键按下时均可以正常地触发，无漏触发以及误触发的现象。传感器电路测试：依次焊接温度传感器、烟雾传感器以及火焰传感器电路，烧录传感器测试程序，经由串口调试助手查看传感器采集的数据，测试标准：传感器可以正常输出数据，数据变化符合实际环境变化。声光报警与继电器电路的测试：连接声光报警以及继电器电路，写入控制测试程序，查看蜂鸣器能否发声，LED指示灯能否亮起，继电器能否正常吸合以及断开，测试标准：蜂鸣器发声清楚，LED指示灯的亮度合适，继电器吸合以及断开动作稳妥。WiFi模块的测试：连接于ESP8266的WiFi模块的电路，写入了通信的测试程序，凭借串口的调试助手来观察WiFi模块的连接情况，测试的标准：WiFi模块可以连上预设的WiFi网络，并且可以收发数据。测试结果已经显示，三套系统的全部外部设备的电路都已经运行正常，主控芯片可以正常地识别并驱动各个外部设备，电路连接状态良好。5.3系统功能测试5.3.1温度采集与阈值设置功能测试温度获取的作用是系统火情预警的重点前提，其准确度关联着报警逻辑的可靠程度，本次测试使用了对比的方式，将DS18B20传感器与校准过的高精度数字温度计（精度±0.1℃）放置于同一环境之中，经由热风枪逐步改变环境温度，于不同温度点同时记录两个设备的测量数值，继而算出系统的测量误差。在测试过程中，系统OLED显示屏可以实时更新温度数值，更新频率为1次/秒，并且无卡顿、跳变现象。阈值调整功能的检验使用了按键操作方式，依次查验阈值变大、阈值变小、数据存储以及断电还原功能，界面切换按键用来进入到温度阈值调整画面，屏幕上的温度阈值的数字闪烁提示处于修改状态，按下变大按键以及变小按键，观察阈值的数字是否按照1℃的间距正常变大变小，检验阈值的范围是否满足0-100℃的设计要求。调整结束，退出调整画面，等待10秒后断开系统的电源，5分钟后再次通电，观察阈值的数字是否保持不变，确认数据的断电存储功能。测试结果显示，系统在0-100℃的测量区间中，测量偏差都已经维持在±0.5℃上下，充分地到了设计指标的规定，阈值设定功能运转正常，参数可以稳妥地存放，断电之后不会遗失，操作步骤简便易懂，契合于用户的使用习惯。表5-1温度采集精度测试数据标准温度计读数(℃)系统测量值(℃)测量误差(℃)测试结果25.024.8-0.2合格40.039.7-0.3合格55.055.2+0.2合格70.069.6-0.4合格85.085.3+0.3合格图5-1温度采集与阈值设置功能测试5.3.2烟雾浓度采集与阈值设置功能测试烟雾浓度的采集是火灾早期的预警的重要环节，火灾发生的初期大多先产生大量的烟雾，此时温度并没有明显地升高，本次的测试使用了标准的烟雾发生装置，在密闭的测试箱内逐步地释放标准浓度的烟雾，经由专业的烟气分析仪测量箱内的实际烟雾浓度，并且记录系统显示的烟雾浓度的相对值，分析系统测量的线性度与准确性。测试的过程中，系统可以实时地响应烟雾浓度的变化，烟雾浓度升高，显示屏的数值同步地上升，烟雾散去，数值同步地下降，响应时间大概10秒，符合MQ-2传感器的响应特性。烟雾阈值设定操作的查验步骤及温度阈值的查验差不多，靠着界面切换按键进到烟雾阈值设定界面，查验阈值的增减作用以及参数留存的作同样开展报警触发查验，把烟雾阈值设定为30%，随后朝传感器周边弄出烟雾，系统察觉到烟雾浓度超出了30%时，立刻引发本地声光报警，同样继电器吸合断开负载电源，报警反应时长不足2秒钟，满足设计规定。测试结果体现出了，系统烟雾浓度测量的线性度尚可，在0-100%LEL范围内的测量偏差不超过±2%LEL，阈值设置的以及报警触发的功能正常，可以于火灾早期的及时发出预警信号。表5-2烟雾浓度采集精度测试数据标准烟气分析仪读数(%LEL)系统测量值(%LEL)测量误差(%LEL)测试结果109-1合格3031+1合格5049-1合格7072+2合格9089-1合格图5-2烟雾浓度采集与阈值设置功能测试5.3.3火焰检测功能测试火焰检测功能是用来较快地察觉明火信号的，算是温度与烟雾监测的有力补充，可以在明火刚出现时便发出警告，这次测试拿明火打火机当做火源，在不同的距离、不同的思路下查看系统的火焰检测水平，测试期间，把打火机点燃后，从1米的距离处慢慢地靠近传感器，记下系统第一次察觉到火焰的距离以及反应时间。同时查看不同思路的检测成效，把火源分别放置在传感器正前方、左侧45°、右侧45°位置，看系统能否正常检测。为了查看设备的防干扰水平，拿手电筒的强光、白炽灯、日光灯此类日常的光源照射感应器，看看会不会出现错误的报警，结果体现出了，设备对于火焰散发的红外光有着着很强的选择性，对于一般的可见光没啥反应，在平常的室内光线环境中未出现误报的情况。调整感应器自带的电位器，可以把最大的探测距离改到1.5米，符合室内的查看需要。同时实行报警联动的测试，当系统发现了明火时，立刻引发了声光报警以及继电器的切断操作，并且把火焰报警的信息传至阿里云物联网平台，手机端可以在1秒内收到报警的推送，达成了本地以及远程的时候预警。表5-3火焰检测性能测试数据检测距离(m)检测思路(°)响应时间(ms)检测成功率(%)测试结果0.5015100优秀1.0018100优秀1.502095良好1.0451998优秀1.0-451998优秀图5-3火焰检测功能测试5.4本章小结本章搭建了符合于系统日常使用情况的测试环境，完成了硬件电路的焊接及基本测试，验证了电源、时钟、外设驱动等硬件模块的正常运作，开展了专门测试，验证了温度采集、烟雾浓度采集、火焰检测等重点功能的效益，各项性能指标已到了设计要求。测试结果显示，系统运作平稳可靠，报警响应快速，误报率低，可以满足家庭、小型商铺、仓储等场景的火灾防范需求。结论本文针对常规火灾报警设备仅能本地报警、没法远程预警、信息传递延后的情况，设计了一套依据STM32与物联网技术的远程火灾报警系统，完成了系统