主頁 > 技術文章 > 基於單片機的實驗室安全（quán）智能（néng）報警係統 2025-07-08

基（jī）於單片機的實驗室安全智能報警（jǐng）係統

實驗室為學校及研究機構的重要工作地點，其中（zhōng）存放著（zhe）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（shēng）生命安全以及學（xué）校財產安全的重要保障。據此本設計為一款實驗室安全智能報警係統，用於（yú）防範實驗室失竊、火災等意外事故的發生。它在（zài）以前的報警器的基礎上進行了很大的（de）改進，使用（yòng）紅（hóng）外、溫度、煙霧三個傳感器（qì），全方麵（miàn）地保證實驗室安全，不僅如此，它（tā）使用單（dān）片機作為信號處理器，這樣（yàng）有利於與計算機進行連接，方便編程與數據存儲，可以將整個學（xué）校的所有實（shí）驗室聯網管理。
一、基本原理
1.係統基本原理（lǐ）
係統基於STC89C52RC單（dān）片（piàn）機控製，采用C語（yǔ）言編寫程序，由3個傳感器：煙霧傳感器、紅外傳（chuán）感器和溫度（dù）傳感（gǎn）器接（jiē）收信號，由蜂鳴器輸出報（bào）警信號，LCD顯示輸出實（shí）時溫度和預設溫度。本係統在係統軟件控（kòng）製下工作，HC－SR501人體紅外感應模塊接受（shòu）人體紅外輻射源的信號將所（suǒ）探（tàn）測到的信號進行放大、濾波，並從這些信號中提取出信息觸動（dòng）感應開關電子模塊，將結果反饋給主控單片機（jī）STC89C52。DS18B20溫（wēn）度采（cǎi）集器采集溫度信號傳送給可編程數字溫度計，對這些信號進行處理，若溫度高（gāo）於（yú）警示（shì）溫度，則將信號反饋給主控（kòng）單片機STC89C52。
煙霧報警器主要對（duì）甲烷和液化氣可燃氣體進行監測，當MQ－2煙（yān）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。係統（tǒng）組成框圖（tú）如圖1所示。

總體設計（jì）框圖

在（zài）主控單（dān）片機內部，會通（tōng）過軟件對收到的信號進行統計、平均（jun1）、識別、判決等環節，及時觸動報警模塊，將控製信號放大完（wán）成報警（jǐng）動作。當報警持續一段時間後，可以自動解除（chú），也可以通過按鍵模塊，手動解除，然後在LCD顯示模塊（kuài）顯示報警次數和報警原（yuán）因。
2.熱釋電傳感器的基本原理
使用HC－SR501人體紅外感應傳感器，該傳感器是基於紅外線技術的自動控製模塊，當人進入感應範圍則（zé）輸出高（gāo）電（diàn）平，當人離開感應範（fàn）圍（wéi）則自動延（yán）時關閉高電平，輸出低電平。同時該傳感器有（yǒu）溫度補償功能，在（zài）夏天溫度（dù）較高時，有（yǒu）效（xiào）探測距離稍（shāo）變短，以保證傳感器的工作性能。該（gāi）傳感器靈敏度高，抗（kàng）幹擾性高，可靠性強，可以起到很好的防盜作用。
3.溫度傳感器的基本原理
采用DS18B20溫（wēn）度傳感（gǎn）器，低溫度係數晶振產生固定頻率的脈衝信號發送給計數器1，高溫（wēn）度係數晶產生的信號（hào）作為計數器2的脈衝輸入。測溫範圍－55℃～＋125℃，測溫誤差1℃。該傳（chuán）感（gǎn）器有獨特的單線（xiàn）接口（kǒu）方式，和單片機連接時僅需一條線，即可實（shí）現雙向連接。該傳感器價格優惠、響應快，在使用中不需要外圍原件，且支持多點組網功能，最多可並聯八個實現多點監測，在實驗室這（zhè）種大型區域，可以及時監測（cè）溫（wēn）度（dù）變化，提高安全保障。

STC89C52控製單（dān）元電路圖

4.煙霧傳感器的基本原理
使用RA6－1煙霧傳（chuán）感器，其輸出的信號為數字信號，可自行調（diào）節靈（líng）敏度，因而信（xìn）號不必再處理，可以直接送到主控（kòng）單元。氣（qì）體檢測單元主要可以對甲（jiǎ）烷和液化可燃氣體進行（háng）檢（jiǎn）測，可以避免實驗室火（huǒ）災和實驗人（rén）員（yuán）中毒的情況（kuàng）發生。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，工作穩定，響應迅速，可以很（hěn）好地保證實（shí）驗室的安全（quán）。

圖3 主程序流程圖

二、係統軟（ruǎn）件
本係統有三種不（bú）同（tóng）的報警方（fāng）式，分別（bié）為紅外報警、高溫報警和煙霧報警。當傳感器檢測到異常時就會產生報警信號並將信號發送給單片機的檢測單元，溫度和（hé）煙霧也是如此。每（měi）個檢測（cè）單（dān）元分別對應不同的傳（chuán）感器，互不影響，檢測（cè）單元將信號發送給主控單元，主控（kòng）單元向單片機請求中（zhōng）斷，單片機響應（yīng）中斷後，啟動報警指令（lìng），根據不同的報警（jǐng）類別顯示報（bào）警原（yuán）因。
三、係統測試
測試共進行三次，分別對紅外報警、溫度（dù）報警（jǐng）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圖進行了對於（yú）溫度的測試，在產品中加入（rù）了溫度修改按鍵，通過兩個按鍵可以對於報（bào）警溫度進行設定，測試時（shí）室內溫度為18℃，將溫度閾值設定在20℃，此時蜂鳴器未報（bào）警。隨後將溫度設（shè）定在17℃，蜂鳴（míng）器報（bào）警。
在第（dì）二次（cì）實驗時進行對紅外報（bào）警器的測試，將報警器附近放上木板隔離，蜂鳴器未報警。隨後將手放置於紅外傳感器前，蜂鳴器（qì）正常報警。
最（zuì）後進行了對於煙（yān）霧傳感器的（de）測試，將燃著的木條放置於煙霧傳感器前，蜂鳴器報警。
綜上，本項目產品三個傳感器均正常工作。

圖4 測試圖

四（sì）、結束語
本報警係統以STC89C52單片機為核心，熱釋電傳感器、溫度傳（chuán）感器（qì）和煙霧傳感器為輔，主要解決了實驗（yàn）室的（de）安（ān）全保衛問題，從外物入（rù）侵、火災防範和有毒氣體泄露三個方（fāng）麵保障實驗室（shì）的財產安全和實驗人（rén）員的人身安全，在學校、研究所等場所有很高的應用價值。

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