主頁 > 技術文章 > 基于單片機的實驗室安全智能報警系統(tǒng)2025-07-08

基于單片機的實驗室安全智能報警系統(tǒng)

實驗室為學校及研究機構的重要工作地點，其中存放著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生命安全以及學校財產安全的重要保障。據(jù)此本設計為一款實驗室安全智能報警系統(tǒng)，用于防范實驗室失竊、火災等意外事故的發(fā)生。它在以前的報警器的基礎上進行了很大的改進，使用紅外、溫度、煙霧三個傳感器，全方面地保證實驗室安全，不僅如此，它使用單片機作為信號處理器，這樣有利于與計算機進行連接，方便編程與數(shù)據(jù)存儲，可以將整個學校的所有實驗室聯(lián)網(wǎng)管理。
一、基本原理
1.系統(tǒng)基本原理
系統(tǒng)基于STC89C52RC單片機控制，采用C語言編寫程序，由3個傳感器：煙霧傳感器、紅外傳感器和溫度傳感器接收信號，由蜂鳴器輸出報警信號，LCD顯示輸出實時溫度和預設溫度。本系統(tǒng)在系統(tǒng)軟件控制下工作，HC－SR501人體紅外感應模塊接受人體紅外輻射源的信號將所探測到的信號進行放大、濾波，并從這些信號中提取出信息觸動感應開關電子模塊，將結果反饋給主控單片機STC89C52。DS18B20溫度采集器采集溫度信號傳送給可編程數(shù)字溫度計，對這些信號進行處理，若溫度高于警示溫度，則將信號反饋給主控單片機STC89C52。
煙霧報警器主要對甲烷和液化氣可燃氣體進行監(jiān)測，當MQ－2煙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。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

總體設計框圖

在主控單片機內部，會通過軟件對收到的信號進行統(tǒng)計、平均、識別、判決等環(huán)節(jié)，及時觸動報警模塊，將控制信號放大完成報警動作。當報警持續(xù)一段時間后，可以自動解除，也可以通過按鍵模塊，手動解除，然后在LCD顯示模塊顯示報警次數(shù)和報警原因。
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，該傳感器是基于紅外線技術的自動控制模塊，當人進入感應范圍則輸出高電平，當人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。同時該傳感器有溫度補償功能，在夏天溫度較高時，有效探測距離稍變短，以保證傳感器的工作性能。該傳感器靈敏度高，抗干擾性高，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溫度傳感器，低溫度系數(shù)晶振產生固定頻率的脈沖信號發(fā)送給計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶產生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。測溫范圍－55℃～＋125℃，測溫誤差1℃。該傳感器有獨特的單線接口方式，和單片機連接時僅需一條線，即可實現(xiàn)雙向連接。該傳感器價格優(yōu)惠、響應快，在使用中不需要外圍原件，且支持多點組網(wǎng)功能，最多可并聯(lián)八個實現(xiàn)多點監(jiān)測，在實驗室這種大型區(qū)域，可以及時監(jiān)測溫度變化，提高安全保障。

STC89C52控制單元電路圖

4.煙霧傳感器的基本原理
使用RA6－1煙霧傳感器，其輸出的信號為數(shù)字信號，可自行調節(jié)靈敏度，因而信號不必再處理，可以直接送到主控單元。氣體檢測單元主要可以對甲烷和液化可燃氣體進行檢測，可以避免實驗室火災和實驗人員中毒的情況發(fā)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(wěn)定，響應迅速，可以很好地保證實驗室的安全。

圖3 主程序流程圖

二、系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)有三種不同的報警方式，分別為紅外報警、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并將信號發(fā)送給單片機的檢測單元，溫度和煙霧也是如此。每個檢測單元分別對應不同的傳感器，互不影響，檢測單元將信號發(fā)送給主控單元，主控單元向單片機請求中斷，單片機響應中斷后，啟動報警指令，根據(jù)不同的報警類別顯示報警原因。
三、系統(tǒng)測試
測試共進行三次，分別對紅外報警、溫度報警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圖進行了對于溫度的測試，在產品中加入了溫度修改按鍵，通過兩個按鍵可以對于報警溫度進行設定，測試時室內溫度為18℃，將溫度閾值設定在20℃，此時蜂鳴器未報警。隨后將溫度設定在17℃，蜂鳴器報警。
在第二次實驗時進行對紅外報警器的測試，將報警器附近放上木板隔離，蜂鳴器未報警。隨后將手放置于紅外傳感器前，蜂鳴器正常報警。
最后進行了對于煙霧傳感器的測試，將燃著的木條放置于煙霧傳感器前，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、結束語
本報警系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，熱釋電傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器為輔，主要解決了實驗室的安全保衛(wèi)問題，從外物入侵、火災防范和有毒氣體泄露三個方面保障實驗室的財產安全和實驗人員的人身安全，在學校、研究所等場所有很高的應用價值。

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