基于STM32的智能火灾报警系统设计与实现

1. 系统方案介绍

随着科技的发展和人们对安全问题的日益关注，火灾安全问题已成为全球普遍关注的焦点之一。火灾的预防和早期警报可以有效减少财产损失和人员伤亡。传统的火灾报警系统大多依赖于简单的烟雾传感器或者温度传感器来实现对火灾的检测，但这种方式对于实时性和准确性存在一定的局限性。为了提高火灾报警系统的响应速度和精度，我们基于STM32F103单片机设计了一款智能火灾报警系统，结合烟雾、火焰的双重检测技术，通过OLED显示模块展示当前状态，并通过蜂鸣器发出报警信号，确保能够在火灾发生的第一时间进行响应。

2. 系统架构图

本系统的硬件架构包括：STM32F103单片机作为主控芯片，烟雾传感器、火焰传感器、OLED显示屏、蜂鸣器等。系统通过传感器检测周围环境的变化，并通过OLED屏幕实时显示检测数据，一旦数据超过设定的阈值，蜂鸣器将发出报警信号。具体架构图如下：

3. 实现方法与功能描述

本系统通过集成多个传感器来检测火灾预警。烟雾传感器用于实时监测环境中的烟雾浓度，火焰传感器则检测火源的出现。系统使用STM32F103单片机对传感器采集的数据进行处理，根据预设的阈值判断是否发生火灾。一旦检测到烟雾浓度或火焰强度超过阈值，蜂鸣器将启动报警功能，提醒人员进行避险。

功能概述：

1. 烟雾检测：通过烟雾传感器实时监测空气中的烟雾浓度，并传递给STM32F103进行处理。

2. 火焰检测：通过火焰传感器检测火源的存在，判断是否有火灾的迹象。

3. 数据显示：系统通过OLED显示模块实时显示烟雾浓度和火焰强度的数据。

4. 蜂鸣器报警：当烟雾浓度或火焰强度超过设定阈值时，蜂鸣器会发出声音警告。

4. 硬件架构与传感器介绍

硬件组成

1. STM32F103单片机：作为系统的主控芯片，负责处理来自烟雾传感器和火焰传感器的数据，并控制OLED显示屏和蜂鸣器的状态。

2. 烟雾传感器（如MQ-2）：用于检测空气中的烟雾浓度，模拟信号输出，给系统提供烟雾浓度数据。

3. 火焰传感器（如TCS3200）：用于检测火焰的存在，输出火焰的强度值。

4. OLED显示屏（如128x64 OLED）：用于显示实时检测到的烟雾浓度和火焰强度。

5. 蜂鸣器：当烟雾浓度或火焰强度超过阈值时，蜂鸣器发出报警声，提醒人员注意火灾隐患。

传感器介绍

- 烟雾传感器（MQ-2）： MQ-2是一个广泛应用的烟雾检测传感器，能够感知多种气体（如烟雾、甲烷、酒精等）。其输出是一个模拟电压信号，电压值与烟雾浓度成正比，可以通过模拟输入读取。

- 火焰传感器（TCS3200）： TCS3200是一个光电传感器，可以用于检测火焰的存在。它通过传感器内的光敏元件来感应火焰的光强度，输出信号可以与STM32进行连接，通过对比火焰强度，判断火灾发生的概率。

5. 软件架构

本系统的软件架构主要包括以下几个部分：

1. 初始化部分：初始化STM32的GPIO、ADC、OLED显示屏、蜂鸣器等硬件资源。

2. 传感器数据采集：通过ADC接口采集烟雾传感器的模拟信号，并通过数字信号读取火焰传感器的数据。

3. 数据处理与判断：对采集到的烟雾浓度和火焰强度进行阈值判断，若超过设定阈值，则触发报警。

4. 数据展示：在OLED显示屏上实时展示烟雾浓度和火焰强度。

5. 报警功能：一旦检测到火灾，控制蜂鸣器发出报警。

6. 关键代码展示

下面展示部分关键代码，帮助理解如何实现系统的核心功能。

1. 烟雾传感器数据读取

// 初始化烟雾传感器读取ADC值
void SmokeSensor_Init(void) {// 初始化ADC硬件HAL_ADC_Start(&hadc1);  // 启动ADC转换
}// 读取烟雾传感器数据
uint16_t Read_SmokeSensor(void) {HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);  // 等待转换完成return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);         // 获取ADC值
}

2. 火焰传感器数据读取

// 读取火焰传感器数据
uint16_t Read_FlameSensor(void) {// 假设火焰传感器直接通过数字IO读取信号return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_0); // 读取火焰传感器的数字输出
}

3. 阈值判断与报警控制

void Check_Alarm(uint16_t smoke_value, uint16_t flame_value) {if (smoke_value > SMOKE_THRESHOLD || flame_value == 1) {// 如果烟雾值超过阈值或检测到火焰，触发报警HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);  // 启动蜂鸣器} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器}
}