基于stm32f103c8t6单片机的火灾烟雾 报警系统

<think>嗯，用户想设计一个基于STM32F103C8T6的火灾烟雾报警系统。首先，我需要理解他们的需求。他们可能需要一个能够检测烟雾、温度，并及时报警的系统，可能还包括数据上传或联动其他设备。接下来，我得考虑硬件部分，比如选择哪些传感器，MQ-2是必须的，因为它被引用多次。温度传感器的话，DS18B20比较常用，而且数字信号处理起来方便。然后，报警模块需要声光报警，可能用LED和蜂鸣器。显示部分可以用LCD1602，简单实用。通信模块可能需要ESP8266进行无线传输，这样数据可以上传到云端或手机APP。 然后是软件设计。主程序需要初始化各个模块，进入循环检测。烟雾和温度的数据采集需要ADC读取，尤其是MQ-2的模拟输出。阈值判断是关键，当烟雾浓度或温度超过设定值，触发报警。报警后可能需要持续监测，直到数值恢复正常。中断处理部分，比如按键用来消音或测试，需要配置外部中断。通信部分需要将数据通过串口发送到WiFi模块，再上传到服务器，这部分可能需要AT指令配置ESP8266。 安全机制方面，除了主报警，可能需要备用报警电路，防止主控故障。自检功能也很重要，系统启动时检查传感器是否正常。低功耗设计可以考虑在待机时关闭部分外设，延长电池寿命。用户可能还关心如何校准传感器，尤其是MQ-2的电压与浓度关系，需要参考引用中的电压范围，比如0.1V到4V对应不同污染程度。校准可能需要实际测试，用已知浓度的气体来调整阈值。 测试部分需要考虑不同环境下的传感器反应，避免误报。比如厨房可能有油烟，导致误触发，可能需要算法过滤。异常处理比如通信失败时的本地存储数据，或者备用报警方式。用户可能没有提到的需求包括系统的扩展性，比如未来添加更多传感器，或者与其他智能家居设备联动，这部分可以在设计中预留接口。 最后，方案要确保结构清晰，硬件和软件部分详细但不过于复杂，适合用户实现。可能还需要考虑成本，选择性价比高的元件，比如STM32F103C8T6本身价格低廉，适合项目开发。参考引用中的其他项目，比如智能家居系统，可能集成多个传感器，但火灾报警系统需要更专注于烟雾和温度，确保可靠性和实时性。</think>### 基于STM32F103C8T6的火灾烟雾报警系统设计方案 #### 一、系统架构设计 1. **核心模块** - 主控芯片：STM32F103C8T6（72MHz Cortex-M3内核，64KB Flash，20KB RAM） - 传感器模块：MQ-2烟雾传感器（模拟输出AO）、DS18B20温度传感器（数字输出） - 报警模块：蜂鸣器+LED指示灯（GPIO控制） - 显示模块：LCD1602液晶屏（I2C接口） - 通信模块：ESP8266 WiFi模块（串口透传）[^1][^3] 2. **硬件连接方案** ```c MQ-2 AO引脚 → STM32 ADC1通道0（PA0） DS18B20 DQ引脚 → STM32 GPIO PA1（单总线协议） LCD1602 SDA → PB7，SCL → PB6 ESP8266 TX → PA9（USART1_RX），RX → PA10（USART1_TX） 蜂鸣器 → PC13，LED → PC14 ``` #### 二、软件实现流程 1. **主程序逻辑** ```python # 伪代码描述 def main(): 初始化ADC、GPIO、USART、I2C while True: 烟雾浓度 = 读取MQ-2电压值(ADC转换) 温度值 = 读取DS18B20() LCD显示(浓度, 温度) 通过ESP8266上传数据 if 浓度 > 阈值 or 温度 > 阈值: 触发报警() 发送报警短信/微信[^2] def 触发报警(): 蜂鸣器PWM控制(2kHz) LED闪烁(500ms间隔) ``` 2. **关键算法实现** - **MQ-2校准公式**（参考引用[3]） $$ V_{smoke} = \frac{ADC_{value} \times 3.3}{4095} $$ 根据实验数据分级： - 安全：$0.1V < V < 0.3V$ - 预警：$0.3V \leq V < 1.5V$ - 危险：$V \geq 1.5V$ - **温度补偿算法** $$ 修正浓度 = 原始浓度 \times (1 + 0.02 \times (T - 25)) $$ 消除环境温度对气体检测的影响[^1] #### 三、安全增强设计 1. **多重报警机制** - 本地声光报警（立即响应） - 无线推送报警（通过TCP/IP协议） - 继电器联动（可扩展灭火装置） 2. **故障自检功能** ```c void SelfCheck() { if(ADC值持续为0 → 传感器故障) if(DS18B20无响应 → 温度模块异常) 写入EEPROM记录设备状态 } ``` #### 四、测试方案 1. **功能测试用例** | 测试场景 | 预期结果 | |---|---| | 酒精棉片靠近MQ-2 | 3秒内触发报警 | | 热风枪加热至60℃ | 温度报警触发 | | 断网测试 | 本地报警保持工作 | 2. **性能指标** - 响应时间：<2秒 - 检测精度：±5% FS - 待机功耗：<15mA（低功耗模式）