基于STM32F103的家庭火灾报警及灭火系统工作原理

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该系统以STM32F103为控制核心，通过烟雾传感器采集浓度信息，经调理电路转换为可被单片机识别的电压信号，结合温湿度采集、串口屏交互、声光报警和继电器驱动抽水机，完成火灾监测与初步灭火。以下按功能单元说明其工作原理。
一、主控单元
STM32F103负责模数转换、逻辑判断、串口通信和输出控制。其内部12位模数转换器直接采集烟雾传感器调理后的模拟电压，无需外接模数转换芯片。GPIO口用于读取DHT11数据、驱动蜂鸣器和控制继电器。串口与串口屏交换数据。系统上电后完成初始化，并对MQ-2预热，待输出稳定后进入循环监测。
二、烟雾检测与调理电路①烟雾检测是通过MQ-2半导体传感器完成的，MQ-2气敏元件的结构，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。如图示
②检测原理及其调理电路MQ-2以二氧化锡为敏感材料，内部加热器使其保持工作温度。洁净空气中敏感电阻较大，烟雾浓度升高时电导率增大，敏感电阻减小。模块内敏感电阻与负载电阻串联分压，负载电阻上的电压随敏感电阻减小而升高，该电压由AOUT端输出，浓度越高电压越大。模块内还设有比较器和电位器，AOUT同时接入比较器一端，电位器提供参考电压。当AOUT超过参考电压时，比较器输出翻转，DOUT变为低电平，指示灯点亮。调节电位器可改变参考电压，即改变数字输出的触发阈值。如图示

本设计取AOUT送入STM32F103的模数转换通道，由软件设定报警阈值；DOUT未作为控制依据。由于STM32F103基准电压为3.3V，而模块AOUT标称范围可达5V，实际报警阈值对应的电压低于3.3V时可直接接入，若输出可能超限，应加分压或限幅。
三、温湿度采集单元
DHT11采用单总线通信。主机发出起始信号后，从机返回响应，随后依次发送湿度整数、湿度小数、温度整数、温度小数和校验和。单片机通过GPIO按时序读取并校验数据。温湿度用于辅助判断室内环境状态，不直接参与烟雾报警阈值判断。

四、显示与交互单元
串口屏通过串口与STM32F103通信。单片机将烟雾电压、温度和湿度发送至串口屏显示。用户可在串口屏上设置浓度阈值或发出手动喷水指令，数据回传单片机后由程序解析，更新阈值或直接触发继电器。
五、报警与灭火执行单元
蜂鸣器由三极管驱动，基极接单片机GPIO。引脚输出低电平时三极管导通，蜂鸣器发声；输出高电平时停止。

继电器输入端接另一GPIO，触点串接抽水机供电回路。烟雾电压超过阈值时，单片机将蜂鸣器和继电器控制引脚置低，蜂鸣器报警，继电器吸合，抽水机喷水。电压回落至阈值以下时，引脚恢复高电平，报警停止，继电器断开。

六、电源单元
系统采用12V电池供电。12V直接驱动抽水机，并经降压模块转换为3.3V，为STM32F103、串口屏、DHT11和继电器控制侧供电。该结构使系统在无市电环境下可短时工作。

整个电路由主程序循环读取烟雾电压和温湿度，处理串口指令，比较当前电压与阈值，控制蜂鸣器和继电器。收到手动喷水指令时，继电器在设定时间内保持吸合。各单元在主程序调度下完成检测、判断、显示、报警和灭火的连续控制。