基于STC89C52单片机的防火卷闸门控制器设计

摘 要：防火卷闸门是大中型商用、民用建筑中的防火设备，在火灾突发时能够起到隔离火情的作用，从而为疏散人群赢得宝贵的时间。基于上述背景，文章设计了一种基于STC 89C52单片机的防火卷闸门控制器，详细阐述了系统硬件、软件设计的主要思路和成果。该系统具有体积小巧、智能稳定、功能多样等特点，可被应用在大型商场、高层楼宇建筑的防火保障中，具有较强的技术性和实用性。

关键词：STC89C52单片机；防火卷闸门；模块设计

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0005-02

1 系统整体设计概述

1.1 系统整体设计方案及框图

本系统是一整套火灾报警系统中的子系统部分，在设计过程中，需要考虑防火卷闸门控制器与系统其它火灾探测、火灾报警装置的联动效应。具体来说，系统主要由火灾探测装置、火灾警报装置和卷闸门电机控制端三个部分构成，每个部分有具体的控制电路，各电路模块在STC89C52单片机的中枢控制下实现整体功能。系统设计如图1所示。

如图所示，该系统由三个子模块构成，能够在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量等物理量，通过温度、烟雾传感器等火灾探测器转变为电信号，传输给火灾报警控制器，并同时引发卷闸门电机联动控制装置，实现卷闸门的上升、下降等控制，从而实现对火患的隔离和屏蔽。

1.2 系统功能概述

根据系统设计框图，可将整套系统的功能概述为以下几部分内容。

1.2.1 火灾探测装置

主要由温度传感器和气体传感器构成，用来完成对火灾现场温度和烟雾信号的实时监测。

1.2.2 火灾警报装置

由火灾指示灯和火灾警报器构成，在火险发生的时候起到亮灯闪烁和发声报警指示的提醒效果，在本系统的设计中还加入了温度常态下的指信号灯，当现场内没有火险的时候，可以用作安全指示的作用。

1.2.3 卷闸门控制装置

当现场内有火险发生时，除了必要的火灾指示用以体现大楼内的人群及时疏散，还需要增加卷闸门控制装置用以对火险进行短暂的控制，而本系统以卷闸门的上升、下降实现相应的功能。因此，卷闸门控制装置也是本系统设计的核心部分。

综上所述，在本系统的实际设计中，火灾探测装置和警报装置采用以单片机为核心的控制电路构成，通过采用感烟、感温传感器对楼层内实时的温度和烟雾信号进行采集，并将采集到的信号传送给单片机，并由单片机比较判断是否有火险发生，如果有火险发生，则启动警报装置，同时实现对卷闸门的联动控制。

2 系统硬件模块设计

2.1 STC89C52单片机最小系统模块

本系统的核心控制器采用STC89C52单片机结合外界辅助电路构成。STC89C52单片机是一个低功耗高性能CMOS8位单片机，共有40个引脚，基于高密度、非易失性存储技术生产，结合8位微处理器和Flash存储技术构成功能强大单片微处理器，可提供许多高性能低价位的系统控制应用场合，完全能够满足系统设计的需求。而应用STC89C52单片机构成系统核心电路时，需要设计最小系统模块电路，在本设计中，最小系统模块电路主要由复位电路、晶振电路构成，其中，单片机的18、19引脚外接晶振电路，9引脚外接复位电路。

2.2 温度检测模块

本系统的温度检测芯片采用DS18B20温度传感器，具体电路设计中采用上拉电阻与温度传感器连接的方式实现，并将检测到的温度信号反馈给单片机的P1.3引脚。

2.3 烟雾检测模块

本系统的气体烟雾检测电路模块采用TGS-202气体检测传感器芯片，在电路设计中将传感器的输出端子通过接插件与单片机的P1.0引脚相连，当现场烟雾浓度超过上限时，系统报警。

2.4 时钟指示模块

本系统的时钟模块主要用于提供准确的现场时间，一旦发生火灾，能够为后期的调查取证提供时间参数。在具体的设计中，采用DS1302时钟芯片外接电路构成。DS1302在工作时需要外接晶振电路，该晶振可选择32 kHZ以上的晶振构成，其RST、SCLK和I/O三个引脚分别与单片机的P3.5、P3.6和P3.7三个端口相连。

2.5 火灾报警模块

发生火险的时候，火灾报警是必不可少的电路部分。在本系统设计中，我们采用扬声器外接放大电路并与单片机引脚连接实现。具体的电路设计为：单片机的P3.7引脚与三极管相连，并由三极管的集电极与扬声器引脚连接，当有火灾发生时，温度传感器检测的信号反馈给单片机，并由单片机处理后，向P3.7引脚输出一个高电平，引发9013导通，扬声器发声提示火险发生。

2.6 火灾指示灯模块

本系统中设置了2个LED用来对火灾情况进行指示，一个为没有发生火险时的常态指示灯，另一个为发生火险时的超温报警指示灯。该电路模块中的两个指示灯分别与单片机的P2.0和P2.1端口相连，LED的阴极连接地。当有火险发生时，单片机的相应端口输出高电平使得LED点亮发出指示效果。

2.7 按键电路模块

该系统主要包含三个按键，分别为温度/时间选择设置键、温度/时间增减控制键、卷闸门方位控制按键。三个按键分别与单片机STC89C52的P2.3、P2.4、P3.2相连，在具体设置时，通过调整选项按键可以对温度和时间进行设置，同时可以调整温度的报警上限值。而卷闸门方位控制键主要实现对卷闸门中停位置的人工控制，防止由于系统故障导致的卷闸门上升、下降功能失控。

2.8 显示电路模块

本系统的显示电路模块主要用于显示时间和温度信息，主要由LCD1602液晶显示器构成。在具体链接的时候要注意，LCD1602的相关引脚需与单片机的引脚相连，才能有显示的效果。

2.9 防火卷闸门控制模块

本系统采用单片机输出端口与电机控制输入端相连的方式对防火卷闸门电机电路进行控制。当温度超过设定上限时，报警电路报警同时单片机P1.6端口对电机正转输出相应信号，使得卷闸门电机正转，卷闸门下降关闭；当温度没有达到上限时，单片机P1.7端口对电机反转输出相应信号，使得卷闸门电机反转，卷闸门上升开启。经过上述设计后，系统的硬件原理如图2所示。

3 系统软件设计

3.1 系统软件设计思路

整套系统在工作时，处于实时监测状态。具体来说，当系统监测到气体、温度等信号超过火灾报警预设值上限时，便会自动启动报警装置，火灾指示灯点亮、蜂鸣器响，防火卷闸门在单片机的控制下，开始下降，一直下降到预设位置后，停止。反之，当现场的气体、温度信号没有达到火灾报警超限信号预设值时，防火卷闸门会自动上升。此外，可通过人为按键控制，调节防火卷闸门的上升、下降和现场温度超限预设值等信号。总体来说，系统的软件设计思路较为简洁，对卷闸门的控制也能够满足一般火灾现场隔离火情的需求。

3.2 软件主程序流程图

本系统的主程序设计流程图如图3所示，不难发现整个程序的设计以“动态监测”作为主体思路。在实际工作中，系统初始化后，便开始实时监测现场的温度、气体参数，并与预设的上限值进行比较，若现场环境参数超过预设值时，蜂鸣器响，火警指示灯亮，防火卷闸门下降。同时，系统会自动实时监测现场的温度、气体信号值，并与预设值比较，倘若现场火情继续恶化，防火卷闸门继续下降，并到预设的下限位置，若现场火情好转，温度、气体信号值低于预设值，则防火卷闸门开始上升，从而实现对卷闸门的自动控制。

4 结 语

本文详述了一种基于STC89C52单片机的防火卷闸门控制器的设计，给出了详细的硬件设计思路、电路原理图和软件设计流程图，总体来说，相应的研究成果符合预期设想。将单片机用于防火卷闸门控制电路的设计中，能够使电路变得更为简单、轻巧，且功能多样化，能够满足一般民用建筑的防火隔离需求。然而，本设计也存在一些缺陷，例如，系统仅实现了对防火卷闸门的闭合、开启监测和控制，没有实现对防火卷闸门中停位置、中停时间的精确控制，因此，相应的精细化研究仍有待进一步深入。

参考文献：

[1] 唐颖.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：北京大学出版社，2009.

[2] 宋彦雄，蔡岱贤.基于单片机的楼宇火灾智能报警系统设计[J].机电工程技术，2011，（1）.

[3] 汪建宇.智能防火卷闸门[J].中国仪器仪表，2006，（10）.