-I-[20]，這些信號需經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）才能轉(zhuǎn)化為可用的濃度數(shù)值。STM32微控制器內(nèi)置的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換（A/D）模塊負責執(zhí)行此轉(zhuǎn)換過程，其內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可達到12位的模擬量數(shù)據(jù)檢測精度。首先需要對ADC進行初始化。初始化后，ADC負責將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此時得到的數(shù)字信號反映的是電壓值，而非濃度值。隨后，通過特定的公式將電壓值轉(zhuǎn)換成濃度值。最終，將濃度值呈現(xiàn)在LCD顯示屏上。如下圖3.14MQ-2與MQ-7檢測程序流程圖所示。圖3.14MQ-2與MQ-7檢測程序流程圖3.2.5明火檢測流程圖在系統(tǒng)的啟動初始化階段，進行YL-38火焰?zhèn)鞲衅鹘涌诘木_配置是至關(guān)重要的，這一步驟確保了傳感器能夠敏感并準確地捕捉環(huán)境中的火焰變化。當傳感器偵測到火焰信號時，它會產(chǎn)生一個經(jīng)過比較器優(yōu)化的數(shù)字信號輸出。這個信號隨后被STM32單片機所讀取并分析。系統(tǒng)將這一信號與設(shè)定的安全閾值進行比對，以此評估當前的火災風險是否已經(jīng)超出了安全范圍。如下圖3.14明火檢測流程圖所示。圖3.15明火檢測流程圖3.2.6OLED顯示測流程圖首先程序需對OLED顯示器進行初始化，確保其正確啟動并準備接收數(shù)據(jù)。隨后，單片機作為主機，通過發(fā)送SCLK（串行時鐘）信號來指揮從機進行數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭耄瑥亩鴮⑻幚砗蟮妮敵鲂盘栍行У剞D(zhuǎn)換為OLED屏幕可以解析和顯示的信號。下圖3.16為OLED顯示流程圖所示。圖3.16OLED顯示流程圖3.2.7GSM通信流程圖在本設(shè)計中，SIM800AGSM模塊支持兩種短信發(fā)送模式：PDU（協(xié)議描述單元）和TEXT（文本）。我們選擇使用TEXT模式來發(fā)送短信，這是因為它允許直接發(fā)送可讀文本。通過STM32，我們向GSM模塊發(fā)送一系列AT命令來激活特定功能，實現(xiàn)短信的發(fā)送。GSM程序流程圖如下圖4.17所示。圖3.17GSM通信程序流程圖3.2.8蜂鳴器與舵機程序流程圖程序利用單片機的定時器中斷功能來實現(xiàn)任務調(diào)度。在報警標志被設(shè)置為1的情況下，當前任務將被暫停，以優(yōu)先處理定時器中斷觸發(fā)的事件。這包括激活蜂鳴器進行報警以及控制舵機進行旋轉(zhuǎn)，后者模擬了消防響應程序的動作。如下圖3.15蜂鳴器和舵機程序流程圖所示。圖3.14蜂鳴器和舵機程序流程圖

第四章結(jié)果分析4.1實物展示本設(shè)計是將各個傳感器和相關(guān)模塊通過KeiluVision5編寫程序，ST-Link燒錄程序。傳感器采集到的相關(guān)環(huán)境參數(shù)通過GPIO端口使用IIC協(xié)議傳輸?shù)絆LED上顯示，若溫度、濕度、煙霧濃度和一氧化碳濃度超出閾值，則通過蜂鳴器報警提醒并啟動舵機執(zhí)行滅火程序，再配置SIM800AGSM模塊并編寫通訊模塊的代碼，實現(xiàn)報警短信發(fā)送到用戶手機功能。圖4.1預警系統(tǒng)實物圖4.2功能測試4.2.1OLED顯示功能測試將采集到的各個環(huán)境值顯示到OLED顯示器上,第一排到第四排依次顯示溫度、濕度、MQ-2、MQ-7。MQ-2表示煙霧的濃度，MQ-7表示一氧化碳的濃度。如下圖4.2OLED顯示功能圖所示，顯示功能正常。圖4.2OLED顯示功能圖4.2.1溫濕度檢測功能測試當溫濕度超過預設(shè)閾值，如溫度高于50度時或濕度高于80%時，OLED顯示器上對應參數(shù)后顯示“異?！保鏅C旋轉(zhuǎn)模擬執(zhí)行消防程序、蜂鳴器和SIM800A執(zhí)行報警程序。如下圖4.3溫濕度檢測功能圖所示，溫濕度檢測功能正常。圖4.3溫濕度檢測功能圖4.2.3MQ-2、MQ-7功能測試當MQ-2、MQ-7超過預設(shè)閾值，如煙霧濃度大于40%或者一氧化碳濃度大于40%時，OLED顯示器上對應參數(shù)后顯示“異?！?，執(zhí)行報警和消防程序。如下圖4.4MQ-2、MQ-7功能測試圖所示，MQ-2、MQ-7功能正常。圖4.4MQ-2、MQ-7功能測試圖4.2.3明火檢測功能測試當YL-38火焰?zhèn)鞲衅鳈z測到明火時，該傳感器模塊上集成的led貼片燈常量，如下圖4.5明火檢測功能測試圖所示，明火檢測功能正常。圖4.5明火檢測功能測試圖4.2.4通信功能測試打開手機短信功能，在短信界面，將SIM800A模塊綁定指定的電話號碼。當系統(tǒng)檢測到異常情況，向已綁定的電話號碼發(fā)送報警短信。圖4.2（a）號碼綁定界面，圖4.2（b）號碼報警界面，圖4.2（c）重復測試界面，重復測試通信設(shè)備仍然正常工作。（a）（b）（c）圖4.3通信設(shè)備測試圖4.3環(huán)境數(shù)據(jù)檢測測試4.2.1溫濕度的數(shù)據(jù)測試本次采集的數(shù)據(jù)于2024年3月25日。將預警系統(tǒng)裝置通電后放置于寢室內(nèi)，排除空調(diào)、加濕器等設(shè)備可能造成環(huán)境干擾的情況下，多次試驗測得溫濕度的數(shù)據(jù)如表4.1、表4.2所示。表4.1溫度檢測數(shù)據(jù)時間測量溫度值/。C實際溫度值/。C誤差/%8：001718-5.5612：001818016：002021520：0017+19-10.53表4.2濕度檢測數(shù)據(jù)時間測量濕度值/%實際濕度值/%誤差/%8：004344-2.2712：004343016：0043420.2420：004142-2.5測量誤差的計算公式為：誤差=（測量值-實際值）/實際值（4.1）由上表測得的數(shù)據(jù)計算可知，溫度誤差在±15%以內(nèi)，濕度誤差在±5%以內(nèi)，為DHT11的正常誤差范圍內(nèi)。4.2.2MQ-2、MQ-7以及YL-38的數(shù)據(jù)測試對于傳感器MQ-2煙霧傳感器、MQ-7一氧化碳以及YL-38火焰?zhèn)鞲衅鞯臏y試，通過在不同的距離多次測試。使用計算變異系數(shù)的方法處理數(shù)據(jù)，以此驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于YL-38為數(shù)字信號輸入所以本次測試時當YL-38檢測到火焰，其測試值就為1，反之為0。下表4.3、4.4、4.5分別為第一次，第二次，第三次的測試數(shù)據(jù)。表4.3第一次MQ-2、MQ-7以及火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測數(shù)據(jù)傳感器20CM處測量值/%40CM處測量值/%80CM處測量值/%MQ-2837763MQ-7797560YL-38111表4.4第二次MQ-2、MQ-7以及火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測數(shù)據(jù)傳感器20CM處測量值/%40CM處測量值/%80CM處測量值/%MQ-2847762MQ-7817659YL-38111表4.5第三次MQ-2、MQ-7以及火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測數(shù)據(jù)傳感器20CM處測量值/%40CM處測量值/%80CM處測量值/%MQ-2837864MQ-7797661YL-38111穩(wěn)定性的計算公式為：cv=σμσ是樣本的標準差，μ是樣本的平均值。cv是變異系數(shù)用于衡量相對離散程度，cv越小，說明測量結(jié)果越穩(wěn)定。以此方法測得MQ-2、MQ-7以及YL-38的離散程度都小于1，具有很好的穩(wěn)定性。4.4結(jié)論與展望本設(shè)計成功實現(xiàn)了一款基于STM32F103C6T6單片機的消防預警系統(tǒng)，為火災監(jiān)控提供了經(jīng)濟有效的新方案。利用多傳感器實現(xiàn)了快速與準確的火災預警，而GSM通信模塊則提供了遠程報警功能。界面友好的設(shè)計與實用的交互性，使得系統(tǒng)操作簡便。測試結(jié)果顯示，系統(tǒng)響應迅速且準確，成本低廉。展望未來，將致力于進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能，比如通過降低誤報率和引入先進傳感技術(shù)提升監(jiān)測靈敏度，以及利用大數(shù)據(jù)和AI算法，加強火災預測與自適應能力。系統(tǒng)的遠程控制與數(shù)據(jù)管理也是后續(xù)研究的重點。本設(shè)計為城市建筑安全和個人財產(chǎn)防護提供了創(chuàng)新工具，期待未來能通過不斷創(chuàng)新，提高火災預防及應對效率。參考文獻肖學峰,姚禮楊,汪能.采用層次聚類方法對城市火災形勢的分析評價[J].聊城大學學報（自然科學版）,2016,29(3):91-93.劉海生,張鑫磊,宋麗霞.基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的全國火災形勢綜合評價與預測[J].中國安全科學學報,2011,21(6):54-59.蔡瓊,馬寧.對傳統(tǒng)消防系統(tǒng)設(shè)計計算中存在問題的討論與解決[J].水務世界,2007(4):26-29.DhimanA,ShahN,AdhikariP,etal.Firefightingrobotwithdeeplearningandmachinevision[J].NeuralComputingandApplications.2022.WatabeY,HondaY,TerasawaT,etal.Smokesensorofthesoundwavetypeincludingasmokedensityestimationunit:U.S.Patent8,253,578[P].2012-8-28.李聰,周勇.鋰離子電池火災煙霧不對稱比研究[J].中國安全科學學報,2022,32(4):93-98.王振龍,陳彥,劉飛,等.基于YOLOv7和GMM算法的火焰實時檢測方法[J].科技創(chuàng)新與應用,2024,14(5):1-6.丁建鑫,李鵬.基于多傳感器的監(jiān)控報警與處理系統(tǒng)[J].福建電腦,2018,34(4):115-116.胡鵬,殳國華.基于STM32的消防聯(lián)動控制設(shè)備的設(shè)計與研究[J].電氣自動化,2020,42(2):101-104.王斌,施杰,沈鵬,等.基于SIM800A與樂聯(lián)網(wǎng)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造工程,2018,47(8):49-53.劉強強,翟寶蓉,任凱.基于DHT11的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J].華北科技學院學報,2017,14(5):59-63.董賀鵬,吳坤,王圳,等.基于SIM800和STC89C52的智能報警系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2020,10(5):35-37,42.謝永超,楊利,嚴俊.基于MQ-2型傳感器的煙霧探測報警器的設(shè)計[J].計算機測量與控制,2021,29(8):255-259.王納林.基于MQ-7傳感器煤氣報警系統(tǒng)[J].自動化技術(shù)與應用,2014,33(12):103-105,113.王長城,徐軍.電動舵機功率MOS電機驅(qū)動電路分析與計算[J].科技資訊,2012(28):130-131.蘇杰仁.字符型LCD1602顯示分析與實現(xiàn)[J].科技資訊,2022,20(22):9-12,160.Shah,R.,Satam,P.,Sayyed,M.A.,&Salvi,P.Wirelesssmokedetectorandfirealarmsystem[J].InternationalResearchJournalofEngineeringandTechnology.