基于单片机的温度烟雾与漏电综合火灾报警系统设计

1. 基于单片机的温度烟雾与漏电综合火灾报警系统设计

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2. 系统总体概述

   2.1 设计背景与安全需求分析

   火灾事故的发生往往具有突发性和破坏性，尤其在家庭、宿舍、办公室、仓库、机房以及小型工厂等环境中，火灾可能在短时间内迅速蔓延并造成严重人员伤亡和财产损失。从火灾发展的机理来看，火灾并不是"突然出现的大火"，而是由一系列征兆逐步演变而来：早期可能出现温度异常升高、电气设备漏电或过载、电线发热、可燃物热解产生烟雾等。若能在火灾早期阶段及时检测这些异常征兆并迅速报警，就能大幅提升人员疏散与处置效率，将事故控制在萌芽状态。

   传统单一参数火灾报警器（例如单温度报警、单烟雾报警）虽然成本低、结构简单，但在复杂环境中存在不足：

   • 单温度报警可能对厨房、机房等高温环境误报；
   • 单烟雾报警在粉尘较大或油烟场景容易误触发；
   • 电气火灾早期往往以漏电、异常电流变化为主要特征，单温度或烟雾报警无法提前发现；
   • 不同场景需要不同阈值，固定阈值难以兼顾准确性与灵敏度。

   因此，本设计提出一种温度 + 烟雾 + 漏电电流多参数联合监测的综合火灾报警系统。系统以单片机为核心，实时采集温度传感器、烟雾传感器和ACS712电流传感器数据，通过数码管显示温度、烟雾浓度与电流值；用户可通过按键自定义报警阈值；当任一参数超过阈值时自动启动声光报警，同时具备漏电保护预警功能，从而有效提升火灾监测的准确性、响应速度与整体安全性。

   2.2 系统设计目标与功能要求

   本系统需要实现以下功能目标：

   1）单片机实时采集温度传感器、烟雾传感器与ACS712电流传感器信号，实现多参数联合监测。

   2）通过数码管动态显示当前温度、烟雾浓度和电流值，直观反映环境安全状态。

   3）设有按键接口，用户可自定义设置温度、烟雾浓度及漏电电流的报警阈值。

   4）当任一检测参数超过设定阈值时，系统自动启动声光报警，及时提醒用户。

   5）集成漏电保护功能，实时监测电流变化，有效防止电气火灾隐患。

   6）系统具备稳定的数据采集与处理能力，保证报警准确性与响应速度。

   2.3 系统总体结构与工作流程

   系统总体结构可划分为：

   • 传感器采集层：温度传感器、烟雾传感器、ACS712电流传感器
   • 数据处理层：A/D采样、滤波、参数换算、阈值比较
   • 显示与交互层：数码管动态显示、按键设置阈值
   • 报警与安全层：声光报警、漏电预警策略（可扩展外部断电控制）

   工作流程如下：

   1）系统上电初始化：配置IO、ADC、定时器、数码管、按键与报警输出。

   2）周期采样：定时读取温度、烟雾、电流传感器数据。

   3）数据处理：滤波、换算单位并存入显示缓冲区。

   4）数码管动态显示：循环显示温度、烟雾浓度、电流值。

   5）按键处理：用户进入设置模式，修改阈值并保存。

   6）阈值比较：任一参数超过阈值触发报警，执行声光输出；可选择保持报警直到恢复或人工确认。

   7）持续监测：报警期间仍持续采样，必要时升级报警等级（例如持续超限加快蜂鸣频率）。

3. 系统功能设计详解

   3.1 多参数联合监测机制设计

   多参数联合监测的核心价值在于"互补性"和"冗余判断"。温度、烟雾、电流三种参数反映火灾不同阶段特征：

   • 温度异常：反映燃烧放热或电气过热；
   • 烟雾浓度上升：反映可燃物热解或燃烧产物增加；
   • 漏电电流/异常电流变化：反映电线破损、绝缘老化、接地故障，是电气火灾早期特征。

   系统的报警判据可设计为：

   • 单阈值触发：任一参数超限即报警（灵敏度高，适合安全要求高的场所）；
   • 组合触发：某些环境可采用"烟雾+温度同时超限"才报警，以降低油烟误报（更适合厨房场景）；
   • 分级报警：参数轻微超限提示预警，严重超限触发强报警并建议断电（更接近工程应用）。

   本设计以"任一参数超阈值即报警"为主，同时建议在程序中预留组合与分级策略扩展接口。

   3.2 温度监测与报警策略

   3.2.1 温度检测意义

   温度异常是火灾最直观特征之一，尤其在电气火灾中，电线过热常先于明火出现。实时温度监测能够：

   • 提前发现局部过热趋势；
   • 防止设备在高温下长期工作；
   • 为火灾判断提供重要依据。

   3.2.2 温度阈值设定原则

   温度阈值应根据环境选择：

   • 家庭卧室/客厅：阈值可设为50℃~60℃；
   • 厨房：日常高温较多，阈值可提高至65℃~75℃；
   • 机房/配电柜：可设为45℃~55℃并配合电流预警。
     用户可通过按键自定义阈值，使系统适应多场景应用。

   3.2.3 温度报警判定与防抖策略

   温度值可能因热风、传感器抖动产生短时尖峰，为避免误报，应采用：

   • 多次采样平均；
   • 连续超限确认（例如连续3次超限才报警）；
   • 报警解除回差（例如温度低于阈值-2℃才解除）。

   3.3 烟雾浓度监测与报警策略

   3.3.1 烟雾传感器检测特点

   常见烟雾传感器多为半导体气敏（如MQ-2、MQ-135等），能检测烟雾和多种可燃气体浓度变化。其特点是：

   • 输出为模拟电压，与烟雾浓度呈非线性关系；
   • 需要预热稳定；
   • 对油烟、酒精蒸气、粉尘可能敏感，需要合理阈值与滤波。

   3.3.2 烟雾浓度表示方式

   在简化系统中，烟雾值通常用ADC采样值表示（0_1023或04095），通过标定可近似映射为"相对浓度百分比"。显示方式可设计为：

   • 直接显示ADC数值（简单直观，便于阈值设置）；
   • 映射为0~100%相对浓度显示（更符合用户理解）。

   3.3.3 烟雾报警策略

   由于烟雾传感器容易受短时干扰，报警判定应更稳健：

   • 连续超限确认次数可设置更大（例如连续5次或10次）；
   • 结合温度变化趋势进行辅助判断（可扩展）；
   • 在设置界面允许用户根据环境调整阈值。

   3.4 漏电/电流监测与电气火灾预警策略

   3.4.1 ACS712电流传感器工作原理与优势

   ACS712是一种基于霍尔效应的电流传感器，可测量交流/直流电流，其输出为与电流成比例的模拟电压，并具有以下优势：

   • 电气隔离：霍尔测量天然隔离，安全性高；
   • 可检测电流变化趋势：对过载、漏电、短路等异常具有敏感性；
   • 输出适合ADC采样：便于单片机处理。

   需要注意：ACS712测得的是电流值（负载电流或线路电流），严格意义上的"漏电"通常需剩余电流互感器（RCD）检测火线与零线差值。但在教学与综合报警系统中，ACS712可用于监测电流异常变化，配合阈值判断实现电气火灾隐患预警：

   • 电流突然增大可能表示短路或过载；
   • 电流异常波动可能表示线路接触不良发热；
   • 夜间或无人使用时电流不应过高，异常电流可作为泄漏或设备故障参考。

   3.4.2 电流采样与有效值计算

   若测量交流电流，ACS712输出为以Vcc/2为偏置的正弦波，需要通过采样计算有效值（RMS）才能得到真实电流大小。常见处理方法：

   • 采样多个点计算均方根（RMS）；
   • 或使用峰值检测近似计算（精度较低）。
     由于本系统以报警为主，通常采用简化RMS计算即可满足需求。

   3.4.3 漏电/过流报警阈值设定

   阈值可根据环境设定：

   • 家庭小负载线路：可设为1A~5A作为过流预警；
   • 配电或大功率场景：阈值更高；
   • 若要实现漏电预警，可设定"异常电流变化阈值"或"夜间电流阈值"。
     用户可通过按键设置电流报警阈值，使系统灵活适应不同负载。

   3.5 数码管动态显示功能设计

   3.5.1 动态显示的必要性

   数码管显示能直观反映当前环境状态。由于要显示三个参数（温度、烟雾、电流），可以采用：

   • 多位数码管分区显示（如8位：前两位温度，中三位烟雾，后三位电流）；
   • 或采用轮显方式：每隔1~2秒切换显示温度、烟雾、电流。

   动态扫描显示可节省IO并提高显示亮度一致性。关键是要保证扫描频率足够高（一般>100Hz）避免闪烁。

   3.5.2 显示内容设计与用户体验

   为便于理解，可设计显示策略：

   • 温度显示：例如"t 25"或"25C"；
   • 烟雾显示：显示"Sm 35"或"035"；
   • 电流显示：显示"1.2A"可通过小数点实现。
     若数码管无法显示字母，可用指示灯或切换节奏区分当前显示项。

   3.6 按键阈值设置功能设计

   3.6.1 设置功能的必要性

   不同场景对温度、烟雾、电流敏感程度不同，固定阈值容易造成误报或漏报。按键设置可使系统具备通用性。

   3.6.2 按键交互流程设计

   常见交互流程：

   • 短按MODE进入设置界面；
   • 切换设置项：温度阈值 → 烟雾阈值 → 电流阈值；
   • UP/DOWN调整数值；
   • OK保存并退出；
   • 长按MODE退出不保存。

   3.6.3 阈值合法性与保护

   • 温度阈值限制在合理范围（如30℃~90℃）；
   • 烟雾阈值限制在ADC范围（0~1023）；
   • 电流阈值限制在传感器量程内（如0_20A或030A）。
     若设置超界应提示并自动限幅。

   3.7 声光报警模块设计

   声光报警包括蜂鸣器与警示灯：

   • 蜂鸣器可采用不同节奏区分报警类型（过温、烟雾、漏电）；
   • LED闪烁可提高可视性；
   • 报警可设计为保持到参数恢复正常，或必须按键确认解除（适用于高安全场合）。

   3.8 系统稳定性与响应速度设计

   系统稳定性取决于采样、滤波与抗干扰设计：

   • 采样周期：温度可1s采样一次，烟雾0.5s采样一次，电流RMS计算可每1s更新；
   • 显示扫描周期：1ms~5ms级别扫描；
   • 报警响应：一旦超限确认成立，应在数百毫秒内启动报警。
     合理任务调度能保证系统既稳定又快速。

4. 系统电路设计

   4.1 硬件总体结构与模块划分

   系统硬件模块包括：

   1）单片机最小系统模块

   2）温度传感器模块

   3）烟雾传感器模块

   4）ACS712电流传感器模块

   5）A/D采样模块（若单片机无ADC需外接）

   6）数码管动态显示模块

   7）按键输入模块

   8）声光报警模块

   9）电源模块与滤波保护模块

   4.2 单片机最小系统模块

   单片机负责多传感器采样、显示刷新、按键处理与报警控制。最小系统电路包含：

   • 晶振电路：提供稳定时钟；
   • 复位电路：上电复位与手动复位；
   • 去耦电容：抑制电源噪声；
   • IO保护：关键IO可加上拉/下拉，防止上电误动作。

   若选用带ADC的单片机（如STC15/STM32等），可直接采样；若选用传统51（无ADC），需外接ADC芯片（如ADC0832/ADC0804）。

   4.3 温度传感器模块

   温度传感器可选：

   • DS18B20：数字温度，抗干扰强，布线要求较高；
   • NTC热敏电阻：模拟量，需分压与标定；
   • LM35：线性模拟温度输出，便于ADC采样。

   模块设计要点：

   • 传感器放置应避免靠近热源或通风口，保证代表性；
   • 若为模拟输出，加入RC滤波减小抖动；
   • 走线应远离蜂鸣器、电源转换模块等干扰源。

   4.4 烟雾传感器模块

   烟雾传感器一般输出模拟电压：

   • AO接ADC用于浓度采样；
   • DO可作为硬件阈值比较输出（可选冗余）。

   设计要点：

   • 传感器需要预热，电源需稳定；
   • 模块输出容易漂移，应在软件中加入滤波与基线校准；
   • 传感器安装位置建议靠近顶部（烟雾上升），但避免风口直吹。

   4.5 ACS712电流传感器模块

   ACS712输出电压随电流变化，中心点在Vcc/2。电路设计要点：

   • 输出端接ADC采样；
   • 加入小电容滤波（如0.1uF~1uF）平滑输出；
   • 传感器量程选择要匹配电路（5A/20A/30A型号）。

   4.6 A/D采样模块

   若单片机无ADC需外接ADC：

   • ADC0832：双通道8位ADC，适合烟雾与电流采样，温度可复用通道或使用更多通道ADC；
   • ADC0809：多通道8位ADC，适合多传感器。
     设计要点：
   • ADC参考电压稳定；
   • 模拟地与数字地合理布线；
   • 采样通道加RC滤波防止尖峰。

   4.7 数码管动态显示模块

   数码管显示模块包括：

   • 段选驱动：驱动a~g与dp段；
   • 位选驱动：控制每一位数码管使能；
   • 限流电阻：保护LED段，保证亮度一致；
   • 驱动管：若电流较大需用三极管/MOS驱动位选或段选。

   动态扫描设计要点：

   • 扫描频率足够高避免闪烁；
   • 切换显示内容时保持一定周期，避免用户看不清；
   • 报警状态可采用闪烁显示提升警示效果。

   4.8 按键输入模块

   按键用于阈值设置与模式切换。设计要点：

   • 按键采用上拉输入，按下接地有效；
   • 软件消抖与长按短按识别；
   • 在报警状态下按键可实现消音或确认功能（可选）。

   4.9 声光报警模块

   声光报警电路一般包括：

   • 有源蜂鸣器：单片机输出控制即可；
   • LED闪烁灯：高亮LED或警示灯。
     若蜂鸣器电流较大应通过三极管驱动，并加保护电阻。报警节奏由定时器控制实现。

   4.10 电源模块与滤波保护模块

   传感器采样对电源稳定性要求高，电源设计要点：

   • 使用稳压芯片提供5V或3.3V；
   • 每个传感器电源端加去耦电容；
   • 蜂鸣器驱动与主控电源分区布线；
   • 可加入TVS和保险丝提升浪涌保护能力；
   • 若需控制外部断电装置（继电器/接触器），应加光耦隔离与续流保护。

5. 程序设计

   5.1 软件总体架构设计思想

   软件采用"定时器调度 + 多任务轮询 + 缓冲显示 + 阈值判断 + 报警控制"的结构。核心任务包括：

   1）定时采样任务：温度/烟雾/电流采样与处理

   2）显示扫描任务：数码管动态扫描

   3）按键任务：消抖、设置阈值、模式切换

   4）报警任务：蜂鸣器与LED节奏控制

   5）保护判断任务：阈值比较与报警触发/解除

   为保证实时性，通常设置两个定时器节拍：

   • 1ms节拍：用于数码管扫描与按键消抖计数
   • 100ms或500ms节拍：用于采样更新与报警节奏

   5.2 系统初始化模块

   初始化内容包括：

   • IO方向配置（数码管段位、按键输入、蜂鸣器与LED输出）
   • ADC初始化（或外接ADC通信初始化）
   • 定时器初始化（1ms中断）
   • 显示缓冲区清空与默认显示
   • 默认阈值加载（或从EEPROM读取）
   • 烟雾传感器预热计时（可选），预热完成后进入正常监测

   5.3 温度采集与处理模块

   该模块实现：

   • 读取温度原始值（ADC或数字温度）
   • 多次平均滤波
   • 转换为实际温度值（℃）
   • 限幅与故障检测（传感器断线、异常跳变）
   • 将结果写入显示缓冲区，并用于阈值比较

   5.4 烟雾采集与处理模块

   该模块实现：

   • 读取烟雾传感器ADC值
   • 预热期处理：预热期间不报警，仅显示"预热"或显示原始值
   • 平均滤波 + 连续超限确认
   • 输出相对浓度值或直接输出ADC值用于显示
   • 写入显示缓冲区并用于阈值比较

   5.5 电流采集与RMS计算模块（ACS712）

   电流采集的关键是处理交流波形：

   • 采样多个点，计算波形相对中心值的平方平均再开方（RMS）
   • 中心电压Vcc/2需要扣除，避免偏置影响
   • 将RMS转换为电流值（A）并显示

   对于报警系统，可采用简化RMS：每次采样一段固定窗口（如100ms）内的若干点，得到一组RMS电流值，每500ms更新一次显示与判断即可。

   5.6 数码管动态显示模块

   显示模块实现：

   • 数码管段码查表
   • 位选轮流点亮
   • 显示缓冲区存储当前需要显示的8位或4位数据
   • 轮显策略：每隔一定时间切换显示温度/烟雾/电流

   建议显示策略：

   • 0~2秒显示温度
   • 2~4秒显示烟雾
   • 4~6秒显示电流
     循环轮显，报警时闪烁显示超限参数。

   5.7 按键扫描与阈值设置模块

   按键模块实现：

   • 消抖（10ms~20ms确认）
   • 长按短按识别
   • 设置模式下修改阈值并保存
   • 合法性检查与限幅
   • 退出设置后回到监测显示

   5.8 报警判定与声光输出模块

   报警判定逻辑：

   • if (Temp > Temp_Th) 或 (Smoke > Smoke_Th) 或 (Current > Current_Th) → 报警
   • 报警后蜂鸣器与LED启动
   • 解除条件：参数回到阈值以下并满足回差条件，或用户按键确认解除（可选）

   报警输出可设置节奏：

   • 轻微超限：慢闪慢鸣
   • 严重超限：快闪快鸣
     这种分级策略可提升用户对危险程度的感知。

   5.9 系统稳定性优化模块

   为保证报警准确性与响应速度，应加入：

   • 采样滤波与连续确认
   • 阈值回差
   • 显示与采样分离（显示刷新不能阻塞采样）
   • 看门狗（可选）防止程序跑飞
   • 异常检测（传感器断线/短路）并报警提示

6. 参考程序（示例代码，C语言，适用于常见单片机，逻辑可移植至51+外接ADC）

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <math.h>

// ===================== 参数定义 =====================
#define ADC_MAX           1023
#define SAMPLE_AVG_N      8
#define SMOKE_CONFIRM_N   6
#define TEMP_CONFIRM_N    3
#define CUR_CONFIRM_N     3

// 轮显周期（单位ms）
#define DISPLAY_PAGE_MS   2000

// ACS712相关（示例：5A型号，灵敏度185mV/A，Vref=5V）
#define VREF             5.0f
#define ACS_OFFSET       (VREF / 2.0f)     // 输出中心
#define ACS_SENS         0.185f            // V/A

// ===================== 阈值（可由按键设置） =====================
static float    TH_Temp   = 60.0f;    // 温度阈值
static uint16_t TH_Smoke  = 600;      // 烟雾阈值（ADC）
static float    TH_Cur    = 3.0f;     // 电流阈值（A）

// ===================== 当前测量值 =====================
static float    g_Temp = 25.0f;
static uint16_t g_Smoke = 0;
static float    g_Cur = 0.0f;

// ===================== 报警状态 =====================
static bool g_alarm = false;
static bool alarm_temp = false;
static bool alarm_smoke = false;
static bool alarm_cur = false;

// ===================== 显示页面控制 =====================
typedef enum {
    PAGE_TEMP = 0,
    PAGE_SMOKE,
    PAGE_CUR
} DispPage;

static DispPage g_page = PAGE_TEMP;
static uint32_t g_page_timer = 0;

// ===================== 硬件接口（需按平台实现） =====================
// 读取温度传感器（可ADC或DS18B20）
float HW_ReadTemp(void);
// 读取烟雾传感器ADC
uint16_t HW_ReadSmokeADC(void);
// 读取电流传感器ADC（ACS712）
uint16_t HW_ReadCurADC(void);

// 数码管显示：写入要显示的4位或8位缓冲
void HW_SegDisplay_Temp(float t);
void HW_SegDisplay_Smoke(uint16_t s);
void HW_SegDisplay_Cur(float c);

// 蜂鸣器与LED控制
void HW_Beep(bool on);
void HW_LED(bool on);

// 按键扫描与阈值设置处理
void HW_KeyTask(void);

// 获取系统毫秒计数
uint32_t HW_Millis(void);

// ===================== 工具：平均滤波 =====================
static uint16_t avg_u16(uint16_t (*read_fn)(void))
{
    uint32_t sum = 0;
    for(uint8_t i=0;i<SAMPLE_AVG_N;i++)
    {
        sum += read_fn();
    }
    return (uint16_t)(sum / SAMPLE_AVG_N);
}

// ===================== 电流RMS计算（简化） =====================
// 在固定窗口内采样N次，计算RMS电流
static float ACS712_CalcRMS(uint16_t sample_cnt)
{
    float sum_sq = 0.0f;

    for(uint16_t i=0;i<sample_cnt;i++)
    {
        uint16_t adc = HW_ReadCurADC();
        float v = (float)adc * VREF / ADC_MAX;
        float dv = v - ACS_OFFSET;          // 去除偏置
        sum_sq += dv * dv;
    }

    float v_rms = sqrtf(sum_sq / sample_cnt);
    float i_rms = v_rms / ACS_SENS;
    return i_rms;
}

// ===================== 报警判定（连续确认） =====================
static void Alarm_Judge(void)
{
    static uint8_t cnt_t = 0, cnt_s = 0, cnt_c = 0;

    // 温度判定
    if(g_Temp >= TH_Temp) {
        if(cnt_t < 255) cnt_t++;
    } else cnt_t = 0;

    // 烟雾判定
    if(g_Smoke >= TH_Smoke) {
        if(cnt_s < 255) cnt_s++;
    } else cnt_s = 0;

    // 电流判定
    if(g_Cur >= TH_Cur) {
        if(cnt_c < 255) cnt_c++;
    } else cnt_c = 0;

    alarm_temp  = (cnt_t >= TEMP_CONFIRM_N);
    alarm_smoke = (cnt_s >= SMOKE_CONFIRM_N);
    alarm_cur   = (cnt_c >= CUR_CONFIRM_N);

    g_alarm = alarm_temp || alarm_smoke || alarm_cur;
}

// ===================== 报警输出控制（节奏） =====================
static void Alarm_OutputTask(void)
{
    static uint32_t t = 0;
    static bool on = false;

    if(!g_alarm) {
        HW_Beep(false);
        HW_LED(false);
        return;
    }

    // 简单节奏：500ms翻转一次
    if(HW_Millis() - t >= 500) {
        t = HW_Millis();
        on = !on;
        HW_Beep(on);
        HW_LED(on);
    }
}

// ===================== 显示任务（轮显） =====================
static void Display_Task(void)
{
    uint32_t now = HW_Millis();
    if(now - g_page_timer >= DISPLAY_PAGE_MS)
    {
        g_page_timer = now;
        g_page = (DispPage)((g_page + 1) % 3);
    }

    // 若报警，可优先显示触发报警的参数
    if(g_alarm)
    {
        if(alarm_temp)  g_page = PAGE_TEMP;
        else if(alarm_smoke) g_page = PAGE_SMOKE;
        else if(alarm_cur)   g_page = PAGE_CUR;
    }

    if(g_page == PAGE_TEMP)      HW_SegDisplay_Temp(g_Temp);
    else if(g_page == PAGE_SMOKE)HW_SegDisplay_Smoke(g_Smoke);
    else                         HW_SegDisplay_Cur(g_Cur);
}

// ===================== 主循环 =====================
void App_Loop(void)
{
    static uint32_t sample_timer = 0;
    uint32_t now = HW_Millis();

    // 采样周期：500ms更新一次
    if(now - sample_timer >= 500)
    {
        sample_timer = now;

        // 温度读取（示例直接调用）
        g_Temp  = HW_ReadTemp();

        // 烟雾读取（平均滤波）
        g_Smoke = avg_u16(HW_ReadSmokeADC);

        // 电流RMS计算（简化：采样100点）
        g_Cur = ACS712_CalcRMS(100);

        // 报警判定
        Alarm_Judge();
    }

    // 按键任务（阈值设置）
    HW_KeyTask();

    // 显示任务
    Display_Task();

    // 报警输出任务
    Alarm_OutputTask();
}

7. 程序设计关键点与工程优化建议

   7.1 多参数系统必须采用任务调度思路

   同时采集多个传感器并动态显示，如果程序采用大量阻塞延时，会导致显示闪烁、按键不灵敏、报警响应变慢。采用定时器节拍 + 任务轮询结构可以确保：

   • 采样稳定（固定周期）
   • 显示流畅（高频扫描）
   • 报警及时（超限后快速触发）
   • 便于扩展更多功能（如无线通信、数据记录）

   7.2 连续确认与回差能显著降低误报

   温度、烟雾、电流都可能出现短时尖峰或波动。连续确认（N次超限才报警）能过滤瞬态干扰；回差能避免报警频繁解除/再次触发，从而让系统行为更符合真实应用需求。

   7.3 ACS712交流电流测量必须处理偏置与RMS

   ACS712输出中心在Vcc/2，采样时必须扣除偏置，否则计算电流会出现很大误差。同时交流电流必须用RMS或近似方法计算，直接读取单点ADC无法代表真实电流。即使系统用于报警，也必须保证计算方法正确，才能确保阈值设置有效。

   7.4 传感器预热与标定不可忽略

   气敏烟雾传感器预热不充分会导致漂移大、误报多。系统上电后应设置预热阶段（例如30秒或60秒），预热完成后再进入正常报警判定。同时建议在现场标定烟雾阈值，以适应不同环境背景浓度。

   7.5 可扩展漏电保护为"外部断电执行"

   本设计的漏电保护以报警预警为主，进一步工程化可以加入继电器或接触器控制：

   • 检测到异常电流后自动切断负载供电
   • 防止线路持续发热引发火灾
   • 并保持报警与故障锁定
     此扩展能显著提升系统在电气火灾防护方面的实用价值。

   7.6 抗干扰设计与硬件布线建议

   • 模拟信号线尽量短，远离蜂鸣器、电源转换、继电器等强干扰源；
   • ADC参考地与数字地单点汇聚；
   • 每个传感器模块旁加去耦电容；
   • 对电流传感器输出加RC滤波抑制高频噪声；
   • 必要时加看门狗防止程序跑飞导致报警失效。

8. 系统总结

   本设计完成了一套基于单片机的温度、烟雾与漏电电流综合火灾报警系统方案。系统通过温度传感器监测环境热异常，通过烟雾传感器检测烟雾浓度变化，通过ACS712电流传感器监测电流波动与异常，实现多参数联合监测；利用数码管动态显示温度、烟雾浓度与电流值，直观呈现环境安全状态；通过按键接口允许用户自定义报警阈值，适配不同场景需求；当任一参数超过设定阈值时，系统自动启动声光报警模块，及时提醒用户采取应对措施；同时集成电流监测预警功能，有效减少电气火灾隐患。

   在电路设计方面，系统采用模块化结构，将传感器采集、A/D转换、显示驱动、按键输入与报警输出分层设计，并通过滤波与电源稳定措施提升采样精度；在程序设计方面，采用定时器节拍与任务轮询方式实现稳定采样、动态显示、阈值比较与报警输出，并通过连续确认、滤波与回差机制提高报警准确性和抗干扰能力。该系统结构完整、功能丰富、扩展性强，可用于家庭、办公、仓储及电气设备监控等多种场景，为火灾早期预警与电气安全防护提供可靠技术支撑。