<![CDATA[51单片机+ESP8266连接mqtt的智能火灾报警系统设计与实现]]>

<![CDATA[51单片机+ESP8266连接mqtt的智能火灾报警系统设计与实现]]>声明：本项目为自研，（前端是小伙伴帮忙做的）开发不易，大家点点赞支持一下主播吧（目前网上没有看到基于51的mqtt相关项目，感觉51搞这些太容易超内存了，并且大佬都在搞32）本博客不包含emqx的搭建教程，不会搭建emqx的可以先看这个博主的视频： <a href="http:// https://b23.tv/fuq6wbk" target="_blank" rel="noopener noreferrer">https://b23.tv/fuq6wbk</a>结尾附网盘链接<h2>项目概述</h2>本项目基于STC89C52RC单片机，结合ESP8266 WiFi模块、DHT11温湿度传感器、MQ-2气体传感器等硬件，设计并实现了一个智能火灾报警系统。系统能够实时监测环境温湿度和可燃气体浓度，通过MQTT协议将数据上传到云平台，并支持远程报警和阈值设置。

<img src="/assets/uploads/files/1785077888776-image.png" alt="image.png" data-size="large" /><h2>系统架构</h2><h3>硬件组成</h3><ul><li>主控芯片：STC89C52RC单片机</li><li>通信模块：ESP8266 WiFi模块（ESP-01S）</li><li>传感器：<ul><li>DHT11温湿度传感器</li><li>MQ-2气体浓度传感器</li></ul></li><li>AD/DA转换模块：PCF8591转换模块</li><li>显示模块：LCD1602液晶显示屏</li><li>报警模块：蜂鸣器、LED报警灯</li></ul><h3>软件架构</h3><ul><li>开发环境：Keil C51</li><li>通信协议：MQTT</li><li>数据格式：JSON</li></ul><h2>PCB设计</h2>1.原理图<img src="/assets/uploads/files/1785077910964-image.png" alt="image.png" data-size="large" />2.PCB<img src="/assets/uploads/files/1785078011677-image.png" alt="image.png" data-size="large" /><h2>核心功能实现</h2><h3>1. 传感器数据采集</h3>1.mq2烟雾传感器
<blockquote><code></code><code></code>#include "mq2.h'' #include "i2c.h"#define PCF8591_ADDR 0x90 // PCF8591 I2C地址 // 读取PCF8591指定通道的模拟值（MQ2接通道0）unsigned char MQ2_ReadByte(unsigned char Channel){ unsigned char Data; I2C_Start(); I2C_SendByte(PCF8591_ADDR); // 写地址</blockquote>
2.dht11温湿度传感器
<pre><code>#include "dht11.h"
#include <intrins.h>

// 30us延时
void DHT11_Delay30us(void)
{
unsigned char i;
i = 12;
while (--i);
}

// 40us延时
void DHT11_Delay40us(void)
{
unsigned char i;
i = 17;
while (--i);
}

uint8_t DHT11_Init(void)
{
DHT11_DQ = 1;
DHT11_DQ = 0;
Delay_xms(20); // 至少给18ms
DHT11_DQ = 1;
DHT11_Delay30us();

<span>if</span>(DHT11_DQ == <span>0</span>)
{
	<span>while</span>(DHT11_DQ == <span>0</span>);
	<span>while</span>(DHT11_DQ == <span>1</span>);
	<span>return</span> <span>0</span>;
}
<span>return</span> <span>1</span>;

}

uint8_t DHT11_ReceiveByte(void)
{
uint8_t i, Byte = 0x00;
for(i=0; i<8; i++)
{
Byte <<= 1;
while(DHT11_DQ == 0);
DHT11_Delay40us();
if(DHT11_DQ == 1) Byte |= 0x01;
while(DHT11_DQ == 1);
}
return Byte;
}

uint8_t DHT11_GetData(uint8_t *Humi_H, uint8_t *Humi_L, uint8_t *Temp_H, uint8_t *Temp_L)
{
uint8_t i, Buffer[5];
if(DHT11_Init() == 0)
{
for(i=0; i<5; i++) Buffer[i] = DHT11_ReceiveByte();

	<span>if</span>(Buffer[<span>0</span>] + Buffer[<span>1</span>] + Buffer[<span>2</span>] + Buffer[<span>3</span>] == Buffer[<span>4</span>])
	{
		*Humi_H = Buffer[<span>0</span>];
		*Humi_L = Buffer[<span>1</span>];
		*Temp_H = Buffer[<span>2</span>];
		*Temp_L = Buffer[<span>3</span>];
		<span>return</span> <span>0</span>;
	}
}
<span>return</span> <span>1</span>;

}
</code></pre>

<pre><code>#ifndef DHT11_H
#define DHT11_H

#include <reg52.h>
#include "delay.h"

typedef unsigned char uint8_t;

sbit DHT11_DQ = P2^0; // 引脚设置

uint8_t DHT11_Init(void);
uint8_t DHT11_ReceiveByte(void);
uint8_t DHT11_GetData(uint8_t *Humi_H, uint8_t *Humi_L, uint8_t *Temp_H, uint8_t *Temp_L);

#endif
</code></pre>
<h3>2. ESP8266 MQTT通信</h3>注意：客户端ID随意但是必须唯一，用户名称和密码就是自己在emqx上设置的

<img src="/assets/uploads/files/1785078045468-image.png" alt="image.png" data-size="large" />注意：mqtt的IP地址用ipconfig查看不了，可以用网络调试助手等软件看，不知道是哪个可以先用串口调试ESP8266，发送AT指令连接尝试：（串口发送AT指令记得末尾加上换行）<blockquote>AT+CWMODE=1AT+CWJAP="WiFi名","WiFi密码"AT+MQTTUSERCFG=0,1,"客户端ID","用户名","密码",0,0,""AT+MQTTCONN=0,"mqtt的IP地址",1883,0</blockquote>网络调试助手：<img src="/assets/uploads/files/1785078101073-image.png" alt="image.png" data-size="large" />esp8266.c
<pre><code>#include "esp8266.h"
#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "time.h"

// 硬件引脚定义
sbit WIFI_RST = P1^7; // ESP8266复位
sbit Bee = P1^6; // 蜂鸣器
sbit ALARM_LED= P1^5; // 报警灯

// 全局变量：传感器数据
unsigned char Humi_H, Temp_H, Gas;
unsigned char Threshold = 29; // 温度报警阈值

// ESP8266初始化连接MQTT（使用AT指令）
void ESP_conect_sev(void)
{
// ESP8266复位
WIFI_RST = 0;
Delay_xms(1000);
WIFI_RST = 1;
Delay_xms(1000);

<span>// 本地MQTT AT指令配置</span>
<span>uart1_sendstring</span>(<span>"AT+CWMODE=1\r\n"</span>);
<span>Delay_xms</span>(<span>1000</span>);
<span>uart1_sendstring</span>(<span>"AT+CWJAP=\"WiFi名\",\"密码\"\r\n"</span>);	<span>// 连接WiFi</span>
<span>Delay_xms</span>(<span>2000</span>);
<span>uart1_sendstring</span>(<span>"AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"客户端ID\",\"用户名\",\"密码\",0,0,\"\"\r\n"</span>);	<span>// MQTT用户配置</span>
<span>Delay_xms</span>(<span>1000</span>);
<span>uart1_sendstring</span>(<span>"AT+MQTTCONN=0,\"IP地址\",1883,0\r\n"</span>);	<span>// 连接MQTT服务器</span>
<span>Delay_xms</span>(<span>2000</span>);

}

// 数字转字符串（发送数据用）
void num_to_str(unsigned char num, unsigned char *num_str1)
{
if(num != 0)
{
unsigned int num_temp = num;
unsigned char cnt = 0;
while(num_temp)
{
cnt++;
num_temp /= 10;
}
num_temp = num;
while(cnt)
{
cnt--;
num_str1[cnt] = (num_temp % 10) + 48;
num_temp /= 10;
}
}
else
{
num_str1[0] = '0';
}
}

// 发送第一个传感器数据（湿度）
void first_data(unsigned char *str2, unsigned char num)
{
unsigned char str1[3] = {0};
// MQTT发布主题：testtopic/1，保留JSON数据格式
uart1_sendstring("AT+MQTTPUB=0,"testtopic/1","{\"");
uart1_sendstring(str2);
uart1_sendstring("\":");
num_to_str(num, str1);
uart1_sendstring(str1);
}

// 追加传感器数据（温度、气体浓度）
void add_data(unsigned char *str2, unsigned char num)
{
unsigned char str1[3] = {0};
uart1_sendstring("\,\"");
uart1_sendstring(str2);
uart1_sendstring("\":");
num_to_str(num, str1);
uart1_sendstring(str1);
}

// 每秒发送传感器数据到MQTT
void ESP_send_data(void)
{
if(time0_ms > 1000) // 1秒发送一次
{
first_data(APP_Humi, Humi_H); // 湿度
add_data(APP_Temp, Temp_H); // 温度
add_data(APP_Gas, Gas); // 气体浓度
uart1_sendstring("}",0,0\r\n");
Delay_xms(200);
uart1_sendstring("AT+MQTTPUB=0,"订阅主题名","");
if(Gas > 50 || Temp_H > Threshold)
{
uart1_sendstring("fire"); // 报警发送fire
}
else
{
uart1_sendstring("normal");// 正常发送normal
}
uart1_sendstring("",0,0\r\n");
Delay_xms(200);
time0_ms = 0; // 重置定时器
}
}

// 字符串比较
bit str_cmp(char *str1, char *str2, char len)
{
char *str3 = str1;
char *str4 = str2;
while(len)
{
if(*str3 != *str4) return 0;
len--;
str3++;
str4++;
}
return 1;
}

// 字符串转数字
int str_to_num(char *str1)
{
unsigned char num = 0;
while(*str1 >= '0' && *str1 <= '9')
{
num += (*str1) - 48;
str1++;
if(!(*str1 >= '0' && *str1 <= '9')) break;
num *= 10;
}
return num;
}

// 处理本地MQTT下发指令
unsigned char Deliver_num;
void Proces_distribut_data(void)
{
unsigned char i; // C89：提前声明循环变量，修复语法错误
if(RX_ok) // 接收完成
{
Deliver_num = str_to_num(Deliver_data); // 解析指令数值
// 仅保留温度阈值修改逻辑（可扩展其他本地指令）
if(str_cmp(Deliver_identifier, APP_Threshold, 8))
{
Threshold = Deliver_num;
}

	<span>// 清空接收缓存</span>
	<span>for</span>(i=<span>0</span>; i&lt;<span>6</span>; i++) 
	{
		Deliver_identifier[i] = <span>0</span>;
	}
	<span>for</span>(i=<span>0</span>; i&lt;<span>4</span>; i++) 
	{
		Deliver_data[i] = <span>0</span>;
	}
	Deliver_cnt = <span>0</span>;
	Deliver_data_cnt = <span>0</span>;
	RX_ok = <span>0</span>;
}

}

// 传感器报警逻辑（气体浓度/温度过高）
void Alarm_Check(void)
{
if(Gas > 50 || Temp_H > Threshold) // 气体浓度>阈值或温度>阈值
{
LCD_ShowString(2, 7, "fire!");
Bee = 0; // 蜂鸣器响
ALARM_LED = 1; // 报警灯亮
}
else
{
LCD_ShowString(2, 7, " ");
Bee = 1; // 蜂鸣器关
ALARM_LED = 0; // 报警灯灭
}
}
</code></pre>
esp8266.h
<pre><code>#ifndef ESP8266_H
#define ESP8266_H

#include <reg52.h>
#include "usart.h"
#include "time.h"

// 传感器数据宏定义
#define APP_Humi "Humi" // 湿度
#define APP_Temp "Temp" // 温度
#define APP_Gas "Gas" // 气体浓度
#define APP_Threshold "Threshold" // 温度阈值

extern unsigned char Humi_H, Temp_H, Gas;
extern unsigned char Threshold;

void ESP_conect_sev(void);
void ESP_send_data(void);
void num_to_str(unsigned char num, unsigned char *num_str1);
bit str_cmp(char *str1, char *str2, char len);
int str_to_num(char *str1);
void Proces_distribut_data(void);
void Alarm_Check(void);
void first_data(unsigned char *str2, unsigned char num);
void add_data(unsigned char *str2, unsigned char num);

#endif
</code></pre>
<h2>关键技术点</h2><h3>1. 数据格式转换</h3>由于51的时钟频率差异（11.0592MHz相比32性能相差数十倍，所以数字转换算法必须极度优化，我在这个问题上卡了两天，后面查到一种比较好的轻量级数字转换算法
<pre><code>void num_to_str(unsigned char num, unsigned char *num_str1)
{
if(num != 0)
{
unsigned int num_temp = num;
unsigned char cnt = 0;
while(num_temp)
{
cnt++;
num_temp /= 10;
}
num_temp = num;
while(cnt)
{
cnt--;
num_str1[cnt] = (num_temp % 10) + 48;
num_temp /= 10;
}
}
else
{
num_str1[0] = '0';
}
}</code></pre>
<h3>2. JSON数据构造</h3>由于51单片机内存限制，无法使用标准库，需要采用手动构造JSON格式数据：
<pre><code>void first_data(unsigned char *str2, unsigned char num)
{
unsigned char str1[3] = {0};
// MQTT发布主题：testtopic/1，保留JSON数据格式
uart1_sendstring("AT+MQTTPUB=0,"testtopic/1","{\"");
uart1_sendstring(str2);
uart1_sendstring("\":");
num_to_str(num, str1);
uart1_sendstring(str1);
}</code></pre>
<h3>3. 中断处理的能力限制</h3>51单片机中断向量少，响应慢。32则有着丰富的中断源，NVIC优先级管理
<pre><code>void UART1_IRQ_Handle(void) interrupt 4 using 1
{
if (TI) {
TI = 0;
uart1_busy = 0; // 只做标志位操作
}
if (RI) {
Pro_deliver_data(); // 立即处理，不缓存
RI = 0;
}
}</code></pre>
<h2>系统特点</h2><ol>
<li>
实时监测：持续监控环境参数
</li>
<li>
双重报警：本地声光报警 + 远程状态推送
</li>
<li>
远程控制：支持通过MQTT修改报警阈值
</li>
<li>
稳定可靠：采用工业级传感器和成熟的通信协议
</li>
<li>
低成本：基于廉价硬件组件
</li>
</ol><h2>应用场景</h2><ul>
<li>
家庭火灾预警
</li>
<li>
仓库环境监控
</li>
<li>
实验室安全监测
</li>
<li>
工业生产环境监控
</li>
</ul><h2>总结</h2>本系统成功实现了基于51单片机和ESP8266的智能火灾报警功能，展示了如何将传统单片机与现代物联网技术相结合。系统具有良好的实用性和扩展性，为小型化、低成本的智能安防系统开发提供了参考方案。<hr />网盘链接: <a href="https://pan.baidu.com/s/1cfd2bHt5SNVlaVzUCct9XQ " target="_blank" rel="noopener noreferrer">https://pan.baidu.com/s/1cfd2bHt5SNVlaVzUCct9XQ </a>提取码: sdjw 
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