王何宇，顧能華，邢明鋒

（衢州學(xué)院 信息與電子工程系，衢州，324000）

0 引言

高校宿舍是大學(xué)生日常生活中最重要的場所，學(xué)生在校時間60%在宿舍度過，宿舍的安全，不僅關(guān)系到學(xué)生的人身財產(chǎn)安全，而且關(guān)系到學(xué)校正常的教學(xué)和生活秩序。隨著高校不斷擴(kuò)招，高校的安全安防問題日趨嚴(yán)重。高校宿舍起火事件時有發(fā)生，各種事故也是屢見不鮮。因此高校宿舍迫切需要一個能及時通知學(xué)生和校內(nèi)有關(guān)保安人員的安全安防系統(tǒng)。有鑒如此，擬設(shè)計一套基于GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS高校宿舍安防報警系統(tǒng)。系統(tǒng)通過煙霧傳感器、紅外溫度傳感器實時監(jiān)測宿舍內(nèi)空氣的煙霧濃度和溫度信息，從而判斷出宿舍的安全程度，啟用相應(yīng)的室內(nèi)室外報警程序，通過GSM通知學(xué)生和學(xué)校保安等相關(guān)人員，并可開啟電磁閥，噴灑自來水，從而達(dá)到預(yù)防事故惡化和滅火的效果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件部分由傳感器檢測電路，AD轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路，LCD顯示電路，GSM模塊驅(qū)動電路，報警驅(qū)動電路以及電磁閥控制電路。各模塊間的邏輯關(guān)系如圖1所示。

1.1 傳感器檢測電路

系統(tǒng)包括煙霧傳感器和溫度傳感器兩種。煙霧傳感器采用MQ-2型，外形如圖2示。MQ-2是一種體電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測氣體的濃度（成分）而變化。適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。MQ-2阻值與氣體濃度之間一般為非線性關(guān)系，但在濃度域的氣體檢測時可近似認(rèn)為是線性的。器件放置一段時間后，再通電使用時，阻值是先下降，然后又上升，通電大約10min后（叫初期穩(wěn)定時間），才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了避免通電開始時的誤報動作，可在軟件里設(shè)置即初始預(yù)熱時間內(nèi)不動作。器件的響應(yīng)時間約為10s，恢復(fù)時間約為30～60s。長時間使用時，要有防止灰塵堵塞不銹鋼網(wǎng)的措施。其檢測電路如圖3所示。DS1預(yù)熱指示燈，當(dāng)指示燈熄滅后，比較器輸出穩(wěn)定，可正常工作。

圖2 MQ-2外形結(jié)構(gòu)

溫度傳感器采用美國AD公司生產(chǎn)AD22100，如圖4所示。AD22100是一種新型電壓輸出溫度傳感器，靈敏度高，成本低及使用簡便。測量范圍－50℃～150℃，當(dāng)工作電壓＋5V時，輸出電壓VOUT與測量溫度TA之間的關(guān)系為如式(1)：

因此輸出電壓范圍0.25～4.75V,可直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，檢測電路如圖5所示。

1.2 單片機(jī)控制電路

本系統(tǒng)工作環(huán)境是高校宿舍，所以煙霧傳感器和溫度傳感器一般不超過4個，另對煙霧濃度和溫度的測量要求不需要很高，綜合考慮，采用單片機(jī)PIC16F877A作為主控制器，其內(nèi)置8通道10位AD轉(zhuǎn)換器，滿足系統(tǒng)要求。顯示用LCD1602。外圍電路及在線編程電路(ISP)如圖6所示。

圖6 PIC16F877A外圍電路

1.3 TC35i接口電路

目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。本設(shè)計采用的是西門子TC35系列的TC35i。這種無線模塊功能上與TC35兼容，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM2/2兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)接口。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。與單片機(jī)接口電路如圖7所示。

圖7 TC35i與單片機(jī)接口電路

1.4 報警模塊和電磁閥控制

報警模塊用壓電式蜂鳴器，12V電源，內(nèi)置報警聲且音量大，容易引起注意。采用12V繼電器驅(qū)動。電磁閥用普通的12V即可，也用繼電器驅(qū)動。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括AD轉(zhuǎn)換、LCD1602顯示、與GSM通信、警報和電磁閥控制等。系統(tǒng)流程圖如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)流程圖

這里主要介紹單片機(jī)與TC35i的通信。單片機(jī)與TC35i的軟件接口其實就是單片機(jī)通過AT指令控制手機(jī)的控制技術(shù)。首先設(shè)置TC35i模塊的工作模式：AT+CMGF=n，n=0為PDU模式；n=1為文本模式；通常設(shè)置為PDU模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)(用戶自定義數(shù)據(jù))。AT+CMGR=n為讀TC35i模塊短消息數(shù)據(jù)，n為短消息號。AT+CMGL=n為列出TC35i模塊內(nèi)的短消息，n=0為未讀的短消息，n=1為已讀的短消息，n=2為未發(fā)送的短消息，n=3為已發(fā)送的短消息n=4為所有短消息。AT+CMGD=n為刪除TC35i模塊的短消息，n為短消息編號。

3 系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)論

本系統(tǒng)制作完成后，在某高校5－503號宿舍進(jìn)行測試，共布2個溫度點(diǎn)，2個煙霧點(diǎn)。分別在正常狀況下和危險狀況下測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 兩種狀態(tài)下測試結(jié)果

測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能準(zhǔn)確的測出宿舍內(nèi)的溫度和煙霧狀態(tài)，在危險的狀態(tài)下，能及時發(fā)出警告、噴灑自來水進(jìn)行前期預(yù)防事件惡化，并及時通過短消息發(fā)送到校內(nèi)保安系系統(tǒng)中。

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