杜鋒 鄭騰騰 翟德超

摘要：傳統(tǒng)的有線煙霧報警系統(tǒng)無法做到報警信息的遠程傳輸，在無人值守的情況下，報警信息無法及時獲取，容易錯過控制火災的最佳時間。針對此問題，該文設計了一種基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32高性能32位單片機為核心，利用DTU模塊的網絡通訊功能，在監(jiān)測到煙霧報警信號后，第一時間把報警信息傳輸到用戶的手機終端。該文還設計了一款基于Android的手機APP，用于接收和顯示煙霧報警信息。通過實物制作與功能測試，驗證了設計的正確性。

關鍵詞：煙霧報警;遠程傳輸;STM32;DTU;模塊網絡通信

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）34-0219-02

隨著4G和5G通信技術的快速發(fā)展， 移動互聯網技術也得到了廣泛應用。使得信息的遠程傳輸和應用成為可能。傳統(tǒng)的煙霧報警系統(tǒng)大都采用有線的方式來傳輸報警信息，只有在控制室內才能獲得報警信息，具有一定的局限性。隨著移動互聯網技術的廣泛應用，現階段，通過無線網絡傳輸信息已經非常容易?；贒TU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)就是基于移動互聯網技術把報警信息通過網絡傳輸到用戶的移動終端上，從而實現報警信息的實時傳輸的?；贒TU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成：一是報警信息采集和傳輸系統(tǒng);二是報警信息的接收與顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)總體功能框圖如圖1所示。

如圖1所示。STM32最小系統(tǒng)負責采集煙霧傳感器輸出的報警信息，通過DTU模塊轉換成WIFI信號，然后再通過路由器經互聯網傳輸到用戶的移動終端從而實現煙霧報警信息的無線實時傳輸。

1 基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)硬件設計

設計基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)硬件時要滿足以下幾點功能：

（1）能夠通過市電進行供電，以方便系統(tǒng)的安裝與使用;

（2）能夠產生滿足STM32核心處理器穩(wěn)定工作的+3.3V直流電源;

（3）能夠產生滿足煙霧傳感器穩(wěn)定工作的+12V直流電源;

（4）能夠把煙霧傳感器的報警信號（開關信號）轉換為STM32單片機可以識別的電平信號。

（5）硬件系統(tǒng)應具有網絡通信功能;

基于以上幾點要求，基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示。

如圖2所示，AC/DC模塊電源變換模塊把220V的交流電轉換成+3.3V和+12V的直流電源，分別為STM32最小系統(tǒng)和煙霧傳感器供電;信號調理電路把煙霧傳感器輸出的開關型報警信號轉換為STM32單片機可以識別的電平信號。信號調理電路輸出高電平時，有報警信號;輸出低電平時，無報警信號。STM32最小系統(tǒng)負責采集信號調理電路的輸出電平，并轉換為可用于傳輸的數字信號，這里‘1代表有報警信號，‘0代表無報警信號，并按設計好的通信協(xié)議通過串口發(fā)送到DTU模塊/4G模塊。DTU模塊/4G模塊把接收到的信息轉換為網絡信號，采用數據透明傳輸的方式發(fā)送到移動終端。

2基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)底層軟件設計

設計基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)底層軟件時要滿足以下幾點功能：

（1）能夠采集傳感器調理電路輸出的高低電平信號;

（2）能夠完成DTU模塊的初始化;

（3）能夠按一定的通信協(xié)議發(fā)送煙霧傳感器輸出的報警信號。

基于以上幾點要求，基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)的底層軟件流程圖如圖3所示。

STM32時鐘初始化功能模塊主要功能：把外部8Mhz的晶振時鐘經PLL鎖相環(huán)倍頻到72Mhz，此時鐘即為STM32的系統(tǒng)時鐘;

SMT32中斷分組初始化通過調用NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）函數設置NVIC中斷分組2：2位搶占優(yōu)先級，2位響應優(yōu)先級;

SMT32 IO口初始化用于把采集煙霧傳感器報警信號的IO口設置為帶上拉電阻的輸入工作模式。當傳感器有報警信號時，此端口讀入的信號為高電平，當一切正常時，此端口讀入的為低電平。

DTU模塊初始化用于初始化DTU模塊的工作狀態(tài)，這里，DTU工作與服務器模式，數據透明傳輸。

底層軟件判斷DTU模塊聯網正常后開始讀取煙霧傳感器的報警狀態(tài)，并把報警狀態(tài)加入設計好的通信協(xié)議里面，通過STM32的串口發(fā)送到DTU模塊，DTU模塊再轉化為WIFI信號通過互聯網發(fā)送到用戶終端。實現煙霧傳感器的報警信息的遠程傳輸。

3基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)手機APP應用軟件設計

本文設計的基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)手機APP應用軟件時基于Android系統(tǒng)的。主要完成以下功能：

（1）能夠實現與底層終端的聯網功能;

（2）能夠接收底層終端通過網絡發(fā)送的報警信息;

（3）能夠解析通信協(xié)議，獲取煙霧傳感器的報警狀體;

（4）能夠直觀、實時顯示煙霧傳感器的報警狀態(tài)。

基于以上幾點要求，基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)手機APP應用軟件GUI如圖4所示。

本手機APP應用軟件聯網時，在軟件中已經設置好了默認的服務器IP地址和端口號，打開APP后，點擊“開啟”按鈕，如果聯網成功，會顯示“已連接！”用于提示聯網成功。聯網成功后，在點擊“開始”按鈕之前，由于沒有獲取到煙霧傳感器的報警信息，此時顯示“暫無數據”。當點擊“開始”按鈕后，如果有報警信息，則顯示“有火警警報！”;如果沒有報警信息，則顯示“正常！”。

4結語

基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)主要由高性能STM32單片機為核心構成的煙霧傳感器報警信息采集和傳輸子系統(tǒng)和手機APP應用子系統(tǒng)組成。通過軟硬件聯調，可以實現煙霧傳感器的報警信息遠程傳輸，同時，可以通過手機APP實時獲取此報警信息。解決了傳統(tǒng)的有線報警系統(tǒng)不能遠程傳輸，報警信息必須有專人值守獲取的弊端。提高了報警信息的傳輸效率，可以把火災消滅在萌芽狀態(tài)，大大降低了火災發(fā)生的概率。與傳統(tǒng)的有線煙霧報警系統(tǒng)相比較，本文設計的基于DTU模塊的無線煙霧報警系統(tǒng)主要創(chuàng)新點有：1）使用STM32高性能32位處理器，提高了系統(tǒng)性能;2）利用高靈敏度煙火傳感器，提高火災和潛在火災的檢測靈敏度;3）對潛在火災進行全天候檢測，提高了火災預警的及時性。

參考文獻：

[1]錢惠祥.基于STM32單片機DTU檢測儀分析和設計[D].南京：南京理工大學，2004.

[2]石友進，高校學生宿舍防火報警系統(tǒng)建設[J].河南科技，2013（3）：278-279.

[3]張守武，周波.基于STC89C52的智能防盜防火報警系統(tǒng)設計[J].實驗室研究與探索，2016（6）：116-118.

[4]張秋菊，李麗芬，邵澤軍.單片機在家庭防火防盜控制系統(tǒng)中的應用[J].現代電子技術，2017，40（21）：87-90.

[5]丁凡，周永明.基于STM32和ZigBee的無線校園火災報警系統(tǒng)設計[J].網絡與通信，2012，31（6）：43-49.

[6]程望斌，劉凌，楊陳明.基于單片機的火災煙霧報警系統(tǒng)設計[J].湖南理工學院學報，2014，27（3）：41-44.

【通聯編輯：朱寶貴】