王榆，景鵬斌

（陜西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西寶雞，721001）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人們的生活條件不斷提高，各種高層住宅、大型商場(chǎng)等越來(lái)越多，為了防止一些不必要的災(zāi)害發(fā)生，保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，一種有效的防火防盜的報(bào)警系統(tǒng)已成為必不可少的設(shè)施。在查找并閱讀了大量的文獻(xiàn)資料，并對(duì)市場(chǎng)上已有的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)仍存在著效率低、報(bào)警范圍受限以及無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警等缺點(diǎn)。GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面非常廣，而且使用的成本比較低，除此之外，還有無(wú)噪聲，無(wú)污染，無(wú)地域限制等特點(diǎn)，可通過(guò)其與單片機(jī)的串口進(jìn)行通信[1]。在此基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)就是能夠?yàn)榱藵M(mǎn)足用戶(hù)需求而設(shè)計(jì)的可以進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警的防火防盜報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控芯片控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其接口簡(jiǎn)單，使用方便，還通過(guò)GSM短信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，使得人們能夠及時(shí)了解并掌握家中的安全情況。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

1.1 系統(tǒng)整體方案

該系統(tǒng)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩大部分，其中硬件部分電路主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度信號(hào)采集模塊，濃度信號(hào)采集模塊、人體信號(hào)采集模塊、GSM報(bào)警模塊與顯示模塊等部分。其用戶(hù)終端主要用來(lái)進(jìn)行信息采集、信息處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)程短信報(bào)警的功能[2]。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)軟件程序進(jìn)行系統(tǒng)功能的控制作用。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器以及MQ-2氣敏電阻傳感器來(lái)檢測(cè)空氣中的溫度以及濃度，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路處理后的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的數(shù)字信號(hào)判別是否需要報(bào)警,從而可以判定空氣中的溫度或者濃度是否超標(biāo)，并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)值進(jìn)行顯示。通過(guò)紅外人體感應(yīng)模塊進(jìn)行人體感應(yīng)。并且通過(guò)串口通信接口RS232，控制GSM模塊給用戶(hù)終端發(fā)送短信，來(lái)直接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)發(fā)送短信報(bào)警的功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用STC89C52為單片機(jī)最小系統(tǒng)，較為簡(jiǎn)單，即由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源電路等部分組成，其中18，19號(hào)引腳接時(shí)鐘電路，9號(hào)引腳接復(fù)位電路，31號(hào)引腳接高電平，表示訪(fǎng)問(wèn)的是片內(nèi)ROM，40號(hào)引腳接電源，20號(hào)引腳接地。

2.2 溫度、濃度信號(hào)采集模塊

本系統(tǒng)通過(guò)DS18B20傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的當(dāng)前溫度并進(jìn)行顯示。通過(guò)MQ-2氣體傳感器檢測(cè)空氣的濃度，當(dāng)空氣中存在可燃?xì)怏w時(shí)，此時(shí)傳感器進(jìn)行工作時(shí)，其電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，會(huì)隨空氣中氣體濃度的增加而增大[2]。通過(guò)P3.2，P3.3，P3.4，P3.5口與單片機(jī)進(jìn)行連接，使用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后，并通過(guò)顯示模塊顯示當(dāng)前狀態(tài)下的濃度值。當(dāng)出現(xiàn)濃度超過(guò)限定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)控制繼電器閉合打開(kāi)系統(tǒng)的排風(fēng)系統(tǒng)，并通過(guò)GSM模塊遠(yuǎn)程發(fā)送短信給用戶(hù)終端。

2.3 人體信號(hào)采集模塊

本系統(tǒng)通過(guò)HC-SR501人體熱釋電傳感器感應(yīng)人體信號(hào)，主要是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)，其特點(diǎn)是功耗很小，隱蔽性好，價(jià)格低。如果人體熱釋電傳感器工作過(guò)程中檢測(cè)到人體信號(hào)，此時(shí)系統(tǒng)控制防盜功能開(kāi)啟，同時(shí)以短信的形式進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。

2.4 GSM報(bào)警模塊

GSM模塊主要包括GSM基帶處理器、電源模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊和FLASH存儲(chǔ)器四大部分。其中GSM基帶處理器是整個(gè)GSM模塊的核心；電源模塊主要為整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行供電；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是建立在無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片基礎(chǔ)上的；FLASH存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一些操作指令、傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)以及控制信息，這樣會(huì)使得掉電數(shù)據(jù)不丟失[3]?？刂破髋cGSM模塊之間的串口通信方式采用RS-232連接。報(bào)警電路由有源蜂鳴器、LED2、三極管Q2和電阻R2組成，當(dāng)MQ-2煙霧傳感器檢測(cè)到空氣中的濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，LED2開(kāi)始閃爍，蜂鳴器報(bào)警，GSM模塊遠(yuǎn)程發(fā)送短信至用戶(hù)鐘端，風(fēng)扇進(jìn)行排煙，水泵也進(jìn)行抽水工作。當(dāng)檢測(cè)到人體信號(hào)后，防盜功能開(kāi)啟，同時(shí)發(fā)送短信。

2.5 顯示模塊

本設(shè)計(jì)采用液晶顯示屏LCD1602顯示系統(tǒng)的溫度、濃度等信息，其中LCD1602的3、4、5引腳分別為命令輸入端、數(shù)據(jù)輸入端以及能端，分別和單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2相連，7至14引腳為顯示屏的8位數(shù)據(jù)控制口，分別和單片機(jī)的P0.0至P0.7共8個(gè)IO相連，向液晶顯示屏輸入數(shù)據(jù)。系統(tǒng)初始化后顯示測(cè)量溫度、煙霧濃度的值，當(dāng)溫度、煙霧濃度超出設(shè)定值后，顯示報(bào)警內(nèi)容，若未到達(dá)設(shè)定的報(bào)警值，則只顯示溫度、煙霧濃度值，不顯示報(bào)警內(nèi)容。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的軟件電路主要包括兩大部分，一部分是主程序，用來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)的核心；另一部分是子程序，用來(lái)實(shí)現(xiàn)每一模塊的功能。系統(tǒng)開(kāi)始初始化后，進(jìn)入防控狀態(tài)，然后分成兩大部分，一是人體感應(yīng)傳感器檢測(cè)是否有人進(jìn)入；二是通過(guò)溫度傳感器顯示當(dāng)前溫度，同時(shí)通過(guò)煙霧傳感器檢測(cè)煙霧濃度是否正常。如果人體感應(yīng)傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，并經(jīng)過(guò)處理后給用戶(hù)發(fā)出短信且進(jìn)行報(bào)警，最后待警報(bào)消除后，又進(jìn)入防控狀態(tài)，若未解除,則會(huì)再次進(jìn)入防控狀態(tài)。如果溫度傳感器檢測(cè)溫度過(guò)高，煙霧傳感器檢測(cè)煙霧濃度超標(biāo)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行信號(hào)采集,并經(jīng)過(guò)處理后給用戶(hù)發(fā)出短信說(shuō)明有火災(zāi)發(fā)生的可能且進(jìn)行報(bào)警,最后等待警報(bào)信號(hào)消除,繼續(xù)進(jìn)入防控狀態(tài),如果警報(bào)信號(hào)沒(méi)有解除,則會(huì)再次進(jìn)入警報(bào)狀態(tài)。如果兩個(gè)模塊沒(méi)有異常發(fā)生，則繼續(xù)進(jìn)入防控狀態(tài)。系統(tǒng)的主程序工作流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖

4 系統(tǒng)仿真與調(diào)試

4.1 系統(tǒng)仿真

在進(jìn)行系統(tǒng)硬件調(diào)試之前，需要使用proteus對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電路進(jìn)行軟件仿真，查看仿真電路是否正常運(yùn)行。系統(tǒng)的仿真圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖

4.2 系統(tǒng)調(diào)試

首先通過(guò)系統(tǒng)的要求，根據(jù)電路圖進(jìn)行實(shí)物制作，完成實(shí)物電路板的焊接。在完成系統(tǒng)的硬件調(diào)試后，通過(guò)寫(xiě)入器對(duì)系統(tǒng)的軟件程序進(jìn)行下載。在整個(gè)系統(tǒng)上電前，檢查各個(gè)芯片之間的接線(xiàn)是否正常，確認(rèn)無(wú)誤后，再進(jìn)行接電測(cè)試。

系統(tǒng)實(shí)物測(cè)試圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的基于GSM的防火防盜遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，以單片機(jī)為控制核心，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。通過(guò)傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，經(jīng)單片機(jī)處理后，驅(qū)動(dòng)GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警功能，同時(shí)通過(guò)顯示模塊顯示系統(tǒng)當(dāng)前的溫度以及濃度值，對(duì)現(xiàn)代住宅以及商業(yè)化的防火防盜安全有一定的實(shí)際意義。同時(shí)通過(guò)此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)改革也有一定的參考指導(dǎo)意義，能夠培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中，自主查閱并整合資料，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，同時(shí)還應(yīng)更加注重理論聯(lián)系實(shí)際，通過(guò)電路仿真、實(shí)物焊接制作等方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。