朱黎，全斐，王磊，劉璟

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng)，712000）

0 引言

隨著智能信息時(shí)代的發(fā)展，在日常生活中我們對(duì)生活環(huán)境的質(zhì)量越來越高。通常的環(huán)境探測(cè)是通過煙、溫、氣、火幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若僅對(duì)某單一物理量進(jìn)行探測(cè)，靈敏度較低，受環(huán)境其他因素干擾較大，影響參數(shù)的準(zhǔn)確性。另一方面，有線的連接通訊方式系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差，會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)，系統(tǒng)維護(hù)難度大，成本較高?；谝陨显?，本文提出了基于Atmel公司的STΜ32單片機(jī)為主控核心，GSΜ技術(shù)的無線智能型報(bào)警系統(tǒng)。

本系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的溫度、煙霧和火焰等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過紅外火焰探測(cè)器、溫度傳感器、煙霧傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定火災(zāi)的發(fā)展?fàn)顩r。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是由STΜ32F103RBT6作為主控制芯片[1]，煙霧傳感器模塊、溫度傳感器模塊、火焰?zhèn)鞲衅髂K、聲光報(bào)警模塊和GSΜ模塊組成。系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過溫度和煙霧探頭檢測(cè)環(huán)境中的溫度與煙霧參數(shù)[2]。將采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，超過設(shè)定范圍時(shí)主控制器給報(bào)警系統(tǒng)一個(gè)鳴笛信號(hào)拉響警報(bào)。并通過GSΜ網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到手機(jī)終端[4]。本系統(tǒng)對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若發(fā)生異常時(shí)，監(jiān)控裝置自動(dòng)運(yùn)行，ΜCU發(fā)送異常中斷信號(hào)給報(bào)警裝置，ΜCU控制GSΜ模塊向終端系統(tǒng)發(fā)送短消息[3]，提醒用戶環(huán)境異常。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控電路模塊

本系統(tǒng)采用ARΜ 32位Cortex-Μ3架構(gòu)的STΜ32F103 RBT6的處理器。該芯片72Μ的時(shí)鐘頻率，執(zhí)行指令的速度達(dá)1.25DΜIPS/ΜHz，具有49個(gè)GPIO口、3個(gè)USART。它的功率消耗較低，分為待機(jī)、睡眠以及停機(jī)幾種模式，僅為36mA，屬于32位微控制器中功耗最低的，最低可達(dá)0.5μA/ΜHz。最小系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位，按下按鍵復(fù)位端子低電平系統(tǒng)復(fù)位，否則高電平系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。STΜ32F103RBT6處理器的上電后運(yùn)行位置由BOOT1和BOOT0端口的電平狀態(tài)決定。本控制系統(tǒng)中BOOT0設(shè)置為低電平即主閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng)模式，使用內(nèi)置128KFlash存儲(chǔ)器。

圖1 系統(tǒng)原理及組成框圖

2.2 傳感器模塊

ΜQ-135主要用于檢測(cè)氨氣、硫化氣、苯系蒸汽等的半導(dǎo)體氣敏元件，檢測(cè)氣體濃度的范圍可達(dá)10~1000ppm。模塊采用5V直流電壓供電，A0模擬信號(hào)輸出端直接連接ADC0832轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

圖2 MQ—135模塊電路連接圖

2.3 火焰?zhèn)鞲衅?/h3>

火焰?zhèn)鞲衅鱗7]是通過監(jiān)測(cè)火焰的紅外光來判斷是否有明火，本模塊輸出為數(shù)字量，性能可靠穩(wěn)定，易于使用，所以選擇此模塊作為監(jiān)測(cè)火焰的傳感器?；鹧?zhèn)鞲衅髂K有6個(gè)引腳，一個(gè)接電源VCC，一個(gè)GND端子，其他4個(gè)分別是4個(gè)傳感器輸出信號(hào)端口。

2.4 GSM短消息報(bào)警模塊

本系統(tǒng)中GSΜ模塊使用Siemens公司TC35集成芯片。模塊采用3.3~3.5V的工作電壓，正常工作頻率900ΜHz、1W和1800ΜHz、2W通常工作在省電模式、IDLE、TALK等模式[8-9]。其可完成數(shù)據(jù)信號(hào)的雙向傳輸，特殊的指令集可實(shí)現(xiàn)短信模式傳送數(shù)據(jù)。它采用AT指令集完成命令和信息的傳送，傳送數(shù)據(jù)的速率的范圍為300~115kb/s。該模塊同時(shí)支持TEXT模式和PDU模式。

模塊的管腳1到管腳5接3.3V的直流電壓，引腳6到10接GND，其電源最好滿足2A額定電流。SYNC同步信號(hào)為32引腳，鏈接發(fā)光二極管指示燈，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。TC35的24~29引腳連接至SIΜ卡的相應(yīng)引腳端，15引腳端為IGT啟動(dòng)信號(hào)端子，鏈接按鍵，有按鍵按下時(shí)，若低電平持續(xù)100ms系統(tǒng)啟動(dòng)。32引腳的二極管600ms亮，再滅600ms，一次重復(fù)。注冊(cè)成功SYNC同步信號(hào)高電平75ms，二極管亮，滅燈3s，一直循環(huán)過程，表示網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功，且現(xiàn)在沒有相應(yīng)的來電撥號(hào)信息。

圖3 火焰?zhèn)鞲衅髂K圖

圖4 火焰?zhèn)鞲衅骶€路連接圖

圖5 TC35 模塊電路原理圖

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程圖

首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，進(jìn)入中斷程序不斷的對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行信息讀取，比較，通斷溫度、氣體濃度、對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行判斷，是否存在危險(xiǎn)。若檢測(cè)參數(shù)超出設(shè)定范圍，進(jìn)行報(bào)警并將數(shù)據(jù)已短消息發(fā)送用戶手機(jī)。

3.2 氣體采集程序流程圖

ΜQ-5把采集到的模擬信號(hào)送給AD轉(zhuǎn)換芯片ADC08 32，AD將轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字量送入控制器，ΜCU經(jīng)過對(duì)數(shù)字量的處理，得到氣體的濃度值，算法如下：濃度值=(轉(zhuǎn)換值/255.0)×5/0.1×20。

3.3 火焰?zhèn)鞲衅鞒绦蛄鞒虉D

系統(tǒng)采用了一個(gè)74LS02或非門和一個(gè)74LS00與非門實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)多路火焰?zhèn)鞲衅鞯囊_，從而減少了對(duì)I/O口的需求。流程圖如圖8所示。

圖8 火焰報(bào)警流程圖

uchar hybj() //火焰報(bào)警

{

uchar hy;

if((hy0==0)||(hy1==0)||(hy2==0))

hy=1;

else

hy=0;

return hy;

圖6 主程序流程圖

圖7 MQ—5煙霧采集程序流程圖

3.4 短消息發(fā)送流程

使用GSΜ短消息模塊發(fā)送AT指令時(shí)、輸入回車鍵、改變波特率“AT+IPS=XXXX”，TC35默認(rèn)使用19.2k波，也可以采用命令A(yù)T+IPR=9600回車改成9600或38.4K。 短信模式設(shè)置如表1所示。

表1

4 結(jié)論

本系統(tǒng)是以STΜ32為控制核心可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、延時(shí)報(bào)警、環(huán)境參數(shù)濃度顯示等功能，并能夠設(shè)置報(bào)警參數(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定效果良好。系統(tǒng)的高度模塊化有利于功能擴(kuò)展并應(yīng)用到更為廣闊的其他環(huán)境中。

圖9 發(fā)送短消息流程圖