智能倉庫安防報警系統設計

張國武，丁閃峰

（1.西安鐵路信號有限責任公司，西安 710048；2.中國鐵路蘭州局集團有限公司工程質量監督站，蘭州 730000）

1 概述

隨著當今社會的飛速發展，人們生活水平的提高，人們日常生活中需要的各種需求品也越來越多，倉庫中囤積的物資也增多，倉庫管理對先進倉庫安防系統的需求日益增加。倉庫物資類型多樣，部分具有易燃、易爆、易腐蝕，有毒等特點，儲存危險較大。因此，先進的倉庫安防管理系統，可以輔助管理人員發現、分析、提示和消除倉庫安防管理過程中的各種安全隱患，保護倉庫中的人、財、物避免遭受不必要的損失，并在一定條件下取得最佳的經濟效益和社會效益。實現倉庫安防的科學化和現代化，提升倉庫安防系統的整體水平，是倉庫管理工作中的一項重要工作。倉庫在囤積物資時經常出現火災、偷盜等問題，這種事故頻頻發生，而且傳統的管理倉庫的方法已經不能適應當今的社會，因此整合出一個簡單實用易操作的智能倉庫安防報警系統具有重要意義。

2 模型建立

一個智能倉庫安防報警系統，主要功能有防火報警、防盜報警，溫濕度控制等，系統選用MQ-2煙霧傳感器，選用DHT11 傳感器對溫濕度檢測，選用HC-SR501 為人體紅外傳感器。當倉庫中沒人時，打開人體紅外感應模塊電路，當有人進入其感應范圍內時，其就會把信息傳給中心控制模塊，控制模塊會觸發報警裝置進行報警；選用的中心控制模塊是STC89C52RC 單片機，使用兩個51 單片機，一個單片機連接各種感應控制模塊，另一個單片機起控制作用；通信報警使用的是GSM 通信模塊，若出現失火，盜賊進入等情況，單片機就會觸發GSM 模塊發短信給管理人員的手機進行預警，系統還加入藍牙模塊，管理人員可以通過藍牙用手機對某些功能進行管理，提高倉庫安防能力。

3 硬件電路模塊設計

系統中的硬件電路系統部分，主要介紹分析各種感應控制模塊的選型、工作原理及線路的連接。系統中主要包含單片機最小系統部分、防盜模塊部分，煙霧傳感器模塊電路部分，溫濕度傳感器模塊電路部分，藍牙模塊電路部分，GSM 模塊電路部分，USB 插口部分及電源模塊部分。

3.1 單片機最小系統電路

3.1.1 單片機選型

系統選用STC89C52RC 單片機作為主控芯片，根據功能編寫程序從而實現系統所需要的功能，系統通過程序控制所需要的那些功能。

3.1.2 單片機最小系統

如 圖1 所 示，P1.1 ～P1.6 引 腳 連 接 的 是L298N 電機驅動模塊電路，引腳RST 連接系統復位。復位電路由按鍵，一個電解電容和電阻組成，接收數據（RXD）和發送數據（TXD）引腳連接藍牙模塊及GSM 模塊，藍牙模塊通過手機藍牙控制系統中各模塊的功能，所以說RXD 和TXD 連接了系統中的兩個通信模塊。接地線（GND）接地供電電壓（VCC）接電源，P2.2 引腳連接的是人體紅外傳感器模塊電路，P2.1 連接的是溫濕度傳感器模塊電路，P2.0 引腳連接的是煙霧傳感器模塊電路，XTAL1.XTAL2 引腳連接晶振電路，晶振電路由兩個電容和兩個晶振接地組成，電容參數為22 pF，晶振參數為11.059 2 MHz，電解電容參數為10 μF,電阻參數為10 kΩ。

圖1 單片機最小系統Fig.1 The minimum system of SCM

3.2 防盜電路

系統的防盜模塊電路系統利用一個人體紅外傳感器來感應人體，如圖1 所示，可知HC-SR501 除過接電源和接地之外就接在單片機的P2.2 串口上，這種傳感器為自動控制模塊，只要有人進入其感應范圍內就輸出高電平，當人不在其感應范圍內，傳感器就輸出低電平。

3.3 煙霧傳感器電路

如圖2 所示，系統選用SQ-2 型煙霧傳感器，SQ-2 型煙霧傳感器直接和單片機通過串口連接，煙霧傳感器的引腳連接在單片機的P2.0 引腳上，當發生火災時該傳感器能迅速檢測到火災所產生煙霧。當報警器正常工作時電流電壓都是不變的，當發生火災時，與單片機相連的引腳就會輸出一個低電平，因此，當單片機P2.0 引腳接收到低電平時就會進行火災報警，同時還會觸發滅火裝置，并發送報警指令給倉庫管理人員。

圖2 煙霧傳感器電路系統Fig.2 Circuit system of smoke sensor

3.4 溫濕度傳感器電路

系統選用DHT11 溫濕度傳感器，如圖3 所示，溫濕度感應模塊連接在單片機的P2.1 引腳上。傳感器的初始值是在實驗室通過多次不斷的實驗得到的，經過各種運算后存儲在動態口令（OTP）中，然后在程序處理時將這些數據提取出來和實時測量數據相比較。模塊是一種采用單線制串行接口的數據測量系統，這種系統較為簡單，在生產生活中更易使用，體積較小，易于安裝，并且能量損耗較小。

圖3 溫濕度傳感器模塊電路Fig.3 Circuit of temperature and humidity sensor module

3.5 藍牙電路

如圖4 所示，藍牙模塊電路直接與單片機的RXD 和TXD 引腳相連，藍牙和單片機通信是通過這兩個引腳進行。當藍牙處于懸空默認狀態，其輸出低電平，當有手機為其發送控制指令時，輸出高電平。

圖4 藍牙模塊電路Fig.4 Circuit of bluetooth module

3.6 GSM模塊電路

系統中的GSM 電路的功能起到一個短信報警的功能，GSM 模塊跟單片機通信采用的是串口方式，串口參數為波特率9 600，8 位數據，1 位停止位。串口通信方式跟單片機連接的串口1 連接，由于單片機89C52 的硬件串口只有1 個串口，因而用該接口跟GSM 模塊通信。由于GSM 模塊的串口參數是固定的，所以單片機要對串口進行參數的配置，才可以正常接收和發送串口數據。單片機的接收引腳要對應模塊的發射引腳，而單片機的發送引腳要對應模塊的接收引腳。兩者之間的通信數據采用AT指令。AT 指令是以AT 這兩個字符為開始，后帶通信設備之間的協議，最后以字符結束。采用電路如圖5 所示。

圖5 GSM電路Fig.5 GSM circuit

如圖5 所示，GSM 模塊除接電源接地之外，就是與單片機的RXD 和TXD 引腳相連接，簡單方便。

3.7 USB電路

系統的USB 電路如圖6 所示。GND 端口表示接地，VCC 端口與一個I/O 口相連接，D+端口接1 個1.5 kΩ 電阻后再接3.3 V 電源電壓，其中電阻R4的作用主要是保護電路，使電路能有一個恒定的電流通過。USB 電路中最主要的一個模塊就是D+和D-，D+和D-主要負責與外界信息的交換與傳輸。當外界有信息輸入時，信息通過USB 模塊輸入到系統中，經過一系列的轉換，變成系統可識別的指令，實現信息的輸入；當系統中有信息需要輸出時，信息先經過轉換然后通過USB 模塊傳輸到外界，由此USB 電路可實現信息的交換與數據的傳輸。

圖6 USB電路Fig.6 USB circuit

3.8 電源模塊電路

系統的電源模塊電路如圖7 所示。電源模塊中先接入一個500 mA 的保險絲來保護整個系統，當系統中出現過大的電壓時，保險絲立刻熔斷，整個系統斷電，以達到保護電路的目的。電路中有1 個10 μF 的電容，電容的主要作用就是儲存電能，這樣可以給系統提供一個穩定的電壓。電源電路中最核心的部分就是AMS1117 芯片，此芯片性能良好，工作穩定，壽命長，引腳連接簡單，在電源電路中被廣泛應用。電源模塊中還有1 個LED 顯示燈，顯示燈通過自身的亮滅來顯示電源模塊是否在工作，是否正在為整個系統供電。圖7 中R5的作用是分壓，主要是降低LED 顯示燈所承受的電壓，防止因電壓過大而燒壞LED 顯示燈。電路模塊系統合理，持續供電能力很強，并且輸出電壓穩定，性能優越。

圖7 電源模塊電路Fig.7 Circuit of power module

4 系統軟件流程

如圖8 所示，可以看出系統開始工作的時候，為方便和各模塊的聯系及實時通訊，單片機會對其串口初始化，當系統工作時，單片機會對信息采集的傳感器實時進行監控，看是否會有信號輸入。例如當煙霧傳感器檢測到煙霧時，單片機就會接收到煙霧傳感器發送來的信號，然后單片機就會通過燃燒程序來控制報警裝置進行報警，控制GSM 模塊給倉庫管理人員發送火災報警，控制滅火裝置進行滅火。系統中紅外傳感器也一樣，管理人員可以通過藍牙給單片機發送指令，從而控制系統中的各種功能，系統中的溫濕度檢測傳感器是通過單片機給它一個開始指令，然后就可以對倉庫中的溫濕度進行檢測，供管理人員了解。

5 系統的性能測試分析

經過測試，系統的防火報警裝置當有煙霧生成并在其感應范圍內時，系統會進行報警，與此同時滅火模塊會進行滅火，GSM 模塊會給手機發送火災信息，另外煙霧報警器具有抗干擾性，只對燃燒煙霧進行感應報警，當有人在系統的人體紅外感應模塊范圍內時，系統同樣會發生報警，并會通過GSM模塊給手機發送偷盜短信。測試結果表明溫濕度監控模塊也可以實時的監控空氣中的溫濕度，管理員可以用手機通過藍牙模塊對系統中的各種功能進行控制，如人體紅外感應功能的通斷等。

6 結論

圖8 系統總流程圖Fig.8 General flow chart of the system

系統切實考慮了倉庫中的主要安全隱患，針對倉庫安防建立一種集火災報警，防盜報警，自動滅火，溫濕度檢測為一體的倉庫安防報警系統，經過實驗反復驗證，此系統工作穩定、監測及時、可控性強、性價比較高，是一個比較實用的倉庫安防報警系統。