基于單片機(jī)和GSM的通信機(jī)房安全報(bào)警器設(shè)計(jì)

陳 娜，潘娜娜，裴 雷，金耀花

（青島恒星科技學(xué)院，山東 青島 266100）

0 引 言

在信息化社會(huì)，信息的高速傳遞依賴(lài)于電信業(yè)的全面發(fā)展。隨著通信設(shè)備自動(dòng)化程度的日益提高，機(jī)房作為現(xiàn)代通信的樞紐，其安全性已成為重中之重。因?yàn)橐坏┌l(fā)生火災(zāi)等問(wèn)題，將導(dǎo)致整個(gè)城市的通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響。因此，設(shè)計(jì)一套安全報(bào)警器對(duì)機(jī)房進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控具有重要意義。

本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制器，在通信機(jī)房?jī)?nèi)部安裝煙霧傳感器、一氧化碳傳感器及溫度傳感器，在工位上安裝人體紅外傳感器，用以監(jiān)測(cè)多種可能出現(xiàn)的安全隱患，并通過(guò)聲光警報(bào)及短信報(bào)警的方式發(fā)出報(bào)警信息。通過(guò)對(duì)安全報(bào)警器的硬件電路設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)，保證了報(bào)警器的安全性和穩(wěn)定性，為機(jī)房安全報(bào)警器的研發(fā)提供參考。

1 方案設(shè)計(jì)

通信機(jī)房安全報(bào)警器是以STM32F103C8T6單片機(jī)為控制核心，通過(guò)HC-SR501人體紅外傳感器感應(yīng)人體紅外線信息，MQ-2煙霧傳感器和MQ-7一氧化碳傳感器檢測(cè)空氣中的煙霧及CO，溫濕度傳感器DHT11以采集空氣中的溫度來(lái)檢測(cè)機(jī)房是否發(fā)生火災(zāi)等重大安全事故，若發(fā)生安全事故由GSM模塊A6發(fā)送報(bào)警短信，警報(bào)及指示模塊發(fā)出警報(bào)聲和指示燈光。安全報(bào)警器主要由單片機(jī)、溫度傳感器、煙霧傳感器、CO傳感器、人體紅外傳感器以及GSM模塊等構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 通信機(jī)房安全報(bào)警器系統(tǒng)框圖

2 電路設(shè)計(jì)

通信機(jī)房安全報(bào)警器電路設(shè)計(jì)主要包括穩(wěn)壓電源電路，單片機(jī)外圍電路，顯示及按鍵電路，GSM模塊電路，煙霧、CO電路，紅外、溫度傳感器電路，具體如圖2所示。

圖2 通信機(jī)房安全報(bào)警器電路

3 程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)通信機(jī)房安全報(bào)警器的各項(xiàng)功能，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，編程軟件選擇了Keil uVision5。程序設(shè)計(jì)主要分為煙霧、一氧化碳傳感器與STM32單片機(jī)連接AD量采集程序、STM32單片機(jī)與GSM模塊之間的串口通信傳遞控制指令與HEX格式短信內(nèi)容的程序、單片機(jī)處理人體紅外傳感器高電平信號(hào)程序、單片機(jī)IO掃描按鍵輸入程序以及單片機(jī)IO輸出電平控制蜂鳴器、LED、溫度傳感DHT11與單片機(jī)單總線程序等部分。

當(dāng)機(jī)房正常運(yùn)行時(shí)，安全報(bào)警器開(kāi)始上電工作，煙霧傳感器探頭、CO傳感器探頭以及溫度傳感器探頭分別開(kāi)始加熱，采集空氣中的煙霧、一氧化碳及溫度并將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，之后發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)開(kāi)始進(jìn)行處理分析，若空氣中某一傳感器參數(shù)值大于安全參數(shù)則進(jìn)行下一步的人體紅外檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)到周?chē)h(huán)境有人體存在時(shí)單片機(jī)立即發(fā)送指令，使聲光警報(bào)模塊發(fā)出警報(bào)聲及指示燈光，同時(shí)GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信到預(yù)先設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼上，最后程序結(jié)束運(yùn)行。通信機(jī)房安全報(bào)警器主程序流程如圖3所示。

圖3 通信機(jī)房安全報(bào)警器主程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1 通信機(jī)房安全報(bào)警器硬件搭建

根據(jù)報(bào)警器原理圖購(gòu)買(mǎi)傳感器及各個(gè)功能模塊后進(jìn)行上電測(cè)試，測(cè)試完畢后進(jìn)行硬件搭接，按照設(shè)計(jì)好的布局依次放入萬(wàn)用板，焊接排母連接灰排線，采用萬(wàn)用表測(cè)試電阻電容功能的好壞。此外，對(duì)比需要用到元器件的基本參數(shù)，使用偏差更小的元器件。

萬(wàn)用板搭接好后，用萬(wàn)用表依次測(cè)試灰排線線路的導(dǎo)通性，打開(kāi)萬(wàn)用表的二極管檔用紅黑表筆測(cè)量線路兩端。依次測(cè)量，當(dāng)萬(wàn)用表發(fā)出蜂鳴聲時(shí)證明其導(dǎo)通，若無(wú)蜂鳴則是斷路。萬(wàn)用板測(cè)試完畢后，插入各個(gè)傳感器及單片機(jī)等模塊，然后上電運(yùn)行用萬(wàn)用表測(cè)試電壓是否正常。

4.2 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程

向機(jī)房安全報(bào)警器上的單片機(jī)進(jìn)行程序下載，調(diào)試各模塊程序是否能夠完成相應(yīng)的功能，收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)并整理表格，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并修正機(jī)房安全報(bào)警器的不足之處。

分別使用仿真器將各個(gè)傳感器及模塊的子程序下載到單片機(jī)中，查看其子程序運(yùn)行過(guò)程是否正確。主要對(duì)煙霧檢測(cè)子程序、一氧化碳檢測(cè)子程序、人體紅外檢測(cè)子程序、溫度檢測(cè)子程序、警報(bào)短信發(fā)送子程序、警報(bào)及指示燈光子程序、顯示子程序以及按鍵掃描子程序進(jìn)行調(diào)試。

對(duì)于煙霧傳感器的調(diào)試，單片機(jī)系統(tǒng)上電后在煙霧傳感器探頭附近放上燃燒的紙張，查看采集的AD值是否發(fā)生巨大波動(dòng)并觀察紅色LED是否亮起。對(duì)于人體紅外傳感器的調(diào)試，將手掌放在傳感器探頭上，查看輸出電平是否為高電平，輸出正確后則用蓋子罩住探頭，查看輸出電平是否為低電平，若反應(yīng)不靈敏或延遲較大則調(diào)節(jié)傳感器上的電位器。對(duì)于GSM模塊的調(diào)試，在GSM模塊開(kāi)機(jī)啟動(dòng)后，與單片機(jī)串口相連并發(fā)送AT指令，查看返回指令是否正確。按鍵模塊的調(diào)試，向單片機(jī)中下載按鍵掃描子程序，按下按鍵用萬(wàn)用表表筆測(cè)量輸出電平是否為低電平，松下按鍵則測(cè)量輸出電平是否為高電平。向單片機(jī)下載顯示屏驅(qū)動(dòng)程序，依次按下6個(gè)按鍵，觀察顯示屏幕顯示是否一致。

4.3 調(diào)試結(jié)果及分析

通信機(jī)房安全報(bào)警器上電運(yùn)行后，煙霧、一氧化碳以及溫度傳感器開(kāi)始實(shí)時(shí)檢測(cè)空氣中的煙霧濃度、一氧化碳濃度及溫度，人體紅外傳感器開(kāi)始對(duì)一定范圍內(nèi)的人體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到范圍內(nèi)的人體運(yùn)動(dòng)時(shí)將通過(guò)紅綠黃三色LED實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)基本參數(shù)，液晶顯示屏可以動(dòng)態(tài)顯示空氣中的煙霧濃度、一氧化碳濃度及溫度等參數(shù)。煙霧傳感器和一氧化碳傳感器檢測(cè)到煙霧或一氧化碳的濃度過(guò)高以及溫度傳感器檢測(cè)到溫度過(guò)高時(shí)，蜂鳴器和指示燈立刻進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)GSM模塊能發(fā)送報(bào)警短信到手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房安全報(bào)警器的設(shè)計(jì)功能。