基于無線網絡的環境監測系統

朱黎，全斐，王磊，劉璟

（陜西工業職業技術學院，陜西咸陽，712000）

0 引言

隨著智能信息時代的發展，在日常生活中我們對生活環境的質量越來越高。通常的環境探測是通過煙、溫、氣、火幾個方面進行監測，若僅對某單一物理量進行探測，靈敏度較低，受環境其他因素干擾較大，影響參數的準確性。另一方面，有線的連接通訊方式系統的可擴展性較差，會出現監測盲區，系統維護難度大，成本較高。基于以上原因，本文提出了基于Atmel公司的STΜ32單片機為主控核心，GSΜ技術的無線智能型報警系統。

本系統對環境的溫度、煙霧和火焰等參數進行實時監測，通過紅外火焰探測器、溫度傳感器、煙霧傳感器采集到的數據進行分析確定火災的發展狀況。

1 系統的整體設計

本設計主要是由STΜ32F103RBT6作為主控制芯片[1]，煙霧傳感器模塊、溫度傳感器模塊、火焰傳感器模塊、聲光報警模塊和GSΜ模塊組成。系統啟動后，通過溫度和煙霧探頭檢測環境中的溫度與煙霧參數[2]。將采集到的數據與設定的閾值進行比較，超過設定范圍時主控制器給報警系統一個鳴笛信號拉響警報。并通過GSΜ網絡將數據包發送到手機終端[4]。本系統對環境信息進行實時監控，若發生異常時，監控裝置自動運行，ΜCU發送異常中斷信號給報警裝置，ΜCU控制GSΜ模塊向終端系統發送短消息[3]，提醒用戶環境異常。

2 系統的硬件設計

2.1 主控電路模塊

本系統采用ARΜ 32位Cortex-Μ3架構的STΜ32F103 RBT6的處理器。該芯片72Μ的時鐘頻率，執行指令的速度達1.25DΜIPS/ΜHz，具有49個GPIO口、3個USART。它的功率消耗較低，分為待機、睡眠以及停機幾種模式，僅為36mA，屬于32位微控制器中功耗最低的，最低可達0.5μA/ΜHz。最小系統采用按鍵復位，按下按鍵復位端子低電平系統復位，否則高電平系統處于工作狀態。STΜ32F103RBT6處理器的上電后運行位置由BOOT1和BOOT0端口的電平狀態決定。本控制系統中BOOT0設置為低電平即主閃存存儲器啟動模式，使用內置128KFlash存儲器。

圖1 系統原理及組成框圖

2.2 傳感器模塊

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

圖2 MQ—135模塊電路連接圖

2.3 火焰傳感器

火焰傳感器[7]是通過監測火焰的紅外光來判斷是否有明火，本模塊輸出為數字量，性能可靠穩定，易于使用，所以選擇此模塊作為監測火焰的傳感器。火焰傳感器模塊有6個引腳，一個接電源VCC，一個GND端子，其他4個分別是4個傳感器輸出信號端口。

2.4 GSM短消息報警模塊

本系統中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]。其可完成數據信號的雙向傳輸，特殊的指令集可實現短信模式傳送數據。它采用AT指令集完成命令和信息的傳送，傳送數據的速率的范圍為300~115kb/s。該模塊同時支持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同步信號為32引腳，鏈接發光二極管指示燈，顯示系統的工作狀態。TC35的24~29引腳連接至SIΜ卡的相應引腳端，15引腳端為IGT啟動信號端子，鏈接按鍵，有按鍵按下時，若低電平持續100ms系統啟動。32引腳的二極管600ms亮，再滅600ms，一次重復。注冊成功SYNC同步信號高電平75ms，二極管亮，滅燈3s，一直循環過程，表示網絡注冊成功，且現在沒有相應的來電撥號信息。

圖3 火焰傳感器模塊圖

圖4 火焰傳感器線路連接圖

圖5 TC35 模塊電路原理圖

3 系統的軟件設計

3.1 主程序流程圖

首先進行系統初始化，進入中斷程序不斷的對各個傳感器進行信息讀取，比較，通斷溫度、氣體濃度、對周圍環境進行判斷，是否存在危險。若檢測參數超出設定范圍，進行報警并將數據已短消息發送用戶手機。

3.2 氣體采集程序流程圖

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

3.3 火焰傳感器程序流程圖

系統采用了一個74LS02或非門和一個74LS00與非門實現了監測多路火焰傳感器的引腳，從而減少了對I/O口的需求。流程圖如圖8所示。

圖8 火焰報警流程圖

uchar hybj() //火焰報警

{

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 短消息發送流程

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

表1

4 結論

本系統是以STΜ32為控制核心可實現聲光報警、延時報警、環境參數濃度顯示等功能，并能夠設置報警參數的檢測系統。經過測試，系統運行穩定效果良好。系統的高度模塊化有利于功能擴展并應用到更為廣闊的其他環境中。

圖9 發送短消息流程圖