基于單片機(jī)和GSM模塊的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳之酉

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)工業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 蘇州 215123;2.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州工業(yè)園區(qū)分院,江蘇 蘇州 215123)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步,許多智能化產(chǎn)品早已運(yùn)用在實(shí)際生活中,然而許多人對(duì)消防安全還不夠重視,面臨火災(zāi)時(shí)會(huì)驚慌而不知所措,災(zāi)情信息不能及時(shí)傳遞。雖然大型消防系統(tǒng)已運(yùn)用在各類(lèi)公共場(chǎng)所,但此類(lèi)大型系統(tǒng)投入成本高、后期維護(hù)煩瑣,許多居民樓并沒(méi)有消防安全措施。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)沒(méi)有及時(shí)斷開(kāi)電源,用電設(shè)備繼續(xù)帶電運(yùn)轉(zhuǎn),這樣可能發(fā)生漏電或者用電器爆炸等二次傷害,并且未及時(shí)斷電可能引起線(xiàn)路短路而導(dǎo)致火情的蔓延。在此背景下,筆者研究設(shè)計(jì)了一款價(jià)格便宜的適用于家庭和居民樓的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),在火災(zāi)發(fā)生時(shí),該系統(tǒng)能及時(shí)通知業(yè)主發(fā)生火災(zāi)的具體位置并且能智能切斷家里的用電設(shè)備,避免發(fā)生因漏電或者用電器爆炸等引發(fā)的事故,減少人身傷害及財(cái)產(chǎn)損失[1]。

1 現(xiàn)有火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)及其缺陷

目前,市場(chǎng)上的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),主要有以下3種:

(1)火災(zāi)發(fā)生時(shí),通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)將傳感器的信號(hào)傳給繼電器,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警。

(2)通過(guò)傳感器檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生后,馬上啟動(dòng)聲音報(bào)警器和報(bào)警燈進(jìn)行報(bào)警。

(3)通過(guò)報(bào)警器探測(cè)到火災(zāi)時(shí),報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),同時(shí)向報(bào)警主機(jī)發(fā)出無(wú)線(xiàn)報(bào)警信號(hào);報(bào)警主機(jī)通過(guò)自身的集成控制電板中的GSM通信模塊,將報(bào)警信息發(fā)送給用戶(hù),告知用戶(hù)發(fā)生火情。

綜上所述,我國(guó)在火災(zāi)報(bào)警等方面已有很多研究,但都存在一些缺陷,如許多報(bào)警設(shè)備有短信報(bào)警功能但不能及時(shí)斷電且不具備遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控功能;有的報(bào)警設(shè)備可以斷電保護(hù)電控設(shè)備但不能遠(yuǎn)程通知用戶(hù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控,沒(méi)有后備電切換實(shí)現(xiàn)斷電后繼續(xù)報(bào)警;報(bào)警設(shè)備不能明確告知火災(zāi)發(fā)生的具體位置;報(bào)警設(shè)備價(jià)格均較昂貴、后期維修成本大,不適用于家庭[2]。

2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)上述缺陷,這就要求火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),既能第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息通知用戶(hù),可以通過(guò)監(jiān)控觀測(cè)火情,制定最有效的滅火救援方案,又能夠很好地解決火災(zāi)發(fā)生后,因室內(nèi)用電設(shè)備繼續(xù)帶電運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)生漏電或者用電器爆炸等造成人員觸電或炸傷的問(wèn)題,或引起線(xiàn)路短路而導(dǎo)致火情蔓延的問(wèn)題[3]。

2.1 功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要運(yùn)用在居民樓、住宅等生活場(chǎng)所,采用模塊化的設(shè)計(jì)與連接,通過(guò)單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)與GSM模塊的通信功能,完成數(shù)據(jù)傳送。遇到火災(zāi)時(shí),傳感器檢測(cè)到有火情,第一時(shí)間切斷電源,并通過(guò)報(bào)警傳感器的位置,判斷出火災(zāi)發(fā)生的具體位置(廚房、客廳、臥室等地方),將帶有火災(zāi)具體位置的信息發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)里;用戶(hù)可以通過(guò)云攝像頭與用戶(hù)手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,來(lái)了解具體情況。這樣不僅可以大大減少不必要的人員傷害及財(cái)物損害,還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng),針對(duì)實(shí)際情況制定最合理的滅火救援方案。為了保證能夠在火災(zāi)發(fā)生斷電后依舊可以發(fā)送報(bào)警信息,本研究增加了蓄電池模塊,在斷電后由蓄電池供電,保證報(bào)警的有效性,在不工作情況下蓄電池處于充電狀態(tài)[4]。

2.2 設(shè)計(jì)過(guò)程

研究設(shè)計(jì)方案可以實(shí)現(xiàn)以下功能,并繪制出方案設(shè)計(jì)圖,如圖1所示。

圖1 方案設(shè)計(jì)

(1)在發(fā)生火災(zāi)時(shí),通過(guò)煙霧傳感器檢測(cè)火情。

(2)煙霧傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)傳送給單片機(jī),單片機(jī)輸出給電磁繼電器和GSM短信模塊,實(shí)現(xiàn)切斷電源,并通過(guò)具體報(bào)警煙感的位置,將帶有家中具體發(fā)生火情位置的報(bào)警信息發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)。

(3)煙感報(bào)警后,攝像頭進(jìn)行工作,用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。

根據(jù)功能要求設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊接線(xiàn)圖。根據(jù)單片機(jī)模塊接線(xiàn)圖研究實(shí)物的安裝與連接。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,調(diào)整相關(guān)元器件的位置,實(shí)現(xiàn)功能要求[5]。

2.3 單片機(jī)模塊接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊接線(xiàn)圖時(shí),先對(duì)單片機(jī)管腳進(jìn)行分配,I/O分配表,如表1所示(以?xún)蓚€(gè)煙感為例,可以根據(jù)實(shí)際情況增加)。然后,根據(jù)功能要求及I/O分配表設(shè)計(jì)出單片機(jī)模塊接線(xiàn)圖,如圖2所示。

圖2 單片機(jī)模塊接線(xiàn)

表1 I/O分配

3 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的操作說(shuō)明

(1)先插上電源插頭,系統(tǒng)進(jìn)入待啟動(dòng)狀態(tài),鋰電池進(jìn)入充電狀態(tài)。

(2)按下電源按鈕,系統(tǒng)運(yùn)行,GSM模塊燈頻閃,并進(jìn)入檢測(cè)SIM卡信號(hào)狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)成功,系統(tǒng)此時(shí)處于監(jiān)視狀態(tài),若此時(shí)傳感器檢測(cè)到有煙霧,系統(tǒng)將報(bào)警,發(fā)送短信,并且控制繼電器動(dòng)作切斷電源,供電攝像頭開(kāi)始工作,用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。報(bào)警系統(tǒng)由后備電源鋰電池繼續(xù)供電,保證報(bào)警信號(hào)的發(fā)送。

(3)當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警后,需要按下復(fù)位按鈕,系統(tǒng)才能恢復(fù)監(jiān)視狀態(tài),繼續(xù)監(jiān)測(cè)。

(4)本研究可以手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),若按下測(cè)試按鈕,系統(tǒng)將模擬火災(zāi)情況,發(fā)送短信,并且繼電器動(dòng)作切斷電源,用以檢測(cè)系統(tǒng)的工作是否正常。設(shè)備需要定期測(cè)試,防止系統(tǒng)損壞失效,發(fā)生火災(zāi)時(shí)不能起報(bào)警作用[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、易操作、成本低廉、適合批量化生產(chǎn),可以在居民樓、住宅使用,具有很大的實(shí)用性。本文所研究的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠有效解決現(xiàn)有設(shè)備存在的缺陷,在發(fā)生火災(zāi)后發(fā)出報(bào)警信息通知用戶(hù),明確告知發(fā)生火災(zāi)的具體位置,并可以實(shí)時(shí)監(jiān)控火情,制定最有效的滅火救援方案,可以在火災(zāi)后將電路切斷,解決火災(zāi)發(fā)生后,室內(nèi)用電設(shè)備繼續(xù)帶電運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)生漏電、用電器爆炸或者引起線(xiàn)路短路而導(dǎo)致火情蔓延的問(wèn)題。在不發(fā)生火災(zāi)時(shí)攝像頭不工作,可以有效地保護(hù)用戶(hù)的隱私。此外,為了保證在火災(zāi)發(fā)生斷電后依舊可以發(fā)送報(bào)警信息,本系統(tǒng)增加了蓄電池模塊,在斷電后由蓄電池向報(bào)警系統(tǒng)單獨(dú)供電,避免出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)不能及時(shí)發(fā)出的情況。