基于無線移動網絡控制的火災警報系統的設計與實現

鄧金海，劉立才

（安順學院 電子與信息工程學院，貴州 安順 561000）

0 引 言

近年來，隨著生活水平的提高，人們對所處環境安全愈發重視。而火災作為一種極其普遍卻又不得不重視的安全事故，對人們的生命及財產安全有著不可忽視的威脅，且因其誘發因素極多，如線路老化、家用電器過載、老化、煤氣泄漏等十分容易引發火災，造成人身安全威脅。一旦發生火災，危害極大，擁有及時快速的報警系統非常有必要。當下和安全監測相關的設計數不勝數，相比有線連接，無線連接檢測方式可以不受空間限制。本文設計了一款基于無線移動網絡控制的火災警報系統，將C52處理器與全球移動通信系統（Global System for Mobile Communications，GSM）無線功能相結合，采用傳感器進行檢測[1]。

1 總體方案設計及設計原理

1.1 系統組成結構

該系統由氣溫感應器即MQ-2感應器來全天候監測，可將室內的氣溫、可燃氣濃度展示于液晶顯示屏幕（Liquid Crystal Display，LCD）上，便于現場觀看。其突破空間距離限制，采取GSM無線移動模塊網絡，實現了遠程無線火災報警的功能[2,3]。系統主要由可燃氣體采集報警、溫度采集和GSM硬件模塊組成[4]。

可燃氣體采集報警模塊包括氣體感應器、模數轉換電路、警報裝置。當數據采集時，由氣體信號轉變成模擬電信號，再由模數轉換電路將非數字信號轉成數字信號并發送到芯片集中處理。如果高于設定閾值則系統發出聲光報警，并由GSM模塊發送警報短信到指定戶主手機。

溫度采集與報警模塊包括氣溫感應器、處理器控制電路、警報裝置。該元件將溫差信號采集，輸送到芯片處理，再與設定閾值相比較。當高于閾值時系統發出聲光警報，再經GSM模塊發送警報短信到指定戶主手機。

GSM模塊為本系統的重要配件，當發生火災時，可以實時通知戶主，以便立即處理。

本裝置由芯片STC89C52、GSM模塊、傳感器、LCD顯示以及滅火水泵組成，設計框架如圖1所示。

圖1 系統設計框架

1.2 系統工作原理

將源代碼下載到芯片內，元器件焊接調試完成。將SIM卡插入GSM模塊下方卡槽，給裝置接通電源，隨后裝置進行初始化。緊接著傳感器檢測部分開始作業，芯片處理器把采集數據與所設定閾值相比較。如果檢測出家中燃氣濃度過高，警報裝置工作，且由GSM模塊發送警報短信到指定戶主手機。當檢測出家中溫度過高，警報裝置工作，且經GSM模塊發送警報短信到指定戶主手機。

2 系統硬件設計

2.1 STC89C52單片機最小系統電路

本設計核心芯片選取自STC公司研發的一種損耗小、性能卓越的C52系列處理器。該芯片具備多個輸入輸出引腳，小巧精致，可在高低溫下正常使用，并且支持在Keil軟件中開發編譯，滿足本裝置對芯片的苛刻要求。

C52系列芯片內含計數、定時器，通過晶振、30 pF電容形成時鐘回路，為了精準的波特率，保證時鐘周期，讓源代碼正確運行，晶振的頻率選取11.0592 MHz。其復位回路中，R7電阻阻值為10 kΩ，電容EC4的電容值為10 μF。產生復位需要處理器的復位端口（第9引腳）保持3 μs左右的高電平，在處理器產生復位時，全部的輸入輸出腳都維持在高電平。處理器使用TTL電平，高電平范圍為2.4～5 V，低電平范圍為0～0.4 V。當單片機引腳作為輸出引腳時，高電平范圍約為5 V，低電平范圍約為0.2 V。當引腳作為輸入引腳時，高電平范圍在2～5 V，低電平在2 V以下。復位電路的作用是將系統恢復到初始狀態。單片機系統如圖2所示。

圖2 單片機系統電路

2.2 GSM模塊電路設計

本裝置選取芯訊通無線科技有限公司四頻工業級GSM 移動網絡通信模塊SIM800C，使用串口連通電路使之與芯片控制模塊相連，實現與芯片互通，信號交互從而達到遠程通信的效果[5]。GSM移動網絡的收發引腳與芯片的P3.0和P3.1引腳相接，GSM接口電路原理如圖3所示。

圖3 GSM接口電路

2.3 繼電器模塊電路設計

電磁繼電器是通過電生磁現象，達到吸合銜鐵從而使觸點斷開，觸點接通。本裝置中繼電器與單片機P2.4腳相接，且總處于工作狀態。只有當發生火災時，繼電器斷開，模擬切斷電源，從而防止水泵工作時造成觸電。繼電器電路原理如圖4所示。

圖4 繼電器模塊電路原理

2.4 顯示模塊電路設計

本裝置顯示選用LCD1602屏，該模塊的背光亮度可以調節，與處理器組合可較好地突顯出當前室內的溫度與煙霧濃度。LCD1602有16個引腳，其中D0～D7數據端口接到單片機P0口，3條控制線RS、RW、EN分別接單片機中的P2.5、P2.6、P2.7引腳。

2.5 蜂鳴器模塊電路設計

有源和無源是蜂鳴器的兩種普遍分法，前者施加恒定電壓便可使其發聲；而后者則需要對其施加一定頻率的修正波或正弦波才可發聲。本裝置選用第一種，將其與圖2處理器的P2.2引腳相接。當裝置報警時，此時P2.2輸出為0，蜂鳴器發聲。

3 系統程序設計

本裝置程序部分于Keil平臺使用編程語言C進行開發，整個程序分別由主代碼塊、顯示屏子代碼塊、中斷子代碼塊以及報警子代碼塊等組成。通電后，裝置初始化，GSM網絡初始化后傳感器開始采集數據，然后LCD顯示屏上會將采集到的數據顯示出來，分析數據用以判斷警報裝置的啟動與否[6]。當氣溫值或燃氣值超越所設值時，啟動警報，緊接著轉入主代碼塊循環。裝置可由戶主自行調節參數，使用按鍵調節溫度、氣體濃度的報警閾值。系統主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程

4 結 論

設計了一款以C52系列芯片、GSM模塊為主導的火災警報裝置，在一定程度上解決了傳統火災報警的不足，使用GSM網絡裝置將警報系統便捷化。該裝置準確性高、穩定性強、價格便宜、操作維護方便。