基于HOTEK MCU室内安防远程报警系统设计

陈帅华，许艳英，包宋建

(1.重庆科创职业学院机电工程学院，重庆 永川 402160;2.重庆文理学院电子电气学院，重庆 永川 402160)

随着人民生活水平日益提高，人们对生活质量提出了更高的要求.由于一些家庭疏忽大意，会出现一些火灾或煤气泄露等险情，给家庭和社会带来巨大的损失，因此迫切需要利用智能化的技术手段，为家庭提供一个安全舒适的生活环境.本设计适用范围广，可用于家居、仓库等室内环境的实时检测、控制与远程报警.其创新点在于集室内环境检测、智能控制与利用GSM网络远程报警为一体，借助可靠、成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息实现远程报警和监控.

1 工作原理

本设计的前端主要有温度传感器、烟感传感器或煤气泄漏传感器、热释电红外线传感器，将采集到的报警信号传送给HT46单片机［1］，单片机负责接收、处理感应器信号，并判定是否有险情发生.通过不断对各种传感器进行巡检，当检测到高电平，系统控制GSM网络模块实现短消息报警，将报警信息通过GSM服务网络发送到预先设定的用户手机上，同时根据需要启动声光报警器发出相应的警报信号，并对通风系统和室内电源总开关实施智能控制.对已实现联网的小区，还会给联网中心的小区管理中心机发送报警信息.

该设计主要包含四大部分:第一，利用键盘实现人机交换界面，由键盘输入手机号码，用LCD显示，并存储在 AT24C02中;第二，利用DS18B20温度传感器进行室内温度的检测，用LCD显示当前温度值;第三，利用MQ2、MQ5、热释电红外线传感器对室内气体、烟雾浓度及安全进行实时检测以及对通风系统和门窗进行相应的智能控制和对室内电源、煤源总开关实施智能控制;第四，利用通信TC35I模块通过GSM网络进行远程报警.其系统的结构框图如图1所示.

图1 系统总的电路框图

2 硬件设计

2.1 系统总的设计

该室内安防报警系统主要有HT46单片机、TC35I通信模块、键盘输入模块、LCD液晶显示屏、MQ2和MQ5传感器、DS18B20温度传感器、热释电红外线传感器 D203S、声光报警器和AT24C02存储器等，其HT46RU232单片机各端口分配如图2所示.

图2 单片机各端口分配

系统中HT46单片机起核心控制作用，利用DS18B20温度传感器［2］进行室内温度的检测，通过单片机控制LCD显示当前温度值.当MQ2、MQ5可燃性气体传感器检测到有烟雾或者可燃性气体的时候，会给单片机输入相应的信号，当单片机采集到有险情信号发生时，会判断为不同的情况后对通风系统及门窗进行相应的智能控制，然后利用通信TC35I模块通过GSM网络对预先设定的用户手机发送短信进行远程报警.当有物体靠近大门的时候，单片机会利用安装在门口的热释电红外线传感器D203S进行声光报警和远程报警，以实现防盗功能.下面以分模块阐述设计方法.

2.1.1 人机交换界面设计

键盘输入电路主要是用来输入数据，从而实现人机交互.该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘.该矩阵扫描键盘由行线和列线组成，键盘的行线作为键盘的控制输出端，键盘的列线作为键盘的输入端.键盘的列线通过上拉电路将两个管脚拉高，这样在没有按键按下的情况下，这两个管脚的电平为高电平，如果有按键按下，则相应的列线管脚为低电平，从而触发中断进入中断服务程序，进而获得输入的数据.液晶显示采用的是1602显示模块.由键盘输入手机号码，用LCD显示，并存储在AT24C02中.系统设计键盘一次性最多输入3个手机号码，而最终在LCD显示的是最后一个号码.当复位后可重设或修改电话号码.当检测系统或短信报警时，3个手机号码均能收到相应的短信.

2.1.2 温度采集及显示电路设计

使用DS18B20时往往采用单片机的I/O端口实现与该器件的通信，这种方法虽然比较容易和方便，但是，因为DS18B20的一线式串行总线对时序要求比较严格，因此，为了保证与DS18B20的通信可靠性，微处理器与DS18B20通信时需要采用关闭中断的办法，以防止操作时序被中断服务破坏.通电后，LCD上时实显示室内温度值，也可通过键盘设置温度值.DS18B20电路如图3所示.

图3 温度传感器电路

2.1.3 防火、防盗、防煤气泄露电路设计

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2).当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大.使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号.MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想.这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器.基本测试回路如图4所示.

图4 MQ-2测试电路

燃气安全设备是安全使用城市燃气的最后一道保护，燃气泄漏报警器通过MQ-5煤气泄漏传感器探测周围环境中的低浓度煤气，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路.当煤气浓度超过控制器或控制电路中的设定值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作.热释电红外线传感器D203S是利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，人流量检测系统的检测电路需要两个人体检测传感器，无人经过时输出高电平，当有人进入有效区域时，低电平输出，人离开后再恢复高电平输出.传感器电路图设计如图5所示.

图5 MQ-2、MQ-5传感器放大电路

2.1.4 通信系统设计

TC35i新版西门子工业GSM模块［3］是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3 ～4.8 V ，电流消耗在休眠状态时为3.5mA，空闲状态时为25mA，发射状态时为300mA(平均)，2.5 A为其峰值.可传输语音和数据信号，EGSM900(4类)和GSM1800(1类)功耗分别为2 W和1 W，通过接口连接器和天线连接器分别连接 SIM卡读卡器和天线.SIM电压为3 V/1.8 V，TC35i的数据接口(CMOS 电平)通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为0.3～115 kb/s，自动波特率为1.2～115 kb/s.它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service，短消息)，可通过 AT 命令［4］或 关 断 信号实现重启和故障恢复.其硬件电路图如图6所示.

2.2 其它硬件电路设计

采用1602LCD液晶显示屏和4×4矩阵式键盘实现人机交换界面设计.1602LCD液晶显示屏显示所检测的温度值和预存的手机号码.为了实现对预设电话号码的存储、报警信息的记录以及对中英文字符的字模点阵的存储，本设计采用了能够保证断电数据不丢失的片外存储器AT24C02.同时采用了防火、防盗、防煤气泄露等传感器，设计中选择精度高、稳定性好、抗干扰能力强的传感器，提高安防系统的稳定性.

3 软件设计

系统的软件设计采用单片机的C语言编写［5］，软件部分重点在于对传感器信号的检测和对TC35i短信模块的控制.系统检测传感器开关量中断程序流程图如图7所示.系统首先对单片机中断和TC35i短信模块初始化，HT46单片机不断对其余传感器接口电路的I/O口循环进行检测.当检测到有传感器的开关量为1(高电平)时，则说明需要报警，开关中断进入中断处理子函数，中断处理子函数完成对相应防火、防燃气泄漏等事件的短信息发送，同时启动声光报警器.利用单片机通过串口通信向TC35i GSM模块发送一系列AT指令，就能实现基于GSM的短信息SMS的收发、查寻和管理.

图6 TC35I通信模块电路图

图7 中断子程序流程图

4 结语

本文介绍了一种基于单片机技术的室内险情远程短信报警及应急处理系统.在整机测试中，将所有模块连接在规定的环境中测试一切正常，实现了对室内温度的检测与显示和对烟雾和危险气体的报警以及对通风系统进行相应的智能控制，实现了利用通信TC35I模块通过GSM网络进行远程报警和防盗等功能.

［1］钟启仁.HT46xx微控制器理论与实务宝典［M］.北京:全华科技图书股份有限公司，2010.

［2］刘宏，赵明友.智能预控预警系统设计［J］.重庆文理学院学报:自然科学版，2008，27(6):31-34.

［3］程龙兴，胡协和.基于短消息的远程数据采集系统［J］.长春理工大学学报，2005(5):120-123.

［4］冯伟.煤矿地面监控系统中基于GSM-SMS的数据传输［J］.煤矿科学技术，2007(3):87-89.

［5］张鹏.HOLTEK HT46系统单片机C语言实例教程［M］.北京:北京邮电大学出版社，2009.