基于无线移动网络控制的火灾警报系统的设计与实现

2022-08-17邓金海刘立才

通信电源技术 2022年8期

邓金海，刘立才

（安顺学院电子与信息工程学院，贵州安顺 561000）

0 引言

近年来，随着生活水平的提高，人们对所处环境安全愈发重视。而火灾作为一种极其普遍却又不得不重视的安全事故，对人们的生命及财产安全有着不可忽视的威胁，且因其诱发因素极多，如线路老化、家用电器过载、老化、煤气泄漏等十分容易引发火灾，造成人身安全威胁。一旦发生火灾，危害极大，拥有及时快速的报警系统非常有必要。当下和安全监测相关的设计数不胜数，相比有线连接，无线连接检测方式可以不受空间限制。本文设计了一款基于无线移动网络控制的火灾警报系统，将C52处理器与全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）无线功能相结合，采用传感器进行检测[1]。

1 总体方案设计及设计原理

1.1 系统组成结构

该系统由气温感应器即MQ-2感应器来全天候监测，可将室内的气温、可燃气浓度展示于液晶显示屏幕（Liquid Crystal Display，LCD）上，便于现场观看。其突破空间距离限制，采取GSM无线移动模块网络，实现了远程无线火灾报警的功能[2,3]。系统主要由可燃气体采集报警、温度采集和GSM硬件模块组成[4]。

可燃气体采集报警模块包括气体感应器、模数转换电路、警报装置。当数据采集时，由气体信号转变成模拟电信号，再由模数转换电路将非数字信号转成数字信号并发送到芯片集中处理。如果高于设定阈值则系统发出声光报警，并由GSM模块发送警报短信到指定户主手机。

温度采集与报警模块包括气温感应器、处理器控制电路、警报装置。该元件将温差信号采集，输送到芯片处理，再与设定阈值相比较。当高于阈值时系统发出声光警报，再经GSM模块发送警报短信到指定户主手机。

GSM模块为本系统的重要配件，当发生火灾时，可以实时通知户主，以便立即处理。

本装置由芯片STC89C52、GSM模块、传感器、LCD显示以及灭火水泵组成，设计框架如图1所示。

图1 系统设计框架

1.2 系统工作原理

将源代码下载到芯片内，元器件焊接调试完成。将SIM卡插入GSM模块下方卡槽，给装置接通电源，随后装置进行初始化。紧接着传感器检测部分开始作业，芯片处理器把采集数据与所设定阈值相比较。如果检测出家中燃气浓度过高，警报装置工作，且由GSM模块发送警报短信到指定户主手机。当检测出家中温度过高，警报装置工作，且经GSM模块发送警报短信到指定户主手机。

2 系统硬件设计

2.1 STC89C52单片机最小系统电路

本设计核心芯片选取自STC公司研发的一种损耗小、性能卓越的C52系列处理器。该芯片具备多个输入输出引脚，小巧精致，可在高低温下正常使用，并且支持在Keil软件中开发编译，满足本装置对芯片的苛刻要求。

C52系列芯片内含计数、定时器，通过晶振、30 pF电容形成时钟回路，为了精准的波特率，保证时钟周期，让源代码正确运行，晶振的频率选取11.0592 MHz。其复位回路中，R7电阻阻值为10 kΩ，电容EC4的电容值为10 μF。产生复位需要处理器的复位端口（第9引脚）保持3 μs左右的高电平，在处理器产生复位时，全部的输入输出脚都维持在高电平。处理器使用TTL电平，高电平范围为2.4～5 V，低电平范围为0～0.4 V。当单片机引脚作为输出引脚时，高电平范围约为5 V，低电平范围约为0.2 V。当引脚作为输入引脚时，高电平范围在2～5 V，低电平在2 V以下。复位电路的作用是将系统恢复到初始状态。单片机系统如图2所示。

图2 单片机系统电路

2.2 GSM模块电路设计

本装置选取芯讯通无线科技有限公司四频工业级GSM 移动网络通信模块SIM800C，使用串口连通电路使之与芯片控制模块相连，实现与芯片互通，信号交互从而达到远程通信的效果[5]。GSM移动网络的收发引脚与芯片的P3.0和P3.1引脚相接，GSM接口电路原理如图3所示。

图3 GSM接口电路

2.3 继电器模块电路设计

电磁继电器是通过电生磁现象，达到吸合衔铁从而使触点断开，触点接通。本装置中继电器与单片机P2.4脚相接，且总处于工作状态。只有当发生火灾时，继电器断开，模拟切断电源，从而防止水泵工作时造成触电。继电器电路原理如图4所示。

图4 继电器模块电路原理

2.4 显示模块电路设计

本装置显示选用LCD1602屏，该模块的背光亮度可以调节，与处理器组合可较好地突显出当前室内的温度与烟雾浓度。LCD1602有16个引脚，其中D0～D7数据端口接到单片机P0口，3条控制线RS、RW、EN分别接单片机中的P2.5、P2.6、P2.7引脚。

2.5 蜂鸣器模块电路设计

有源和无源是蜂鸣器的两种普遍分法，前者施加恒定电压便可使其发声；而后者则需要对其施加一定频率的修正波或正弦波才可发声。本装置选用第一种，将其与图2处理器的P2.2引脚相接。当装置报警时，此时P2.2输出为0，蜂鸣器发声。

3 系统程序设计

本装置程序部分于Keil平台使用编程语言C进行开发，整个程序分别由主代码块、显示屏子代码块、中断子代码块以及报警子代码块等组成。通电后，装置初始化，GSM网络初始化后传感器开始采集数据，然后LCD显示屏上会将采集到的数据显示出来，分析数据用以判断警报装置的启动与否[6]。当气温值或燃气值超越所设值时，启动警报，紧接着转入主代码块循环。装置可由户主自行调节参数，使用按键调节温度、气体浓度的报警阈值。系统主程序流程如图5所示。