基于無線通信的燃?xì)鈭?bào)警器的設(shè)計(jì)

單正婭

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121）

燃?xì)馐侨藗兗彝ケ貍涞娜剂?，由于某些原因，燃?xì)饪赡軙?huì)發(fā)生泄漏，其中的有毒氣體會(huì)使人中毒甚至窒息而亡，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，當(dāng)燃?xì)庠诳諝庵械暮窟_(dá)到2%～10%時(shí)，若遇到明火或火花還會(huì)引起爆炸，因此，實(shí)現(xiàn)燃?xì)庑孤┑淖詣?dòng)監(jiān)控、報(bào)警與處理便成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能家居發(fā)展的重要目標(biāo)[1]。圍繞上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于GSM的燃?xì)鈭?bào)警器，它采用MQ-2傳感器模塊采集氣體濃度信號(hào)，當(dāng)濃度大于設(shè)置的報(bào)警濃度時(shí)，輸出低電平給STC89C52RC單片機(jī)，控制電磁閥關(guān)閉，同時(shí)利用SIM900A模塊發(fā)送報(bào)警短信至指定的手機(jī)號(hào)碼，從而實(shí)時(shí)、可靠、自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獗O(jiān)控及報(bào)警[2]。

1 系統(tǒng)組成

燃?xì)獗O(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的硬件主要有濃度檢測、主控模塊、應(yīng)急處理模塊、電源模塊和GSM報(bào)警模塊5大部分，如圖1所示。濃度檢測模塊主要由半導(dǎo)體氣體傳感器組成，它是整個(gè)系統(tǒng)中關(guān)鍵的元件；主控模塊由單片機(jī)及其相關(guān)軟件組成，由程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行控制以及信息的處理；應(yīng)急處理模塊主要是發(fā)生泄露后及時(shí)關(guān)閉閥門和打開排風(fēng)扇；GSM報(bào)警模塊將報(bào)警信息以短信的方式發(fā)送到手機(jī)上。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 燃?xì)鈾z測模塊

本文選用電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器MQ-2來檢測泄漏燃?xì)?。MQ-2經(jīng)過敏感元件把氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化，并與電阻R3組成分壓電路，從傳感器4腳輸出隨煙霧濃度變化的直流信號(hào)，加到比較器的2腳?？烧{(diào)電阻R1構(gòu)成比較器的門檻電壓，當(dāng)煙霧濃度較高輸出電壓高于門檻電壓時(shí)，比較器LM393輸出高電平；反之，轉(zhuǎn)輸出低電平。圖2給出了燃?xì)鈾z測電路圖。

2.2 主控模塊

主控模塊采用STC89C52RC單片機(jī)，該單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。依據(jù)單片機(jī)的引腳特性，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，燃?xì)鈧鞲衅餍盘?hào)從P3.2輸入，作為單片機(jī)的中斷觸發(fā)信號(hào)，下降沿方式，應(yīng)急處理模塊驅(qū)動(dòng)信號(hào)從P1.0輸出，GSM報(bào)警模塊采用串行通信方式。

圖2 燃?xì)鈾z測電路圖

2.3 GSM模塊

GSM模塊采用SIMCOM公司的SIM900A，該模塊是該公司推出的一款緊湊型產(chǎn)品，完全采用SMT封裝形式，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高。SIM900A采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為900 MHz/1 800 MHz，內(nèi)嵌 TCP/IP協(xié)議，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、短信（SMS）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。SIM900A模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、電源模塊、存儲(chǔ)器、天線接口和其他接口6部分組成，如圖3所示。

圖3 通信模塊功能框圖

2.4 SIM卡接口

圖4給出了SIM接口電路。圖4中串在I/O口線中的20 Ω電阻用于匹配SIM900A模塊和SIM卡之間的阻抗。SMF05C用于保護(hù)SIM卡免受靜電放電或閉鎖等其他電壓引起的瞬態(tài)事件造成的損害。

圖4 SIM卡接口電路

2.5 應(yīng)急模塊

應(yīng)急模塊由電磁閥和光耦等組成，電路如圖5所示。當(dāng)輸入為高電平時(shí)光耦導(dǎo)通，后一級(jí)CE導(dǎo)通，從而使三極管導(dǎo)通。由于繼電器就是一個(gè)線圈加上一個(gè)開關(guān)，當(dāng)線圈有電流流過的時(shí)候，產(chǎn)生磁性，然后將開關(guān)吸和，同時(shí)對應(yīng)的狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮。反之，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，光耦未導(dǎo)通，后一級(jí)CE截止，這時(shí)三級(jí)管基極被下拉電阻拉為低電平，為“截止”狀態(tài)，繼電器不動(dòng)作。因此，當(dāng)采集到的實(shí)際燃?xì)鉂舛却笥谙到y(tǒng)設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)的P1.0口發(fā)出的高電平信號(hào)使線圈得電，開關(guān)關(guān)閉，切斷電磁閥中的氣體輸出。

圖5 應(yīng)急模塊電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖6所示。系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，然后MQ-2傳感器模塊采集氣體濃度信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大電路，當(dāng)濃度大于設(shè)置的報(bào)警濃度時(shí)，經(jīng)過LM393雙電壓比較器輸出低電平給STC89C52RC單片機(jī)，最后，當(dāng)單片機(jī)檢測到有報(bào)警信號(hào)時(shí)，進(jìn)行延時(shí)確認(rèn)，排除干擾，當(dāng)確定是真正的報(bào)警信號(hào)時(shí)，關(guān)閉電磁閥的同時(shí)通過數(shù)據(jù)的發(fā)送驅(qū)動(dòng)GSM模塊對指定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信。

圖6 主程序流程圖

3.2 GSM報(bào)警程序

假定13511658875為指定號(hào)碼，利用AT+CMGS指令實(shí)現(xiàn)英文報(bào)警短信的發(fā)送。首先設(shè)置為“GSM”字符集（AT+CSCS=“GSM”）或文本模式（AT+CMGF=1）；再發(fā)送接收的手機(jī)號(hào)碼 AT+CMGS=“13511658875”，等待模塊應(yīng)答返回＞；然后輸入需要發(fā)送的內(nèi)容 GSM TEST；最后以十六進(jìn)制（HEX）格式單獨(dú)發(fā)送 1A（即 0X1A）。

本文以STC89C52RC單片機(jī)作為燃?xì)鈭?bào)警器的控制器，當(dāng)探測到燃?xì)鉂舛瘸瑯?biāo)時(shí)，關(guān)閉電磁閥，并通過SIM900A模塊報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通信報(bào)警，打破了報(bào)警地域的限制[4]。該系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)在智能家居方面的一個(gè)典型應(yīng)用，在實(shí)際運(yùn)行中得到了比較滿意的效果。

[1]王湘云，董大波，吳南健，等.基于短距離無線/有線通信的燃?xì)獗O(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2013，39（7）：83-85.

[2]翟順，王衛(wèi)紅，張珩，等.基于 SIM900A的物聯(lián)網(wǎng)短信報(bào)警系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012（5）：86-89.

[3]浦敏，李云飛，王宜懷.基于物聯(lián)網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2011，21（2）：86-89.

[4]禹璽，董蘊(yùn)華.基于電話網(wǎng)絡(luò)的智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（9）：3-5.