利用GSM通訊技術(shù)對(duì)燃?xì)鈭?bào)警器遠(yuǎn)程控制和信息交流

張懿之，李凱峰

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利用GSM通訊技術(shù)對(duì)燃?xì)鈭?bào)警器遠(yuǎn)程控制和信息交流

張懿之1，李凱峰2

（1.大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)，黑龍江 大慶 163316；2.大慶市測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司研發(fā)制造中心，黑龍江 大慶 163000）

利用GSM模塊通訊技術(shù)對(duì)燃?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報(bào)警裝置進(jìn)行智能控制和信息交流，能夠方便、快捷地通知人們?nèi)細(xì)庑孤╇U(xiǎn)情發(fā)生的時(shí)間和位置，使有關(guān)人員及時(shí)采取有效措施遏制險(xiǎn)情，把燃?xì)庑孤┪：υ谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)降到最小。這項(xiàng)應(yīng)用可以稱為燃?xì)庑孤﹫?bào)警雙保險(xiǎn)，即便在千里之外的人們也能夠在漏氣發(fā)生第一時(shí)間得到通知，從而使及時(shí)得到報(bào)警消息的現(xiàn)場(chǎng)和非現(xiàn)場(chǎng)人員，可以實(shí)現(xiàn)贏得搶險(xiǎn)的寶貴時(shí)間，有力地保障人們生命、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境安全。GSM模塊在報(bào)警器的應(yīng)用，具有智能控制，材料易購，量產(chǎn)容易，用途廣泛、實(shí)用等特點(diǎn)。此應(yīng)用不僅可用于家庭，而且對(duì)有毒有害可燃等氣體的泄漏檢測(cè)都有十分重要的作用，如果加以推廣，無論工業(yè)還是民用類危險(xiǎn)氣體的使用將會(huì)更安全、便利、可靠。

GSM模塊；智能控制；信息交流；傳感器

燃?xì)鈴V泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中，燃?xì)庑孤?dǎo)致的傷、殘、死案例更是觸目驚心。大家永遠(yuǎn)也不會(huì)忘記2015-08-12天津港爆炸事故，劇烈的爆炸和熊熊烈火，成了全民之殤。僅我們生活的小區(qū)，5年內(nèi)就發(fā)生了2起慘烈的燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿?。這些悲劇讓我們痛而思考，怎樣才能有效避免燃?xì)庑孤┮鸬闹卸?、爆炸和火?zāi)對(duì)財(cái)產(chǎn)、生命造成的危害？

值得我們思考的是，上述這些險(xiǎn)情未釀成悲劇時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)都有人員，他們?yōu)槭裁床粌H不能阻止災(zāi)難的發(fā)生，反而身受其害？顯然在險(xiǎn)情初現(xiàn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員大多因年老、病弱、幼小，或熟睡，或無法感知危險(xiǎn)的存在……尤其冬季密閉環(huán)境下，燃煤、木炭取暖、家用燃?xì)鉄崴魍馀挪涣嫉惹闆r，存在極大的漏洞和危險(xiǎn)因素，易產(chǎn)生嚴(yán)重危害，且漏氣環(huán)境中人員不易發(fā)覺，漏氣環(huán)境以外的人員更無法預(yù)知。因此需要一個(gè)智能遠(yuǎn)程設(shè)備，提醒現(xiàn)場(chǎng)和非現(xiàn)場(chǎng)人們更早、更及時(shí)、更有效地發(fā)現(xiàn)和處理燃?xì)庑孤苊夂蜏p少災(zāi)難的發(fā)生。

市場(chǎng)上現(xiàn)有的燃?xì)鈭?bào)警器已具有現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和漏氣鎖死功能，本項(xiàng)目不再研究。利用GSM模塊通訊技術(shù)和單片機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到燃?xì)鈭?bào)警器中，可以對(duì)燃?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報(bào)警裝置進(jìn)行智能控制和信息交流。本項(xiàng)目主要由GSM模塊、單片機(jī)和半導(dǎo)體式氣敏傳感器模塊組成。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本報(bào)警裝置由GSM模塊通信、單片機(jī)控制系統(tǒng)和燃?xì)鈧鞲衅飨到y(tǒng)構(gòu)成，它擁有一套智能完成檢測(cè)、聲光報(bào)警和短信通知報(bào)警的高級(jí)智能化報(bào)警系統(tǒng)。MQ-4傳感器具有良好的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和靈敏性。當(dāng)裝置檢測(cè)到有毒、有害、可燃等氣體泄露時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警，泄漏現(xiàn)場(chǎng)指示燈閃爍、蜂鳴器警報(bào)響起的同時(shí)，單片機(jī)控制GSM模塊持續(xù)向預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)碼發(fā)送燃?xì)庑孤秷?bào)警短信，通知燃?xì)庑孤段恢茫屜嚓P(guān)人員及時(shí)接收并采用安全可靠手段及時(shí)處理燃?xì)庑孤╇U(xiǎn)情。裝置整體框架如圖1所示。

圖1 裝置整體框圖

2 裝置硬件設(shè)計(jì)

報(bào)警裝置中GSM短信模塊電路、燃?xì)獠杉娐贰⒆儔罕容^電路和單片機(jī)主導(dǎo)電路是構(gòu)成該報(bào)警器的必需電路，它的主要核心是GSM模塊系統(tǒng)、燃?xì)鈧鞲衅飨到y(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)。GSM模塊在燃?xì)庑孤秷?bào)警裝置中的應(yīng)用，以52型單片機(jī)為控制核心，以燃?xì)釳Q-4傳感器為探測(cè)模塊，當(dāng)燃?xì)庠诳諝庵械臐舛瘸^設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器除發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)外，還會(huì)被觸發(fā)從而給指定手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信。

2.1 報(bào)警器電路

我們選用的MQ-4氣敏傳感器對(duì)有毒、有害、可燃等許多氣體都可以進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際運(yùn)用中，我們?cè)诒粶y(cè)范圍內(nèi)放入采集電路和信號(hào)放大電路，它的作用是測(cè)量是否有燃?xì)庑孤Ｈ細(xì)鈧鞲衅靼阉鸭降谋粶y(cè)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放整理，使處理的信號(hào)可供單片機(jī)識(shí)別。當(dāng)檢測(cè)到燃?xì)庑孤r(shí)，蜂鳴器工作，起到聲音報(bào)警的作用。同時(shí)，單片機(jī)控制GSM模塊持續(xù)向預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信，通知燃?xì)庑孤┪恢茫员慵皶r(shí)采取有效搶險(xiǎn)止漏措施。

2.1.1 MQ-4傳感器采集電路

本裝置中選用MQ-4燃?xì)鈧鞲衅髯鳛閳?bào)警裝置的測(cè)量元件。MQ-4傳感器靈敏度高，穩(wěn)定性好，在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，應(yīng)答快速，抗干擾能力強(qiáng)，不需要經(jīng)常清理和維修。

2.1.2 蜂鳴器工作電路

聲音報(bào)警裝置和單片機(jī)引腳P0.4連接，當(dāng)檢測(cè)到有害氣體產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)的P0.4腳置為高電平，此時(shí)雙極性晶體管控制蜂鳴器運(yùn)作發(fā)出聲音報(bào)警。

2.1.3 GSM短信模塊電路

GSM，是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡稱，是主要的蜂窩系統(tǒng)之一[1]。GSM網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和遠(yuǎn)距離通信的特點(diǎn)。SIM900A模塊具有高集成度、小容量的通信模塊，可實(shí)現(xiàn)呼叫和發(fā)短信功能，類似于手機(jī)，但相對(duì)于手機(jī)價(jià)格更低，因此被廣泛應(yīng)用。

2.1.4 按鍵調(diào)節(jié)電路

按鍵電路如圖2所示，按鍵K1連接串口P1.0，K2連接P1.1，K3連接P1.2，K4連接RST。單片機(jī)初始化先給I/O接口賦一高電平，當(dāng)任意一個(gè)按鍵閉合時(shí)，即相當(dāng)于該I/O接口通過按鍵與地相連，變成低電平，程序一旦檢測(cè)到I/O變?yōu)榈碗娖?，說明按鍵被按下，然后會(huì)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令。

注：K1為布防按鍵；K2為撤防按鍵；K3為臨時(shí)發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警信息；K4為單片機(jī)復(fù)位按鍵，使系統(tǒng)恢復(fù)原有狀態(tài)。

2.1.5 狀態(tài)指示燈電路

在報(bào)警器工作時(shí)，添加指示燈對(duì)有無燃?xì)庑孤┑臓顩r進(jìn)行顯示，效果更直觀。綠燈接引腳P2.0，黃燈接引腳P2.2，紅燈接引腳P2.5。單片機(jī)可以依照采集到環(huán)境燃?xì)鈿怏w的濃度信號(hào)，從而命令不同的發(fā)光二極管發(fā)光。當(dāng)被測(cè)范圍內(nèi)沒有檢測(cè)到氣體泄漏信號(hào)時(shí)，綠色發(fā)光二極管工作，從而告訴我們當(dāng)前測(cè)量范圍屬于正常；當(dāng)黃色發(fā)光二極管工作時(shí)，則告訴我們被測(cè)范圍內(nèi)有氣體泄漏信號(hào)，并由GSM模塊發(fā)送短信通知；當(dāng)紅燈亮起時(shí)蜂鳴器工作，警告人們要趕快去查看是否有燃?xì)庑孤?/p>

2.2 裝置中的控制元件——單片機(jī)

單片機(jī)在設(shè)計(jì)中起著決定性的作用，是該系統(tǒng)的心臟。一方面接收處理信號(hào)發(fā)送到微控制器的燃?xì)鈧鞲衅?，另一方面也控制其他?duì)應(yīng)部分電路，比如控制聲音報(bào)警和短信報(bào)警等。在完成一系列復(fù)雜信號(hào)的過程中，MCU的運(yùn)行速度不僅快速，而且準(zhǔn)確。芯片，我們選擇了AT89C52控制器，它性價(jià)比高，實(shí)用性強(qiáng)。屬于節(jié)能環(huán)保類，生活中的鋰電池可以為它提供動(dòng)力。它的存儲(chǔ)空間大，不受外界干擾，對(duì)靜電有抵抗能力，能夠抵抗大范圍的快速脈沖干擾，工作溫度范圍廣，有4路I/O控制端口。

3 軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)用C語言程序編譯成目標(biāo)文件，錄入單片機(jī)中，控制各個(gè)電路工作。探測(cè)出來的信號(hào)經(jīng)比較器處理后發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)軟件程序判斷之后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指示燈和蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)短信發(fā)送模塊向指定的號(hào)碼發(fā)送短信。

Keil可以完成從編寫到編譯的一系列開發(fā)過程，可以將C語言程序編譯成目標(biāo)文件，形成HEX文件[2]。系統(tǒng)測(cè)試可以將HEX文件下載到單片機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

主程序啟功，進(jìn)入工作狀態(tài)，要對(duì)漏氣傳感器進(jìn)行預(yù)熱，使其能夠正常工作。程序初始化后，按鍵操作使系統(tǒng)進(jìn)入布防狀態(tài)，傳感器進(jìn)入工作狀態(tài)，檢測(cè)周圍環(huán)境有無漏氣信號(hào)，如果檢測(cè)到漏氣信號(hào)則對(duì)檢測(cè)到的漏氣進(jìn)行變壓比較，變成單片機(jī)可識(shí)別的電信號(hào)，控制GSM模塊進(jìn)行短信報(bào)警。主程序內(nèi)有許多小的子程序，其中有初始化程序、控制程序、發(fā)光二極管控制程序、鍵位開關(guān)控制程序等[3]。

4 應(yīng)用

GSM模塊通訊技術(shù)對(duì)燃?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報(bào)警裝置進(jìn)行智能控制和信息交流的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾瓤扇夹詺怏w的使用，更安全可靠。利用GSM模塊通訊技術(shù)和單片機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)，以漏氣MQ-4傳感器為探測(cè)模塊，探測(cè)出可燃?xì)怏w的環(huán)境濃度，經(jīng)運(yùn)放等處理后發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)軟件程序判斷之后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指示燈燈和蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)驅(qū)動(dòng)短信發(fā)送模塊向指定的號(hào)碼發(fā)送短信。該產(chǎn)品最大的特點(diǎn)就是將短息發(fā)送模塊與單片機(jī)連接到一起，既可在現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，還可通知在千里之外的人知曉這一信息，讓人們能夠放心出行。本報(bào)警裝置節(jié)約人工成本，生產(chǎn)費(fèi)用低，實(shí)用性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用在家庭和存放易燃易爆氣體的場(chǎng)所。

［1］劉勇.基于單片機(jī)和GSM的火災(zāi)報(bào)警器設(shè)計(jì)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（1）.

［2］于智洋.淺析智能建筑中燃?xì)庑孤┳詣?dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.江漢石油，2008（2）.

［3］程曉舫，王瑞芳.燃?xì)庑孤┨綔y(cè)的原理和方法［J］.中國安全科學(xué)報(bào)，1994（9）.

2095－6835（2019）03－0124－02

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.124

張懿之（2001—），女，黑龍江人。李凱峰（1968—），男，黑龍江人，本科，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，主要從事電子信息技術(shù)專業(yè)研發(fā)工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕