智能倉庫安防報警系統(tǒng)設計

張國武，丁閃峰

（1.西安鐵路信號有限責任公司，西安 710048；2.中國鐵路蘭州局集團有限公司工程質(zhì)量監(jiān)督站，蘭州 730000）

1 概述

隨著當今社會的飛速發(fā)展，人們生活水平的提高，人們?nèi)粘Ｉ钪行枰母鞣N需求品也越來越多，倉庫中囤積的物資也增多，倉庫管理對先進倉庫安防系統(tǒng)的需求日益增加。倉庫物資類型多樣，部分具有易燃、易爆、易腐蝕，有毒等特點，儲存危險較大。因此，先進的倉庫安防管理系統(tǒng)，可以輔助管理人員發(fā)現(xiàn)、分析、提示和消除倉庫安防管理過程中的各種安全隱患，保護倉庫中的人、財、物避免遭受不必要的損失，并在一定條件下取得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。實現(xiàn)倉庫安防的科學化和現(xiàn)代化，提升倉庫安防系統(tǒng)的整體水平，是倉庫管理工作中的一項重要工作。倉庫在囤積物資時經(jīng)常出現(xiàn)火災、偷盜等問題，這種事故頻頻發(fā)生，而且傳統(tǒng)的管理倉庫的方法已經(jīng)不能適應當今的社會，因此整合出一個簡單實用易操作的智能倉庫安防報警系統(tǒng)具有重要意義。

2 模型建立

一個智能倉庫安防報警系統(tǒng)，主要功能有防火報警、防盜報警，溫濕度控制等，系統(tǒng)選用MQ-2煙霧傳感器，選用DHT11 傳感器對溫濕度檢測，選用HC-SR501 為人體紅外傳感器。當倉庫中沒人時，打開人體紅外感應模塊電路，當有人進入其感應范圍內(nèi)時，其就會把信息傳給中心控制模塊，控制模塊會觸發(fā)報警裝置進行報警；選用的中心控制模塊是STC89C52RC 單片機，使用兩個51 單片機，一個單片機連接各種感應控制模塊，另一個單片機起控制作用；通信報警使用的是GSM 通信模塊，若出現(xiàn)失火，盜賊進入等情況，單片機就會觸發(fā)GSM 模塊發(fā)短信給管理人員的手機進行預警，系統(tǒng)還加入藍牙模塊，管理人員可以通過藍牙用手機對某些功能進行管理，提高倉庫安防能力。

3 硬件電路模塊設計

系統(tǒng)中的硬件電路系統(tǒng)部分，主要介紹分析各種感應控制模塊的選型、工作原理及線路的連接。系統(tǒng)中主要包含單片機最小系統(tǒng)部分、防盜模塊部分，煙霧傳感器模塊電路部分，溫濕度傳感器模塊電路部分，藍牙模塊電路部分，GSM 模塊電路部分，USB 插口部分及電源模塊部分。

3.1 單片機最小系統(tǒng)電路

3.1.1 單片機選型

系統(tǒng)選用STC89C52RC 單片機作為主控芯片，根據(jù)功能編寫程序從而實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的功能，系統(tǒng)通過程序控制所需要的那些功能。

3.1.2 單片機最小系統(tǒng)

如 圖1 所 示，P1.1 ～P1.6 引 腳 連 接 的 是L298N 電機驅(qū)動模塊電路，引腳RST 連接系統(tǒng)復位。復位電路由按鍵，一個電解電容和電阻組成，接收數(shù)據(jù)（RXD）和發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）引腳連接藍牙模塊及GSM 模塊，藍牙模塊通過手機藍牙控制系統(tǒng)中各模塊的功能，所以說RXD 和TXD 連接了系統(tǒng)中的兩個通信模塊。接地線（GND）接地供電電壓（VCC）接電源，P2.2 引腳連接的是人體紅外傳感器模塊電路，P2.1 連接的是溫濕度傳感器模塊電路，P2.0 引腳連接的是煙霧傳感器模塊電路，XTAL1.XTAL2 引腳連接晶振電路，晶振電路由兩個電容和兩個晶振接地組成，電容參數(shù)為22 pF，晶振參數(shù)為11.059 2 MHz，電解電容參數(shù)為10 μF,電阻參數(shù)為10 kΩ。

圖1 單片機最小系統(tǒng)Fig.1 The minimum system of SCM

3.2 防盜電路

系統(tǒng)的防盜模塊電路系統(tǒng)利用一個人體紅外傳感器來感應人體，如圖1 所示，可知HC-SR501 除過接電源和接地之外就接在單片機的P2.2 串口上，這種傳感器為自動控制模塊，只要有人進入其感應范圍內(nèi)就輸出高電平，當人不在其感應范圍內(nèi)，傳感器就輸出低電平。

3.3 煙霧傳感器電路

如圖2 所示，系統(tǒng)選用SQ-2 型煙霧傳感器，SQ-2 型煙霧傳感器直接和單片機通過串口連接，煙霧傳感器的引腳連接在單片機的P2.0 引腳上，當發(fā)生火災時該傳感器能迅速檢測到火災所產(chǎn)生煙霧。當報警器正常工作時電流電壓都是不變的，當發(fā)生火災時，與單片機相連的引腳就會輸出一個低電平，因此，當單片機P2.0 引腳接收到低電平時就會進行火災報警，同時還會觸發(fā)滅火裝置，并發(fā)送報警指令給倉庫管理人員。

圖2 煙霧傳感器電路系統(tǒng)Fig.2 Circuit system of smoke sensor

3.4 溫濕度傳感器電路

系統(tǒng)選用DHT11 溫濕度傳感器，如圖3 所示，溫濕度感應模塊連接在單片機的P2.1 引腳上。傳感器的初始值是在實驗室通過多次不斷的實驗得到的，經(jīng)過各種運算后存儲在動態(tài)口令（OTP）中，然后在程序處理時將這些數(shù)據(jù)提取出來和實時測量數(shù)據(jù)相比較。模塊是一種采用單線制串行接口的數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，這種系統(tǒng)較為簡單，在生產(chǎn)生活中更易使用，體積較小，易于安裝，并且能量損耗較小。

圖3 溫濕度傳感器模塊電路Fig.3 Circuit of temperature and humidity sensor module

3.5 藍牙電路

如圖4 所示，藍牙模塊電路直接與單片機的RXD 和TXD 引腳相連，藍牙和單片機通信是通過這兩個引腳進行。當藍牙處于懸空默認狀態(tài)，其輸出低電平，當有手機為其發(fā)送控制指令時，輸出高電平。

圖4 藍牙模塊電路Fig.4 Circuit of bluetooth module

3.6 GSM模塊電路

系統(tǒng)中的GSM 電路的功能起到一個短信報警的功能，GSM 模塊跟單片機通信采用的是串口方式，串口參數(shù)為波特率9 600，8 位數(shù)據(jù)，1 位停止位。串口通信方式跟單片機連接的串口1 連接，由于單片機89C52 的硬件串口只有1 個串口，因而用該接口跟GSM 模塊通信。由于GSM 模塊的串口參數(shù)是固定的，所以單片機要對串口進行參數(shù)的配置，才可以正常接收和發(fā)送串口數(shù)據(jù)。單片機的接收引腳要對應模塊的發(fā)射引腳，而單片機的發(fā)送引腳要對應模塊的接收引腳。兩者之間的通信數(shù)據(jù)采用AT指令。AT 指令是以AT 這兩個字符為開始，后帶通信設備之間的協(xié)議，最后以字符結(jié)束。采用電路如圖5 所示。

圖5 GSM電路Fig.5 GSM circuit

如圖5 所示，GSM 模塊除接電源接地之外，就是與單片機的RXD 和TXD 引腳相連接，簡單方便。

3.7 USB電路

系統(tǒng)的USB 電路如圖6 所示。GND 端口表示接地，VCC 端口與一個I/O 口相連接，D+端口接1 個1.5 kΩ 電阻后再接3.3 V 電源電壓，其中電阻R4的作用主要是保護電路，使電路能有一個恒定的電流通過。USB 電路中最主要的一個模塊就是D+和D-，D+和D-主要負責與外界信息的交換與傳輸。當外界有信息輸入時，信息通過USB 模塊輸入到系統(tǒng)中，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換，變成系統(tǒng)可識別的指令，實現(xiàn)信息的輸入；當系統(tǒng)中有信息需要輸出時，信息先經(jīng)過轉(zhuǎn)換然后通過USB 模塊傳輸?shù)酵饨?，由此USB 電路可實現(xiàn)信息的交換與數(shù)據(jù)的傳輸。

圖6 USB電路Fig.6 USB circuit

3.8 電源模塊電路

系統(tǒng)的電源模塊電路如圖7 所示。電源模塊中先接入一個500 mA 的保險絲來保護整個系統(tǒng)，當系統(tǒng)中出現(xiàn)過大的電壓時，保險絲立刻熔斷，整個系統(tǒng)斷電，以達到保護電路的目的。電路中有1 個10 μF 的電容，電容的主要作用就是儲存電能，這樣可以給系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的電壓。電源電路中最核心的部分就是AMS1117 芯片，此芯片性能良好，工作穩(wěn)定，壽命長，引腳連接簡單，在電源電路中被廣泛應用。電源模塊中還有1 個LED 顯示燈，顯示燈通過自身的亮滅來顯示電源模塊是否在工作，是否正在為整個系統(tǒng)供電。圖7 中R5的作用是分壓，主要是降低LED 顯示燈所承受的電壓，防止因電壓過大而燒壞LED 顯示燈。電路模塊系統(tǒng)合理，持續(xù)供電能力很強，并且輸出電壓穩(wěn)定，性能優(yōu)越。

圖7 電源模塊電路Fig.7 Circuit of power module

4 系統(tǒng)軟件流程

如圖8 所示，可以看出系統(tǒng)開始工作的時候，為方便和各模塊的聯(lián)系及實時通訊，單片機會對其串口初始化，當系統(tǒng)工作時，單片機會對信息采集的傳感器實時進行監(jiān)控，看是否會有信號輸入。例如當煙霧傳感器檢測到煙霧時，單片機就會接收到煙霧傳感器發(fā)送來的信號，然后單片機就會通過燃燒程序來控制報警裝置進行報警，控制GSM 模塊給倉庫管理人員發(fā)送火災報警，控制滅火裝置進行滅火。系統(tǒng)中紅外傳感器也一樣，管理人員可以通過藍牙給單片機發(fā)送指令，從而控制系統(tǒng)中的各種功能，系統(tǒng)中的溫濕度檢測傳感器是通過單片機給它一個開始指令，然后就可以對倉庫中的溫濕度進行檢測，供管理人員了解。

5 系統(tǒng)的性能測試分析

經(jīng)過測試，系統(tǒng)的防火報警裝置當有煙霧生成并在其感應范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會進行報警，與此同時滅火模塊會進行滅火，GSM 模塊會給手機發(fā)送火災信息，另外煙霧報警器具有抗干擾性，只對燃燒煙霧進行感應報警，當有人在系統(tǒng)的人體紅外感應模塊范圍內(nèi)時，系統(tǒng)同樣會發(fā)生報警，并會通過GSM模塊給手機發(fā)送偷盜短信。測試結(jié)果表明溫濕度監(jiān)控模塊也可以實時的監(jiān)控空氣中的溫濕度，管理員可以用手機通過藍牙模塊對系統(tǒng)中的各種功能進行控制，如人體紅外感應功能的通斷等。

6 結(jié)論

圖8 系統(tǒng)總流程圖Fig.8 General flow chart of the system

系統(tǒng)切實考慮了倉庫中的主要安全隱患，針對倉庫安防建立一種集火災報警，防盜報警，自動滅火，溫濕度檢測為一體的倉庫安防報警系統(tǒng)，經(jīng)過實驗反復驗證，此系統(tǒng)工作穩(wěn)定、監(jiān)測及時、可控性強、性價比較高，是一個比較實用的倉庫安防報警系統(tǒng)。