基于單片機和GSM的通信機房安全報警器設計

陳 娜，潘娜娜，裴 雷，金耀花

（青島恒星科技學院，山東 青島 266100）

0 引 言

在信息化社會，信息的高速傳遞依賴于電信業的全面發展。隨著通信設備自動化程度的日益提高，機房作為現代通信的樞紐，其安全性已成為重中之重。因為一旦發生火災等問題，將導致整個城市的通信網絡癱瘓，造成巨大的財產損失和社會影響。因此，設計一套安全報警器對機房進行實時安全監控具有重要意義。

本系統采用單片機作為控制器，在通信機房內部安裝煙霧傳感器、一氧化碳傳感器及溫度傳感器，在工位上安裝人體紅外傳感器，用以監測多種可能出現的安全隱患，并通過聲光警報及短信報警的方式發出報警信息。通過對安全報警器的硬件電路設計與程序設計，保證了報警器的安全性和穩定性，為機房安全報警器的研發提供參考。

1 方案設計

通信機房安全報警器是以STM32F103C8T6單片機為控制核心，通過HC-SR501人體紅外傳感器感應人體紅外線信息，MQ-2煙霧傳感器和MQ-7一氧化碳傳感器檢測空氣中的煙霧及CO，溫濕度傳感器DHT11以采集空氣中的溫度來檢測機房是否發生火災等重大安全事故，若發生安全事故由GSM模塊A6發送報警短信，警報及指示模塊發出警報聲和指示燈光。安全報警器主要由單片機、溫度傳感器、煙霧傳感器、CO傳感器、人體紅外傳感器以及GSM模塊等構成，系統框圖如圖1所示。

圖1 通信機房安全報警器系統框圖

2 電路設計

通信機房安全報警器電路設計主要包括穩壓電源電路，單片機外圍電路，顯示及按鍵電路，GSM模塊電路，煙霧、CO電路，紅外、溫度傳感器電路，具體如圖2所示。

圖2 通信機房安全報警器電路

3 程序設計

為了實現通信機房安全報警器的各項功能，使用C語言編寫程序，編程軟件選擇了Keil uVision5。程序設計主要分為煙霧、一氧化碳傳感器與STM32單片機連接AD量采集程序、STM32單片機與GSM模塊之間的串口通信傳遞控制指令與HEX格式短信內容的程序、單片機處理人體紅外傳感器高電平信號程序、單片機IO掃描按鍵輸入程序以及單片機IO輸出電平控制蜂鳴器、LED、溫度傳感DHT11與單片機單總線程序等部分。

當機房正常運行時，安全報警器開始上電工作，煙霧傳感器探頭、CO傳感器探頭以及溫度傳感器探頭分別開始加熱，采集空氣中的煙霧、一氧化碳及溫度并將數據進行簡單處理，之后發送給單片機，單片機接收到各個傳感器的數據開始進行處理分析，若空氣中某一傳感器參數值大于安全參數則進行下一步的人體紅外檢測。當檢測到周圍環境有人體存在時單片機立即發送指令，使聲光警報模塊發出警報聲及指示燈光，同時GSM模塊發送報警短信到預先設定的手機號碼上，最后程序結束運行。通信機房安全報警器主程序流程如圖3所示。

圖3 通信機房安全報警器主程序流程圖

4 系統調試

4.1 通信機房安全報警器硬件搭建

根據報警器原理圖購買傳感器及各個功能模塊后進行上電測試，測試完畢后進行硬件搭接，按照設計好的布局依次放入萬用板，焊接排母連接灰排線，采用萬用表測試電阻電容功能的好壞。此外，對比需要用到元器件的基本參數，使用偏差更小的元器件。

萬用板搭接好后，用萬用表依次測試灰排線線路的導通性，打開萬用表的二極管檔用紅黑表筆測量線路兩端。依次測量，當萬用表發出蜂鳴聲時證明其導通，若無蜂鳴則是斷路。萬用板測試完畢后，插入各個傳感器及單片機等模塊，然后上電運行用萬用表測試電壓是否正常。

4.2 系統調試過程

向機房安全報警器上的單片機進行程序下載，調試各模塊程序是否能夠完成相應的功能，收集相應的數據并整理表格，對采集的數據進行分析，并修正機房安全報警器的不足之處。

分別使用仿真器將各個傳感器及模塊的子程序下載到單片機中，查看其子程序運行過程是否正確。主要對煙霧檢測子程序、一氧化碳檢測子程序、人體紅外檢測子程序、溫度檢測子程序、警報短信發送子程序、警報及指示燈光子程序、顯示子程序以及按鍵掃描子程序進行調試。

對于煙霧傳感器的調試，單片機系統上電后在煙霧傳感器探頭附近放上燃燒的紙張，查看采集的AD值是否發生巨大波動并觀察紅色LED是否亮起。對于人體紅外傳感器的調試，將手掌放在傳感器探頭上，查看輸出電平是否為高電平，輸出正確后則用蓋子罩住探頭，查看輸出電平是否為低電平，若反應不靈敏或延遲較大則調節傳感器上的電位器。對于GSM模塊的調試，在GSM模塊開機啟動后，與單片機串口相連并發送AT指令，查看返回指令是否正確。按鍵模塊的調試，向單片機中下載按鍵掃描子程序，按下按鍵用萬用表表筆測量輸出電平是否為低電平，松下按鍵則測量輸出電平是否為高電平。向單片機下載顯示屏驅動程序，依次按下6個按鍵，觀察顯示屏幕顯示是否一致。

4.3 調試結果及分析

通信機房安全報警器上電運行后，煙霧、一氧化碳以及溫度傳感器開始實時檢測空氣中的煙霧濃度、一氧化碳濃度及溫度，人體紅外傳感器開始對一定范圍內的人體進行檢測，檢測到范圍內的人體運動時將通過紅綠黃三色LED實時顯示運行狀態。系統通過按鍵來調節基本參數，液晶顯示屏可以動態顯示空氣中的煙霧濃度、一氧化碳濃度及溫度等參數。煙霧傳感器和一氧化碳傳感器檢測到煙霧或一氧化碳的濃度過高以及溫度傳感器檢測到溫度過高時，蜂鳴器和指示燈立刻進行聲光報警，同時GSM模塊能發送報警短信到手機上，實現了機房安全報警器的設計功能。