室内安防过程报警系统

作品创意书

一、摘要

本作品以HT46单片机为核心，介绍了一种基于单片机技术的室内险情远程短信报警及应急处理。它具有能够根据对室内环境温度的实时监控和险情（如煤气、天燃气的泄漏）声光报警，并通过GSM网络远程短信报警及监控。同时还能自动作出相应的应急，从而构成多功能的智能安防系统。

二、作品介绍

随着国民经济的发展,人民的生活水平日益提高,人们对生活质量提出了更高的要求,希望生活更加安全舒适。但是,一些家庭由于疏忽大意时常会出现一些火灾或煤气泄露等险情,给家庭和社会带来巨大的损失,因此迫切需要利用高技术的智能化手段,为家庭提供一个安全的生活环境。本作品成本低，适用范围广，可用于仓库、家居等室内环境的实时检测、控制与远程报警，其市场发展前景好。本作品的创新点在于集室内环境检测、智能控制与利用GSM网络远程报警为一体。借助可靠、成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息实现远程报警和监控的智能家居报警系统，来实现室内的安全监控。它采用温度传感器检测及LCD显示，并配备烟雾传感器和可燃性气体传感器，可实现防火、防燃气泄漏的作用。带有GSM网络功能的安防系统，使用户无论身在何处，都可以通过短信设防、撤防等。

本作品主要包含三大部分：第一，利用DS18B20温度传感器进行室内温度的检测与显示；第二，利用MQ2、MQ5煤气传感器对室内气

体进行浓度检测以及对通风系统进行相应的智能控制；第三，利用通信TC35I模块通过GSM网络进行远程报警。

三、工作原理

（一）系统总的方案

该室内安防报警系统主要有HT46RU232单片机、TC35I通信模块，键盘输入模块、LCD液晶显示屏、MQ2、MQ5传感器、DS18B20温度传感器、声光报警器和AT24C02存储器等，其系统硬件结构如图1所示。

图1：系统总的电路框图

利用DS18B20温度传感器进行室内温度的检测与显示；利用MQ2、MQ5可燃性气体传感器对室内气体进行浓度检测以及对通风系统进行

相应的智能控制；利用通信TC35I模块通过GSM网络进行远程报警。

（二）温度检测方案

温度传感器采用DS18B20，该传感器是全新的数字化温度传感器，适合室内环境的温度测量，支持“一线总线”接口，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无须任何外部元件，直接将环境温度转化成数字信号，以数字码方式串行输出，大大简化了传感器与微处理器的接口。具有独特且经济的特点，具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。

DS18B20测量温度范围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃范围内，精度为±0.5℃。测量现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合各种环境的现场温度测量。

DS18B20可以用程序设定用9~12位的数字量形式反映器件的温度值。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在CPU和DS18B20之间直需一条连接线。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无须外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在检测温度以及过程检测和控制等方面非常有用。

图2：DS18B20应用电路结构方框图（上拉电阻可以舍去）从图2可以看出，DS18B20和单片机连接非常简单，单片机只需要一个I/O口就可以控制DS18B20。本图中是单片机与一个DS18B20通信，如果要控制多个DS18B20进行温度采集，只要将所有DS18B20的I/O口全部连接到一起就可以了，通过读取每个DS18B20内部芯片的序列号来识别。

（三）防火的检测方案

防火、防燃气泄漏等安防功能必须安装相应的传感器才能实现。对于防煤气泄漏传感器，本设计采用煤气传感器MQ5,它对乙醇，烟雾几乎不响应、高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、长寿命、简单的驱动电路等特点。可以抵抗乙醇，烟雾等的干扰。当室内煤气泄漏时传感器就会检测到，给单片机送去高电平，启动声光报警，同时利用GSM网络发煤气泄漏的短信给用户。

（四）键盘输入设计方案

按键用于对温度进行参数设置及手机号码设置。LCD显示器可

以显示现场的温度数据。方便相关人员现场读取。为了实现可靠的复位信号，并且能在计算机受到干扰，程序不能正常运行时自动产生复位信号。同时为了减少单片机I/O口的占用，我们将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键。

（五）LCD液晶显示屏的设计方案

本作品中采用1602LCD液晶显示屏显示所检测的温度值。在键盘输入中对所写入的数字进行显示。

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A” ，1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（其中1为高电平、0为低电平）

图3 LCD 液晶与单片机接口电路

（六）存储部件设计方案

为了实现对预设电话号码的存储、报警信息的记录、以及对中英文字符的字模点阵的存储，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的片外存储器AT24C02。该芯片是一种I2C 总线的存储器，和MCU 的数据通信只需要两个引脚SDA 和SCL 即可，和通常的并行存储器相比，可以大大节约MCU 的端口引脚资源和PCB 的布线面积。I2C 闪存同单片机接口电路如图4所示。AT24C02使用二线制协议串行总线（I2C 总线）及其传输规约进行双向传输。

图4 单片机与AT24C02接口电路结构图

（七）室内报警和通风智能控制系统的设计方案

当测量温度高于设定温度，MQ2、MQ5传感器所检测的气体浓度超过正常的浓度，本系统将会在室内产生声光报警，并对通风系统和室内电源总开关进行智能控制。（其工作电路见图5、图6）

图5 声光报警系统电路

MG1

图6 对通风系统智能控制电路

如图七所示，通过晶闸管控制排风扇。

（八）TC35I 通信模块利用GSM 远程报警系统的设计方案

TC35i新版西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块,工作在EGSM900和GSM1800双频段,电源范围为直流3.3～4.8V ,电流消耗——休眠状态为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，2.5A峰值；可传输语音和数据信号, 功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W ,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，TC35i 的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据,可选波特率为300b/s～115kb/s , 自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息),可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

tc35i模块有40个引脚，通过一个ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。第1~14脚为电源部分：1~5为电源电压输入端Vbatt+，6~10为电源地GND，11、12为充电引脚，13为对外输出电压(共外电路使用)，14为ACCU-TEMP接负温度系数的热敏电阻。24~29为SIM卡引脚，分别为CCIN、 CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND。33~40为语音接口，用来接电话手柄。15、30、31和32脚为控制部分：15为点火线IGT(Ignition)，当TC35i通电后必须给IGT一个大于100ms低电平，模块才启动；30为RTC backup，31为Power down，32为SYNC。16~23为数据输入/输出，分别为DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。

tc35i模块的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，

符合ITU-T RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和1位停止位，无校验位，波特率在300bps~115kbps之间可选，硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，CMOS电平，支持标准的AT命令集。

四、作品功能、特色

（一）功能

本作品的前端感应器主要有温度传感器，防火和防煤气泄漏等传感器，用于收集室内险情并传送给单片机；单片机负责接收、处理感应器信号，判别是否有险情发生。单片机不断对各种传感器信号进行检测，如果检测到高电平，系统控制GSM网络模块实现短消息报警，将报警信息通过GSM服务网络发送到用户手机上，同时根据需要启动声光报警器发出相应的警报信号，并对通风系统和室内电源总开关实施智能控制。如已实现小区联网，同时还会给联网中心的小区保安处发送报警信息。本系统能有效地达到防室内险情、报警的目的。（二）特色

现市场也有对室内环境的检测仪器，但存在有体积大、价格贵、功能少等原因，根据市场调查随着家居全装修增多，人们对生活质量要求的提高，这种多功能安防报警系统将会有更广泛的应用前景。本作品的特色在于集室内环境检测、智能控制与利用GSM网络远程报警为一体。不但在理论上具有较高的研究价值，对硬件调试、编程技巧也有很高的要求。本系统具有精度高、响应快、非接触式测量等优点，同时还具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、耐高压等特点，使系

统具有稳定性。

五、作品结构

（一）硬件部分

图7 TC35I通信模块电路图