基于GTM900的校园宿舍火险监控系统

梁云杰

（公安部消防局,北京 100054）

基于GTM900的校园宿舍火险监控系统

梁云杰

（公安部消防局,北京 100054）

设计了一种基于GTM900模块的火险检测和控制系统.利用GTM900模块无线通信功能,采用单片机为主控制器对系统进行硬件设计和软件编程,实现对校园宿舍火险的远程监控.整个系统可以在硬件和软件系统的支持下自动检测宿舍内的烟雾信号,并将异常信息通过移动通信网络发送给远程终端,可以及时发现宿舍的烟雾异常现象并进行自动报警,避免不必要的损失.

宿舍火险；烟雾传感器；单片机；GTM900

近年来,各高校规模不断扩大,在校生的数量飞速增长.由于学生安全意识不强,火灾危害学生财产和生命安全的事件时有发生,给各高校的平安校园建设带来一定困难.据统计,从火灾起因来说,学生宿舍火灾绝大多数是因为学生违规使用电器（如热得快、电热杯、电热毯）及乱扯电源线等；从发生时段来说,学校宿舍火灾大部分发生在上课期间,不容易被及早发现.而大部分学校都没有相应的防火预警措施,往往等到火势蔓延才扑救,从而导致无法挽回的伤亡和损失,造成恶劣的社会影响.因此,学校宿舍消防防火报警系统的安装使用对保障师生安全有无法代替的作用[1-2].

本文在前人研究的基础上,设计了一套基于GSM短消息网络的校园宿舍火险远程控制系统.在硬件方面,系统采用单片机为控制核心,采用烟雾传感器进行烟雾浓度数据信息采集,采用GTM900无线收发模块进行数据传输,在软件方面采用C51高级编程语言编写控制程序,实现软件编程的模块化和独立性,具有良好的可测试性和可靠性.

1 系统工作原理

系统采用单片机与烟雾传感器相结合构成测量模块、单片机与执行机构构成控制模块的方式,可以根据情况随时进行系统的调整和扩展.控制核心模块由主控单片机组成.本系统通过烟雾感应器对室内的烟雾浓度进行测量并对相应参数进行采集、处理,然后通过总线方式发送到控制核心单片机进行临界控制.首先,在火灾的阴燃阶段（未产生明火时）着火房间和隔壁房间的学生、宿舍值班老师会在第一时间听到系统强烈的报警声音,可以及时扑救和疏散；其次,系统会自动、循环给预设的责任人发送短消息,报告具体着火位置,请求紧急支援,从而将火灾消灭在萌芽阶段,更是避免了宿舍人员伤亡和财产损失.系统的工作原理框图如图1所示.

图1 系统原理结构Fig.1 Systemprinciple block diagram

系统中,首先是烟雾传感器在宿舍中感应到烟雾浓度的变化,然后通过烟雾传感器将感应到的烟雾浓度传送到主控单片机中,如果检测到温度低于或高于临界值,系统会自动报警,并且启动GSM模块,自动循环地将发生火灾的宿舍位置信息发送到预先设定好的责任人手机上.

2 硬件设计

2.1 单片机主控模块

采用AT89S51作为系统的控制芯片.AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机,片内含4 k Bytes ISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1 000次的Flash只读型程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元[3].AT89S51单片机管脚图2所示[4].

图2 AT89S51单片机管脚Fig.2 AT89S51 pin drawing

2.2 烟雾浓度采集模块

烟雾浓度数据采集硬件为离子式烟雾传感器.烟雾报警器是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的,烟感器内部采用离子式烟雾传感器.离子式烟雾传感器是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器,被广泛运用到各种消防报警系统中,性能远优于气敏电阻类的火灾报警器.离子式烟雾传感器在内外电离室里面有放射源镅241,电离产生的正、负离子,在电场的作用下各自向正负电极移动.在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都是稳定的.一旦有烟雾窜逃外电离室,干扰了带电粒子的正常运动,电流、电压就会有所改变,破坏内外电离室之间的平衡,无线发射器发出无线报警信号,通知远方的接收主机,将报警信息传递出去[5].设计采用的离子烟雾传感器为NIS-07离子烟感器,其性能良好,具有如下特点：计算机模拟设计的单源双室结构；在近似标准大气压,相对湿度95%和-10～40℃清洁空气中,工作电源电压为9 V,收集极平衡电位变化值保持在5.3～6.5 V；可适应不同工作电源电压,其参数相应随电压而变化；其辐射安全,单源,活度低,安全性能达到分级标准C64646（ISO 2919-2012/GB 4075-2009）；另外还使用不锈钢和高性能绝缘材料,漏点电流小；电离源表面是高耐腐蚀的金属钯；离子室基部的支架和空槽适于安装在IC件的上部,IC件15接脚和收集电极接近,易焊接,可有效地屏蔽RF干扰[6].NIS-07离子烟感器实物图如图3所示.

图3 NIS-07离子烟感器实物Fig.3 NIS-07 ion smoke detector physical figure

2.3 GTM900模块

GTM900无线模块是由华为公司研发的产品,是一款三频段GSM/GPRS无线模块.它支持标准的AT命令及增强AT命令,提供丰富的语音和数据业务等功能,是高速数据传输等各种应用的理想解决方案. GTM900的逻辑框图如图4所示[7].

图4 GTM900逻辑框图Fig.4 GTM900 logic diagram

GTM900使用AT命令集,通过UART接口与外部CPU通信,主要实现无线发送和接收、基带处理、音频处理等功能.键盘、LCD（Liquid Crystal Display）等外部设备由外部CPU进行控制[8].

3 仿真测试

3.1 GTM900串口测试

GTM900的测试主要采用GSM串口测试助手来进行,具体过程如下.

（1）将GSM手机卡安装到GTM900的卡槽中,安装方式如图5所示.

（2）将GTM900的串口通过RS232转串口线连接到电脑上,然后在计算机的设备管理器中获取串口的COM号,如图6所示.

图6 GTM900串口设置Fig.6 A serial port Settings diagramfor GTM900

（3）打开串口测试助手,选择端口的COM号,然后点击打开串口测试助手,界面如图7所示.

图7 GTM900串口测试设置界面Fig.7 GTM900 serial port test setup interface

（4）将串口线的2、3管脚短接,点击GTM900的串口测试助手的自动发送,在发送区的方框里输入一些数字,例如：123456789,然后点击Enter键,在接收区会收到同样的数字：123456789,证明串口线是好的.

3.2 单片机跟GTM900连接时数据传输测试

（1）通过1、2两步的测试证明单片机和GTM900的串口都是正常的,然后将单片机的232串口的2、3、5管脚分别对接,单片机232串口的2管脚（TX）接GTM900的3管脚（RX）,3管脚（RX）接GTM900的2管脚（TX）,将5管脚（接地）直接对接即可.

（2）将编好的程序下载到单片机中,然后给单片机和GTM900供电,此时会看到单片机开发板的8位LED灯的前4位依次闪烁后变成常亮状态,证明单片机和GTM900连接成功,数据传送到GTM900中.

（3）将传感器的输出信号连接到GTM900的发送短信控制端,当传感器传过来信号时,该信号驱动GTM900向程序中设置好手机号的手机设备发送短信.

4 小结

基于GSM无线技术构建的校园宿舍火险控制系统,能够实时有效地检测宿舍内的烟雾浓度,并运用C51高级语言编写的程序控制整个系统.系统成功实现了以GTM900无线通信模块作为一种数据传输通道,可不定时地进行动态监控与数据采集.系统经过测试,数据采集精确、传输速度高、延迟小,具有较高的现实意义和推广价值.

[1] 韦媛丽.无线火灾监测系统的研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2009.

[2] 白建伟,王迎明,刘文选,等.火灾报警控制系统的应用[J].自动化应用,2012（10）：89-92.

[3] 裴红,吕泽锋,崔雅敏.基于GPRS的数据采集与监控系统设计及应用[J].微计算机信息,2011（2）：156-158.

[4] 张西.基于MCS-51单片机的测温系统[J].电子工程师,2002（6）：142-143.

[5] 卓可强,王鹏程,左开中.基于ZigBee的烟雾检测火灾报警传感节点设计[J].现代计算机,2013（8）：88-90.

[6] 张辉,陈古典.基于物联网的城市消防远程监控系统[J].信息化研究,2010（10）：24-26.

[7] 杜晓婷,李美莲.基于GPRS的远程监控系统[J].现代电子技术,2011（17）：136-138.

[8] 李玲,李鹏.基于无线传输的环境监测系统[J].数字技术与应用,2011（9）：72-74.

（责任编辑：卢奇）

Temperature monitoring systemfor vegetable greenhouses based on GTM900

Liang Yunjie
（Fire Department in Ministry of Public Security,Beijing 100054,China）

A fire insurance detection and control systembased on the GTM900 was introduced in this paper.It used the GTM900 wireless communication function module and used Micro-Controller Unit as main controller for systemhardware design and software programming,then implemented remote monitoring for fire insurance in campus dormitories.The whole systemcan automatically detect the smoke signals of campus dormitories supported by hardware and software system,and abnormal information will be sent via mobile communication network to a remote terminal.Remote terminal can in time found campus dormitories smoke anomalies and automatically gave an alarmto avoid unnecessary loss.

dormitories fire insurance；smoke sensor；MCU；GTM900

TP368

A

1008-7516（2014）03-0060-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2014.03.014

2014-04-11

梁云杰（1977-）,男,河南鄢陵人,硕士,高级工程师.主要从事信号与信息处理研究.