智能仓库安防报警系统设计

张国武，丁闪峰

（1.西安铁路信号有限责任公司，西安 710048；2.中国铁路兰州局集团有限公司工程质量监督站，兰州 730000）

1 概述

随着当今社会的飞速发展，人们生活水平的提高，人们日常生活中需要的各种需求品也越来越多，仓库中囤积的物资也增多，仓库管理对先进仓库安防系统的需求日益增加。仓库物资类型多样，部分具有易燃、易爆、易腐蚀，有毒等特点，储存危险较大。因此，先进的仓库安防管理系统，可以辅助管理人员发现、分析、提示和消除仓库安防管理过程中的各种安全隐患，保护仓库中的人、财、物避免遭受不必要的损失，并在一定条件下取得最佳的经济效益和社会效益。实现仓库安防的科学化和现代化，提升仓库安防系统的整体水平，是仓库管理工作中的一项重要工作。仓库在囤积物资时经常出现火灾、偷盗等问题，这种事故频频发生，而且传统的管理仓库的方法已经不能适应当今的社会，因此整合出一个简单实用易操作的智能仓库安防报警系统具有重要意义。

2 模型建立

一个智能仓库安防报警系统，主要功能有防火报警、防盗报警，温湿度控制等，系统选用MQ-2烟雾传感器，选用DHT11 传感器对温湿度检测，选用HC-SR501 为人体红外传感器。当仓库中没人时，打开人体红外感应模块电路，当有人进入其感应范围内时，其就会把信息传给中心控制模块，控制模块会触发报警装置进行报警；选用的中心控制模块是STC89C52RC 单片机，使用两个51 单片机，一个单片机连接各种感应控制模块，另一个单片机起控制作用；通信报警使用的是GSM 通信模块，若出现失火，盗贼进入等情况，单片机就会触发GSM 模块发短信给管理人员的手机进行预警，系统还加入蓝牙模块，管理人员可以通过蓝牙用手机对某些功能进行管理，提高仓库安防能力。

3 硬件电路模块设计

系统中的硬件电路系统部分，主要介绍分析各种感应控制模块的选型、工作原理及线路的连接。系统中主要包含单片机最小系统部分、防盗模块部分，烟雾传感器模块电路部分，温湿度传感器模块电路部分，蓝牙模块电路部分，GSM 模块电路部分，USB 插口部分及电源模块部分。

3.1 单片机最小系统电路

3.1.1 单片机选型

系统选用STC89C52RC 单片机作为主控芯片，根据功能编写程序从而实现系统所需要的功能，系统通过程序控制所需要的那些功能。

3.1.2 单片机最小系统

如 图1 所 示，P1.1 ～P1.6 引 脚 连 接 的 是L298N 电机驱动模块电路，引脚RST 连接系统复位。复位电路由按键，一个电解电容和电阻组成，接收数据（RXD）和发送数据（TXD）引脚连接蓝牙模块及GSM 模块，蓝牙模块通过手机蓝牙控制系统中各模块的功能，所以说RXD 和TXD 连接了系统中的两个通信模块。接地线（GND）接地供电电压（VCC）接电源，P2.2 引脚连接的是人体红外传感器模块电路，P2.1 连接的是温湿度传感器模块电路，P2.0 引脚连接的是烟雾传感器模块电路，XTAL1.XTAL2 引脚连接晶振电路，晶振电路由两个电容和两个晶振接地组成，电容参数为22 pF，晶振参数为11.059 2 MHz，电解电容参数为10 μF,电阻参数为10 kΩ。

图1 单片机最小系统Fig.1 The minimum system of SCM

3.2 防盗电路

系统的防盗模块电路系统利用一个人体红外传感器来感应人体，如图1 所示，可知HC-SR501 除过接电源和接地之外就接在单片机的P2.2 串口上，这种传感器为自动控制模块，只要有人进入其感应范围内就输出高电平，当人不在其感应范围内，传感器就输出低电平。

3.3 烟雾传感器电路

如图2 所示，系统选用SQ-2 型烟雾传感器，SQ-2 型烟雾传感器直接和单片机通过串口连接，烟雾传感器的引脚连接在单片机的P2.0 引脚上，当发生火灾时该传感器能迅速检测到火灾所产生烟雾。当报警器正常工作时电流电压都是不变的，当发生火灾时，与单片机相连的引脚就会输出一个低电平，因此，当单片机P2.0 引脚接收到低电平时就会进行火灾报警，同时还会触发灭火装置，并发送报警指令给仓库管理人员。

图2 烟雾传感器电路系统Fig.2 Circuit system of smoke sensor

3.4 温湿度传感器电路

系统选用DHT11 温湿度传感器，如图3 所示，温湿度感应模块连接在单片机的P2.1 引脚上。传感器的初始值是在实验室通过多次不断的实验得到的，经过各种运算后存储在动态口令（OTP）中，然后在程序处理时将这些数据提取出来和实时测量数据相比较。模块是一种采用单线制串行接口的数据测量系统，这种系统较为简单，在生产生活中更易使用，体积较小，易于安装，并且能量损耗较小。

图3 温湿度传感器模块电路Fig.3 Circuit of temperature and humidity sensor module

3.5 蓝牙电路

如图4 所示，蓝牙模块电路直接与单片机的RXD 和TXD 引脚相连，蓝牙和单片机通信是通过这两个引脚进行。当蓝牙处于悬空默认状态，其输出低电平，当有手机为其发送控制指令时，输出高电平。

图4 蓝牙模块电路Fig.4 Circuit of bluetooth module

3.6 GSM模块电路

系统中的GSM 电路的功能起到一个短信报警的功能，GSM 模块跟单片机通信采用的是串口方式，串口参数为波特率9 600，8 位数据，1 位停止位。串口通信方式跟单片机连接的串口1 连接，由于单片机89C52 的硬件串口只有1 个串口，因而用该接口跟GSM 模块通信。由于GSM 模块的串口参数是固定的，所以单片机要对串口进行参数的配置，才可以正常接收和发送串口数据。单片机的接收引脚要对应模块的发射引脚，而单片机的发送引脚要对应模块的接收引脚。两者之间的通信数据采用AT指令。AT 指令是以AT 这两个字符为开始，后带通信设备之间的协议，最后以字符结束。采用电路如图5 所示。

图5 GSM电路Fig.5 GSM circuit

如图5 所示，GSM 模块除接电源接地之外，就是与单片机的RXD 和TXD 引脚相连接，简单方便。

3.7 USB电路

系统的USB 电路如图6 所示。GND 端口表示接地，VCC 端口与一个I/O 口相连接，D+端口接1 个1.5 kΩ 电阻后再接3.3 V 电源电压，其中电阻R4的作用主要是保护电路，使电路能有一个恒定的电流通过。USB 电路中最主要的一个模块就是D+和D-，D+和D-主要负责与外界信息的交换与传输。当外界有信息输入时，信息通过USB 模块输入到系统中，经过一系列的转换，变成系统可识别的指令，实现信息的输入；当系统中有信息需要输出时，信息先经过转换然后通过USB 模块传输到外界，由此USB 电路可实现信息的交换与数据的传输。

图6 USB电路Fig.6 USB circuit

3.8 电源模块电路

系统的电源模块电路如图7 所示。电源模块中先接入一个500 mA 的保险丝来保护整个系统，当系统中出现过大的电压时，保险丝立刻熔断，整个系统断电，以达到保护电路的目的。电路中有1 个10 μF 的电容，电容的主要作用就是储存电能，这样可以给系统提供一个稳定的电压。电源电路中最核心的部分就是AMS1117 芯片，此芯片性能良好，工作稳定，寿命长，引脚连接简单，在电源电路中被广泛应用。电源模块中还有1 个LED 显示灯，显示灯通过自身的亮灭来显示电源模块是否在工作，是否正在为整个系统供电。图7 中R5的作用是分压，主要是降低LED 显示灯所承受的电压，防止因电压过大而烧坏LED 显示灯。电路模块系统合理，持续供电能力很强，并且输出电压稳定，性能优越。

图7 电源模块电路Fig.7 Circuit of power module

4 系统软件流程

如图8 所示，可以看出系统开始工作的时候，为方便和各模块的联系及实时通讯，单片机会对其串口初始化，当系统工作时，单片机会对信息采集的传感器实时进行监控，看是否会有信号输入。例如当烟雾传感器检测到烟雾时，单片机就会接收到烟雾传感器发送来的信号，然后单片机就会通过燃烧程序来控制报警装置进行报警，控制GSM 模块给仓库管理人员发送火灾报警，控制灭火装置进行灭火。系统中红外传感器也一样，管理人员可以通过蓝牙给单片机发送指令，从而控制系统中的各种功能，系统中的温湿度检测传感器是通过单片机给它一个开始指令，然后就可以对仓库中的温湿度进行检测，供管理人员了解。

5 系统的性能测试分析

经过测试，系统的防火报警装置当有烟雾生成并在其感应范围内时，系统会进行报警，与此同时灭火模块会进行灭火，GSM 模块会给手机发送火灾信息，另外烟雾报警器具有抗干扰性，只对燃烧烟雾进行感应报警，当有人在系统的人体红外感应模块范围内时，系统同样会发生报警，并会通过GSM模块给手机发送偷盗短信。测试结果表明温湿度监控模块也可以实时的监控空气中的温湿度，管理员可以用手机通过蓝牙模块对系统中的各种功能进行控制，如人体红外感应功能的通断等。

6 结论

图8 系统总流程图Fig.8 General flow chart of the system

系统切实考虑了仓库中的主要安全隐患，针对仓库安防建立一种集火灾报警，防盗报警，自动灭火，温湿度检测为一体的仓库安防报警系统，经过实验反复验证，此系统工作稳定、监测及时、可控性强、性价比较高，是一个比较实用的仓库安防报警系统。