基于DTU模块的无线烟雾报警系统的设计与实现

杜锋 郑腾腾 翟德超

摘要：传统的有线烟雾报警系统无法做到报警信息的远程传输，在无人值守的情况下，报警信息无法及时获取，容易错过控制火灾的最佳时间。针对此问题，该文设计了一种基于DTU模块的无线烟雾报警系统。该系统以STM32高性能32位单片机为核心，利用DTU模块的网络通讯功能，在监测到烟雾报警信号后，第一时间把报警信息传输到用户的手机终端。该文还设计了一款基于Android的手机APP，用于接收和显示烟雾报警信息。通过实物制作与功能测试，验证了设计的正确性。

关键词：烟雾报警;远程传输;STM32;DTU;模块网络通信

中图分类号：G642.0        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）34-0219-02

随着4G和5G通信技术的快速发展， 移动互联网技术也得到了广泛应用。使得信息的远程传输和应用成为可能。传统的烟雾报警系统大都采用有线的方式来传输报警信息，只有在控制室内才能获得报警信息，具有一定的局限性。随着移动互联网技术的广泛应用，现阶段，通过无线网络传输信息已经非常容易。基于DTU模块的无线烟雾报警系统就是基于移动互联网技术把报警信息通过网络传输到用户的移动终端上，从而实现报警信息的实时传输的。基于DTU模块的无线烟雾报警系统由两个子系统组成：一是报警信息采集和传输系统;二是报警信息的接收与显示系统。系统总体功能框图如图1所示。

如图1所示。STM32最小系统负责采集烟雾传感器输出的报警信息，通过DTU模块转换成WIFI信号，然后再通过路由器经互联网传输到用户的移动终端从而实现烟雾报警信息的无线实时传输。

1 基于DTU模块的无线烟雾报警系统硬件设计

设计基于DTU模块的无线烟雾报警系统硬件时要满足以下几点功能：

（1）能够通过市电进行供电，以方便系统的安装与使用;

（2）能够产生满足STM32核心处理器稳定工作的+3.3V直流电源;

（3）能够产生满足烟雾传感器稳定工作的+12V直流电源;

（4）能够把烟雾传感器的报警信号（开关信号）转换为STM32单片机可以识别的电平信号。

（5）硬件系统应具有网络通信功能;

基于以上几点要求，基于DTU模块的无线烟雾报警系统的硬件结构如图2所示。

如图2所示，AC/DC模块电源变换模块把220V的交流电转换成+3.3V和+12V的直流电源，分别为STM32最小系统和烟雾传感器供电;信号调理电路把烟雾传感器输出的开关型报警信号转换为STM32单片机可以识别的电平信号。信号调理电路输出高电平时，有报警信号;输出低电平时，无报警信号。STM32最小系统负责采集信号调理电路的输出电平，并转换为可用于传输的数字信号，这里‘1代表有报警信号，‘0代表无报警信号，并按设计好的通信协议通过串口发送到DTU模块/4G模块。DTU模块/4G模块把接收到的信息转换为网络信号，采用数据透明传输的方式发送到移动终端。

2基于DTU模块的无线烟雾报警系统底层软件设计

设计基于DTU模块的无线烟雾报警系统底层软件时要满足以下几点功能：

（1）能够采集传感器调理电路输出的高低电平信号;

（2）能够完成DTU模块的初始化;

（3）能够按一定的通信协议发送烟雾传感器输出的报警信号。

基于以上几点要求，基于DTU模块的无线烟雾报警系统的底层软件流程图如图3所示。

STM32时钟初始化功能模块主要功能：把外部8Mhz的晶振时钟经PLL锁相环倍频到72Mhz，此时钟即为STM32的系统时钟;

SMT32中断分组初始化通过调用NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）函数设置NVIC中断分组2：2位抢占优先级，2位响应优先级;

SMT32 IO口初始化用于把采集烟雾传感器报警信号的IO口设置为带上拉电阻的输入工作模式。当传感器有报警信号时，此端口读入的信号为高电平，当一切正常时，此端口读入的为低电平。

DTU模块初始化用于初始化DTU模块的工作状态，这里，DTU工作与服务器模式，数据透明传输。

底层软件判断DTU模块联网正常后开始读取烟雾传感器的报警状态，并把报警状态加入设计好的通信协议里面，通过STM32的串口发送到DTU模块，DTU模块再转化为WIFI信号通过互联网发送到用户终端。实现烟雾传感器的报警信息的远程传输。

3基于DTU模块的无线烟雾报警系统手机APP应用软件设计

本文设计的基于DTU模块的无线烟雾报警系统手机APP应用软件时基于Android系统的。主要完成以下功能：

（1）能够实现与底层终端的联网功能;

（2）能够接收底层终端通过网络发送的报警信息;

（3）能够解析通信协议，获取烟雾传感器的报警状体;

（4）能够直观、实时显示烟雾传感器的报警状态。

基于以上几点要求，基于DTU模块的无线烟雾报警系统手机APP应用软件GUI如图4所示。

本手机APP应用软件联网时，在软件中已经设置好了默认的服务器IP地址和端口号，打开APP后，点击“开启”按钮，如果联网成功，会显示“已连接！”用于提示联网成功。联网成功后，在点击“开始”按钮之前，由于没有获取到烟雾传感器的报警信息，此时显示“暂无数据”。当点击“开始”按钮后，如果有报警信息，则显示“有火警警报！”;如果没有報警信息，则显示“正常！”。

4结语

基于DTU模块的无线烟雾报警系统主要由高性能STM32单片机为核心构成的烟雾传感器报警信息采集和传输子系统和手机APP应用子系统组成。通过软硬件联调，可以实现烟雾传感器的报警信息远程传输，同时，可以通过手机APP实时获取此报警信息。解决了传统的有线报警系统不能远程传输，报警信息必须有专人值守获取的弊端。提高了报警信息的传输效率，可以把火灾消灭在萌芽状态，大大降低了火灾发生的概率。与传统的有线烟雾报警系统相比较，本文设计的基于DTU模块的无线烟雾报警系统主要创新点有：1）使用STM32高性能32位处理器，提高了系统性能;2）利用高灵敏度烟火传感器，提高火灾和潜在火灾的检测灵敏度;3）对潜在火灾进行全天候检测，提高了火灾预警的及时性。

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【通联编辑：朱宝贵】