基于单片机和GSM的通信机房安全报警器设计

陈 娜，潘娜娜，裴 雷，金耀花

（青岛恒星科技学院，山东 青岛 266100）

0 引 言

在信息化社会，信息的高速传递依赖于电信业的全面发展。随着通信设备自动化程度的日益提高，机房作为现代通信的枢纽，其安全性已成为重中之重。因为一旦发生火灾等问题，将导致整个城市的通信网络瘫痪，造成巨大的财产损失和社会影响。因此，设计一套安全报警器对机房进行实时安全监控具有重要意义。

本系统采用单片机作为控制器，在通信机房内部安装烟雾传感器、一氧化碳传感器及温度传感器，在工位上安装人体红外传感器，用以监测多种可能出现的安全隐患，并通过声光警报及短信报警的方式发出报警信息。通过对安全报警器的硬件电路设计与程序设计，保证了报警器的安全性和稳定性，为机房安全报警器的研发提供参考。

1 方案设计

通信机房安全报警器是以STM32F103C8T6单片机为控制核心，通过HC-SR501人体红外传感器感应人体红外线信息，MQ-2烟雾传感器和MQ-7一氧化碳传感器检测空气中的烟雾及CO，温湿度传感器DHT11以采集空气中的温度来检测机房是否发生火灾等重大安全事故，若发生安全事故由GSM模块A6发送报警短信，警报及指示模块发出警报声和指示灯光。安全报警器主要由单片机、温度传感器、烟雾传感器、CO传感器、人体红外传感器以及GSM模块等构成，系统框图如图1所示。

图1 通信机房安全报警器系统框图

2 电路设计

通信机房安全报警器电路设计主要包括稳压电源电路，单片机外围电路，显示及按键电路，GSM模块电路，烟雾、CO电路，红外、温度传感器电路，具体如图2所示。

图2 通信机房安全报警器电路

3 程序设计

为了实现通信机房安全报警器的各项功能，使用C语言编写程序，编程软件选择了Keil uVision5。程序设计主要分为烟雾、一氧化碳传感器与STM32单片机连接AD量采集程序、STM32单片机与GSM模块之间的串口通信传递控制指令与HEX格式短信内容的程序、单片机处理人体红外传感器高电平信号程序、单片机IO扫描按键输入程序以及单片机IO输出电平控制蜂鸣器、LED、温度传感DHT11与单片机单总线程序等部分。

当机房正常运行时，安全报警器开始上电工作，烟雾传感器探头、CO传感器探头以及温度传感器探头分别开始加热，采集空气中的烟雾、一氧化碳及温度并将数据进行简单处理，之后发送给单片机，单片机接收到各个传感器的数据开始进行处理分析，若空气中某一传感器参数值大于安全参数则进行下一步的人体红外检测。当检测到周围环境有人体存在时单片机立即发送指令，使声光警报模块发出警报声及指示灯光，同时GSM模块发送报警短信到预先设定的手机号码上，最后程序结束运行。通信机房安全报警器主程序流程如图3所示。

图3 通信机房安全报警器主程序流程图

4 系统调试

4.1 通信机房安全报警器硬件搭建

根据报警器原理图购买传感器及各个功能模块后进行上电测试，测试完毕后进行硬件搭接，按照设计好的布局依次放入万用板，焊接排母连接灰排线，采用万用表测试电阻电容功能的好坏。此外，对比需要用到元器件的基本参数，使用偏差更小的元器件。

万用板搭接好后，用万用表依次测试灰排线线路的导通性，打开万用表的二极管档用红黑表笔测量线路两端。依次测量，当万用表发出蜂鸣声时证明其导通，若无蜂鸣则是断路。万用板测试完毕后，插入各个传感器及单片机等模块，然后上电运行用万用表测试电压是否正常。

4.2 系统调试过程

向机房安全报警器上的单片机进行程序下载，调试各模块程序是否能够完成相应的功能，收集相应的数据并整理表格，对采集的数据进行分析，并修正机房安全报警器的不足之处。

分别使用仿真器将各个传感器及模块的子程序下载到单片机中，查看其子程序运行过程是否正确。主要对烟雾检测子程序、一氧化碳检测子程序、人体红外检测子程序、温度检测子程序、警报短信发送子程序、警报及指示灯光子程序、显示子程序以及按键扫描子程序进行调试。

对于烟雾传感器的调试，单片机系统上电后在烟雾传感器探头附近放上燃烧的纸张，查看采集的AD值是否发生巨大波动并观察红色LED是否亮起。对于人体红外传感器的调试，将手掌放在传感器探头上，查看输出电平是否为高电平，输出正确后则用盖子罩住探头，查看输出电平是否为低电平，若反应不灵敏或延迟较大则调节传感器上的电位器。对于GSM模块的调试，在GSM模块开机启动后，与单片机串口相连并发送AT指令，查看返回指令是否正确。按键模块的调试，向单片机中下载按键扫描子程序，按下按键用万用表表笔测量输出电平是否为低电平，松下按键则测量输出电平是否为高电平。向单片机下载显示屏驱动程序，依次按下6个按键，观察显示屏幕显示是否一致。

4.3 调试结果及分析

通信机房安全报警器上电运行后，烟雾、一氧化碳以及温度传感器开始实时检测空气中的烟雾浓度、一氧化碳浓度及温度，人体红外传感器开始对一定范围内的人体进行检测，检测到范围内的人体运动时将通过红绿黄三色LED实时显示运行状态。系统通过按键来调节基本参数，液晶显示屏可以动态显示空气中的烟雾浓度、一氧化碳浓度及温度等参数。烟雾传感器和一氧化碳传感器检测到烟雾或一氧化碳的浓度过高以及温度传感器检测到温度过高时，蜂鸣器和指示灯立刻进行声光报警，同时GSM模块能发送报警短信到手机上，实现了机房安全报警器的设计功能。