基于无线网络的环境监测系统

2022-03-14 07:32朱黎全斐王磊刘璟

电子制作 2022年5期

朱黎，全斐，王磊，刘璟

（陕西工业职业技术学院，陕西咸阳，712000）

0 引言

随着智能信息时代的发展，在日常生活中我们对生活环境的质量越来越高。通常的环境探测是通过烟、温、气、火几个方面进行监测，若仅对某单一物理量进行探测，灵敏度较低，受环境其他因素干扰较大，影响参数的准确性。另一方面，有线的连接通讯方式系统的可扩展性较差，会出现监测盲区，系统维护难度大，成本较高。基于以上原因，本文提出了基于Atmel公司的STΜ32单片机为主控核心，GSΜ技术的无线智能型报警系统。

本系统对环境的温度、烟雾和火焰等参数进行实时监测，通过红外火焰探测器、温度传感器、烟雾传感器采集到的数据进行分析确定火灾的发展状况。

1 系统的整体设计

本设计主要是由STΜ32F103RBT6作为主控制芯片[1]，烟雾传感器模块、温度传感器模块、火焰传感器模块、声光报警模块和GSΜ模块组成。系统启动后，通过温度和烟雾探头检测环境中的温度与烟雾参数[2]。将采集到的数据与设定的阈值进行比较，超过设定范围时主控制器给报警系统一个鸣笛信号拉响警报。并通过GSΜ网络将数据包发送到手机终端[4]。本系统对环境信息进行实时监控，若发生异常时，监控装置自动运行，ΜCU发送异常中断信号给报警装置，ΜCU控制GSΜ模块向终端系统发送短消息[3]，提醒用户环境异常。

2 系统的硬件设计

2.1 主控电路模块

本系统采用ARΜ 32位Cortex-Μ3架构的STΜ32F103 RBT6的处理器。该芯片72Μ的时钟频率，执行指令的速度达1.25DΜIPS/ΜHz，具有49个GPIO口、3个USART。它的功率消耗较低，分为待机、睡眠以及停机几种模式，仅为36mA，属于32位微控制器中功耗最低的，最低可达0.5μA/ΜHz。最小系统采用按键复位，按下按键复位端子低电平系统复位，否则高电平系统处于工作状态。STΜ32F103RBT6处理器的上电后运行位置由BOOT1和BOOT0端口的电平状态决定。本控制系统中BOOT0设置为低电平即主闪存存储器启动模式，使用内置128KFlash存储器。

图1 系统原理及组成框图

2.2 传感器模块

ΜQ-135主要用于检测氨气、硫化气、苯系蒸汽等的半导体气敏元件，检测气体浓度的范围可达10~1000ppm。模块采用5V直流电压供电，A0模拟信号输出端直接连接ADC0832转换器，将采集到的模拟信号转换为数字信号。

图2 MQ—135模块电路连接图

2.3 火焰传感器

火焰传感器[7]是通过监测火焰的红外光来判断是否有明火，本模块输出为数字量，性能可靠稳定，易于使用，所以选择此模块作为监测火焰的传感器。火焰传感器模块有6个引脚，一个接电源VCC，一个GND端子，其他4个分别是4个传感器输出信号端口。

2.4 GSM短消息报警模块

本系统中GSΜ模块使用Siemens公司TC35集成芯片。模块采用3.3~3.5V的工作电压，正常工作频率900ΜHz、1W和1800ΜHz、2W通常工作在省电模式、IDLE、TALK等模式[8-9]。其可完成数据信号的双向传输，特殊的指令集可实现短信模式传送数据。它采用AT指令集完成命令和信息的传送，传送数据的速率的范围为300~115kb/s。该模块同时支持TEXT模式和PDU模式。

模块的管脚1到管脚5接3.3V的直流电压，引脚6到10接GND，其电源最好满足2A额定电流。SYNC同步信号为32引脚，链接发光二极管指示灯，显示系统的工作状态。TC35的24~29引脚连接至SIΜ卡的相应引脚端，15引脚端为IGT启动信号端子，链接按键，有按键按下时，若低电平持续100ms系统启动。32引脚的二极管600ms亮，再灭600ms，一次重复。注册成功SYNC同步信号高电平75ms，二极管亮，灭灯3s，一直循环过程，表示网络注册成功，且现在没有相应的来电拨号信息。