梁云杰

（公安部消防局,北京 100054）

基于GTM900的校園宿舍火險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

梁云杰

（公安部消防局,北京 100054）

設(shè)計(jì)了一種基于GTM900模塊的火險(xiǎn)檢測(cè)和控制系統(tǒng).利用GTM900模塊無(wú)線通信功能,采用單片機(jī)為主控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件編程,實(shí)現(xiàn)對(duì)校園宿舍火險(xiǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控.整個(gè)系統(tǒng)可以在硬件和軟件系統(tǒng)的支持下自動(dòng)檢測(cè)宿舍內(nèi)的煙霧信號(hào),并將異常信息通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程終端,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)宿舍的煙霧異?，F(xiàn)象并進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警,避免不必要的損失.

宿舍火險(xiǎn)；煙霧傳感器；單片機(jī)；GTM900

近年來(lái),各高校規(guī)模不斷擴(kuò)大,在校生的數(shù)量飛速增長(zhǎng).由于學(xué)生安全意識(shí)不強(qiáng),火災(zāi)危害學(xué)生財(cái)產(chǎn)和生命安全的事件時(shí)有發(fā)生,給各高校的平安校園建設(shè)帶來(lái)一定困難.據(jù)統(tǒng)計(jì),從火災(zāi)起因來(lái)說(shuō),學(xué)生宿舍火災(zāi)絕大多數(shù)是因?yàn)閷W(xué)生違規(guī)使用電器（如熱得快、電熱杯、電熱毯）及亂扯電源線等；從發(fā)生時(shí)段來(lái)說(shuō),學(xué)校宿舍火災(zāi)大部分發(fā)生在上課期間,不容易被及早發(fā)現(xiàn).而大部分學(xué)校都沒(méi)有相應(yīng)的防火預(yù)警措施,往往等到火勢(shì)蔓延才撲救,從而導(dǎo)致無(wú)法挽回的傷亡和損失,造成惡劣的社會(huì)影響.因此,學(xué)校宿舍消防防火報(bào)警系統(tǒng)的安裝使用對(duì)保障師生安全有無(wú)法代替的作用[1-2].

本文在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一套基于GSM短消息網(wǎng)絡(luò)的校園宿舍火險(xiǎn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng).在硬件方面,系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心,采用煙霧傳感器進(jìn)行煙霧濃度數(shù)據(jù)信息采集,采用GTM900無(wú)線收發(fā)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,在軟件方面采用C51高級(jí)編程語(yǔ)言編寫控制程序,實(shí)現(xiàn)軟件編程的模塊化和獨(dú)立性,具有良好的可測(cè)試性和可靠性.

1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)采用單片機(jī)與煙霧傳感器相結(jié)合構(gòu)成測(cè)量模塊、單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成控制模塊的方式,可以根據(jù)情況隨時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)展.控制核心模塊由主控單片機(jī)組成.本系統(tǒng)通過(guò)煙霧感應(yīng)器對(duì)室內(nèi)的煙霧濃度進(jìn)行測(cè)量并對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行采集、處理,然后通過(guò)總線方式發(fā)送到控制核心單片機(jī)進(jìn)行臨界控制.首先,在火災(zāi)的陰燃階段（未產(chǎn)生明火時(shí)）著火房間和隔壁房間的學(xué)生、宿舍值班老師會(huì)在第一時(shí)間聽(tīng)到系統(tǒng)強(qiáng)烈的報(bào)警聲音,可以及時(shí)撲救和疏散；其次,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)、循環(huán)給預(yù)設(shè)的責(zé)任人發(fā)送短消息,報(bào)告具體著火位置,請(qǐng)求緊急支援,從而將火災(zāi)消滅在萌芽階段,更是避免了宿舍人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.系統(tǒng)的工作原理框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)Fig.1 Systemprinciple block diagram

系統(tǒng)中,首先是煙霧傳感器在宿舍中感應(yīng)到煙霧濃度的變化,然后通過(guò)煙霧傳感器將感應(yīng)到的煙霧濃度傳送到主控單片機(jī)中,如果檢測(cè)到溫度低于或高于臨界值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警,并且啟動(dòng)GSM模塊,自動(dòng)循環(huán)地將發(fā)生火災(zāi)的宿舍位置信息發(fā)送到預(yù)先設(shè)定好的責(zé)任人手機(jī)上.

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)主控模塊

采用AT89S51作為系統(tǒng)的控制芯片.AT89S51是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī),片內(nèi)含4 k Bytes ISP（In-systemprogrammable）的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash只讀型程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造,兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元[3].AT89S51單片機(jī)管腳圖2所示[4].

圖2 AT89S51單片機(jī)管腳Fig.2 AT89S51 pin drawing

2.2 煙霧濃度采集模塊

煙霧濃度數(shù)據(jù)采集硬件為離子式煙霧傳感器.煙霧報(bào)警器是通過(guò)監(jiān)測(cè)煙霧的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的,煙感器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感器.離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)、工作穩(wěn)定可靠的傳感器,被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中,性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器.離子式煙霧傳感器在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241,電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子,在電場(chǎng)的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng).在正常的情況下,內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的.一旦有煙霧竄逃外電離室,干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng),電流、電壓就會(huì)有所改變,破壞內(nèi)外電離室之間的平衡,無(wú)線發(fā)射器發(fā)出無(wú)線報(bào)警信號(hào),通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī),將報(bào)警信息傳遞出去[5].設(shè)計(jì)采用的離子煙霧傳感器為NIS-07離子煙感器,其性能良好,具有如下特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)的單源雙室結(jié)構(gòu)；在近似標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,相對(duì)濕度95%和-10～40℃清潔空氣中,工作電源電壓為9 V,收集極平衡電位變化值保持在5.3～6.5 V；可適應(yīng)不同工作電源電壓,其參數(shù)相應(yīng)隨電壓而變化；其輻射安全,單源,活度低,安全性能達(dá)到分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)C64646（ISO 2919-2012/GB 4075-2009）；另外還使用不銹鋼和高性能絕緣材料,漏點(diǎn)電流小；電離源表面是高耐腐蝕的金屬鈀；離子室基部的支架和空槽適于安裝在IC件的上部,IC件15接腳和收集電極接近,易焊接,可有效地屏蔽RF干擾[6].NIS-07離子煙感器實(shí)物圖如圖3所示.

圖3 NIS-07離子煙感器實(shí)物Fig.3 NIS-07 ion smoke detector physical figure

2.3 GTM900模塊

GTM900無(wú)線模塊是由華為公司研發(fā)的產(chǎn)品,是一款三頻段GSM/GPRS無(wú)線模塊.它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令及增強(qiáng)AT命令,提供豐富的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能,是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N應(yīng)用的理想解決方案. GTM900的邏輯框圖如圖4所示[7].

圖4 GTM900邏輯框圖Fig.4 GTM900 logic diagram

GTM900使用AT命令集,通過(guò)UART接口與外部CPU通信,主要實(shí)現(xiàn)無(wú)線發(fā)送和接收、基帶處理、音頻處理等功能.鍵盤、LCD（Liquid Crystal Display）等外部設(shè)備由外部CPU進(jìn)行控制[8].

3 仿真測(cè)試

3.1 GTM900串口測(cè)試

GTM900的測(cè)試主要采用GSM串口測(cè)試助手來(lái)進(jìn)行,具體過(guò)程如下.

（1）將GSM手機(jī)卡安裝到GTM900的卡槽中,安裝方式如圖5所示.

（2）將GTM900的串口通過(guò)RS232轉(zhuǎn)串口線連接到電腦上,然后在計(jì)算機(jī)的設(shè)備管理器中獲取串口的COM號(hào),如圖6所示.

圖6 GTM900串口設(shè)置Fig.6 A serial port Settings diagramfor GTM900

（3）打開(kāi)串口測(cè)試助手,選擇端口的COM號(hào),然后點(diǎn)擊打開(kāi)串口測(cè)試助手,界面如圖7所示.

圖7 GTM900串口測(cè)試設(shè)置界面Fig.7 GTM900 serial port test setup interface

（4）將串口線的2、3管腳短接,點(diǎn)擊GTM900的串口測(cè)試助手的自動(dòng)發(fā)送,在發(fā)送區(qū)的方框里輸入一些數(shù)字,例如：123456789,然后點(diǎn)擊Enter鍵,在接收區(qū)會(huì)收到同樣的數(shù)字：123456789,證明串口線是好的.

3.2 單片機(jī)跟GTM900連接時(shí)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試

（1）通過(guò)1、2兩步的測(cè)試證明單片機(jī)和GTM900的串口都是正常的,然后將單片機(jī)的232串口的2、3、5管腳分別對(duì)接,單片機(jī)232串口的2管腳（TX）接GTM900的3管腳（RX）,3管腳（RX）接GTM900的2管腳（TX）,將5管腳（接地）直接對(duì)接即可.

（2）將編好的程序下載到單片機(jī)中,然后給單片機(jī)和GTM900供電,此時(shí)會(huì)看到單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的8位LED燈的前4位依次閃爍后變成常亮狀態(tài),證明單片機(jī)和GTM900連接成功,數(shù)據(jù)傳送到GTM900中.

（3）將傳感器的輸出信號(hào)連接到GTM900的發(fā)送短信控制端,當(dāng)傳感器傳過(guò)來(lái)信號(hào)時(shí),該信號(hào)驅(qū)動(dòng)GTM900向程序中設(shè)置好手機(jī)號(hào)的手機(jī)設(shè)備發(fā)送短信.

4 小結(jié)

基于GSM無(wú)線技術(shù)構(gòu)建的校園宿舍火險(xiǎn)控制系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)有效地檢測(cè)宿舍內(nèi)的煙霧濃度,并運(yùn)用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序控制整個(gè)系統(tǒng).系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了以GTM900無(wú)線通信模塊作為一種數(shù)據(jù)傳輸通道,可不定時(shí)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集.系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試,數(shù)據(jù)采集精確、傳輸速度高、延遲小,具有較高的現(xiàn)實(shí)意義和推廣價(jià)值.

[1] 韋媛麗.無(wú)線火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.

[2] 白建偉,王迎明,劉文選,等.火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2012（10）：89-92.

[3] 裴紅,呂澤鋒,崔雅敏.基于GPRS的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息,2011（2）：156-158.

[4] 張西.基于MCS-51單片機(jī)的測(cè)溫系統(tǒng)[J].電子工程師,2002（6）：142-143.

[5] 卓可強(qiáng),王鵬程,左開(kāi)中.基于ZigBee的煙霧檢測(cè)火災(zāi)報(bào)警傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2013（8）：88-90.

[6] 張輝,陳古典.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].信息化研究,2010（10）：24-26.

[7] 杜曉婷,李美蓮.基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011（17）：136-138.

[8] 李玲,李鵬.基于無(wú)線傳輸?shù)沫h(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011（9）：72-74.

（責(zé)任編輯：盧奇）

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,碩士,高級(jí)工程師.主要從事信號(hào)與信息處理研究.