智能火灾报警系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种智能火灾报警系统。本实用新型的智能火灾报警系统包括单片机控制系统、AD转换模块、烟雾采集模块、温度采集模块、喷水电机模块、LCD液晶显示模块、GSM模块、蜂鸣器报警模块、矩阵键盘模块以及电源模块。本实用新型的优点是能够自动检测环境中的烟雾浓度、环境温度，并具有声光报警、短信提醒和喷水灭火功能，同时用户可以根据实际情况自己设定报警上限，进而通过手机短信远程预警方式使得用户能够及时掌握环境的安全状况。系统的结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉，大大降低了严重火灾发生的可能。
【专利说明】
智能火灾报警系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及环境安全灾害预警领域，具体涉及一种应用GSM通信、传感器和单片机的智能火灾报警系统。
【背景技术】
[0002]中华人民共和国公安部提供数据:2008年全国全年发生火灾13.3万起，死亡1385人，直接财产损失15亿元，在我们的日常生活中也处处潜伏着火灾隐患，因此做好火灾的及时报警并做好相应的应对措施，就能减少人身和财产损失。目前，智能火灾报警系统已并非传统意义上的简单报警设备，而是融入和集成了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器应用等各领域知识，相信伴随着科学技术的不断进步，智能化的火灾报警系统必将得到更快的发展。
[0003]单片机体具有积小、质量轻、价格便宜，功耗低、扩展灵活和使用方便的优点，其广泛应用于仪器仪表中，通过集成各种类型的传感器可以实现对多种测量物理量的信息转换和控制，是实现自动化不可或缺的一个部分。
[0004]GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，因此也叫做无线调制解调器。它的出现给GSM的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM网络数据通信及其应用的大门。一般来说，凡是使用调制解调器的地方大多数都可以用GSM模块来代替。由于GSM模块不受地域，线路的影响，所以基于这种模块，以GSM网络作为无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用。本实用新型发明采用的GSM短信功能，可以使某些控制达到“零距离”，由于短信息的费用低廉，因此可以直接取代传统的无线远程遥测，具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0005]为提高远程火灾预警的安全性和有效性，本实用新型提供一种智能、简单、便捷的智能火灾报警系统。
[0006]本实用新型通过以下技术方案来实现:一种智能火灾报警系统的特征包括:其组成包括单片机控制系统、AD转换模块、烟雾采集模块、温度采集模块、喷水电机模块、LCD液晶显示模块、GSM模块、蜂鸣器报警模块、矩阵键盘模块以及电源模块。
[0007]I)所述单片机控制系统包括:单片机STC89C52引脚40的VCC连接正极5V，而引脚20的VSS连接电源地端。
[0008]2)所述AD转换模块包括:芯片ADC0832通过引脚5、6连接单片机的？2.2端口进行数据的接收与发送;其引脚I接单片机的P2.4端口，进行片选，低电平时开通AD模块;其引脚7接单片机的P2.3端口；引脚4直接接地；引脚8直接连接电源模块。
[0009]3)所述烟雾采集模块包括:MQ-2烟雾传感器通过引脚4、6送给AD转换模块ADC0832的引脚2进行AD转换，其引脚1、3直接连接电源，引脚5通过电阻接地。
[0010]4)所述温度采集模块包括:芯片DS18B20的引脚I直接接地，引脚3直接连接电源，引脚2接一个上拉电阻和单片机STC89C52的P2.3端口来完成对总线的上拉。
[0011]5)所述喷水电机模块包括:喷水电机通过一个三极管的基极串连一个2K的电阻连接到单片机的P3.7端口。
[0012]6)所述LCD液晶显示模块包括:芯片LCD160 2的引脚I直接接地，引脚2直接连接电源，引脚3连接一个电阻后接地，引脚4、5、6分别接单片机的P2.7、P2.6、P2.5端口，引脚7到引脚14依次连接单片机的P0.0到P0.7端口，引脚15直接连接电源，引脚16直接接地。
[0013]7)所述GSM模块包括:芯片TC35分别与单片机的P3.0端口和P3.1端口连接。
[0014]8)所述蜂鸣器报警模块包括:通过三极管基极串连一个电阻与单片机的P3.2端口连接。
[0015]9)所述矩阵键盘模块包括:由16个按键组成，其中4横行分别接单片机的P14、P15、P16、P17端口，4竖行分别接单片机的P10、P11、P12、P13端口。
[0016]1)所述电源模块包括:输出5V直流电压给整个系统供电。
[0017]本实用新型的有益效果是:
[0018]1.所述一种智能火灾报警系统，使用GSM通信模块与单片机相连，实现自动发送短信通知用户，智能化程度高，无需人为控制。
[0019]2.所述一种智能火灾报警系统，采用分模块设计方法，整个装置易于拆卸和组装。
[0020]3.所述一种智能火灾报警系统，采用传感器实时采集现场数据和远程数据传输的方式保障生产与生活环境的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒现象的发生，在防火、防爆和安全生产中具有广阔的市场空间与发展前景。
【附图说明】
[0021 ]图1为智能火灾报警系统的结构框图
[0022]图2为系统整体电路原理图
[0023]图3为单片机最小系统原理图
[0024]图4为烟雾传感器原理图
[0025]图5为AD转换原理图
[0026]图6为温度传感器原理图
[0027]图7为IXD显示原理图
[0028]图8为蜂鸣器报警电路原理图
[0029]图9为喷水电机电路原理图
[0030]图10为GSM模块与单片机232通信连接原理图
[0031]图11为矩阵键盘原理图
[0032]图12为电源接口电路原理图
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明。
[0034]如图1和图2所示，本实用新型所述电路包括:单片机最小系统作为整个系统的CPU模块、ADC0832转换模块、MQ-2烟雾传感器采集模块、DS18B20温度采集模块、喷水电机模块、IXD160 2液晶显示模块、GSM模块、蜂鸣器报警模块、矩阵键盘模块以及电源接口电路。通过MQ-2烟雾传感器实时获取可燃气体浓度、DS18B20温度传感器获得火灾现场温度，并通过LCD1602芯片液晶显示数据，当浓度或温度超过限定值时则能够完成声光报警、GSM短信提醒和喷水灭火功能，便于人们及时掌握环境的安全状况，提高安全系数。
[0035]如图3所示，主板的单片机最小系统包括单片机、复位电路和时钟电路构成。单片机最小系统中单片机为STC89C52ATC89C52单片机的工作电压范围为4V-5.5V，所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。XTALl和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，18脚、19脚接有振荡电路，其中晶振频率为
11.0592MHz。当给单片机加上工作所需直流电源时，振荡器就开始振荡起来。振荡电路的目的是为单片机工作提供所需的时钟脉冲信号。其中18脚和19脚分别对地接了一个1yF的电容，目的是防止单片机自激。同时在9脚也就是RST端外接了一个复位电路，目的是使单片机上电开始工作时，内部电路从初始状态开始工作。本系统采用的是外部手动按键复位电路，需要连接上拉电阻来提高输出高电平的值。
[0036]如图4所示，MQ-2烟雾传感器是以清洁空气中电导率较低的金属氧化物二氧化锡为主体的N型半导体气敏元件。当传感器所处环境中存在烟雾气体时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。在设计报警器时只要使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。此模块的MQ-2烟雾传感器采集现场的烟雾浓度值经过通过4、6引脚送给ADC0832的2引脚进行AD转换得到相应的电压值，其1、3脚直接连接电源，引脚5通过电阻接地。
[0037]如图5所示，ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32ys，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是05、0^、00、01。但由于00端与01端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。本系统将ADC0832模块通过5、6引脚连接单片机的P2.2端口进行数据的接收与发送;其引脚I接单片机的P2.4端口，进行片选，低电平时开通AD模块;其引脚7接单片机的P2.3端口；引脚4直接接地；引脚8直接连接电源。
[0038]如图6所示，DS18B20温度传感器的数字温度输出通过“Ι-Wire”总线(Ι-Wire是一种独特的数字信号总线协议，它将独特的电源线和信号线复合在一起，仅使用一条口线;每个芯片唯一编码，支持联网寻址、零功耗等待等，是所需硬件连线最少的一种总线)这种独特的方式，可以使多个DS18B20方便地组建成传感器网络，为整个测量系统的建立和组合提供了更大可能性。本系统中DS18B20芯片的引脚I直接接地，引脚3直接连接电源，2引脚接一个上拉电阻和单片机STC89C52的P2.3端口来完成对总线的上拉。
[0039]如图7所示，智能火灾报警系统通过分别设定温度和烟雾的上限值来启动报警装置，即需要显示模块能够实时显示当前的温度值和烟雾值。LCD1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)正好满足设计的需要。因此本系统中显示模块采用IXD1602液晶显示模块。IXD1602液晶显示芯片的引脚I直接接地；引脚2直接连接电源；引脚3是灰度调节引脚，灰度正常时是0.5-1V左右，因此需接一个电阻接地，得到所需电压；引脚4、5、6分别接单片机的P2.7、P2.6、P2.5端口；引脚7-引脚14依次接单片机的P0.0-P0.7端口；引脚15直接接电源；引脚16直接接地。
[0040]如图8所示，蜂鸣器报警电路通过三极管基极串连一个电阻与单片机P3.2端口连接，通过单片机给P3.2高低电平来控制蜂鸣器是否报警。
[0041]如图9所示，喷水电机电路通过一个三极管的基极串连一个2K的电阻接到单片机的P3.7端口，通过给P3.7端口高低电平来控制喷水电机的开启与停止。
[0042]如图1O所示，本系统采用Siemens最新推出的新一代GSM模块——TC35模块，使用232电平通信，可使用单片机板上的DB9C0M头与模块上的DB9 COM头交叉相连成GND—GND方式。GSM模块分别与单片机的P3.0端口和P3.1端口相连，实现数据的接收与发送。TC35模块的基带处理器集成了一个与IS07816-3 IC Card标准兼容的SM接口。为了适合外部的SM接口，该接口连接到主接口((ZIF连接器)。冗35在ZIF连接器上为SM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连。
[0043 ]如图11所示，矩阵键盘由16个按键组成，4横行分别接单片机的P14、P15、P16、P17端口，4竖行分别接单片机的？10、？11、？12、？13端口。其中32为手动报警键;34为取消报警键;S5为设置键;S9为加键;S13为减键S17为退出设置键。在GSM设置手机号码的界面下:S2、33、34、36、37、38、310、311、312、以及315分别对应数字1-9和0;316为删除号码键。
[0044]如图12所示，电源接口电路的主要功能是输出5V直流电压给整个系统供电，其中Pl为电源接口。
[0045]以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种智能火灾报警系统，其特征包括:其组成包括单片机控制系统、AD转换模块、烟雾采集模块、温度采集模块、喷水电机模块、LCD液晶显示模块、GSM模块、蜂鸣器报警模块、矩阵键盘模块以及电源模块； 1)所述单片机控制系统包括:单片机STC89C52引脚40的VCC连接正极5V，而引脚20的VSS连接电源地端； 2)所述AD转换模块包括:芯片ADC0832通过引脚5、6连接单片机的？2.2端口进行数据的接收与发送，引脚I接单片机的P2.4端口，进行片选，低电平时开通AD模块，引脚7接单片机的P2.3端口，引脚4直接接地，引脚8直接连接电源模块； 3)所述烟雾采集模块包括:MQ-2烟雾传感器通过引脚4、6送给AD转换模块ADC0832的引脚2进行AD转换，引脚1、3直接连接电源，引脚5通过电阻接地； 4)所述温度采集模块包括:芯片DS18B20的引脚I直接接地，弓I脚3直接连接电源，引脚2接一个上拉电阻和单片机STC89C52的P2.3端口来完成对总线的上拉； 5)所述喷水电机模块包括:喷水电机通过一个三极管的基极串连一个2K的电阻连接到单片机的P3.7端口； 6)所述LCD液晶显示模块包括:芯片LCD1602的引脚I直接接地，引脚2直接连接电源，弓丨脚3连接一个电阻后接地，引脚4、5、6分别接单片机的P2.7、P2.6、P2.5端口，引脚7到引脚14依次连接单片机的P0.0到P0.7端口，引脚15直接连接电源，引脚16直接接地； 7)所述GSM模块包括:芯片TC35分别与单片机的P3.0端口和P3.1端口连接； 8)所述蜂鸣器报警模块包括:通过三极管基极串连一个电阻与单片机的P3.2端口连接； 9)所述矩阵键盘模块包括:由16个按键组成，其中4横行分别接单片机的P14、P15、P16、P17端口，4竖行分别接单片机的P10、P11、P12、P13端口； 10)所述电源模块包括:输出5V直流电压给整个系统供电。
【文档编号】A62C37/00GK205608945SQ201620268714
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】陶洪峰, 王方, 董晓齐, 刘艳
【申请人】江南大学