论文总字数：15906字

目 录

1绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外烟雾温度报警器发展现状 1

1.3 当前我国烟雾温度报警器存在的问题 2

2 总体方案设计 2

2.1 概述 2

2.2 系统设计要求 2

2.3 系统各重要部件的选型 3

2.3.1 单片机选型 3

2.3.2 温度传感器选型 4

2.3.3 烟雾传感器选型 7

2.3.4 A/D芯片选型 8

2.3.5 GSM无线通信模块选型 8

3 系统的硬件电路 10

3.1 烟雾检测AD采集电路 10

3.2 GSM通信模块电路 11

3.3 显示模块电路 11

3.4 声音报警电路 12

3.5 按键控制电路 12

3.6 电源模块电路 13

3.7 温度传感器（DS18B20）接口电路 13

4 系统软件设计 14

4.1 系统主程序设计及流程图 14

4.2 子程序流程图 14

5 系统调试 15

5.1 硬件调试 15

5.1.1 GSM模块调试 16

5.2 软件调试 16

6 调试结果 16

7 总结与展望 16

参考文献 17

附件一 总体原理图设计 19

附件二 实物图 19

致谢 20

基于GSM的烟雾温度报警器

姜煚

，China

Abstract：This paper is mainly discussed the design scheme of the smoke and temperature alarm system based on GSM, more in-depth analysis of the temperature acquisition module of the system, smoke acquisition module, GSM short message sending module, display module, and voice alarm module. The design of the smoke temperature alarm system has a simple structure, convenient operation, high performance and etc. It can meet the basic needs of the family of the fire alarm and have good application prospects.

Key words：Smoke and temperature alarm; GSM; MCU; sensor

1绪论

1.1 课题背景

当今社会，经济平稳增长，人们的生产生活同时也面临着巨大的威胁，近年来，火灾给人类带来的生命财产损失呈逐年上升趋势。

为了提高人们的生活质量水平，尽最大的能力保护好人们的生命财产安全，降低潜在的安全隐患，我们就有必要对室内的烟雾和温度进行监测并且及时发出报警通知，尽快采取预防措施，提醒相关的群众，保卫他们的生命和财产安全。因此，就有必要对烟雾检测以及无线通信技术进行研究，最大化的减小人们的损失。本设计就是基于GSM的烟雾温度报警器的实现。

1.2 国内外烟雾温度报警器发展现状

随着人们安全防护意识的增强，生活品质的提高，并且传感器市场受到政府政策的大力推动等一些关键因素，一些欧洲的发达国家1920年就开始研究温度、烟雾传感器，并且传感器市场发展的非常快。

时代在进步，技术在发展，生产技术水平也是得到了飞跃的发展，传感器也变得越来越小，越来越方便。并且很多传感器都是集成了很多小的模块，更适用于人们的生产生活当中，它的便携也更加利于工厂的生产以及市场的销售。根据相关的数据分析，欧美国家在21世纪初传感器的年均增长率都在30%左右。

中国在20世纪70年代初也在研发温度、烟雾报警系统，当时主要从国外引进先进的生产技术和相关的传感器技术，并且进行合理的加工，结合我们国家的生产生活需要增加自己的一些特色特点，生产出很多型号的传感器，用于各种生产生活环境。最近几年，随着科学技术更进一步的发展，传感器行业也随之发展的更为迅猛，集成度更加高，我国生产的烟雾传感器适用于更多的气体采集，包括煤气，烷类气体等等。同时无线通信技术的快速发展使得我们可以通过传感器配合以告知相关的群众，减少损失。

GSM源于欧洲，在那时，这些网络仅仅适用于国内，并不能给国外的一些用户带来便利。GSM在1987年之后得到了快速的发展，全球使用GSM移动电话的用户已经非常普及，当然GSM还是存在着一些缺点，在后续的发展当中是急需要去解决的。在语音编码，频谱频率，信号带宽方面都是需要去逐步改进的。GSM网络的发展给人们的通信带来了极大的便利，同时GSM网络需要融合其他一些先进的技术，逐渐的演变发展，充分相应我国可持续发展的战略，为人类提供更加优质的服务。但是当前社会，资源的稀缺是每个行业都面临的难题，GSM网络需要充分考虑在节约资源保护环境的基础之上进一步的发展。目前的GSM网络还是存在着一些问题，比如信号的传输效率不够高，频谱的利用率也不够高等等。因此运营商的合理规划和对网络的建设非常重要。

1.3 当前我国烟雾温度报警器存在的问题

当前科学技术发展迅速，电子信息，移动通信，互联网技术的崛起，火灾报警系统正在逐步的改进和发展，总的方向是网络智能化、高度的灵敏化、还有无线技术的结合化等。面对目前烟雾报警器存在的一些问题，比如通信协议并非一致，系统经常发生误报的情况，不够智能，在比较恶劣的环境中无法进行准确的报警，抗外界干扰的能力低下等一些现状，我们国家有必要制定相关的政策，去规范通信协议，对新的材料技术等进行更进一步的研究，积极的吸取国外的一些好的设计方案和经验，结合我国的生产生活，努力的解决目前报警器存在的问题，改善改进自动报警器的各方面的性能，提高报警系统的可靠和灵敏性。在提高报警器行业的竞争力的同时更能够保卫人们的生命财产安全，为人类做更大的贡献。

2 总体方案设计

2.1 概述

本系统一共有五个大的模块组成，分别是传感器模块，GSM模块，声音报警电路模块，按键调节模块，还有数码管显示模块。传感器模块主要有烟雾传感器和温度传感器组成，分别用来采集烟雾型号和温度信号，GSM模块主要是系统报警时给用户发送短消息以告知主人。声音报警电路就是在温度或者烟雾浓度超过预定的值时会触发蜂鸣器实现报警。按键调节模块主要是对整个系统进行控制，比如设定温度烟雾值，停止报警等。总体设计方案如图1所示。

图1 基于GSM的温度烟雾报警系统框架图

2.2 系统设计要求

本系统应用于家庭监测火灾，主要实现温度烟雾的报警并且发送信息告知主人。

• 本系统采用的是STC89C52单片机作为中央处理器，MQ-2作为烟雾传感器，DS18B20作为温度传感器，SIM900A作为无线通信模块配合AT指令与单片机进行串口通信。再配合其他的一些部件完成整个硬件电路的设计工作。
• 系统的软件编程。整个编程分为报警系统主程序、初始化主程序、烟雾采集子程序、温度采集子程序等一些编程模块。
• 硬件电路和软件的综合调试。

2.3 系统各重要部件的选型

本系统中使用的硬件主要包括单片机、温度传感器、烟雾传感器、GSM通信模块等，在选择时根据性能包括是否能满足本系统的要求，此外再考虑价格和便携性。下面是对本系统所选择的硬件的性能介绍。

2.3.1 单片机选型

单片机在整个的硬件电路设计中是至关重要的，它是整个电路设计的核心部件，其他的外围的部件都需要经过单片机的处理才能够正常运行。在选择单片机时，必须考虑到选择的单片机处理速度要快，并且能够在报警器工作的时候准确的显示烟雾浓度和温度的数值，同时通过短信发送模块通知相关的人员。目前在市面上使用最为广泛的是51系列的单片机，51系列的单片机轻便并且价格很低，体积也相对较小，性能各方面也是比较稳定的，因此本次系统的设计中我的是STC89C52单片机。

2.3.1.1 单片机最小系统

单片机最小系统能够使单片机稳定的运行，是单片机工作最少的硬件电路系统，主要包括电源，复位，时钟，片内外ROM选择电路4个部分。结构如图2所示。

图2 STC89C52最小系统结构图

SRC89C52单片机工作的电压一般是在4V至5.5V的范围内，因此正常情况之下我们可以给其接上5V的直流电源以供电。复位电路主要用来控制单片机工作开始和结束的状态，主要目的就是用来启动单片机。外接电源时，单片机就会产生复位信号。单片机在运行阶段时，如果受到外界环境的干扰程序偏离正常的运行路径或者执行错误等问题时，可以按下复位按钮，烧进去的程序可以重新执行。单片机的的复位有两种方式，第一种是通电之后自动进行复位，第二种是手动按键进行复位。在时钟电路开始运行之后，复位端会连续输出两个机器周期的高电平。在本次设计中，电路是通过外接上拉电阻用来提高输出的高电平的值来进行手动复位的操作。

时钟电路在单片机运行过程中起着至关重要的作用，它就像是单片机的心脏一样，控制着单片机的工作节奏和运行时候的速度。时钟电路就是振荡电路，首先会给单片机输入一个正弦波信号，这个信号决定了单片机的处理和运行速度。XTAL1与XTAL2是在片内是反向放大器的输入端，片外可以接晶振电路。因为一个机器周期包含有6个状态周期，1个状态周期=2个振荡周期，所以一个机器周期=12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，那么它的振荡周期为1/12us。

2.3.1.2 单片机的时钟复位电路

本设计使用的是内部方式的时钟电路以及外接电源自动复位的复位电路。因为P0端口内部没有上拉电阻，呈高阻态，所以没有办法正常输出高低电平。在使用时，P0端口必须要接上上拉电阻。

2.3.1.3 单片机的性能

• 工作电压：4V-5.5V
• 工作频率：0-35MHZ
• 存储数据：8字节Flash程序存储，512字节RAM数据存储
• 3个16位定时器，看门狗定时器
• 工作温度范围：正常情况0-75摄氏度
• 32个通用I/O口，复位之后P0-P3口是双向口，弱上拉。P0口作为总线扩展使用时不需要接上拉电阻，但是作为I/O口使用时需要接上拉电阻。
• 具有电可擦除可编程功能

2.3.2 温度传感器选型

温度传感器在整个的硬件设计电路中也是非常重要和关键的，它的作用就是测量环境中的温度值，在本系统中使用的是DS18B20数字型的温度传感器，它不需要经过模数转换，直接将测得的温度值数字化通过数据线传送给单片机，在传感器的内部有温度传感器，寄存器等几个模块，同时DS18B20只需要一个I/O口就可以进行信息的读入和读出，使用非常简便，实现电路也非常简单。此外它不需要额外的供电，数据总线可以直接给温度传感器供电。它在温度的测量精确度、传输的距离包括分辨率等方面有了非常大的改进和提高，在我们使用时更加方便快捷，能够满足用户正常的测温需求也得到了越来越多的用户的认可。所以本系统选择DS18B20作为设计中的温度传感器。

2.3.2.3 DS18B20数据功能介绍

此次设计中我们使用的是三角封装的温度传感器。DS18B20的内部结构：主要包括4个部分，温度传感器，ROM，高低温度系数振荡器，寄存器等。

64位的ROM在出厂之前就已经被光刻录好了64位的序列号来唯一区分DS18B20，那么一根总线上面就可以接多个传感器，可以实现对于当前温度的多个点测量功能。前8位是产品的类型编号，中间的48位是器件的序列号，最后的8位是产品系列的编号。

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