一種新型自動(dòng)報(bào)警手持燃?xì)獬硌b置的研究

　　摘要 ：介紹了一種手持燃?xì)獬硌b置，具有智能化、使用便利的特點(diǎn)。該手持燃?xì)獬硌b置可實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)距離無(wú)線抄表，同時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境，當(dāng)環(huán)境中燃?xì)鉂舛冗^(guò)高或者溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò) GSM 方式與上位機(jī)通信，提高了使用安全性。

　　李楠， 電子測(cè)試 發(fā)表時(shí)間：2021-09-05

　　關(guān)鍵詞 ：燃?xì)獬?;報(bào)警 ;智能

　　0 引言

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，燃?xì)庖哑毡檫M(jìn)入城鎮(zhèn)居民家中，相比較于早期普遍使用的瓶裝液化氣，其使用方便且成本較低，受到了居民的歡迎，但同時(shí)也存在著一定的安全隱患，燃?xì)庑孤┎灰撞煊X(jué)，泄漏后若導(dǎo)致火災(zāi)將給居民人身財(cái)產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。目前，市面上一般手持燃?xì)獬硌b置主要通過(guò)紅外通信方式和燃?xì)獗磉M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采集用戶燃?xì)馐褂枚葦?shù)等數(shù)據(jù)，但這些燃?xì)獬硌b置通信距離短、抄表效率較低。鑒于此，為克服一般手持燃?xì)獬硌b置的不足，并提高燃?xì)庠O(shè)備使用安全性，本文設(shè)計(jì)一種新型手持燃?xì)獬硌b置，該手持燃?xì)獬硌b置不僅能實(shí)現(xiàn)智能遠(yuǎn)距離無(wú)線抄表，而且能同時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境，當(dāng)環(huán)境中燃?xì)鉂舛冗^(guò)高或者溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)報(bào)警。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　基于 ZigBee 的自動(dòng)報(bào)警手持燃?xì)獬硌b置系統(tǒng)包括微控制器、顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、ZigBee 模塊、GSM 模塊、紅外模塊、燃?xì)鈧鞲衅鳌囟葌鞲衅鳌⒋鎯?chǔ)模塊、鍵盤模塊、電源模塊和時(shí)鐘模塊 [1]。硬件系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

　　微控制器對(duì)手持燃?xì)獬硌b置各模塊進(jìn)行控制 ;顯示模塊顯示時(shí)間、燃?xì)獗戆l(fā)送過(guò)來(lái)的抄表數(shù)據(jù)和檢測(cè)出的異常情況狀態(tài) ;聲光報(bào)警模塊在手持燃?xì)獬硌b置檢測(cè)到出現(xiàn)燃?xì)鉂舛冗^(guò)高或溫度過(guò)高的異常情況時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音并閃爍發(fā)光進(jìn)行報(bào)警 ; ZigBee 模塊通過(guò) ZigBee 通信方式和燃?xì)獗磉M(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)至燃?xì)獗砘蚪邮杖細(xì)獗戆l(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù) [2]。微控制器和 ZigBee 模塊采用 CC2530 集成芯片，顯示模塊采用 12864OLED，聲光報(bào)警模塊包含蜂鳴器和 LED 燈。微控制器與 ZigBee 模塊的電路連接圖如圖 2 所示。

　　GSM 模塊通過(guò) GSM 通信方式和燃?xì)獗磉M(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)至燃?xì)獗砘蚪邮杖細(xì)獗戆l(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并可通過(guò) GSM 通信方式和管理員手機(jī)進(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)至管理員手機(jī)或接收管理員手機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù) ;紅外模塊通過(guò)紅外通信方式和燃?xì)獗磉M(jìn)行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)至燃?xì)獗砘蚪邮杖細(xì)獗戆l(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。GSM 模塊包含 SIM 卡，SIM 卡和 GSM 模塊采用的集成芯片 SIM800C 相連。紅外模塊包含紅外發(fā)射器和紅外接收器。GSM 模塊電路連接圖如圖 3 所示。

　　燃?xì)鈧鞲衅鳈z測(cè)手持燃?xì)獬硌b置所處環(huán)境的可燃?xì)怏w濃度 ;溫度傳感器檢測(cè)手持燃?xì)獬硌b置所處環(huán)境的溫度值。燃?xì)鈧鞲衅餍吞?hào)為 MQ-9，可檢測(cè)甲烷、液化石油氣等可燃?xì)怏w和一氧化碳?xì)怏w，適用廣泛，安全性高。溫度傳感器采用 DS18B20 集成芯片。

　　存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)接收到的抄表數(shù)據(jù) ;鍵盤模塊用于人機(jī)互動(dòng)，包括選擇通信方式、開(kāi)啟抄表程序、裝置開(kāi)關(guān)機(jī) ;電源模塊為手持燃?xì)獬硌b置各模塊提供電壓大小合適且穩(wěn)定的電源 ;時(shí)鐘模塊用于計(jì)時(shí)，提供實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)，包括年、月、日、周、時(shí)、分、秒 ;鍵盤模塊包含五個(gè)按鍵，用于設(shè)置和功能選擇。存儲(chǔ)模塊采用 AT24C16 集成芯片，其存儲(chǔ)空間為 16K，具有 2 線串行接口，連線少，通信簡(jiǎn)單。鍵盤模塊的 5 只按鍵分別為 ZigBee 通信按鍵、GSM 通信按鍵、紅外通信按鍵、抄表按鍵和電源按鍵。時(shí)鐘模塊采用 DS1302 集成芯片，其是一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對(duì)年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為 2.0V-5.5V，可接后備電源，保證主電源電能耗盡時(shí)仍可靠工作。電源模塊包含三塊可充電式鋰電池、一只 LDO 降壓芯片和一只 LDO 升壓芯片 [3]。其中鋰電池電壓為 3.7-4.2V，電池型號(hào)為 18650，電池容量為 3000mAh，三塊鋰電池中的第一塊連接 LDO 降壓芯片，經(jīng)降壓為 3.3V 后為微控制器 10 和 ZigBee 模塊 4 供電，第二塊鋰電池連接 LDO 升壓芯片，經(jīng)升壓為 5V 后為顯示模塊、紅外模塊、燃?xì)鈧鞲衅鳌囟葌鞲衅鳌r(shí)鐘模塊供電，第三塊鋰電池給 GSM 模塊供電。電源模塊電路連接圖如圖 4 所示。

　　2 軟件程序設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)開(kāi)啟后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，對(duì)微控制器的工作狀態(tài)及相關(guān)寄存器初值進(jìn)行設(shè)定 ;接著通過(guò)顯示模塊顯示當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)，當(dāng)前日期和時(shí)間數(shù)據(jù)由時(shí)鐘模塊提供，數(shù)據(jù)包括年、月、日、周、時(shí)、分、秒 ;再等待按鍵按下選擇通信方式，若鍵盤模塊中的 ZigBee 通信按鍵按下選擇 ZigBee 通信方式，GSM 通信按鍵按下選擇 GSM 通信方式，紅外通信按鍵按下選擇紅外通信方式 ;等待抄表按鍵按下開(kāi)始抄表，若抄表按鍵按下則通過(guò)選定的通信方式發(fā)出抄表命令到燃?xì)獗碇?;接收燃?xì)獗戆l(fā)送過(guò)來(lái)的燃?xì)舛葦?shù)等數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ) ;然后通過(guò)顯示模塊顯示接收到的數(shù)據(jù) ;接著調(diào)用報(bào)警子程序 ;完成后等待新的命令直到結(jié)束。

　　管理員可用手機(jī)通過(guò) GSM 通信方式發(fā)送抄表命令短信至手持燃?xì)獬硌b置，手持燃?xì)獬硌b置通過(guò) GSM 通信方式將存儲(chǔ)的燃?xì)舛葦?shù)發(fā)送回所述管理員手機(jī) [4]。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用報(bào)警子程序時(shí)，首先進(jìn)行初始化，接著讀取燃?xì)鈧鞲衅鳉怏w濃度讀數(shù)，將其和設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前氣體濃度高于標(biāo)準(zhǔn)值，啟動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲音并閃爍發(fā)光進(jìn)行報(bào)警，如果當(dāng)前氣體濃度不高于標(biāo)準(zhǔn)值，直接顯示當(dāng)前氣體濃度，再讀取溫度傳感器溫度值讀數(shù)，將其和設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如果當(dāng)前溫度值高于標(biāo)準(zhǔn)值，啟動(dòng)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲音并閃爍發(fā)光進(jìn)行報(bào)警，如果當(dāng)前溫度值不高于標(biāo)準(zhǔn)值，直接顯示當(dāng)前溫度值。另外，當(dāng)燃?xì)鈧鞲衅鳈z測(cè)到的室內(nèi)燃?xì)鉂舛冗^(guò)高或溫度傳感器檢測(cè)到的室內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，通過(guò)顯示模塊顯示異常情況狀態(tài)“警告 : 檢測(cè)到燃?xì)鉂舛冗^(guò)高”;并由微控制器通過(guò) GSM 模塊發(fā)送報(bào)警內(nèi)容“檢測(cè)到燃?xì)鉂舛冗^(guò)高”至管理員手機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　在社會(huì)發(fā)展迅速的今天，燃?xì)庖咽制占埃瑸槊癖妿?lái)了方便、持久的熱能，極大提高了人民生活水平 [5]，但是包括筆者所在的南京地區(qū)在內(nèi)，很多地區(qū)仍采用人工抄表方式，由抄表員進(jìn)入用戶家中手動(dòng)抄表 [6]，后疫情時(shí)代，該抄表方式存在近距離接觸的弊端。本文研究的裝置可智能無(wú)線遠(yuǎn)距離抄表，即通過(guò) ZigBee 通信、GSM 通信方式可靠傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)還兼容紅外通信方式，適用廣泛，免去抄表員進(jìn)入千家萬(wàn)戶的相互接觸 ;并可通過(guò)燃?xì)鈧鞲衅骱蜏囟葌鞲衅鳈z測(cè)周圍環(huán)境，發(fā)生燃?xì)庑孤r(shí)自動(dòng)報(bào)警，在抄表的同時(shí)檢測(cè)是否存在燃?xì)庑孤┑劝踩[患，增強(qiáng)燃?xì)獍踩褂眯郧医档腿肆ξ锪Τ杀荆A(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生，具有良好的實(shí)用性和廣闊的市場(chǎng)前景。