基于STC89C52單片機和藍牙通信的無線煤煙報警系統(tǒng)的設計

馬小萍　李進成　丁鵬舉　妥福剛　楊瀟　王彩霞

摘要：目前，傳統(tǒng)的有線煤煙報警器已經(jīng)不足以滿足市場的需求了，因而采用靈活、安全的無線報警方式來傳輸報警信號可以克服有線報警系統(tǒng)的缺陷。文章在基于STC89C52單片機和藍牙通信的基礎上設計了無線煤煙報警系統(tǒng)，報警系統(tǒng)采用上、下位機無線通信的設計方案，利用點到點無線通信的藍牙模塊。采用手機通過藍牙和GSM模塊遠程控制煤煙報警設備的運行與關閉，并可用手機發(fā)送短信指令使系統(tǒng)通過GSM通信反饋實時數(shù)據(jù)到用戶手機。

關鍵詞：藍牙通信；無線通信；報警系統(tǒng)

由于有線通信技術在家庭環(huán)境中存在接線太多、方式復雜，同時線路綜合度和智能化不高，給人們的生活帶來舒適的同時會帶來諸多不便。相對而言，無線通信方式由于傳輸媒介的特殊性，在速度、抗干擾、安全性和可靠性方面具有良好的選擇性。本文基于STC89C52和藍牙通信實現(xiàn)無線煤煙報警系統(tǒng)的設計，以解決當前家庭有線設備普遍存在的互連問題，方便實現(xiàn)集中管理和控制。

提出了基于STC89C52單片機和藍牙通信的報警系統(tǒng)的設計思想。基于該思想設計了一套煤煙報警器系統(tǒng)，其中報警器采用的氣體傳感器為MQ-2煙霧傳感器。報警系統(tǒng)采用上、下位機無線通信的設計方案，利用點到點無線通信的藍牙模塊，實現(xiàn)設備間的無線數(shù)據(jù)傳輸。上位機主機采用PC機通過接口電路與藍牙模塊相連，PC機軟件采用結構化設計方法編程，通過串口對藍牙模塊進行通信控制，下位機主機利用STC89C52單片機進行溫度和氣體報警信號的采集，通過藍牙模塊與上位機進行通信，溫度傳感器采用DSl8820模塊。對該報警系統(tǒng)的測試，證明了基于STC89C52單片機和藍牙通信的報警系統(tǒng)的無線測試系統(tǒng)能夠準確地采集信號，滿足用戶的需要，特別適用于有毒、有害氣體的環(huán)境，有著廣泛的市場前景和實用價值。本文設計的系統(tǒng)通過移動通信網(wǎng)絡，利用手機進行監(jiān)控及控制，實現(xiàn)了便攜性的同時，對有害氣體等可實現(xiàn)監(jiān)控。

1.設計要求及實現(xiàn)功能

1.1設計要求

無線煤煙報警系統(tǒng)的基本設計要求是能夠實現(xiàn)上位機的藍牙通信數(shù)據(jù)采集、遠程實時控制以及下位機的數(shù)據(jù)采集。由上、下位機組成兩級主從式微機測試系統(tǒng)利用藍牙模塊實現(xiàn)無線通信。采用上位機的無線通信技術和遠程實時控制可以有效解決有線設備的互連問題，借助單片機和藍牙通信技術可以使煤煙報警系統(tǒng)更好地適應當前需要。

1.2實現(xiàn)功能

由上、下位機組成兩級主從式微機測試系統(tǒng)利用藍牙模塊實現(xiàn)無線通信。上位機通過掛接的藍牙模塊將采集參數(shù)發(fā)送給以STC89C52單片機為核心的數(shù)據(jù)采集模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)采集參數(shù)采集氣體信號及環(huán)境的溫度，并將采集到的數(shù)據(jù)通過藍牙模塊再發(fā)送給上位機。最后，上位機接收到數(shù)據(jù)后，實時地顯示、存儲數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析、軟件處理后，及時發(fā)出報警信號。

2.硬件設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)硬件電路主要采取模塊化的設計思想，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的各個功能模塊電路的參數(shù)設計以及接口的匹配?；赟TC89C52單片機的外部傳感器和藍牙通信模塊是整個煤煙報警系統(tǒng)的核心組成部分。一方面實現(xiàn)基于主控芯片的外部傳感器實時地檢測泄露煤煙各項指標的變化，及時反饋可靠信息，另一方面借助藍牙通信模塊和基y-～控芯片的外部GSM模塊接受控制指令和傳輸實時數(shù)據(jù)，以完成相應的報警指令。報警硬件框圖如圖1所示。

基于主控芯片的外圍電路由晶振電路，復位電路和電源電路構成。其中晶振電路負責提供時鐘信號，結合主控芯片STC89C52單片機內部部分組成的電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，便于單片機以合適的振蕩頻率運行。復位電路負責提供復位信號，直到系統(tǒng)電源穩(wěn)定并且經(jīng)過恰當時間的延時后撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分合過程中出現(xiàn)抖動而影響復位。電源電路負責提供電源同時借助Risym LM2596電源穩(wěn)壓模塊便于穩(wěn)定電源后通過開關控制通斷。

3.軟件設計與實現(xiàn)

上位機軟件主要采用模塊化設計編程來實現(xiàn)，主要完成數(shù)據(jù)的接收、分析和處理。其中，應用程序提供串行通信功能，在軟件設計中使用串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)。下位機軟件用c語言編程燒寫在STC89C52單片機中，主要獲取溫度、氣體信號實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)通信，并當出現(xiàn)通信中斷時可以將數(shù)據(jù)暫時保存。藍牙數(shù)據(jù)通信主要完成藍牙模塊初始化、藍牙模塊編輯以及數(shù)據(jù)的打包和拆包功能。軟件流程如圖2所示。

藍牙模塊在最初上電之后，通過USB接口和UART接口對藍牙設備進行基本操作，先接收一條軟件復位指令使藍牙模塊恢復到正常工作狀態(tài)，然后讀取藍牙設備地址、設備初始化、查詢、配對、建立連接、進行通信。另外，在點對點連接的最初，下位機的藍牙模塊被STC89C52單片機設置為隨侯模式，即隨時偵聽上位機藍牙模塊建立連接的請求。同時，上位機的藍牙模塊根據(jù)指令對下位機進行呼叫，請求建立連接。通過雙方主機、模塊間的連接，建立最初的點對點間的連接。當藍牙通信匹配成功后即可進行藍牙通信傳送數(shù)據(jù)。

4.調試分析

在已搭建好的硬件平臺上進行硬件調試，分別對最小系統(tǒng)板上的各個硬件模塊的連線進行檢查。完成對電源連線檢查確保電源連接正確無誤后給系統(tǒng)上電，借助萬用表檢測芯片電源電壓是否正常，當輸出電源電壓正常后，根據(jù)軟件調試的先后原則采用自下而上的方法，先對每一個模塊的子程序檢查看各個模塊驅動是否正常，然后對系統(tǒng)的各模塊進行調試，主要包括對主控芯片STC89C52相關服務程序的調試和藍牙模塊的調試。最后，通過模塊化的程序調試好后將整個系統(tǒng)進行調試，檢查各模塊之間、各中斷程序之間是否存在相互影響和約束限制。

5.結語

本文提出了基于STC89C52單片機和藍牙通信的無線煤煙報警系統(tǒng)的設計，由PC機、藍牙模塊構成的上位機與STC89C52、藍牙模塊等構成的下位機組成主從式無線測試系統(tǒng)。以藍牙為通信媒介，完成對藍牙和單片機通信的無線煤煙報警系統(tǒng)的硬件及軟件流程設計以及信息交互功能。該系統(tǒng)采用無線通信測試技術以點對多點的方式構建的無線系統(tǒng)，可以接收一定范圍內的所有藍牙數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)信息，克服了有線連接的繁瑣程序，節(jié)省使用空間，便于用戶使用，具有很好的市場應用前景。