圖4 SHT10和單片機連接電路圖

可燃氣體探測器的設計

本系統采用具有高靈敏度、高穩定性的QM-N10半導體氣敏傳感器探測可燃氣體，它是一種采用陶瓷半導體工藝的燒結型器件。半導體氣敏傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化—還原反應導致敏感元件阻值發生變化而制成的，氣敏電阻器的阻值隨著吸附氣體的數量和種類而改變，也就是說非電量氣體的氧化—還原反應過程導致電阻值發生變化。據此特性，人們可以從阻值的變化情況得知吸附氣體的情況。

其電路設計如圖5所示，當QM-N10氣敏半導體傳感器在潔凈空氣中時，A、K兩點間的電阻很大，阻值大約有幾十KΩ，流過RP4的電流很小，K點為低電位，三級管不導通輸出為低電平。當接觸到含有有毒氣體的空氣時，A、K兩點間的電阻迅速下降，K點電位升高，三級管導通輸出為高電平。

圖5 QM-N10氣敏傳感器電路圖

時鐘電路設計

實時時鐘為系統提供時鐘和日歷的功能。本系統中采用Dallas公司生產的DS1302，該芯片是一種高性能、低功耗、附加31字節靜態RAM的時鐘芯片，可通過簡單的串行總線與單片機進行通訊。采用雙電源供電，可設置備用電源充電方式，芯片為8引腳小型DIP封裝。DS1302采用三線接口與單片機進行同步通信，與單片機的接口電路如圖6所示。

圖6 DS1302與單片機接口電路圖

人機交互電路設計

液晶顯示電路設計

在本設計中液晶模塊主要顯示報警系統的工作狀況，如室內溫濕度狀況、實時時鐘顯示等。顯示電路使用帶中文字庫的LCD12864，它可以顯示8×4行16×16點陣的漢字，也可完成圖形顯示。

鍵盤電路設計

鍵盤電路是人機對話的重要組成部分，它主要實現向單片機輸入數據、傳輸命令等功能。鍵盤是利用機械金屬點的結合和斷開來實現信息的輸入。一個鍵盤實際上就是一個開關，單片機根據I/O線的高低電平來判斷一個按鍵的開關狀態。微處理器所采用的鍵盤有兩種：全編碼鍵盤和非編碼鍵盤。本設計中采用非編碼鍵盤控制。鍵盤常用的模式有矩陣鍵盤和獨立鍵盤兩種方式，本設計采用獨立鍵盤形式，獨立按鍵的各鍵相互對立，互不影響，軟件識別簡單。

單片機與短信模塊串口通信設計

本設計的重點部分是單片機與JB35G短信模塊的通信，它承擔著向外報警通信功能。通常有串行通信和并行通信兩種方法。串行通信是指數據字節是一位一位串行的傳送，通過串行接口實現。根據信息的傳送方向，串行通信可以分為單工、半雙工和全雙工三種。串行通信按通訊方式可分為同步通訊和異步通訊。JB35G移動通信模塊的通信方式為異步通訊，所以本設計也要采用異步通訊方式，異步串行通訊規定了字符數據的傳遞格式，即每個數據以相同的幀格式傳遞，每一幀信息由起始位，數據位，奇偶校驗位和停止位組成。

STC89C52單片機有一個工作在異步通訊方式下的全雙工串行口。全雙工的串行通訊只需要一根輸出線和一根輸入線。STC89C52單片機的串口僅占用了單片機的P3.0(10腳)和P3.1(11腳)，分別為接收端RXD和發送端TXD。當非串口方式工作時，這兩根口線還可以作為一般的I/O口線使用。STC89C52的串口內部結構如圖7所示。

圖7 STC89C52單片機的串口內部結構圖

系統軟件設計

作為智能防火系統核心的主控單片機主要完成接收各監控子功能模塊發送來的信息，并通過串口與GSM通信模塊發送相應的短信息到用戶的手機。

當系統上電或者復位時，單片機開始運行主程序，其流程圖如圖8所示。主程序首先完成I/O口、液晶顯示、串口、定時器、時鐘、開放外部中斷及串口中斷等初始化設置，然后執行讀溫濕度、讀時鐘和鍵盤掃描子程序并在液晶屏上顯示。之后系統開始等待中斷，在單片機相應中斷后進入各自的中斷服務子程序。各個防火監控模塊通過外部中斷0申請中斷，發送接收短消息通過串口中斷進行。

圖8 系統主程序流程圖

結束語

宿舍智能防火報警系統為宿舍安防提供了一條可行途徑。鑒于宿舍防火的基本需求，本設計基于STC89C52單片機，采用成熟可靠的GSM移動網絡，同時利用多傳感器檢測，設計了智能報警系統。本文介紹了系統的總體構成，關鍵模塊的連接方式以及軟件實現的流程圖。該系統具有智能化、自動化特點，對于大學生宿舍的安全建設具有重要意義。