基于STC89C52单片机和蓝牙通信的无线煤烟报警系统的设计

    马小萍　李进成　丁鹏举　妥福刚　杨潇　王彩霞

    

    

    摘要：目前，传统的有线煤烟报警器已经不足以满足市场的需求了，因而采用灵活、安全的无线报警方式来传输报警信号可以克服有线报警系统的缺陷。文章在基于STC89C52单片机和蓝牙通信的基础上设计了无线煤烟报警系统，报警系统采用上、下位机无线通信的设计方案，利用点到点无线通信的蓝牙模块。采用手机通过蓝牙和GSM模块远程控制煤烟报警设备的运行与关闭，并可用手机发送短信指令使系统通过GSM通信反馈实时数据到用户手机。

    关键词：蓝牙通信；无线通信；报警系统

    由于有线通信技术在家庭环境中存在接线太多、方式复杂，同时线路综合度和智能化不高，给人们的生活带来舒适的同时会带来诸多不便。相对而言，无线通信方式由于传输媒介的特殊性，在速度、抗干扰、安全性和可靠性方面具有良好的选择性。本文基于STC89C52和蓝牙通信实现无线煤烟报警系统的设计，以解决当前家庭有线设备普遍存在的互连问题，方便实现集中管理和控制。

    提出了基于STC89C52单片机和蓝牙通信的报警系统的设计思想。基于该思想设计了一套煤烟报警器系统，其中报警器采用的气体传感器为MQ-2烟雾传感器。报警系统采用上、下位机无线通信的设计方案，利用点到点无线通信的蓝牙模块，实现设备间的无线数据传输。上位机主机采用PC机通过接口电路与蓝牙模块相连，PC机软件采用结构化设计方法编程，通过串口对蓝牙模块进行通信控制，下位机主机利用STC89C52单片机进行温度和气体报警信号的采集，通过蓝牙模块与上位机进行通信，温度传感器采用DSl8820模块。对该报警系统的测试，证明了基于STC89C52单片机和蓝牙通信的报警系统的无线测试系统能够准确地采集信号，满足用户的需要，特别适用于有毒、有害气体的环境，有着广泛的市场前景和实用价值。本文设计的系统通过移动通信网络，利用手机进行监控及控制，实现了便携性的同时，对有害气体等可实现监控。

    1.设计要求及实现功能

    1.1设计要求

    无线煤烟报警系统的基本设计要求是能够实现上位机的蓝牙通信数据采集、远程实时控制以及下位机的数据采集。由上、下位机组成两级主从式微机测试系统利用蓝牙模块实现无线通信。采用上位机的无线通信技术和远程实时控制可以有效解决有线设备的互连问题，借助单片机和蓝牙通信技术可以使煤烟报警系统更好地适应当前需要。

    1.2实现功能

    由上、下位机组成两级主从式微机测试系统利用蓝牙模块实现无线通信。上位机通过挂接的蓝牙模块将采集参数发送给以STC89C52单片机为核心的数据采集模块。其中，数据采集模块根据采集参数采集气体信号及环境的温度，并将采集到的数据通过蓝牙模块再发送给上位机。最后，上位机接收到数据后，实时地显示、存储数据，并通过数据分析、软件处理后，及时发出报警信号。

    2.硬件设计与实现

    本系统硬件电路主要采取模块化的设计思想，实现了整个系统的各个功能模块电路的参数设计以及接口的匹配。基于STC89C52单片机的外部传感器和蓝牙通信模块是整个煤烟报警系统的核心组成部分。一方面实现基于主控芯片的外部传感器实时地检测泄露煤烟各项指标的变化，及时反馈可靠信息，另一方面借助蓝牙通信模块和基y-～控芯片的外部GSM模块接受控制指令和传输实时数据，以完成相应的报警指令。报警硬件框图如图1所示。

    基于主控芯片的外围电路由晶振电路，复位电路和电源电路构成。其中晶振电路负责提供时钟信号，结合主控芯片STC89C52单片机内部部分组成的电路产生单片机所需的时钟频率，便于单片机以合适的振荡频率运行。复位电路负责提供复位信号，直到系统电源稳定并且经过恰当时间的延时后撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中出现抖动而影响复位。电源电路负责提供电源同时借助Risym LM2596电源稳压模块便于稳定电源后通过开关控制通断。

    3.软件设计与实现

    上位机软件主要采用模块化设计编程来实现，主要完成数据的接收、分析和处理。其中，应用程序提供串行通信功能，在软件设计中使用串行端口传输和接收数据。下位机软件用c语言编程烧写在STC89C52单片机中，主要获取温度、气体信号实现与上位机的数据通信，并当出现通信中断时可以将数据暂时保存。蓝牙数据通信主要完成蓝牙模块初始化、蓝牙模块编辑以及数据的打包和拆包功能。软件流程如图2所示。

    蓝牙模块在最初上电之后，通过USB接口和UART接口对蓝牙设备进行基本操作，先接收一条软件复位指令使蓝牙模块恢复到正常工作状态，然后读取蓝牙设备地址、设备初始化、查询、配对、建立连接、进行通信。另外，在点对点连接的最初，下位机的蓝牙模块被STC89C52單片机设置为随侯模式，即随时侦听上位机蓝牙模块建立连接的请求。同时，上位机的蓝牙模块根据指令对下位机进行呼叫，请求建立连接。通过双方主机、模块间的连接，建立最初的点对点间的连接。当蓝牙通信匹配成功后即可进行蓝牙通信传送数据。

    4.调试分析

    在已搭建好的硬件平台上进行硬件调试，分别对最小系统板上的各个硬件模块的连线进行检查。完成对电源连线检查确保电源连接正确无误后给系统上电，借助万用表检测芯片电源电压是否正常，当输出电源电压正常后，根据软件调试的先后原则采用自下而上的方法，先对每一个模块的子程序检查看各个模块驱动是否正常，然后对系统的各模块进行调试，主要包括对主控芯片STC89C52相关服务程序的调试和蓝牙模块的调试。最后，通过模块化的程序调试好后将整个系统进行调试，检查各模块之间、各中断程序之间是否存在相互影响和约束限制。

    5.结语

    本文提出了基于STC89C52单片机和蓝牙通信的无线煤烟报警系统的设计，由PC机、蓝牙模块构成的上位机与STC89C52、蓝牙模块等构成的下位机组成主从式无线测试系统。以蓝牙为通信媒介，完成对蓝牙和单片机通信的无线煤烟报警系统的硬件及软件流程设计以及信息交互功能。该系统采用无线通信测试技术以点对多点的方式构建的无线系统，可以接收一定范围内的所有蓝牙数据采集设备的数据信息，克服了有线连接的繁琐程序，节省使用空间，便于用户使用，具有很好的市场应用前景。