大部分火災的發生是由于在火災初期沒有及時采取應急防火措施，如果能夠有效檢測異常火苗或者氣體并及時報警采取措施，就能大大降低火災對人類的威脅。設計了煙霧報警系統，能使外出的人及時收到家中的報警信息。該系統由24 V直流電源供電，使用低功耗單片機MSP430F5529搭載靈敏度高、可靠性好、價格低廉的煙霧傳感器MQ2實現煙霧監測，并通過GSM模塊SIM900A對報警信息進行無線遠距離傳輸。經測試，系統能夠在7~10 s內將警報通知到用戶，這對減少火災引起的損失起到了十分關鍵的作用。

　　引言

　　隨著社會節奏加快，住宅往往處于長期無人的狀態，全國每年因居住場所無人而引發的火災逐年增多，造成了巨大的財產損失。煙霧傳感器是一種典型的火災監測傳感器，它能夠將空氣中異常氣體的濃度或者火焰光強度轉化成電信號。傳統的煙霧報警器只能夠在檢測到火災的情況下發出警報聲響，傳播距離短，有很大的局限性。本文利用低功耗單片機MSP430將煙霧傳感器MQ2的模擬電信號轉換成數字信號，一旦檢測到異常化學氣體超標便通過GSM網絡將警報信息以短信或電話的形式告知遠方的用戶，系統反應迅速并且成本低廉。

　　1系統硬件架構

　　圖1展示了遠程煙霧報警系統的硬件架構，整個系統由6個模塊構成，分別是電源模塊、傳感器模塊、邏輯控制模塊、顯示模塊、GSM通信模塊和手機接收端。

　　1.1煙霧傳感器MQ-2

　　火災傳感器按原理可以分為熱傳感器、光電子傳感器、離子傳感器、空氣采樣監測器、半導體氣體傳感器和火焰傳感器。其中，熱傳感器正確率高但反應速度慢，光電傳感器、離子傳感器和空氣采樣檢測器主要在特殊環境中發揮作用，火焰傳感器通過檢測光的波長來監測火災和爆炸，可靠性高，反應速度極快，但是價格昂貴。本文采用的傳感器MQ2屬于半導體氣體煙霧傳感器，火災現場產生的煙霧及氣體與傳感器中的半導體材料二氧化錫發生化學反應，造成表面勢壘降低，材料的導電性能顯著提高，通過外圍電子電路檢測這種變化能夠準確發出火災警報［2］。MQ2傳感器體積小、易安裝、安全性好，非常適合檢測液化石油氣、甲烷、丙烷、酒精、一氧化碳等可燃氣體引起的火災。圖2所示的是MQ2的工作原理圖，傳感器輸出的模擬電壓與滑動變阻器的預設電壓值一同輸入比較器，當傳感器輸出電壓超過預設值，比較器輸出低電平，點亮LED燈。

　　1.2電源模塊

　　考慮到GSM模塊在搜索網絡與接收發送短消息的功率比較大，因此本系統使用24 V直流供電，通過DC/DC芯片LM2596將24 V轉換成5 V為GSM提供充足的電能［3］。通過LDO（低壓差線性穩壓器）芯片AMS1117將5 V電源轉換成3.3 V為MCU提供穩定且紋波低的工作電壓。圖3展示了DC/DC電源的工作原理圖，其中的續流二極管D6選擇肖特基快速整流管1N5825，最大電流可達5 A。反饋端的電阻R6與R5需要選擇1%的精密電阻，電感L2的DCR（直流電阻）越小越好，一般選擇在0.03 Ω左右即可，電容C10、C8的ESR（等效串聯電阻）對輸出電壓的紋波起著關鍵作用，ESR越低，電源的紋波越小，一般ESR在幾毫歐附近即可。

　　1.3MCU與顯示模塊

　　整個系統并不需要實現非常復雜的邏輯算法，因此選擇超低功耗的單片機MSP430F5529，該MCU內部有一顆16位的RISC CPU，此外還集成了4個16位定時器和1個高性能的12位模數轉換器［4］，可以用來采集MQ2輸出的模擬信號量。為了方便人機交互，本系統使用了一款102×64像素的LCD顯示屏來顯示一些必要的系統信息，它與MCU通過SPI總線進行通信，圖4展示了它們的連接圖。其中的TPS75105為液晶屏的恒流源驅動，支持使用PWM來調節液晶的背光亮度。圖4MCU與液晶屏的連接圖∶

　　1.4GSM模塊

　　SIM900A是目前市面上比較通用的一款GSM通信模塊，它有兩個工作頻段，分別是EGSM 標準的900 MHz和DCS 標準的1 800 MHz。它的功耗很低，在睡眠模式下僅消耗1 mA的電流［5］。圖5所示是SIM900A的工作原理圖，通過長按開關機鍵可以強制GSM模塊開機或者關機，在開機瞬間，SIM900A需要非常大的驅動電流，一旦搜索到信號便會穩定下來，需要的電流也會大幅下降，這種特性對電源要求比較嚴苛，可以為SIM900A的電源引腳并聯一個大電容，使其平滑開機過程中的電流脈沖。SIM900A通過串口與MCU進行通信，波特率通常選擇為9 600 b/s。MCU使用標準的AT指令來配置GSM模塊，并完成發送短信警報的功能。、

　　2系統軟件架構

　　如圖6所示，系統上電后，SIM900A模塊開機，MCU完成初始化，通過串口發送AT指令給SIM900A模塊使SIM900A初始化，配置SIM900A進入中文短信發送模式。當煙霧傳感器檢測到異常，其輸出的模擬信號電壓超過了設定的閾值，比較器輸出端會產生一個下降沿，觸發MCU的外部中斷，MCU將立即發送AT指令及報警短信的編碼數據給SIM900A模塊。

　　2.1MCU初始化

　　MCU一上電默認開啟看門狗，為了測試方便，主程序中首先將看門狗關閉，接著配置系統時鐘至24 MHz，設置好外部中斷并打開全局中斷，初始化液晶顯示屏，打開背光燈，調整好對比度。最后，將MSP430的串行通信接口圖5SIM900A工作原理圖、

　　USCI配置成UART模式，波特率為9 600 b/s，禁止奇偶校驗，8位數據格式，1位停止位，發送和接收低位優先。通過串口發送ATI指令，SIM900A如果工作正常會返回設備信息和“OK”。

　　2.2SIM900A搜索設備運營商網絡

　　發送指令“AT+COPS”，如果成功則會收到“+COPS：0，0”、“CHINA MOBILE”和“OK”的回復信息，其中CHINA MOBILE表示中國移動運營商，不同運營商的SIM卡會返回不同的字符串。程序通過檢測接收字符串中是否包含OK字樣來判斷是否成功搜索到運營商網絡。

　　2.3SIM900A獲取信息中心號碼

　　信息中心號碼是一種短信息服務器，各個地區都有自己的信息中心號碼，例如蘇州短信中心號碼為8613802001500。短信的收發必須交由信息中心進行轉發才能成功發送，所以獲取本地信息中心號碼十分關鍵。通過發送“AT+CSCA？”可以獲取信息中心的號碼。