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　　随着物联网技术的兴起和发展，人们对生产生活要求的提高。以计算机为工具，微控制器为核心，采用单片机、GSM、传感器等技术和方法实现的“智能家居”、“智能楼宇”乃至“智慧城市”等类似概念被越来越多的提出以至付诸实现，给公司企业、家庭、学校等楼宇部门在工作效率、生活质量以及安全防护等方面都带来了不小的进步。无论在日常生活还是在企事业单位的生产生活中、安全防范与监控始终占有着重要的地位。而随着在校大学生的综合素质愈发受到重视，实验室作为高校实践教学的重要场所，承担的教学和实践任务也越来越大，对其建设质量的要求也越来越高。由于实验室建设环境的复杂化、实验室仪器造价和精密程度的提高、承担的教学任务量的增大，如何有效的对实验室的环境信息进行采集、对突发的安全状况进行实时的监控并进行相应处理，是各专业实验室管理人员面临的共同课题。由于管理员不能实现全天候的在岗维护和监控，传统的完全依靠人的管理方式已经不足以满足高效管理的需求，这就必须借助各种技术手段去协助实验室的管理人员去更好的完成管理任务。而类似于智能家居或智能楼宇实现方案的“实验室安全报警系统”可以很好的实现这一要求。本设计基于STM32单片机，采用了GSM、传感器等技术。能够对实验室环境数据进行实时监控，并具有短信报警功能。主要面向高校实验室的管理人员或技术人员，以操作简便、界面简洁、功能实用、安全稳定为设计出发点，对各实验室进行有效的安全监控，提高实验室管理人员工作效率，减小工作负担，最终提高实验室安全系数。从以上分析可知，本研究具有重要的实际应用价值。
　　1.系统相关模块与知识
　　1.1 STM32单片机
　　STM32系列单片机采用ARM32位Cortex-M3 CPU，采用独有的节能技术，内置A/D转换器、DMA控制器、定时/计数器等功能部件，硬件资源丰富、运行速度快、性价比较高，广泛应用于消费电子、楼宇安防、网络互连、工业控制等领域。因此本设计主控芯片所采用的是STM32系列的STM32F103VE。实现对传感器、GSM、液晶显示等模块的控制。
　　1.2 TC35 GSM模块
　　TC35是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现数据、语音传输、短消息服务和传真。模块可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。本设计采用集成的TC35模块，包含了主芯片和相应的外围电路。通过它与单片机系统相连接，完成与监测者通过短信进行发送实验室采集数据或接收查询指令的功能。
　　1.3 传感器模块
　　传感器模块依据琼州学院电子信息工程实验中心实验室需要监控的各个环境指标，使用了风速传感器、温度传感器、烟雾传感器、门窗监测四个模块：
　　1.3.1 风速传感器
　　风速传感器对实验室室外风速进行测量。传感器模块使用JL-FS2三杯式风速传感器，信号输出方式为电压输出，测量范围为0～30m/s。通过输出0～5V电压、交由单片机内部集成的A/D转换模块处理，最终得出风速等级、由程序决定发出预警。
　　1.3.2 温度传感器
　　温度传感器对实验室室内环境温度进行测量。使用DS18B20可编程数字温度传感器，测温范围-55～+125℃，以0.5℃递增。测温范围和精度符合设计要求。使用单总线方式与单片机进行数据通信。当测量温度高于或低于设定要求时，系统发出预警。
　　1.3.3 烟雾传感器
　　烟雾传感器使用MQ-2气体传感器。对可燃气体和烟雾进行监测，主要作用是对实验室内部可能发生的火警或气体泄漏进行预警。该传感器具有开关信号（TTL）输出和模拟信号输出，其中模拟信号可以监测浓度，开关信号可以控制单片机是否发出报警指示。
　　1.3.4 门窗检测
　　门窗状态检测使用PT2262/PT2272编解码芯片、完成对门窗开关状态的监控。当门窗异常打开时，门磁传感器触发PT2262发出编码信号，PT2272接收信号，反映到到单片机中进行处理，从而检测实验室门窗异常情况。
　　1.3.5 keil MDK开发环境
　　Keil MDK是目前ARM内核单片机开发的主流工具。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些功能组合在一起。它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。本设计选用keil MDK 4.1.4作为开发工具，主要使用C语言对单片机进行设计编程，完成系统功能。
　　2.系统软硬件实现
　　2.1 系统硬件实现
　　系统以STM32单片机为控制核心，风速传感器、温度传感器、烟雾传感器以及门窗状态检测模块与单片机I/O口进行连接，采集实验室环境信息，交由液晶显示模块进行显示，当某一项测量数据超出安全范围时，自动触发与单片机通过串口相连GSM模块，向管理员手机发送短消息，提醒管理员对实验室突发安全状况进行处理。管理员也可以通过向GSM模块发送短信，了解实验室安全状况，这时GSM模块将发送当前采集数据给管理员手机。系统总体框图如图1所示。
　　2.2 系统软件实现
　　系统采用Keil MDK开发工具，使用C语言进行程序设计，程序采用模块化编程。各个模块函数独立封装，在主函数中被调用。主函数流程图如图2所示。
　　3.结束语
　　本文结合单片机、传感器、GSM等相关知识，实验室安全报警系统进行了系统软硬件设计。目前，该系统已经处于实验室中的实际安装测试阶段，各项功能和技术指标正在进一步完善中。相信，本设计对于实验室安全报警与环境监控将起到积极帮助，同时随着系统功能的进一步完善、可监控的环境数据进一步增加，本设计在各高校实验室、乃至其他单位的安防领域会有着广泛的应用前景。
　　参考文献
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　　[2]张胜，徐晓冰，龚良武，曾斌斌.利用AT89S52单片机实现的GSM短信的防火报警系统设计[J].高科技产品研发，2010（1）：46.
　　[3]张逢雪，王香婷，王通生，徐广瑞.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].自动化技术与应用，2011（8）：49-50.

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