基于单片机控制的GSM洪水报警系统的研究

基于单片机控制的GSM洪水报警系统的研究

邓智育余达周一牧张震西

（西北民族大学电气工程学院甘肃兰州730030）

1引言

众所周知，我国是一个自然灾害十分频繁的国家，而洪涝灾害更是我国发生最频繁、分布最广泛的自然灾害，历年来是社会各界关注的防灾减灾重点问题之一[1]。近几十年来，自然资源的开发利用不断扩大，城乡经济建设飞速发展及其造成的损失也不断的增加。因此，有的地方每年汛期到来时，大雨常常连续下好几天，使该区域江河湖泊的水位暴涨，更有甚者直接漫过大堤，造成决堤的现象，严重地威胁着人民生命财产安全和社会的稳定与发展。为解决该问题，目前全国通常的做法是：每年汛期到来时，当江河湖泊的水位上涨到一定的高度时，由政府派出，洪水出现的频率人员去巡视有可能会出现险情的堤坝。这种做法既浪费人力资源，又效率不高，不能实时的监控水位，遇到暴雨时更会给巡视人员带来不便。为解决上述问题，本小组设计的基于单片机控制的GSM洪水报警系统应运而生。

2系统总体介绍

基于单片机控制的GSM洪水报警系统是由单片机、超声波测距传感器、GSM通信设备、液晶显示屏、蜂鸣器、雨滴传感器、指示灯等主要部件组成的报警系统如图1所示。

如图1系统结构框图

该系统中，单片机是核心部件，其控制整个系统的运行，相当于CPU，超声波测距传感器、液晶显示屏、GSM通信设备安装在堤坝水利监测杆上。当洪水来临时，超声波测距传感器会不断的检测水面到堤坝的距离，而液晶显示屏会显示水面到堤坝的高度，并以数字显示。当水面上升到一定的高度时，液晶显示屏除了显示数字外，还会显示“报警”二字，而且蜂鸣器会一直响，报警信号灯会一直亮，同时，GSM通信设备会不断地向指定的水利监测站发射报警信息。当水面触及到安全水位线时，此时超声波测距传感器会将信息传给单片机，单片机分别将信息反馈到报警灯、蜂鸣器、液晶显示屏和用户的手机上。

3系统硬件设计

3.1STC89C52单片机主控模块

该系统采用STC89C52单片机作为主控系统。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，由于其功能较为强大以及便宜的特点，使得STC89C52单片机成为众多嵌入式控制系统中广泛应用。单片机在该系统中相当于中枢以及中转站，具有接受信息以及发出指令的功能，能对各种传感器采集上来的数据进行处理，并筛选出有用信息做出准确的判断，且将指令下达给各模块进行相关的操作。

3.2SIM900A模块

SIM900A模块是一个专为中国大陆市场设计的2频的GSM/GPRS模块，工作的频段为EGSM900MHz和DCS1800MHz。[2]本系统采用SIM900A模块作为SIM卡接口模块，以实现系统拨号和短信通知功能[3]。将SIM900A模块的串口与单片机的串口相连接，当SIM900A模块插入SIM卡后即可与相应联系号码实现远程通讯，单片机检测到洪水水位上升的信号时，单片机判定洪水水位危险时，即对预留联系号码进行拨号，并发送水位危险信号到水利检测站。

3.3超声波测距传感器模块

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。SR04是最常见的超声波传感器之一，在单片机开发中超声波传感器SR04主要用来测距，相比其他测距传感器有着简单易用、灵敏度高等特点。因此，本小组选用了这种传感器，该传感器采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40KHz的方波，并检测是否有信号返回；有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，距离=（高电平时间*声速（340m/s））/2[4]。将超声波传感器安装在水坝上就可以检测水位信息，其水位高就是超声波测距传感器所检测的距离。

3.4液晶显示器模块和雨滴传感器模块

本小组通过对各种液晶显示器性能参数与价格的比较，鉴于LCD1602具有显示质量高、重量轻、功耗低以及价格便宜等特点，因此本小组选择了LCD1602来显示这一系列的参数数据。液晶显示模块的主要功能是当有人来检查时，显示系统的当前工作模式以及参数。雨滴传感器主要是用于检测当前天气，当天晴时，系统进入休眠状态，只有当雨天的时候系统才会工作。

4程序设计

本小组设计的基于单片机控制的GSM洪水报警系统的程序框图如图2所示。

其主要的思路是：当系统的电源开关打开以后，系统就进入了以死循环。系统的雨滴传感器就开始检测是否为雨天，当不是雨天的时候系统就进入休眠状态，当为雨天的时候，系统启动，超声波测距传感器会不断的检测江河湖泊的水位，并且将检测的水位信号传给主控，主控判断水位信号是否超过设置的阈值，若超过了阈值的话，SIM900a就会被启动，并进入向水利监测机构发送水位信号进而报警。而液晶显示器是在按键上输入显示才会启动，否则是不会被启动。如图2系统程序框图

5结束语

本小组设计的基于单片机控制的GSM洪水报警系统能有效的监测江河湖泊的水位，同时当洪水来临之时还能向相关的水利机构自动发送水位报警信号，让相关的部门提前做好防汛的工作，这样就能避免人民财产的不必要损失。该系统满足了防汛的设计要求，达到了预期设想的功能，具有普遍的实用价值，理应大力推广普及。

参考文献

[1]江浩，江炎生，郑治军，蒋磊.湖北省洪水风险图成果报告中的关键问题探讨[J].人民长江，2016，47（14）：12-14+18.

[2]张庆力，刘姜伟，张鑫.基于SIM900A模块的短信收发系统设计[J].电子世界，2016，（08）：152-153.

[3]周赞，牛建红，阳瑞辉，沈杰，余达.基于单片机的GSM汽车涉水报警系统[J].现代工业经济和信息化，2017，7（05）：37-38+61.

[4]沈燕，高晓蓉，孙增友，李金龙.基于单片机的超声波测距仪设计[J].现代电子技术，2012，35（07）：126-129.

作者简介：

邓智育，男，海南人，本科生，现就读于西北民族大学电气工程学院。

指导教师：万国峰，男，副教授，研究方向：数字信号处理，无线传感器网络。

基金项目：西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助（项目编号：20171813）