基于51单片机的配电室远程监控系统设计与环境检测GSM报警系统

1. 系统功能介绍

本设计是一种基于 STC89C51/STC89C52 单片机 的智能配电室环境监控与报警系统。该系统将温湿度检测、水位检测、烟雾检测、入侵检测与风扇、水泵控制相结合，同时配合 SIM900 GSM 模块 实现远程短信报警功能。系统能够实时监测配电室环境参数，并根据设定阈值自动触发报警与设备控制，从而有效防止因环境异常引发的事故。

主要功能如下：

环境监测与显示：通过温湿度传感器、烟雾传感器、水位检测模块、红外检测模块等，实时采集配电室环境数据，并在 OLED 屏幕上显示。
温湿度报警：当温度或湿度超出设定阈值时，系统触发蜂鸣器报警，并通过 GSM 模块向管理人员发送短信提醒。
水位报警与水泵控制：当水位超过设定值时，系统触发蜂鸣器报警，并自动开启水泵排水，直至水位恢复正常。
烟雾报警与风扇控制：当检测到烟雾浓度超过阈值时，蜂鸣器报警，并自动开启风扇进行排风，待烟雾浓度下降后关闭风扇。
入侵检测与报警：通过红外传感器检测非法入侵情况，一旦触发，立即启动蜂鸣器并发送短信报警。
远程短信通知：利用 SIM900 GSM 模块，系统在检测到环境异常时自动向预设手机号发送报警短信，确保管理人员第一时间获知。
参数阈值可调：系统提供按键功能，用户可设置温湿度、水位和烟雾的报警阈值，增强系统灵活性。

该系统广泛适用于配电室、机房、仓库等需要实时监控的环境，具有实用性和推广价值。

2. 系统电路设计

本系统电路由 单片机核心电路、检测电路、显示电路、控制电路、报警电路、按键电路 和 通信电路 七个部分组成。

2.1 单片机核心电路

主控芯片采用 STC89C51/STC89C52 单片机：

内部带有丰富的 I/O 资源，适合多传感器输入和外设控制。
通过复位电路与晶振电路保证系统稳定运行。
与外设之间采用 GPIO、ADC、UART 等接口通信。

2.2 温湿度检测电路

温湿度检测模块可选用 DHT11/DHT22 或者通过 PCF8591 ADC 转换读取模拟信号。

温湿度数据实时上传至单片机并显示在 OLED 屏幕。
若数据超出阈值，触发蜂鸣器报警，并通过 GSM 模块发送短信。

2.3 水位检测电路

水位传感器通过电压变化反映水位高度：

模拟信号经 PCF8591 转换为数字信号输入单片机。
当水位超标，单片机控制继电器启动水泵，排水直至水位恢复正常。

2.4 烟雾检测电路

采用 MQ-2/MQ-5 烟雾传感器：

输出模拟电压信号，经 PCF8591 转换后送至单片机。
超过设定值时，蜂鸣器报警并启动风扇排风。

2.5 红外入侵检测电路

采用 人体红外传感器（PIR） 检测是否有人进入配电室：

一旦检测到异常，蜂鸣器启动，同时通过 GSM 模块发送入侵报警短信。

2.6 OLED 显示电路

OLED 液晶用于显示实时采集数据，包括：

温度、湿度、水位、烟雾浓度。
当前阈值设定和报警状态。

2.7 控制电路（风扇与水泵）

通过 继电器驱动电路 控制风扇与水泵的开关。
当检测值恢复正常后，自动关闭设备，节省能耗。

2.8 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器用于本地报警，提醒管理人员现场检查。

2.9 GSM 短信报警电路

采用 SIM900 GSM 模块，通过 UART 串口与单片机通信：

发送短信至指定手机号码，告知具体报警原因。
支持多条短信报警，保障远程监控的及时性。

2.10 按键电路

按键用于阈值设置，包含：

模式键：切换阈值设置模式。
加键/减键：调整对应参数的报警阈值。

3. 程序设计

程序采用模块化设计，包括 主程序、传感器数据采集模块、显示模块、阈值设置模块、报警模块、GSM 短信通信模块。

3.1 主程序框架

#include <reg52.h>
#include "oled.h"
#include "dht11.h"
#include "pcf8591.h"
#include "gsm.h"
#include "key.h"
#include "buzzer.h"void main()
{System_Init();   // 系统初始化while(1){Sensor_Read();     // 采集温湿度、水位、烟雾、入侵数据Display_Data();    // OLED 显示Key_Scan();        // 按键检测，更新阈值Alarm_Check();     // 报警判断}
}

3.2 传感器采集模块

void Sensor_Read(void)
{temp = DHT11_ReadTemp();    humi = DHT11_ReadHumi();    smoke = PCF8591_Read(0);   water = PCF8591_Read(1);   pir = PIR_Read();          
}

3.3 OLED 显示模块

void Display_Data(void)
{OLED_ShowString(0,0,"Temp:");OLED_ShowNum(40,0,temp,3);OLED_ShowString(0,2,"Humi:");OLED_ShowNum(40,2,humi,3);OLED_ShowString(0,4,"Smoke:");OLED_ShowNum(60,4,smoke,3);OLED_ShowString(0,6,"Water:");OLED_ShowNum(60,6,water,3);
}

3.4 阈值设置模块

void Key_Scan(void)
{if(Key_Mode_Pressed()) mode = (mode+1)%4; // 循环切换阈值设置if(Key_Add_Pressed()){if(mode==0) temp_th++;else if(mode==1) humi_th++;else if(mode==2) smoke_th++;else if(mode==3) water_th++;}if(Key_Dec_Pressed()){if(mode==0) temp_th--;else if(mode==1) humi_th--;else if(mode==2) smoke_th--;else if(mode==3) water_th--;}
}

3.5 报警与控制模块

void Alarm_Check(void)
{if(temp > temp_th){Buzzer_On();GSM_Send("温度超标报警！");}if(humi > humi_th){Buzzer_On();GSM_Send("湿度超标报警！");}if(smoke > smoke_th){Buzzer_On();Fan_On();GSM_Send("烟雾超标，风扇已启动！");}else Fan_Off();if(water > water_th){Buzzer_On();Pump_On();GSM_Send("水位超标，水泵已启动！");}else Pump_Off();if(pir == 1){Buzzer_On();GSM_Send("警告！检测到入侵！");}
}

3.6 GSM 短信模块

void GSM_Send(char *msg)
{UART_SendString("AT+CMGF=1\r");   // 设置短信模式Delay_ms(100);UART_SendString("AT+CMGS=\"1234567890\"\r"); // 目标手机号Delay_ms(100);UART_SendString(msg);UART_Send(0x1A); // Ctrl+Z 结束符
}

4. 总结

本系统以 STC89C52 单片机 为核心，整合了温湿度检测、水位检测、烟雾检测与入侵检测，并通过 OLED 屏幕进行数据可视化。同时，系统利用 继电器控制风扇和水泵，在检测到环境异常时进行自动处理。配合 SIM900 GSM 模块，系统实现了远程短信报警功能，确保在无人值守的情况下依旧能保障配电室的安全。

该系统具备 多参数监测、自动化控制、远程报警、阈值可调 等优势，既能满足日常配电室的安全管理需求，也可扩展至机房、仓库、实验室等场景，具有良好的实用性和推广价值。