基于單片機的家庭防盜防火系統研究

萬明彪等

【摘 要】本系統是基于AT89S52單片機的防盜防火系統，它采用煙霧傳感器和人體紅外檢測傳感器實時監測家庭安全狀況，如果出現異常情況，該系統會通過GSM模塊以短信形式通知用戶或者直接報警。該系統成本較低、性能穩定，并且抗干擾能力強，電路安裝簡單。通過多次調試，該系統性能指標達到要求，設計具有一定可行性。

【關鍵詞】單片機AT89S52；傳感器；防盜防火系統

0.引言

隨著我國經濟發展，人民生活水平提高，各地均建成現代化住宅區。很多家庭也擁有各種家電設備和貴重品，但是火災、盜竊現象屢見不鮮，給小區居民的生命和財產造成重大損失。人們安全意識不斷提高，報警系統也越來越受歡迎，在安防方面得到廣泛應用。

本文以51系列單片機為主控芯片，MQ-2煙霧傳感器模塊和人體紅外檢測傳感器作為敏感檢測單元，結合ADC0832、液晶12864和GSM模塊TC35設計而成。它具有實用的功能，并且抗干擾能力強、成本低的防盜防火顯示報警系統，在安防上能滿足一般用戶的需求。

1.防盜防火系統總體方案設計

該防盜防火報警系統是一種新型電子報警系統。將智能控制、電子探測和電話通訊技術結合起來設計而成一個防盜、防火報警系統。系統組成框圖如圖1所示。

1.1系統組成

系統總體構成包括主控單片機STC89S52、防火信息采集與處理模塊、防盜信息采集與處理模塊、GSM移動通信模塊、備用電源等。

該防盜防火系統的主控部件選用AT89S52，它是整個控制系統的核心器件。AT89S52是一種CMOS8位微控制器，片內具有8K可編程快閃存儲器并且具有低功耗、高性能的特點。片內FPEROM通過在線編寫程序或者通過編程器對存儲器多次重復編程來實現短消息的發送和接收。在居民住宅需要設防的區域內安裝各種前端探測器來實現各種參數的檢測任務。GSM數字的蜂窩移動通信網絡已經成為我國移動通信網的主要方式。GSM的短消息具有數據傳送功，該防盜防火系統通過GSM通訊模塊實現報警。

1.2系統功能

把前端警情采集和報警控制模塊安裝在居民家里需要防范的位置，例如臥室、廚房、門窗等，而把報警主機放于比較隱蔽的位置。通常情況下，該防盜防火系統處于休眠撤防狀態。當用戶離家時，可通過鍵盤將系統置于布防工作狀態。安裝在各個位置的人體熱釋紅外探測器和煙霧傳感器開始不斷采集信息。在警戒范圍之內一旦發生火災或者有人入侵時，與之對應的防盜、防火探測器向主控單片機發送中斷請求。主控單片機響應中斷，由GSM短信模塊向預設的報警號碼發送短信。報警號碼可以是用戶本人或者是公安部門，短信內容也可以按照需要自己設置。

2.系統硬件設計

2.1前端探測器設計

該防盜防火系統探測器部分主要包括防火探測器和防盜探測器兩部分。防盜探測器采用熱釋電人體紅外檢測傳感器，熱釋電人體紅外線探測器原理圖如圖2所示。

熱釋電人體紅外傳感器可以接受來自人體輻射的特定波長紅外線并將其變換為與人體距離、運動速度和方向有關的電信號。傳感器產生的電壓響應與入射光輻射的頻率成反比。恒定紅外輻射線照射在探測器上時，傳感器沒有電信號輸出，因此傳感器不能檢測到恒定的紅外輻射。同樣入射功率下，物體移動的速度越快，輸出電壓越小。只有電壓值達到報警閾值電平時，探測器才有電壓信號輸出。因此，選擇熱釋電人體紅外探測器用于盜情信號的檢測。

當人體進入信號探測區，人體溫度引起環境溫度輻射的變化。熱釋電紅外探測器通過菲涅爾透鏡感應到人體溫度與環境溫度溫度的差信號，在負載電阻上產生一個大小取決于敏感元件溫度變化快慢的電信號。經過比較器與狀態控制器從而產生輸出電壓信號。

防火探測器設計。

可燃氣體包括煤氣、天然氣、烷等，當一定空間內濃度達到一定值時，遇到明火便會燃燒甚至爆炸。家庭用的天然氣或液化氣發生泄露時，會造成人員煤氣中毒等危險后果。在火災發生早期階段，燃燒物會散發出大量煙霧，含有大量可燃性氣體，例如甲烷、一氧化碳等。使用可燃氣體探測裝置監測可燃氣體的濃度值異常，就可以判斷火情，從而及時發出報警信號，可以有效避免成災。

防火探測器采用MQ-2氣體傳感器。它使用的氣敏材料是二氧化錫（ ，清潔空氣中電導率較低）。當傳感器所在環境中有可燃氣體泄漏時，傳感器的電導率會隨著可燃氣體濃度的增加而增大。可用簡單電路將電導率的變化轉換成與該氣體濃度相應的輸出電壓信號。

MQ-2氣體傳感器對丙烷、液化氣、氫氣的靈敏度很高，而且對天然氣和其它的可燃蒸汽檢測也比較好。它可檢測多種可燃性氣體，適合多種應用的一款低成本傳感器。

2.2核心處理器AT89S52單片機

單片機是將微處理器、存儲器和各種輸入輸出接口集成在一塊硅片上的微型控制芯片。該系統選用了AT89S52系類單片機。該系列單片機與INTEL MCS-51系列單片機完全兼容。

兩個20pF電容與12MHz晶振構成時鐘電路。電阻、電容與按鍵開關構成復位電路，實現上電復位和手動復位功能。為防止周圍干擾信號會對觸發中斷產生影響，在系統響應中斷請求后，系統對中斷抗干擾信號進行多次巡檢。只有確認是中斷信號后，采取執行中斷服務子程序，否則不執行報警任務。

2.3 AT89S52單片機與短信報警模塊通信設計

全雙工串行通信需要一根輸入線和一根輸出線。AT89S52單片機有一個在異步通訊方式下工作的的全雙工串行接口。該串口只占用了P3.0和P3.1，分別是接收端RXD與發送端TXD。

該通信模塊提供標準九針口TS232串口，通過這個接口單片機與它進行通信。單片機的邏輯電平和GSM串口不一致，在實際應用時，必須通過專用電平轉換芯片MAX232把TTL墊片轉換成RS232電平。

該通信模塊默認設置為：無奇偶校驗位、波特率為9600bps、8位數據位、1位停止位和1位起始位。在串行通信中，發送設備和接收設備要保持相同傳送波特率。如果要成功傳遞數據，數據位、起始位、停止位和奇偶校驗位和的約定，在傳遞過程中必須保持一致。單片機使用的晶振是12MHz，串口波特率設置為9600，工作方式1，同時定時器T1工作在工作方式2。

3.系統軟件設計

該系統采用AT89S52單片機，該單片機支持C語言和匯編語言。用C語言編程可以提高效率，改善程序可讀性與可移植性，現在大多采用C語言作為開發軟件。該系統采用Keil C51的uVision2。它基于Windows開發平臺，將編輯、編譯、鏈接和調試集成于一個環境中。uVision2包含一個高效編輯器、一個項目管理器和一個MAKE工具。可以靈活地對C51編譯器、BL51連接器和As1編譯器和編譯環境設置。主程序流程圖如上圖3所示。

4.結語

該設計以AT89S52單片機和GSM短信報警模塊為核心，設計了一種適合家庭用的防盜防火系統。在對硬件進行設計，軟件編程后，對該系統進行了調試。對系統發送和接收短消息電路模塊進行了調試，系統可以針對警情正常運行，實現自動報警。 [科]

【參考文獻】

[1]王海燕.家庭智能防盜防火報警系統的研究[D].無錫：江南大學，2008.

[2]陳雷，丁曉明，李強.GSM短消息系統在遠程數據采集中的應用.中國數據通信，2003，（3）：58-61.

[3]李朝青.單片機原理及接口技術.北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[4]寧武，唐曉宇，閆曉金.全國大學生電子設計競賽基本技能指導[M].北京：電子工業出版社，2009.