家庭安全報警器設計

周宇暉

摘要：鑒于住宅中危害最大的險情以及安全保障的迫切需要，針對非法入侵和火災檢測，設計了一款家庭安全報警器，系統實現了布防、撤防的設置，溫度、煙霧、入侵的檢測，設置了可直接判斷險情類型的三級報警，操作便捷，具有良好的應用前景。

關鍵詞：溫度檢測；煙霧檢測；入侵檢測；報警器

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0272-02

一、引言

如今，人民生活方式正在從溫飽型向小康型轉變，因此人們會有更強的安全意識，逐漸接受在家居內裝設質優價廉、功能完善的安全防范系統。同時人類已經進入21世紀，智能家居己開始引起人們的關注。作為智能家居的一個組成部分，安全防范報警系統也必將向多功能、智能化方向發展。

隨著生活水平的日益提高，各種家用電器、液化石油氣、管道煤氣等已進人千家萬戶，這些現代化設施帶來了生活的便利，同時也增加了火災和有害氣體中毒的風險，另外非法入侵的事件時有發生，顯然傳統的住宅安全保障方式迫切需要改進，以便將險情消滅在萌芽狀態，保障居民生命財產安全。

但由于家庭安全報警的需求五花八門，目前實用性強的報警系統較少，也有不少裝置存在誤報或漏報問題。因此，設計一款使用便捷的家庭安全報警器具有一定的實用意義。

二、系統總體設計

（一）總體方案

考慮到家庭安全隱患主要以非法入侵和火災造成的損失較為嚴重，本文設計的家庭安全報警器主要功能包括入侵檢測、溫度檢測、煙霧檢測、聲光報警和鍵盤與顯示功能，如圖1所示。

其中，溫度檢測目的是通過檢測環境溫度判斷是否有可能發生火災；入侵檢測的目的判斷是否有人非法進人；煙霧檢測通過煙霧濃度判斷是否已經發生火災；光報警是一級報警，表示可能出現危險；聲音報警是二級報警，表示已經出現危險；鍵盤與顯示用來處理報警信息的關閉或開啟。

（二）硬件總體設計

根據系統總體方案，設計了基于單片機的家庭安全報警器，硬件系統框圖如圖2所示。其中，3個按鍵分別是：復位鍵，布防鍵，撤防鍵。

當報警器安裝完成并啟動后，在液晶顯示器上顯示“已撤防”，此為報警器默認狀態。當用戶離家外出或睡覺時，可通過鍵盤設置報警器，使報警器進入工作狀態，在液晶顯示器上顯示“已布防”，此時報警器循環檢測紅外探測信息，溫度信息，煙霧信息，如遇險情，發出聲、光報警。

報警器設定為“已布防”時，如圖2所示，工作過程為：

①啟動計時器

②單片機讀取并處理紅外探測器信息

當檢測到有人入侵時，LED燈閃爍，且蜂鳴器持續發出急促的鳴叫聲，直到按下鍵盤上的復位鍵，系統進人“已撤防”狀態；

當未檢測到有人入侵時，轉入步驟③。

③單片機讀取并處理溫度探測器信息

當檢測到的溫度高于等于設定溫度50℃時，LED燈閃爍，直到按下鍵盤上的復位鍵，系統進人“已撤防”狀態；

當檢測到的溫度低于設定溫度50℃時，轉入步驟④。

④單片機讀取并處理煙霧探測器信息

當檢測到的煙霧濃度高于等于設定值時，蜂鳴器發出長鳴，直到按下鍵盤上的復位鍵，系統進人“已撤防”狀態；

當檢測到的煙霧濃度低于設定值時，轉入步驟⑤。

⑤檢查計時器時間

當計時時間未到30秒時，等待；

當計時時間到30秒時，轉入步驟①。

三、系統詳細設計

（一）單片機

本系統的控制器核心單片機采用型號為ATMEGA16的AVR單片機。AVR單片機運行速度最快，芯片內部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大，IO口驅動能力強，內部集成AD、DA轉換器等。

（二）入侵探測器

自然界中，任何高于絕對溫度的物體都將產生紅外光譜，人體體溫一般在37度，會發出特定波長為10um左右的紅外線，被動式紅外探測器就是通過探測人體發射的10um左右的紅外線而進行工作的。紅外感應源通常采用熱釋電元件制作，這種元件在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化將以電壓形式輸出，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩定而深受廣大用戶的歡迎。本系統采用RE200B型號的被動式熱釋電紅外探測器，輸出電壓為2.5v到5v之間，電路連接如圖4所示。

（三）溫度探測器

通常室內溫度在-10℃～40℃，當超出50℃時，就可能出現火災險情，因此，本文把報警閾值設置為50℃，一旦超出該閾值，LED燈閃爍報警。溫度檢測的誤差在±1℃即可。

系統采用美國DALLAS半導體公司生產的數字溫度傳感器DS18B20，它的測量范圍為-50℃至+125℃，精度可達0.0625℃，不需A/D轉換電路，直接輸出溫度值的數字量。DS18B20遵循單線串行通信協議。

（四）煙霧檢測器

系統采用MQ-2煙霧傳感器，當其內部加熱電路通電后，氣敏元件會保持一定的溫度，有煙霧與氣敏元件它接觸時，隨煙霧的成分及濃度的不同，其導電率改變。煙霧濃度越大，則負載兩端電壓的變化亦越大，該電壓經A/D轉換為數字信號輸入到單片機，當電壓大于設定的閾值時，進行報警處理。電壓閾值的設定通過實際測試后給出。

（五）液晶顯示器

在本系統中，只要顯示布防和撤防信息即可，不需要復雜信息，因此選擇只顯示英文字符和數字的顯示屏1602，因其只能顯示英文，同時考慮到不是所有用戶都懂英語，且為使用方便，系統設計規定：用“YES”表示布防，用“NO”表示撤防。

（六）聲光報警器

系統采用大功率紅光LED燈，作為發光設備；采用蜂鳴器作為發聲設備。本系統設計的報警分三個級別。

一級報警：只有LED燈閃爍報警，用于室內溫度高于等于50℃的情況，以提示室內溫度過高，可能發生火災；

二級報警：只有蜂鳴器長鳴報警，用于煙霧濃度高于設定閾值的情況，以提示室內煙霧過濃，已經發生火情；

三級報警：LED燈閃爍且蜂鳴器急促鳴叫報警，用于探測到非法入侵的情況，以提示可能有盜匪入內。

（七）鍵盤

鍵盤在單片機應用系統中是一個關鍵部件，它實現了向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人機對話不可缺少的輸入方式之一。本系統設計了3個功能鍵：布防鍵，撤防鍵，復位鍵。報警器在安裝完成并正常啟動后，默認設置為撤防狀態，液晶顯示器顯示“已撤防”，即“NO”，然后系統定時循環掃描四個鍵，如果檢測到布防鍵按下時，進人險情探測工作狀態，液晶顯示器顯示“已布防”，即“YES”。

四、總結

本文設計了基于AVR單片機的家庭安全報警器，系統采用模塊化設計方法，實現了布防、撤防的設置，溫度、煙霧、入侵的檢測。當出現險情時，設置了三級報警，使用戶根據報警信息就能夠直接判斷險情的類型。系統功能簡約，操作便捷，報警信息明確，具有良好的應用前景。

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