“互聯網+”時代下的可交互式智能家居系統設計

舒壯壯　傅佳

摘要：針對家庭生活存在的各種安全隱患，本設計主要對檢測火源，可燃氣體與外部入侵警報等家用安全問題提出解決方案。設計使用STC89C52單片機控制，通過煙霧傳感器檢測是否有煙霧煤氣泄露、火焰傳感器檢測是否失火、震動傳感器檢測門是否非正常打開來判斷是否有人盜竊。通過GSM發送發短信通知主人家庭安全狀況進行報警，并可人為通過短信控制系統的工作模式。

關鍵詞：家庭生活；STC89C52；無線報警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.104

本系統設計是由無線GSM模塊和STC89C52RC單片機為中心的監控單元組成，實現火災警告發聲、盜竊警報、煤氣泄漏警報、通過GSM電話模塊進行遠程報警等多種功能為一體智能家居安防系統，具有設備安裝簡單，操作使用方便，報警及時快速等功能，適合一般家庭使用。

1系統設計原理

本系統以單片機作為主控芯片進行，其中包含GSM網絡發送及時消息模塊，能夠感知類似煤氣或者烯烴類可燃氣體的傳感器模塊，能夠檢測實時火焰的火源探測模塊。單片機能夠協同控制各個模塊工作，完成各自的功能，并在必要時，向指定手機發送短消息、撥打電話的方式來向該用戶發出警示。

2系統硬件設計

（1）傳感器使用合理性分析。

1）煙霧傳感器分析。二氧化錫（SnO₂）在干燥空氣不容易導電，因此導電率比較低，可以用來作為敏感氣體探測元件。又由于二氧化硅在原子結構上屬于N型半導體，容易得到電子，在敏感氣體混入空氣中之后，容易受到氣體分子的影響，從而改變其物理特性。一般來講MQ-2氣體傳感器的探測范圍廣泛，可以檢測到的煙霧范圍為10010000ppm。將傳感器至于一般空氣環境中，當空氣中混入煙霧或者可燃氣體時會改變空氣中氣體成分，從而影響傳感器器件的導電率，一旦導電率發生改變之后，就可以將這種變化轉換成為電信號進行檢測，從而實現煙霧或者可燃氣體檢測的功能。

2）火焰傳感器分析。利用遠紅外探測器對紅外線敏感的原理，遠紅外探頭可以將微小的紅外光強轉化為電流信號，然后通過電流信號的強弱變換，便可以得知火源的情況。本紅外檢測模塊的工作電壓為3.3V—5.7V，傳感器探頭檢測的角度為60度左右（注：是以探頭為中心，可以向左探測30度，向右探測30度）。由上述介紹可知它對火焰光譜較為靈敏，當然傳感器靈敏度可通過電位器進行調節。

3）震動傳感器分析。主要結構是在一個真空玻璃管中注入水銀和惰性氣體，并引出兩個電極進行觸碰導電。水銀是作為一種特殊的可以流動的金屬，正是利用其可以流動且導電的特點，所以將其作為導電介質，每當開關受到外界觸碰或者抖動之后，就會觸碰到兩個電極，相當于開關接通，電路導電。水銀開關具有耐壓高、導電性好、結構簡單、可通過電流大等優點，滿足該設計要求。

4）GSM模塊合理性分析。A6模塊支持語音通話與SMS短信，兼容SIM800指令系統。可以實現語音通話和短信發送的功能。GSM通信是屬于2G通信業務，但是上網業務GPRS是屬于2.5G業務，上網速度相對于2G也得到了提升，該模塊是繼承了上述兩項業務對于一般的通信來講是肯定適用。

3系統軟件設計

系統程序設計比較復雜，可采用模塊化的程序框架。C語言的最大優點是程序簡潔、執行效率高、指令簡單、可讀性強、程序易于編寫和移植性能好。本設計采用C語言編寫。

4測試方案與測試結果

（1）硬件測試。用萬用表檢測，確定安裝和連線都沒有問題。對單片機系統檢查接地引腳與電源引腳之間的電位，電壓表顯示電壓在5V～4.7V范圍內，正常。檢查時鐘振蕩電路能否起振，通過一直按住復位鍵并用萬用表測量IO口的電壓，是高電平，起振正常。檢查制作PCB電路板過程中的短路、開路和錯線等情況，通過實物板與原理圖相互對照檢查，正常。完成檢查。

（2）功能測試。1）自定義工作模式測試。該設計擁有4種工作模式。第一種為開機模式；第二種為開啟模式；第三種為報警工模式，當用戶外出是可以選擇第三種模式，打開不同情況下的遠程報警提示提示，以確保家庭安全；第四種為關閉模式，當用戶在家是，可選擇第四種模式關閉系統，以免發生誤報。

①開機模式測試。將系統電源打開供電則處于開機模式。在設計附近點火、釋放可燃氣體產生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都只能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器不工作。②開啟模式測試。在開機模式的基礎上，按下切換工作模式按鍵將會使系統處于開啟模式。在設計附近點火、釋放可燃氣體產生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器報警。③報警模式測試。在開啟工作模式的基礎上，按下切換工作模式按鍵將會使系統處于報警工作模式。在設計附近點火、釋放可燃氣體產生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器報警并給指定號碼手機分別發送"Thief"、"Fire"、GAS"的短信以此提醒用戶。④關閉模式測試。用戶可以給系統發送短信"10086"，使系統進入關閉模式，則系統關閉，不論怎樣手動切換工作模式，系統都不再進行報警。再次開啟系統需要指定手機給系統發送短信"10010"，重新開啟系統。

2）火災報警測試。處于報警模式狀態下，在設計附近點火火焰傳感器燈亮，蜂鳴器發出警報且系統向制定手機發送“Fire”的短信提升。

3）煙霧報警測試。處于報警模式狀態下，在設計附近釋放可燃氣體產生煙霧或煤氣泄漏，煙霧傳感器燈亮，蜂鳴器發出警報。

4）防盜報警測試。處于報警模式狀態下，在設計附近有人侵入使得設計震動、傾斜，蜂鳴器發出警報。