基于物聯網的家庭遠程報警系統

胡允娥

摘 要 隨著全球移動通信的快速發展及其高覆蓋、安全、快速的通信方式，報警系統的發展方向已演變為通過無線GSM/ GPRS網絡傳輸報警信息。本文主要研究家庭遠程報警系統的設計方案，以煙霧濃度、火光和紅外傳感作為觸發，設置煙霧傳感器MQ-2、人體紅外感應模塊HC-SR501和火焰傳感器，可以實時獲取當前環境的有害氣體濃度、明火和人員走動，以當前傳感器感應狀態來決定是否觸發警報，并以發送手機短信的方式通知主人以及撥打對應報警電話。通過使用該家庭遠程報警系統，在家居生活中完成對環境的監控，當有火災發生或者有入室盜竊時，可提前預警，以降低對人員以及財產的損害，可以及時安排逃離疏散并通知物業層以及城市安全服務部門進行聯動。本文主要通過系統硬件設計及軟件設計兩方面來進行研究。

關鍵詞 家庭報警系統 遠程報警 傳感器 GSM

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0014-03

受到“十二五”產業規劃的影響，加上視頻監控技術和非法侵入報警技術的交叉，以及三網合一、無線網絡技術的廣泛使用，我國的智能家居、安防監控市場開始活躍起來。從市場來看，歐美國家的安防設備利用率超過七成，而我國低于四成[1]。造成這種問題的根本原因在于：許多公司不愿意增加額外的資金負擔，增添設備組成智能化防控網絡，而只能依靠安保人員人工處理警情，導致人力成本居高不下。由此可見，我國市場上亟待出現一套符合我國國情，價格公道并能完全解放人力的基于物聯網的家庭遠程報警系統。

1 系統分析與設計

1.1 系統概要

本基于物聯網的家庭遠程報警系統具有低功耗持續運行、實時監測、警報靈敏的特點。系統初始化后，各傳感器會不斷監測當前環境的各項情況，實時的反饋異常，包括檢測火光、煙霧、人體紅外。當檢測到火光、人體紅外以及超出危險值的煙塵時，蜂鳴器響起報警，并同時發送短信到程序指定手機，告知險種，使用者可依照信息進行報警，減少財產損失。

1.2 系統流程

系統初始化后，將會循環執行對人體紅外傳感器、火焰傳感器、煙霧傳感器的電平判斷，當判定發生險情時，蜂鳴器會首先報警，然后LCD顯示屏上會顯示險情種類，并將險情情報以短信的形式發送至程序預先制定好的手機號碼，在收到信息后使用者可依照信息進行報警，減少財產損失。

2 硬件設計

如圖1，硬件設計模塊主要有火焰傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、人體紅外傳感器模塊、短信發送模塊、顯示模塊和報警模塊等構成。

在開關按下時，系統開啟并進行初始化操作，當觸發傳感器時，傳感器將檢測的參數傳入系統，程序開始判斷是否超過傳感器的閾值，判斷超過設定閾值之后通知SIM800C發送指定短信至指定手機號，通知顯示屏顯示對應警告信息并通知蜂鳴器工作，起到實時報警的目的。

3 軟件設計

本系統軟件是采用C語言為主要的程序設計語言，AT指令為輔助的程序設計語言，是用來把主控模塊STC89C52與GSM模塊TC35鏈接起來的一種橋梁。

在本報警系統中，微處理器STM32F103是控制部分的核心。在整個軟件程序中需要完成許多任務，其中包括：對傳感器數據的接收，控制GSM模塊發送短信，控制LCD顯示相應警情，其主程序流程圖如下圖2所示。

該系統分五個部分操作：

第一部分是“RING”部分：當系統正常打開，里面的手機模塊GSM的手機卡如果被主機打進來的時候，會發送當前溫度檢測的數值給主機。

第二部分是溫度模塊：溫度傳感器會測量系統周圍的溫度并且把數值返回到顯示屏上，當系統周圍的溫度超過設置溫度上限的數值時，單片機會控制蜂鳴器報警和開啟提示燈，然后單片機會返回信息給手機模塊，通過手機模塊把溫度信息發送給主機。

第三部分是人體紅外檢測：這部分的功能比較簡單，主要測周圍是否有小偷，若有小偷進入屋子，被人體紅外探測器探測到，單片機會控制蜂鳴器報警和開啟提示燈，并且通過手機模塊把信息發送回主機。

第四部分是煙霧檢測：主要檢測屋子是否有煤氣或者天然氣類似的氣體泄漏，若發生泄漏也會像上面提到的一樣，蜂鳴器會報警，手機會收到提示信息。

第五部分是手機APP控制：使用手機發送命令給手機GSM模塊，GSM模塊把信息轉到單片機上，通過單片機控制燈（灑水）。

4 系統主要模塊設計

4.1 火焰及煙霧檢測系統設計

火焰傳感器不僅是可以用來搜尋火源的傳感器，同時還可以檢測光線亮度，但是相對于光線，其對火焰更加敏感，故用來作為火焰傳感器。火焰傳感器模塊使用紅外線接收管來接收火焰信息，然后轉化為電平信號，并輸入到本次試驗的STM32處理器中，STM32處理器根據傳入的信號做出相對應的程序處理。本實驗使用的傳感器模塊可在80公分內測試打火機火焰，當打火機產生的火焰越大，傳感器將會有更遠的檢測距離。

本系統采用的氣體傳感器是MQ-2/MQ-2S，MQ-2/MQ- 2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫[2]。如果在傳感器感應的范圍里面存在可燃氣體泄露時，隨著空氣里面可燃氣體的濃度變高，傳感器的電導率也會變大。通過使用電路就可以把改變電導率的變化轉換成與這種氣體濃度相匹配的輸出信號。

用于檢測氣體泄漏的傳感器MQ-2對易燃化，易氣化的氣體等來說都是極佳的測試工具。比如液化氣、苯、烷、酒精、煤氣、氫氣以及煙霧等，探測反應都非常準確[3]。所以MQ-2可以說是集多功能于一身的并且實用性極高的傳感器之一。

4.2 溫度檢測系統設計

本系統采用的是DS18B20溫度傳感器，它的性能如下：

1.DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。

2.測溫范圍-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃時精度為±0.5℃。

3.可編程的分辨率為9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫[4]。

4.3 人體檢測系統設計

HC-SR501人體感應模塊，它是基于紅外線技術的自動控制模塊。選用它是因為它具有以下這些功能：

1.自動感應：如果人走進入了這個模塊，感應范圍就會輸入高電平，如果有人離開該模塊，它的感應范圍就會自動延時并且關閉高電平，輸出低電平。

2.光敏控制（可選）：光敏模塊已經預留有位置，通過設置光敏控制，讓模塊在白天或者光線強的時候不會感應。

3.種觸發方式：（1）不可重復觸發方式：當感應端輸出了高電平，延時時間結束以后，模塊輸出就會自動改變，由輸出高電平變成了輸出低電平。（2）可重復觸發方式： 當感應輸出高電平之后，在延時的時間段里面，如果有感應到人體在它的感應范圍里面進行活動，模塊輸出就會一直保持高電平狀態，一直持續到人離開模塊之后，才延時把高電平轉換為低電平。

本次使用的用于檢測是否有人員侵入的傳感器HC-SR501，具有靈敏高，可靠性強，并且可以工作在超低電壓環境，可以廣泛應用于各類自動感應電器設備，如樓道感應亮燈等。

4.4 顯示模塊系統設計

本系統采用LCD1602液晶作為顯示模塊。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊，能很好的顯示報警信息。

4.5 GSM模塊系統設計

本系統采用TC35模塊作為通信系統，TC35模塊采用AT指令。通過使用正確的AT指令，單片機可以對TC35模塊進行初始化和短信的收發工作。模塊可以通過三種模式對短進行控制：Bbck模式、Text模式和PDU模式。本系統使用的短信發送模塊可以全球使用，可以低功率傳輸語音、短信和數據信息，它可以應用于各種緊湊的產品設計[5]。

4.6 自動感應報警系統

通過傳感器在當前環境下所獲的數值判斷當前環境狀況并傳入單片機。火焰傳感器當感應到火焰時改變其輸出值，處理器將作出反應，進行蜂鳴器報警并發送短信至業主手機。報警時的蜂鳴器響聲將使物業管理人員注意并進行檢查，同時短信發送至業主手機，業主可第一時間得知家中情況，并撥打對應的報警電話，可使得財產損失率大大減少。

5 結語

在科學技術不斷進步的今天，我們享受著科學帶來的舒適生活的同時，也面臨著不少潛在的危險，因此人們對自身的安全以及對財產保護的重視程度越來越高。本文研究的基于物聯網的家庭遠程報警系統，使用有線模塊以及無線模塊相結合的工作方式，構成一個智能家居安防系統，對生活環境進行實時的監測，給我們提供了智能和安全兼顧的舒適生活。

參考文獻：

[1] 文枰.智能家居安防系統設計[J].計算機測量與控制， 2018，26（08）：290-293.

[2] 孔育琴.基于STC89C52的家庭智能安防系統設計[J].自動化技術與應用，2017，36（10）：135-139.

[3] 侯立功.基于物聯網技術的智能家居系統構想[J].數字通信，2011，38（06）：33，35.

[4] 王飛.智能電網需求側建筑能效管理系統的設計與實現[D].南京：南京郵電大學，2016.

[5] 顧玲玲，倪超.基于STC單片機的家庭安全防護報警系統設計[J].木工機床，2014（04）：13-16.

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