基于單片機的智能家居防火防盜系統

張洪坤

（河南科技學院新科學院，河南 新鄉 453003）

在中國現代社會高速發展的背景下，人們的安全意識也逐漸得到提高，火災無情，盜賊可惡，大家深知于心。火災的防范牽涉到千千萬萬人們的家庭幸福，是防災的重中之重。但是現在人們的防災減災手段仍然比較原始，而且效率低下、成本較高。這種防盜模式也不再能夠實現我們想要的目的。同樣，人工防火也會因為及時性差而被逐漸淘汰。智能控制在防火和防盜方面的應用逐漸受到了人們的關注。本文討論的報警系統當傳感器檢測到異常信息的時候需要將信息發送到相關人員與設備上，這樣就可以使相關人員快速的處理危險避免對人的損害與財產的損失。

1 設計思路

1.1 任務分析

隨著經濟的發展和人民生活的提高，居民家中物品趨于貴重，而火災和盜竊是兩種對財產損失危害最大且最難防范的情況。對于傳統的防范手段，我們只能通過派遣專門人員發現賊情以及人為發現火情，這樣不但工作效率低下，而且嚴重耗費人力物力。所以，人們亟需一種既能防火又能防盜的智能家居火災報警系統，本課題設計即基于以上背景。

1.2 設計方案

本系統為特種設備，通常處于設防狀態，當有意外情況而發揮其關鍵作用。但我們知道，在發生意外狀況時，往往面臨市電供電電路損毀、事態惡化速度迅速和設備可能被損毀等情況，因此我們要著重提高系統對突發狀況的穩定性和反應速度。

供電電路是一切電子設備的基礎，沒有供電電路，基于各個模塊的系統便無法正常工作。面對外部環境的不確定性，比如火災導致的供電線路損壞以及盜賊的強制性斷電，就要求設備在特殊狀況下，具備自身供電的功能，也就需要內置電池供電以增強該系統的穩定性。對于系統的反應速度而言，我們通常通過優化電路設計結構以及單片機內部的程序設計即可達到該目的。

基于單片機開發的此系統硬件設備主要有主控芯片、傳感器模塊、報警模塊、電源組成。主控芯片采用STC89S51 單片機，傳感器需要用到兩種，一種是紅外探測傳感器，另一種是煙霧傳感器，當外圍環境中的某一變量超出傳感器的設定閾值時，傳感器通過有線電路將特定信號發送回主控制芯片，當主控芯片接收到傳感器發來的報警信號后，主控芯片即根據相應指令控制、調用相應模塊，啟動聲光報警電路和GPRS 短信報警電路發出警報。

1.3 系統組成部分

根據本系統的功能要求，各主要組成部分如下：

主控單片機芯片采用STC89S51 芯片；

紅外傳感器采用E18-D80NK 模塊；

煙霧傳感器采用MQ-2 模塊；

聲光報警電路采用12V 電笛和12V 警報燈；

GPRS 短信報警采用安信可-A7 模塊。

1.4 系統總體框圖

圖1 總體框圖

2 硬件電路設計

2.1 E18-D80NK 紅外傳感器模塊

E18-D80NK 有三根外部電線，兩條電源線（VCC 和GND）和一條數據線（DATA）。通過開關SW2 設置是否將設備處于布防狀態，若SW2 閉合，設備處于布防狀態，若SW2 斷開，設備處于解除布放狀態。紅外傳感器模塊通過INFR 端將檢測到的信號傳至單片機，INFR 端通過一個1K 的電阻接VCC。見圖2。

圖2 系統原理圖

2.2 MQ-2 煙霧傳感器模塊

給電路提供5 V 直流電，若選擇DO，發出的信號是TTL 電平信號若被測的氣體濃度在設置的閾值內，傳感器DO 端子發出高電平信號。由于芯片自身因素，由于傳感器工作工作在高溫環境，所以需加熱后才能使用。

若選擇AO 端，輸出信號為模擬信號，如果需要將此信號輸送給STC89S51 單片機，還需要接入AD 轉換。在正常環境中，當沒有待測氣體時，AO 端子的電壓輸出通常約為1V。當探測到對應氣態物體時，濃度每增加200ppm，電壓上升0.1V。見圖2。

2.3 聲光報警電路

單片機通過P0.1（電喇叭端口）和P0.2（報警燈端口）輸出聲光控制信號。將控制電喇叭的信號和控制警報燈的信號通過ULN2003 驅動連接到繼電器。使電動或報警燈進入工作狀態，并發出聲光報警信號。見圖2。

2.4 GPRS 短信模塊

單片機通過RXD（P3.0）和TXD（P3.1）和GPRS 短信模塊進行串口收發通信，RXD 和TXD 分別接在GPRS 短信模塊的UART_ TXD 和UART_ RXD。見圖2。

2.5 供電電路部分

通過分析任務需求發現，此系統需要兩種電壓供電，分別是5V 電源和12V 電源。12V 電源供應有兩種方式，一種是選用220V 轉12V 電源適配器提供，另一種是選擇3 塊18650 電池（4V）串聯提供。5V 電源選自12V 至5V 降壓模塊，降壓芯片選用MP1470GJ 型芯片。見圖2。

3 結論

本論文設計的智能家居防火防盜系統主要由紅外傳感器、煙霧傳感器采集數據，通過單片機系統控制聲光報警和GPRS模塊進行報警和通知，實現監測、報警、通知的功能。根據任務要求，使用場景，開發成本等因素，煙霧傳感器采用MQ-2 型傳感器，紅外傳感器采用E18- D80 NK 紅外探測傳感器。傳感器作為本系統的主要探測器件，為MCU 的數據處理提供了數據支撐，是本系統的核心器件。報警器作為警報信息的主要產生源，起到了傳輸信息的重要作用，為人們提早發現意外情況提供了可能條件。一套成熟的系統設備，需要具備穩定的性能，此設備通訊體系完備，受外界信號干擾較小。在GPRS 通信方面，本系統積極借鑒前人的研究方法和思路，為本系統的順利開發提供了前進方向，也賦予了本系統在技術層面的領先優勢。智能家居系統是互聯網發展的基礎支撐，有了智能家居設備，不但可以采集有用的環境信息，還可以執行終端發出的行動指令。只有通過現代化的預防手段之后才可以讓人們的生活變得更加的安全、放心、舒心，給人們帶來的良好體驗也會越來越多，讓我們與全世界一道見證智能家居系統帶來的福利。