基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)設(shè)計研究

袁孟，陳彥霖，梁志剛

（廣東文理職業(yè)學(xué)院，廣東湛江，524400）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計分析與功能介紹

1.1 系統(tǒng)組成

基于單片機(jī)對智能家庭安防報警系統(tǒng)，是融合單片機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電子信息技術(shù)、傳感器技術(shù)的家庭安全保障的新型裝置，圖1即為該裝置整體架構(gòu)示意圖。由圖可知，基于單片機(jī)對智能家庭安防報警系統(tǒng)包括單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器、GPRS通信模塊等諸多單元，各單元相互匹配，相互協(xié)調(diào)，共同完成家庭安防和保護(hù)。

圖1 智能家庭安防報警系統(tǒng)示意圖

1.2 系統(tǒng)主要功能

基于單片機(jī)對智能家庭安防報警系統(tǒng)，主要包括GPRS通信模塊智能報警、家庭空間氣體參數(shù)監(jiān)測、火災(zāi)信息預(yù)警和智能安防四大功能。GPRS通信模塊智能報警是指智能家庭安防報警系統(tǒng)檢測到意外數(shù)據(jù)后能以短信通知住戶，家庭空間氣體參數(shù)監(jiān)測是指智能家庭安防報警系統(tǒng)能24小時不間斷監(jiān)測家庭內(nèi)部空間各種氣體的濃度信息，發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤稌r及時報警，火災(zāi)信息預(yù)警是指家庭空間出現(xiàn)火災(zāi)時及時進(jìn)行聲光報警，智能安防是指家庭空間有小偷進(jìn)出時立刻報警并通知物業(yè)管理人員，部分功能涉及源代碼如下：

ip_s=bundle.getString（"IP"）；// 從中控界面的交互中獲取IP信息.

port_s=bundle.getString（"PORT"）；// 從中控界面的交互中獲取port信息.

phone_s=bundle.getString("PHONE"）；//從中控界面的交互中獲取port信息.

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 單片機(jī)設(shè)計

單片機(jī)是智能家庭安防報警系統(tǒng)的核心裝置，是接收整個智能家庭安防報警系統(tǒng)傳感器數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵部位，更是將收集到的數(shù)據(jù)信息與預(yù)設(shè)目標(biāo)值進(jìn)行對比評判是否發(fā)出報警信息的判斷中心。為保證智能家庭安防報警系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和效果，單片機(jī)選型時必須加強(qiáng)對數(shù)據(jù)運(yùn)算速度的關(guān)注和重視，確保在系統(tǒng)出現(xiàn)安全故障時及時發(fā)現(xiàn)，快速反應(yīng)后報警并進(jìn)行相關(guān)處理。本文基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)，在綜合相關(guān)影響因素后選擇AT89C51單片機(jī)，借助該類型單片機(jī)存儲空間大、能源消耗低、輸入輸出接口多、價格便宜等諸多優(yōu)勢，實現(xiàn)單片機(jī)和智能家庭安防報警系統(tǒng)指令和引腳程序的完全兼容，實現(xiàn)智能家庭安防報警系統(tǒng)靈活高效的目標(biāo)，圖2即為該類型單片機(jī)引腳電路設(shè)計圖。

圖2 單片機(jī)引腳電路設(shè)計圖

2.2 煙霧傳感器設(shè)計

智能家庭安防報警系統(tǒng)中的傳感器主要用于檢測收集家庭內(nèi)部空間中的各種環(huán)境信息，將上述信息發(fā)送給單片機(jī)，保證單片機(jī)將上述信息和預(yù)設(shè)目標(biāo)值對比后給出是否報警的反饋，便于信息處理和系統(tǒng)功能實現(xiàn)。本文設(shè)計的智能家庭安防報警系統(tǒng)所選煙霧傳感器為MQ-2型煙霧傳感，該傳感器能用于各類型燃?xì)狻熿F甚至汽油等多種氣體的檢測，具備靈敏度高、反應(yīng)時間短、操作穩(wěn)定性強(qiáng)、使用時間長和電路設(shè)置簡單等諸多優(yōu)勢，圖3即為該傳感器電路示意圖。

圖3 傳感器電路示意圖

通過LM393核心電壓比較器的運(yùn)轉(zhuǎn)，對比引腳2和引腳3之間的運(yùn)行電壓，當(dāng)引腳2電壓高于引腳3電壓時，引腳1輸出某一較低的電平值，當(dāng)引腳2電壓低于引腳3電壓時，引腳1輸出某一較高的電平值，實現(xiàn)煙霧傳感器系統(tǒng)內(nèi)部電路電壓的匹配和均衡。在煙霧傳感器發(fā)揮作用的過程中，引腳3的運(yùn)行電壓借助電位器分得，引腳2的電壓隨家庭空間中檢測到的煙霧濃度參數(shù)值的變化而變化，此時，煙霧傳感器在智能家庭安防報警系統(tǒng)整體電路中相當(dāng)于電阻。當(dāng)家庭空間煙霧濃度增大時，煙霧傳感器電阻值參數(shù)變小，引腳2實際輸出的電壓值也就隨之增大，引腳1輸出某一較低的電平值，智能家庭安防報警系統(tǒng)某一端口輸出高電壓值，蜂鳴器鳴響發(fā)出報警聲，煙霧報警短信隨之發(fā)送。

2.3 A/D轉(zhuǎn)換裝置

在智能家庭安防報警系統(tǒng)運(yùn)行過程中，由于煙霧傳感器等設(shè)備檢測收集到的數(shù)據(jù)在輸出時以模擬量信號輸出，單片機(jī)中轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)并不能直接接收處理，故需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換處理。在此過程中，智能家庭安防報警系統(tǒng)使用傳感器類型多種多樣，不同類型傳感器運(yùn)行時的電壓參考值有所不同，因此不能選擇多通道統(tǒng)一處理的A/D轉(zhuǎn)換裝置，也就需要選擇對應(yīng)傳感器數(shù)量的單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片開展模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。在此過程中，傳感器檢測收集到的模擬信號從引腳2端口輸入，處理完成后的數(shù)字信號則從引腳6輸出，進(jìn)一步傳遞至單片機(jī)，圖4即為A/D轉(zhuǎn)換裝置的引腳示意圖。

圖4 A/D轉(zhuǎn)換裝置引腳示意圖

2.4 聲光報警裝置

本文基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)，以蜂鳴器和LED燈為該報警系統(tǒng)的聲光報警設(shè)備。當(dāng)家庭空間中存在燃?xì)庑孤⒒馂?zāi)煙霧甚至是門禁系統(tǒng)非法入侵時，蜂鳴器和LED燈根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)參數(shù)，對比智能家庭安防報警系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)值后，向報警模塊發(fā)出反饋信號，報警模塊接收到觸發(fā)信號后做出聲光報警反應(yīng)。

2.5 GPRS通信模塊

GPRS通信模塊，是借助移動網(wǎng)絡(luò)通信功能與家庭用戶進(jìn)行聯(lián)系和信息交換的主要中介，可為家庭客戶使用智能家庭安防報警系統(tǒng)提供短信服務(wù)，便于家庭用戶及時實時了解到家中的安全狀況。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)主要包含燃?xì)庑孤﹫缶⒒馂?zāi)報警和防盜報警三種功能，在報警信號發(fā)送之前，智能家庭安防報警系統(tǒng)先通過內(nèi)置檢測單元檢查收集到的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)該信息與預(yù)設(shè)目標(biāo)參數(shù)不想匹配時，將不匹配信息傳遞數(shù)據(jù)至單片機(jī)處理中心，申請單片機(jī)下發(fā)報警指令。單片機(jī)模塊根據(jù)數(shù)據(jù)信息中斷相關(guān)電路后，立即啟動短信預(yù)警功能，根據(jù)不同類型的報警參數(shù)，向家庭用戶發(fā)送不同的顯示數(shù)據(jù)，執(zhí)行與預(yù)警信息相對應(yīng)的聲光報警功能，其主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

在基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)軟件設(shè)計完成后，根據(jù)設(shè)計流程編寫應(yīng)用代碼。以智能家庭安防報警系統(tǒng)門外有人并且試圖非法進(jìn)行身份識別為例分析，其運(yùn)行代碼編制如下：

4 實驗結(jié)果

本文提出的基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)，能借助GPRS通信模塊的遠(yuǎn)程管理控制功能，實現(xiàn)家庭內(nèi)部空間全天候不間斷的安全防護(hù)，較傳統(tǒng)模式下的安全預(yù)警示警裝置具備更人性化的設(shè)計、多樣化的管控目標(biāo)和更便捷的數(shù)字化操作，獲得了諸多家庭使用者的關(guān)注和偏愛。在未來基于單片機(jī)的智能家庭安防報警系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化改良中，可引進(jìn)更多的智能算法和自動化裝置，引入指紋解鎖、面部識別、語音控制、大數(shù)據(jù)管理等諸多先進(jìn)科技，不斷拓寬智能家庭安防報警系統(tǒng)的使用范圍。