基于單片機(jī)的家庭防盜防火系統(tǒng)研究

萬(wàn)明彪等

【摘 要】本系統(tǒng)是基于AT89S52單片機(jī)的防盜防火系統(tǒng)，它采用煙霧傳感器和人體紅外檢測(cè)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭安全狀況，如果出現(xiàn)異常情況，該系統(tǒng)會(huì)通過GSM模塊以短信形式通知用戶或者直接報(bào)警。該系統(tǒng)成本較低、性能穩(wěn)定，并且抗干擾能力強(qiáng)，電路安裝簡(jiǎn)單。通過多次調(diào)試，該系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到要求，設(shè)計(jì)具有一定可行性。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)AT89S52；傳感器；防盜防火系統(tǒng)

0.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平提高，各地均建成現(xiàn)代化住宅區(qū)。很多家庭也擁有各種家電設(shè)備和貴重品，但是火災(zāi)、盜竊現(xiàn)象屢見不鮮，給小區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)造成重大損失。人們安全意識(shí)不斷提高，報(bào)警系統(tǒng)也越來越受歡迎，在安防方面得到廣泛應(yīng)用。

本文以51系列單片機(jī)為主控芯片，MQ-2煙霧傳感器模塊和人體紅外檢測(cè)傳感器作為敏感檢測(cè)單元，結(jié)合ADC0832、液晶12864和GSM模塊TC35設(shè)計(jì)而成。它具有實(shí)用的功能，并且抗干擾能力強(qiáng)、成本低的防盜防火顯示報(bào)警系統(tǒng)，在安防上能滿足一般用戶的需求。

1.防盜防火系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該防盜防火報(bào)警系統(tǒng)是一種新型電子報(bào)警系統(tǒng)。將智能控制、電子探測(cè)和電話通訊技術(shù)結(jié)合起來設(shè)計(jì)而成一個(gè)防盜、防火報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

1.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)總體構(gòu)成包括主控單片機(jī)STC89S52、防火信息采集與處理模塊、防盜信息采集與處理模塊、GSM移動(dòng)通信模塊、備用電源等。

該防盜防火系統(tǒng)的主控部件選用AT89S52，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心器件。AT89S52是一種CMOS8位微控制器，片內(nèi)具有8K可編程快閃存儲(chǔ)器并且具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。片內(nèi)FPEROM通過在線編寫程序或者通過編程器對(duì)存儲(chǔ)器多次重復(fù)編程來實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送和接收。在居民住宅需要設(shè)防的區(qū)域內(nèi)安裝各種前端探測(cè)器來實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的檢測(cè)任務(wù)。GSM數(shù)字的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。GSM的短消息具有數(shù)據(jù)傳送功，該防盜防火系統(tǒng)通過GSM通訊模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

1.2系統(tǒng)功能

把前端警情采集和報(bào)警控制模塊安裝在居民家里需要防范的位置，例如臥室、廚房、門窗等，而把報(bào)警主機(jī)放于比較隱蔽的位置。通常情況下，該防盜防火系統(tǒng)處于休眠撤防狀態(tài)。當(dāng)用戶離家時(shí)，可通過鍵盤將系統(tǒng)置于布防工作狀態(tài)。安裝在各個(gè)位置的人體熱釋紅外探測(cè)器和煙霧傳感器開始不斷采集信息。在警戒范圍之內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)或者有人入侵時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的防盜、防火探測(cè)器向主控單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求。主控單片機(jī)響應(yīng)中斷，由GSM短信模塊向預(yù)設(shè)的報(bào)警號(hào)碼發(fā)送短信。報(bào)警號(hào)碼可以是用戶本人或者是公安部門，短信內(nèi)容也可以按照需要自己設(shè)置。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1前端探測(cè)器設(shè)計(jì)

該防盜防火系統(tǒng)探測(cè)器部分主要包括防火探測(cè)器和防盜探測(cè)器兩部分。防盜探測(cè)器采用熱釋電人體紅外檢測(cè)傳感器，熱釋電人體紅外線探測(cè)器原理圖如圖2所示。

熱釋電人體紅外傳感器可以接受來自人體輻射的特定波長(zhǎng)紅外線并將其變換為與人體距離、運(yùn)動(dòng)速度和方向有關(guān)的電信號(hào)。傳感器產(chǎn)生的電壓響應(yīng)與入射光輻射的頻率成反比。恒定紅外輻射線照射在探測(cè)器上時(shí)，傳感器沒有電信號(hào)輸出，因此傳感器不能檢測(cè)到恒定的紅外輻射。同樣入射功率下，物體移動(dòng)的速度越快，輸出電壓越小。只有電壓值達(dá)到報(bào)警閾值電平時(shí)，探測(cè)器才有電壓信號(hào)輸出。因此，選擇熱釋電人體紅外探測(cè)器用于盜情信號(hào)的檢測(cè)。

當(dāng)人體進(jìn)入信號(hào)探測(cè)區(qū)，人體溫度引起環(huán)境溫度輻射的變化。熱釋電紅外探測(cè)器通過菲涅爾透鏡感應(yīng)到人體溫度與環(huán)境溫度溫度的差信號(hào)，在負(fù)載電阻上產(chǎn)生一個(gè)大小取決于敏感元件溫度變化快慢的電信號(hào)。經(jīng)過比較器與狀態(tài)控制器從而產(chǎn)生輸出電壓信號(hào)。

防火探測(cè)器設(shè)計(jì)。

可燃?xì)怏w包括煤氣、天然氣、烷等，當(dāng)一定空間內(nèi)濃度達(dá)到一定值時(shí)，遇到明火便會(huì)燃燒甚至爆炸。家庭用的天然氣或液化氣發(fā)生泄露時(shí)，會(huì)造成人員煤氣中毒等危險(xiǎn)后果。在火災(zāi)發(fā)生早期階段，燃燒物會(huì)散發(fā)出大量煙霧，含有大量可燃性氣體，例如甲烷、一氧化碳等。使用可燃?xì)怏w探測(cè)裝置監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w的濃度值異常，就可以判斷火情，從而及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，可以有效避免成災(zāi)。

防火探測(cè)器采用MQ-2氣體傳感器。它使用的氣敏材料是二氧化錫（ ，清潔空氣中電導(dǎo)率較低）。當(dāng)傳感器所在環(huán)境中有可燃?xì)怏w泄漏時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率會(huì)隨著可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。可用簡(jiǎn)單電路將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成與該氣體濃度相應(yīng)的輸出電壓信號(hào)。

MQ-2氣體傳感器對(duì)丙烷、液化氣、氫氣的靈敏度很高，而且對(duì)天然氣和其它的可燃蒸汽檢測(cè)也比較好。它可檢測(cè)多種可燃性氣體，適合多種應(yīng)用的一款低成本傳感器。

2.2核心處理器AT89S52單片機(jī)

單片機(jī)是將微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入輸出接口集成在一塊硅片上的微型控制芯片。該系統(tǒng)選用了AT89S52系類單片機(jī)。該系列單片機(jī)與INTEL MCS-51系列單片機(jī)完全兼容。

兩個(gè)20pF電容與12MHz晶振構(gòu)成時(shí)鐘電路。電阻、電容與按鍵開關(guān)構(gòu)成復(fù)位電路，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位功能。為防止周圍干擾信號(hào)會(huì)對(duì)觸發(fā)中斷產(chǎn)生影響，在系統(tǒng)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，系統(tǒng)對(duì)中斷抗干擾信號(hào)進(jìn)行多次巡檢。只有確認(rèn)是中斷信號(hào)后，采取執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，否則不執(zhí)行報(bào)警任務(wù)。

2.3 AT89S52單片機(jī)與短信報(bào)警模塊通信設(shè)計(jì)

全雙工串行通信需要一根輸入線和一根輸出線。AT89S52單片機(jī)有一個(gè)在異步通訊方式下工作的的全雙工串行接口。該串口只占用了P3.0和P3.1，分別是接收端RXD與發(fā)送端TXD。

該通信模塊提供標(biāo)準(zhǔn)九針口TS232串口，通過這個(gè)接口單片機(jī)與它進(jìn)行通信。單片機(jī)的邏輯電平和GSM串口不一致，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須通過專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232把TTL墊片轉(zhuǎn)換成RS232電平。

該通信模塊默認(rèn)設(shè)置為：無(wú)奇偶校驗(yàn)位、波特率為9600bps、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位和1位起始位。在串行通信中，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備要保持相同傳送波特率。如果要成功傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)位、起始位、停止位和奇偶校驗(yàn)位和的約定，在傳遞過程中必須保持一致。單片機(jī)使用的晶振是12MHz，串口波特率設(shè)置為9600，工作方式1，同時(shí)定時(shí)器T1工作在工作方式2。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)，該單片機(jī)支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。用C語(yǔ)言編程可以提高效率，改善程序可讀性與可移植性，現(xiàn)在大多采用C語(yǔ)言作為開發(fā)軟件。該系統(tǒng)采用Keil C51的uVision2。它基于Windows開發(fā)平臺(tái)，將編輯、編譯、鏈接和調(diào)試集成于一個(gè)環(huán)境中。uVision2包含一個(gè)高效編輯器、一個(gè)項(xiàng)目管理器和一個(gè)MAKE工具。可以靈活地對(duì)C51編譯器、BL51連接器和As1編譯器和編譯環(huán)境設(shè)置。主程序流程圖如上圖3所示。

4.結(jié)語(yǔ)

該設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)和GSM短信報(bào)警模塊為核心，設(shè)計(jì)了一種適合家庭用的防盜防火系統(tǒng)。在對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件編程后，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。對(duì)系統(tǒng)發(fā)送和接收短消息電路模塊進(jìn)行了調(diào)試，系統(tǒng)可以針對(duì)警情正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。 [科]

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