智能家居防火防盜系統設計

危厚琴，張海一

（北華大學 電氣信息工程學院，吉林　吉林　132021）

智能家居防火防盜系統設計

危厚琴，張海一

（北華大學 電氣信息工程學院，吉林吉林132021）

人們已經進入信息化和網絡化為一體的智能時代，在享受高科技帶來的便捷、舒適的同時，安全意識也開始加強。這對智能家居的高度集成化、整體化提出了更高的要求。但是其現在還處于發展階段。現在的防火防盜報警系統應用于大型公共場所，對于家庭、辦公室的防火防盜系統設計較少。所以，設計一款智能家居防火防盜系統顯得十分必要。

智能家居；火災報警；闖入報警；模數轉換

現在家庭的防盜系統還停留在防盜門、防盜窗等這些機械防盜層面，這樣的防盜效果往往不盡如人意。單純機械的防盜方式還很影響房屋的美觀，而且當發生火災等事故時，住戶難以逃生，容易威脅到生命安全。所以，這種防盜方式逐步被人們所淘汰。家庭內部的防火系統一般靠煙霧報警，這種方式適應科技和社會的發展，正在逐步走向成熟。該系統報警分為非法闖入報警和火災報警兩個部分。利用煙霧傳感器檢測室內煙霧的濃度，檢測非法闖入時，利用紅外傳感器檢測是否有阻斷產生來實現火災的報警與檢測。一旦有警情發生，傳感器檢測電路發出信號，向單片機檢測到的信號發出中斷請求，進行相應中斷后，自動發出不同的報警信息，并將信息通過GSM模塊傳送給住戶，同時聲光報警電路開始工作，進行報警。

1　系統總體設計方案

本設計的智能防火防盜系統結構如圖1所示。

圖1　系統結構

系統總體結構包括煙霧傳感器模塊、紅外傳感器模塊、全球移動通信系統（Global System for Mobile Communication，GSM）模塊、無線接收模塊、本地聲光報警模塊、主控單片機AT89C52模塊和鍵盤和顯示模塊。將前端警情采集電路和控制電路安裝在用戶家中需要防范的地方，例如門窗、陽臺等地方，防火防盜電路有兩種工作狀態：撤防工作狀態和布放工作狀態。當用戶在家時，將此防火防盜系統設置為撤防工作狀態，當用戶離開家時，設置為布防狀態。一旦火災發生或人體非法侵入，報警電路探測器無線發射電路啟動發射，無線接收模塊在接收到無線信號后向單片機發出中斷請求，單片機響應中斷后，自動識別不同的報警信息，進行聲光報警。如果1分鐘后報警信號沒有解除，由GSM模塊向預先設定好的號碼進行報警，報警電話可以是用戶本人和武警消防部門，并將信息通過GSM模塊傳送給住戶，同時聲光報警電路開始工作，進行聲光報警。

2　系統的硬件設計

2.1主控芯片的選擇

本設計的主控芯片采用AT89C52芯片。該芯片具有價格便宜、功能齊全的特點，滿足本設計的要求。

AT89C52是一個低電壓，高性能互補金屬氧化物半導體芯片（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS） 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（Random Access Memory，RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統。片內設有通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用。

AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫端口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發成本。

AT89C52有PDIP，PQFP/TQFP及PLCC等3種封裝形式，以適應不同產品的需求。單片機正常工作時，都需要一個最小系統。電路由一個時鐘電路和一個復位電路組成。

2.2傳感器的選擇

2.2.1煙霧傳感器的選擇

本設計選用MQ-2氣體傳感器模塊。

MQ-2是二氧化錫半導氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。在有煙霧的情況下，煙霧與該傳感器接觸，粒子會隨煙霧調制的變化而變化，從而導致電導率也發生變化，具有探測范圍廣、靈敏度高、穩定性好和驅動簡單等優點，是一種適合家庭氣體檢測的可燃氣體探測器。它所使用的是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫氣敏材料，如果該傳感器處于由可燃氣體組成的環境時，空氣中可燃氣體濃度越高，傳感器的電導率越高。MQ-2適用于液化氣、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的檢測，而且也是一種低成本的傳感器。檢測電路如圖2所示。

圖2　MQ-2檢測電路

運放的6腳是輸出端DOUT。傳感器從其4腳輸出煙霧濃度變化的脈沖信號，加到比較器的3腳，R1和RV1構成比較器的基準電壓。當煙霧濃度大于基準電壓時，比較器輸出高電平，當煙霧濃度小于門檻電壓時，比較器輸出低電平，根據煙霧濃度的高低，比較器輸出高低電平，再加到單片機P1.1口進行處理。

2.2.2紅外傳感器

本設計采用HC-SR501人體紅外熱釋電傳感器模塊，其具有體積小、性能穩定、成本低、外形美觀、檢測范圍較廣的優勢。熱釋電效應同壓電效應的相似之處在于，二者都是由于溫度的變化而引起的晶體表面的荷電現象。熱釋電是對溫度敏感的傳感器，它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件的兩個表面做成兩個電極。在傳感器的監測范圍內溫度有熱釋電，會在電極之間產生電荷，即在兩點極之間產生微弱電壓。因為它的輸出的阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗匹配變換。它具有靈敏度高、可靠性強、功耗低等優點，處于超低電壓工作模式，應用在自動感應的設備方面很多。例如在干電池控制產品方面的應用。采用三線結構方式，結構上引入場效應管，其目的在于完成阻抗變阻。熱釋電紅外傳感器主要由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器3部分組成。設計時主要將高熱電材料制成一定厚度的薄片，在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣熱釋電探測元便制成了。本身不發任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉，所以本設計選用人體紅外熱釋電傳感器。此電路的輸出到單片機的P1.2端口。

2.3GSM模塊

通信模塊采用SIM900A進行無線通信。主控芯片采用STM32，主要用于控制短信的正確收發和數據傳輸。遠程終端通常是手機或者上位機的數據中心軟件，經過處理之后，將其儲存下來，方便日后查詢。本模塊具有功耗低、使用靈活、容易操作、掉線之后能自動連接、穩定性好、成本低廉的優點。通信芯片采用SIMCOM公司的新型緊湊型產品SIM900A，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，性能穩定、外觀精巧、性價比高，并且能夠滿足用戶的多種需求。在實現斷線自動重連時，涉及接收線信號檢出（Received Line Detection，DCD），RI兩個引腳的使用。DCD引腳主要實現模數轉換，當模塊掉線后，會給DCD引腳一個高電平，當這個電平被DCD引腳檢測到之后，模塊就采取相應的動作來重新連接。RI引腳在模塊上線之后，就一直保持高電平，在有電話和短信進來的時候，RI管腳會出現一個低電平，當RI引腳檢測到這個低電平的時候，模塊會采取相應動作，進入短信或者電話模式。

3　系統主程序軟件設計

軟件方案主程序流程如圖3所示。

圖3　主程序流程

4　結語

本文設計的無線通信傳輸模塊，利用傳感器檢測煙霧信號和人體非法闖入信號，STM32來處理信號，同時控制SIM900A芯片，實現短消息的收發與數據的無線傳輸功能。本設計實現了無線通信的硬件和軟件設計。經過多次試驗，本模塊出現掉線和發熱等問題的情況為零，因此性能相對穩定。設計成本較低，運行安全穩定可靠，應用范圍廣泛，性價比高，因而其具有很高的商業價值。

［1］曹君.火災報警系統設計［J］.哈爾濱理工大學學報，2012（1）：62-67.

［2］王芳.智能化住宅防盜防火報警系統［D］.大連：大連理工大學，2012.

［3］陳永甫.紅外探測與控制電路［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［4］胡漢才.單片機原理及其接口技術［J］.清華大學學報，2013（1）：62-67.

Design of smart home fre prevention and anti-theft system

Wei Houqin， Zhang Haiyi
（Electrical Information Engineering College of Beihua University，Jilin 132021， China）

Security awareness has begun to strengthen when people are enjoying the convenience and comfort brought by high-tech. Higher requirements of integration and holistic are put forward to smart home with fire prevention and anti-theft consciousness in smart home strengthening. But due to a late start， it is still in the stage of development. Now the fre prevention and anti-theft alarm system is used in largescale public places， which is less for home and offce. Therefore，it is very necessary to design a smart home fre prevention and anti-theft system.

smart home； fre alarm； intrusion alarm； analog digital converter

危厚琴（1974— ），女，陜西漢中。