具有精準監控功能的防火防盜報警器設計

施成師　邢雅　廖健淇　韓政杰

摘 要：隨著社會的發展，安全成為人們關心的話題。不管是門店還是家里，都隨時有可能出現被盜竊或者失火的情況。然而，現在市面上的傳統報警器存在實時性差、可靠性低等問題。為此，本文以STM32F1單片機為基礎，集合了GSM短信模塊、MQ-2煙霧傳感器、DHT11溫濕度傳感器、攝像頭等器件，設計出一款全新的帶精準監控的防火防盜報警器。這款報警器會在家庭或門店出現盜竊或失火情況時，給用戶和警局發送報警短信，此時有人情況，攝像頭還會錄下視頻，截取嫌隙人照片。而且，用戶還可以利用藍牙或者WIFI來控制報警器。

關鍵詞：防火防盜報警器;STM32F1單片機;精準監控

國內外統計資料表明，火災發生時，因煙和有毒氣體造成的死亡達80%以上[1]。在火災的初始階段，雖然溫度較低，但煙霧已經產生，到火災上升至起火階段時，溫度上升，產生大量煙霧[2]。由此可見，火災發生時，溫度和煙霧并不是獨立的，兩者相互影響[3]。為此，本文設計一款報警器。它能將溫濕度傳感器和煙霧傳感器得到數據傳輸給單片機，單片機進行判斷是否有火情，若有，再發出報警信息給用戶和警局。它還可以將振動傳感器得到數據傳輸給單片機，單片機進行判斷門窗、櫥柜是否有人強行破開，若有，就發出報警信息給用戶和警局，并通過攝像頭來拍攝嫌疑人的照片。從而實現精準監控和防火防盜。

1 方案總體設計

如下圖所示，為系統結構框圖。這個報警器通過溫度、煙霧、振動、紅外傳感器得到數據，輸入到單片機，由單片機處理、判斷，是否有小偷盜竊或者火情發生，來控制攝像、GSM短信、語音報警模塊啟動，實現報警。而WIFI模塊使單片機能與用戶手機實現通信，用戶可以用手機來實時查看溫濕度、室內煙霧濃度情況。藍牙遙控模塊則讓用戶能用手機來遠程控制報警器整體的關閉。

1.1 輸入傳感器

煙霧傳感器模塊MQ-2預熱之后，傳感器元件在不同氣體濃度中的電阻不同，經過比較器最后輸出不同的電壓，給到單片機的ADC，進行數模轉換之后，通過DMA傳輸到串口后輸出。紅外傳感器HC-SR501的OUT會從“0”變成“1”，并且在人離開后保持“1”約8秒，單片機的PC13設置成上升沿觸發的中斷，中斷服務子程序控制語音模塊發出迎賓詞。溫濕度傳感器DHT11，可以將溫濕度轉換成數據。單片機先將PE6拉低，然后接收到DHT11的響應信號后開始接收數據，通過判斷高電平的維持時間來獲取數據位是0或1，然后將溫濕度數據保存下來并傳輸到串口輸出。

1.2 單片機

該報警器使用的單片機型號是STM32F103VET6，是一款基于ARM Cortex-M3內核STM32系列的32位的微控制器。它有512K字節的閃存程序存儲器，還擁有許多I/O口，處理速度快，能滿足報警器使用。

1.3 輸出模塊

當有人進行撞擊時，振動傳感器檢測有振動，DO由“0”變成“1”，單片機PC6配置成上升沿中斷，中斷執行控制語音模塊發出語音警告。攝像頭在有人進入鏡頭內就開始錄像存儲，直到鏡頭內沒有移動物體后延時錄像1分鐘。當二級振動傳感器檢測到振動向單片機發送信號，中斷向語音模塊發送數據，內容為：幀頭、高字節、低字節、命令字、文本編碼格式，待合成文本。模塊會用普通話說出“你好”。中斷則控制語音模塊發出語音警告，短信模塊就給用戶手機發送警報短信。溫濕度模塊每時每刻給單片機發送溫濕度數據，單片機實時監控。當溫度大于60度時，溫度傳感器檢測到它控制短信模塊會給用戶手機發送一條溫度警報短信。可燃氣體濃度和煙霧濃度高于設定閾值時，GSM短信模塊就會給用戶手機發送火災預警短信。

1.4 控制模塊

藍牙模塊接受手機端發出的信息，將收到的信息通過串行口傳給單片機。單片機進入串行中斷判斷是否真實收到信息，再判斷信息的值。如果收到設定的值，將控制整個系統進入待機狀態，關閉所有的IO口和串口運行，可以使用PA0端的下降沿信號喚醒系統，或者使用復位鍵復位系統。使用AT指令設置WIFI模塊進入STA模式，連接上手機熱點，進入透傳模式。溫度傳感器和煙霧傳感器將數據發送到單片機，通過WIFI模塊透傳到手機的網絡調試助手上。

2 程序設計

2.1 防盜竊報警設計流程

單片機上電后，開始各個傳感器模塊的初始化。而本文的振動傳感器有兩個，將震感分為兩級。在初始化完成后，若有犯罪嫌疑人碰撞門窗，振動傳感器將數據傳給單片機，單片機進行判斷震感達到幾級。若只到一級，就啟動語音模塊XFS5152，進行語音警告。若犯罪嫌疑人繼續撞擊，且震感到達兩級，語音模塊XFS5152繼續進行語音警告，并開啟攝像頭拍攝犯罪嫌疑人的樣貌，還通過GSM短信模塊A6模組發送報警短信。以此來實現防盜竊報警。

2.2 火災預警設計流程

單片機上電后，各個傳感器模塊開始初始化。溫濕度傳感器DHT11、煙霧傳感器MQ-2開始采集數據，并將數據傳送給單片機。單片機通過WIFI模塊ESP8266，與手機建立通信，將數據實時發送到手機上，供用戶查看。同時，單片機處理這些數據，與設定的值進行比較，判斷有無火情發生的情況，若有，就通過GSM短信模塊A6模組發送報警短信給用戶。

3 結論

本文設計的這個報警器通過兩級振動傳感器對盜賊入室搶劫行為進行判斷，再啟用攝像頭對盜賊樣貌和行為進行拍攝，為報警提供證據，還通過語音模塊來語音警告盜賊，震懾盜賊，這是目前市面上的報警器所沒有的功能，真正意義上實現防盜。而防火方面，通過對溫度和煙霧兩方面情況的監控，進行判斷，更準確地預防火災發生，也降低了報假警的情況，真正實現防火。

參考文獻：

[1]任東.高樓火災中的煙霧問題[J].浙江消防，1995（2）：40-41.

[2]梁鋒.建筑火災中煙霧的危害及控制[J].中國職業安全衛生管理體系認證，2004，1（6）：10-12.

[3]張響亮.智能建筑火災自動報警系統的設計與研究[D].武漢：武漢理工大學，2010.

作者簡介：邢雅（1991-），女，海南文昌人，碩士，助教，現為溫州大學甌江學院專任教師，主要研究方向：嵌入式和物聯網。