基于STC12C5A60S2的家庭智能安防系統的設計與實現*

葉長青 陳虎 曾陳萍 王雪

(西昌學院信息技術學院，四川西昌 615000)

0 引言

隨著我國經濟社會的不斷發展，人均收入的不斷提高，人們的自我防護意識也在不斷的增強，特別是當前微處理技術、傳感技術、無線通信技術以及計算機技術的飛速發展，設計一款安裝簡單、成本低廉、功能強大、可靠性高的家庭智能安防系統，具有強烈的現實意義和巨大的市場需求。

本設計采用傳感器技術、單片機技術、無線通信技術以及計算機技術，設計了一款具備可選擇在家模式和離家模式的火災及煙霧報警觸發，防盜報警觸發[1-2]，家居環境溫濕度顯示以及能夠通過手機APP實現燈光5檔調節及控制的家庭智能安防系統。

1 系統方案設計

圖1 系統總體設計框圖

家庭智能安防系統總體設計框圖如圖1所示。在本設計中采用了模塊化設計，外部環境模塊包括了煙霧傳感器模塊、人體熱釋紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊，外部控制電路包括了按鍵輸入電路，短信報警、手機APP顯示、LCD顯示、聲光報警以及電燈控制等功能。單片機芯片通過傳感器進行外部環境信息采集及實時處理，并通過手機藍牙或者按鍵電路實現主人在家模式及離家模式的設置，離家模式下通過人體熱釋紅外傳感器檢測有無外人進入，如果檢測到外人進入屋內則通過GSM模塊進行短信通知并發出聲光報警，同時通過煙霧傳感器實時檢測家中有無煙霧、有毒有害氣體，如檢測到家中發生火災或煤氣泄漏則通過GSM模塊進行短信通知并發出煙霧報警，最后溫濕度傳感器通過LCD進行實時顯示。

2 系統硬件設計

該硬件電路采用模塊化電路設計，主要由主控電路模塊、各傳感器電路模塊及控制電路模塊組成，具體如圖2所示。

按鍵電路主要是用于模式的手動切換以及關閉人體熱釋傳感器模塊，包括了兩個按鍵作為模式切換按鍵和關閉紅外傳感器。

通過LED與蜂鳴器組合實現聲光報警功能，該電路用以實現傳感器模塊檢測到家中有陌生人闖入或家中發生可燃氣體泄露時的聲光報警。

燈光調節電路主要借助無線藍牙傳輸模塊通過手機APP達到控制家中燈光的目的，特別是使用單片機的脈沖調制(PWM)來實現燈光亮度調節的功能。

顯示電路選擇LCD1602模塊進行，該模塊具有控制簡單、成本低廉的優勢，同時還可增加可調電阻電路用于調節顯示器背光亮度。

該電路采用HC-05無線藍牙傳輸模塊以及GSM模塊分別實現與手機APP連接以及防火防盜的報警功能。HC-05無線藍牙模塊具有功耗低、傳輸安全性強、耐用性高的特點[3]。GSM模塊具備傳輸效率高、覆蓋面廣的特點[4]。

本電路中采用DHT11溫濕度傳感器模塊檢測家庭環境中的溫濕度，該模塊自帶已校準數字信號輸出溫濕度傳感器，具備品質好、相應迅速、抗干擾能力強的優點，且該模塊具備體積小、功耗低、信號傳輸距離遠的特點[5]。

本電路選用HC-SR501人體熱紅外傳感器檢測有無小偷進入家中，該傳感器具有可靠性高、抗干擾能力強、功耗低、檢測距離可調等特點。

該電路選用MQ-02可燃氣體傳感器作為家庭可燃氣體泄露的檢測模塊，該傳感器具有壽命長、價格便宜、驅動電路簡單的優點，能夠根據氣體濃度不同導致電導率改變的原理實現檢測。

3 系統軟件設計

本系統程序流程圖如圖3所示。當系統上電后，首先在主控程序中完成各個模塊的初始化工作，包括串口、顯示模塊、中斷、定時器等。然后讀取溫濕度模塊、煙霧濃度模塊、人體熱釋紅外檢測模塊、藍牙模塊以及按鍵模塊，通過將溫濕度值、模式選擇、煙霧傳感器數值等信息顯示在液晶屏幕上。最后系統依次等待各個模塊的響應，一旦人體熱釋紅外傳感器模塊或煙霧傳感器模塊檢測有異常，單片機就會執行聲光報警和發送短信的操作，不同的報警包含特定的短信內容。

4 系統測試

按照電路原理圖以及程序設計流程圖分別采用Altium Designer和Proteus進行電路版制作和系統調試，最終調試完畢進行電路焊接，最終實物電路如圖4所示。

圖2 電路設計原理圖

在該電路中，給系統通電完成初始化后，在液晶顯示模塊出現第一行H表示環境濕度，T表示環境溫度，第二行Fire表示火災情況，其中Y為發生火災，N為未發生火災，Steal表示盜竊情況，其中Y為發生盜竊，N為沒有發生盜竊，此時*表示人體熱紅外傳感器已打開，x表示人體熱紅外傳感器已關閉。手機端通過APP控制在家/離家模式切換，電燈開關以及燈光亮度調節。電路正常工作時，當煙霧傳感器檢測到家中發生可燃氣體泄露或火災，以及有外人進入住宅時，將會發出聲光報警和短信提醒，短信通知如圖5所示。

圖3 系統程序設計流程圖

圖4 家庭智能安防系統實物圖

圖5 短信通知

5 結論

本設計實現了基于STC12C5A60S2單片機的家庭智能安防系統，DHT11采集室內溫濕度、HC-SR501傳感器感知有無外人進入屋內、MQ-02傳感器感知火災發生，同時無線藍牙模塊實現了系統在家模式和離家模式的切換，所有傳感器采集的信號傳輸到單片機進行處理，通過LCD1602顯示屏顯示室內溫濕度、有無火災、有無外人闖入。當發生非法入侵和火災時，本系統能夠發生聲光報警，并通過GSM通信模塊發送短信提醒。通過實驗驗證，本系統具有安全性強、可靠性高、性價比高的優勢，能夠實現家庭防火防盜以及開關智能控制的功能，增強了當代社會居民的生活體驗，真正將技術應用于生活，改變人們的生活方式。