基于單片機(jī)的智能家居防火防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魯 可， 路振偉， 陳思雅

（河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河南鄭州 450000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及人民生活水平的不斷提升，人們對(duì)于生活的舒適度要求越來(lái)越高。尤其是伴隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的突飛猛進(jìn)，智能家居逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)的人們迫切追求的目標(biāo)[1]。特別對(duì)家庭的防火防盜安全尤為關(guān)注， 火災(zāi)和盜竊都會(huì)給家庭帶來(lái)非常大的經(jīng)濟(jì)損失甚至?xí)?lái)人員傷亡造成悲劇。 因此， 加強(qiáng)防火防盜成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題[2]。 如果能在發(fā)生火災(zāi)和盜竊的前期對(duì)災(zāi)難進(jìn)行干預(yù)和報(bào)警，就可以減少災(zāi)禍的發(fā)生大大保障財(cái)產(chǎn)和人身安全。 本次設(shè)計(jì)的思想就是在防范家庭隱患的條件下產(chǎn)生的，用一款價(jià)格便宜，方便使用，性能成熟的STC89C52 單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)一種防火防盜系統(tǒng)，能夠非常有效的減少失火失盜事故帶來(lái)的損失，這樣的產(chǎn)品一定會(huì)給人們帶來(lái)幫助。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主控制器采用的是STC89C52 單片機(jī)，能夠?qū)z測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行判斷，如果超出設(shè)定值，則驅(qū)動(dòng)GSM模塊向房主發(fā)送報(bào)警信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)警報(bào)功能， 房主也可以手動(dòng)將報(bào)警信號(hào)關(guān)閉。 HC-SR501 模塊、煙霧傳感器模塊MQ-2、溫度傳感器模塊DS18B20 等模塊是檢測(cè)模塊。軟件部分主要是配合硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集處理以及傳輸和短信報(bào)警等功能。 煙霧和溫度傳感器進(jìn)行火災(zāi)探測(cè)，紅外傳感器進(jìn)行盜竊探測(cè)[3]，具體過(guò)程是溫度和煙霧傳感器檢測(cè)到的異常信息以及HC-SR501 紅外熱釋電模塊檢測(cè)到的異常人員進(jìn)入信息傳遞給STC89C52 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)進(jìn)行聲光報(bào)警和短信報(bào)警。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元器件組成的單片機(jī)可以正常工作的系統(tǒng)。 對(duì)于最小的STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)，它由MCU，晶體振蕩器電路和復(fù)位電路組成。

在本設(shè)計(jì)中，STC89C52 單片機(jī)采用5V 電源進(jìn)行供電，晶振電路中采用的是11.0592MHZ 晶振，相應(yīng)的負(fù)載電容選為30pf，11.0592MHZ 晶振的作用是以一個(gè)正弦波信號(hào)為基準(zhǔn)來(lái)決定單片機(jī)的執(zhí)行速度， 負(fù)載電容起穩(wěn)定作用， 主要用到STC89C52 單片機(jī)的XTAL1 引腳和XTAL2 引腳。 復(fù)位電路的作用是為了在STC89C52 單片機(jī)死機(jī)的時(shí)候方便進(jìn)行重啟，為了保證上電瞬間，RST 腳的高電平能持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上， 本設(shè)計(jì)選擇C1 為10μf，電阻R7 為10K，見(jiàn)圖2。

圖2 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由軟件和硬件結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入初始化后，會(huì)同時(shí)進(jìn)行溫度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)和檢測(cè)布防按鍵狀態(tài)，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到環(huán)境溫度后， 傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給單片機(jī)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，會(huì)在顯示屏上顯示出當(dāng)前溫度， 然后單片機(jī)判斷當(dāng)前溫度是否高于溫度設(shè)定值， 如果溫度傳感器檢測(cè)到的溫度高于溫度設(shè)定值，則系統(tǒng)控制聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)發(fā)送一條報(bào)警短信；當(dāng)煙霧濃度檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，將煙霧濃度數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，會(huì)在LCD 顯示屏上顯示當(dāng)前煙霧濃度值，經(jīng)過(guò)單片機(jī)判斷當(dāng)前煙霧濃度是否高于煙霧濃度設(shè)定值， 如果高于設(shè)定值，則控制聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)發(fā)送一條報(bào)警短信。 當(dāng)按下布防按鈕時(shí)，等待5s 后，顯示屏?xí)霈F(xiàn)布防成功，然后人體紅外模塊檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)，如果人體紅外模塊檢測(cè)到有人非法入侵，就會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警和短信報(bào)警。按下撤防按鍵，系統(tǒng)就會(huì)停止報(bào)警。 系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖3。

4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)要求， 用Protel99SE 畫(huà)圖軟件畫(huà)出本設(shè)計(jì)的原理圖，按照原理圖將各個(gè)元器件連接好，經(jīng)檢查電路無(wú)誤后， 通過(guò)STC-ISP 軟件將編寫(xiě)好的程序燒錄到單片機(jī)中，程序下載完成后，便開(kāi)始對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行功能測(cè)試，GSM 模塊需要單獨(dú)供電，所以電路有兩個(gè)電源接口，一個(gè)給單片機(jī)進(jìn)行供電，另一個(gè)是給GSM 進(jìn)行供電，主要測(cè)試的功能：①系統(tǒng)開(kāi)啟通知：即開(kāi)機(jī)系統(tǒng)向設(shè)定的手機(jī)發(fā)送一條系統(tǒng)已開(kāi)啟的短信； ②溫度煙霧報(bào)警值設(shè)置；③溫度報(bào)警：當(dāng)溫度異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)發(fā)送一條短信給固定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警；④煙霧報(bào)警：當(dāng)煙霧異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警， 同時(shí)發(fā)送一條短信給固定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警；⑤非法入侵報(bào)警：人體感應(yīng)模塊在布防狀態(tài)下檢測(cè)到人體紅外信號(hào)后會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)給戶(hù)主發(fā)送一條報(bào)警短信， 當(dāng)按下撤防按鈕時(shí)，系統(tǒng)則停止報(bào)警。 系統(tǒng)實(shí)物圖見(jiàn)圖4。

圖4 系統(tǒng)實(shí)物圖

（1） 系統(tǒng)開(kāi)啟通知：開(kāi)機(jī)系統(tǒng)向設(shè)定的手機(jī)發(fā)送一條系統(tǒng)已開(kāi)啟的短信。

（2）溫度煙霧報(bào)警值設(shè)置：通過(guò)三個(gè)設(shè)置按鍵對(duì)溫度和煙霧的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)置， 在顯示屏上顯示溫度值和煙霧濃度值，見(jiàn)圖5。

（3）溫度報(bào)警：當(dāng)溫度異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)發(fā)送一條短信給固定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，見(jiàn)圖6。

（4）煙霧報(bào)警：當(dāng)煙霧異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)發(fā)送一條短信給固定的手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，見(jiàn)圖7。

（5）非法入侵報(bào)警：人體感應(yīng)模塊在布防狀態(tài)下檢測(cè)到人體紅外信號(hào)后會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，然后系統(tǒng)會(huì)發(fā)送一條報(bào)警短信通知戶(hù)主，如果此時(shí)按下撤防按鈕，系統(tǒng)則停止報(bào)警，見(jiàn)圖8。

圖5 自由設(shè)定溫度和煙霧的報(bào)警值

圖6 溫度高于設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送報(bào)警短信

圖7 煙霧濃度高于設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送報(bào)警短信

圖8 系統(tǒng)檢測(cè)到非法入侵，進(jìn)行聲光報(bào)警和短信報(bào)警

5 結(jié)論

本文主要設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能家居防火防盜系統(tǒng)，通過(guò)煙霧報(bào)警電路和溫度報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)防火功能，HCSR501 紅外熱釋電模塊對(duì)人員進(jìn)入的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)防盜功能，GSM 模塊實(shí)現(xiàn)短信警報(bào)功能。 本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示溫度值和煙霧濃度值功能， 非法入侵的聲光報(bào)警和短信報(bào)警功能， 溫度異常和煙霧濃度異常的聲光報(bào)警和短信報(bào)警功能。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，感應(yīng)靈敏，價(jià)格便宜，具有較高的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。