基于單片機的智能家庭安防報警系統設計研究

袁孟，陳彥霖，梁志剛

（廣東文理職業學院，廣東湛江，524400）

1 系統總體設計分析與功能介紹

1.1 系統組成

基于單片機對智能家庭安防報警系統，是融合單片機技術、網絡通信技術、電子信息技術、傳感器技術的家庭安全保障的新型裝置，圖1即為該裝置整體架構示意圖。由圖可知，基于單片機對智能家庭安防報警系統包括單片機、A/D轉換器、傳感器、GPRS通信模塊等諸多單元，各單元相互匹配，相互協調，共同完成家庭安防和保護。

圖1 智能家庭安防報警系統示意圖

1.2 系統主要功能

基于單片機對智能家庭安防報警系統，主要包括GPRS通信模塊智能報警、家庭空間氣體參數監測、火災信息預警和智能安防四大功能。GPRS通信模塊智能報警是指智能家庭安防報警系統檢測到意外數據后能以短信通知住戶，家庭空間氣體參數監測是指智能家庭安防報警系統能24小時不間斷監測家庭內部空間各種氣體的濃度信息，發現燃氣泄露時及時報警，火災信息預警是指家庭空間出現火災時及時進行聲光報警，智能安防是指家庭空間有小偷進出時立刻報警并通知物業管理人員，部分功能涉及源代碼如下：

ip_s=bundle.getString（"IP"）；// 從中控界面的交互中獲取IP信息.

port_s=bundle.getString（"PORT"）；// 從中控界面的交互中獲取port信息.

phone_s=bundle.getString("PHONE"）；//從中控界面的交互中獲取port信息.

2 系統的硬件設計

2.1 單片機設計

單片機是智能家庭安防報警系統的核心裝置，是接收整個智能家庭安防報警系統傳感器數據信息的關鍵部位，更是將收集到的數據信息與預設目標值進行對比評判是否發出報警信息的判斷中心。為保證智能家庭安防報警系統的運轉效率和效果，單片機選型時必須加強對數據運算速度的關注和重視，確保在系統出現安全故障時及時發現，快速反應后報警并進行相關處理。本文基于單片機的智能家庭安防報警系統，在綜合相關影響因素后選擇AT89C51單片機，借助該類型單片機存儲空間大、能源消耗低、輸入輸出接口多、價格便宜等諸多優勢，實現單片機和智能家庭安防報警系統指令和引腳程序的完全兼容，實現智能家庭安防報警系統靈活高效的目標，圖2即為該類型單片機引腳電路設計圖。

圖2 單片機引腳電路設計圖

2.2 煙霧傳感器設計

智能家庭安防報警系統中的傳感器主要用于檢測收集家庭內部空間中的各種環境信息，將上述信息發送給單片機，保證單片機將上述信息和預設目標值對比后給出是否報警的反饋，便于信息處理和系統功能實現。本文設計的智能家庭安防報警系統所選煙霧傳感器為MQ-2型煙霧傳感，該傳感器能用于各類型燃氣、煙霧甚至汽油等多種氣體的檢測，具備靈敏度高、反應時間短、操作穩定性強、使用時間長和電路設置簡單等諸多優勢，圖3即為該傳感器電路示意圖。

圖3 傳感器電路示意圖

通過LM393核心電壓比較器的運轉，對比引腳2和引腳3之間的運行電壓，當引腳2電壓高于引腳3電壓時，引腳1輸出某一較低的電平值，當引腳2電壓低于引腳3電壓時，引腳1輸出某一較高的電平值，實現煙霧傳感器系統內部電路電壓的匹配和均衡。在煙霧傳感器發揮作用的過程中，引腳3的運行電壓借助電位器分得，引腳2的電壓隨家庭空間中檢測到的煙霧濃度參數值的變化而變化，此時，煙霧傳感器在智能家庭安防報警系統整體電路中相當于電阻。當家庭空間煙霧濃度增大時，煙霧傳感器電阻值參數變小，引腳2實際輸出的電壓值也就隨之增大，引腳1輸出某一較低的電平值，智能家庭安防報警系統某一端口輸出高電壓值，蜂鳴器鳴響發出報警聲，煙霧報警短信隨之發送。

2.3 A/D轉換裝置

在智能家庭安防報警系統運行過程中，由于煙霧傳感器等設備檢測收集到的數據在輸出時以模擬量信號輸出，單片機中轉處理系統并不能直接接收處理，故需進行A/D轉換處理。在此過程中，智能家庭安防報警系統使用傳感器類型多種多樣，不同類型傳感器運行時的電壓參考值有所不同，因此不能選擇多通道統一處理的A/D轉換裝置，也就需要選擇對應傳感器數量的單通道A/D轉換芯片開展模擬量和數字量之間的轉換。在此過程中，傳感器檢測收集到的模擬信號從引腳2端口輸入，處理完成后的數字信號則從引腳6輸出，進一步傳遞至單片機，圖4即為A/D轉換裝置的引腳示意圖。

圖4 A/D轉換裝置引腳示意圖

2.4 聲光報警裝置

本文基于單片機的智能家庭安防報警系統，以蜂鳴器和LED燈為該報警系統的聲光報警設備。當家庭空間中存在燃氣泄漏、火災煙霧甚至是門禁系統非法入侵時，蜂鳴器和LED燈根據接收到的數據參數，對比智能家庭安防報警系統預設參數值后，向報警模塊發出反饋信號，報警模塊接收到觸發信號后做出聲光報警反應。

2.5 GPRS通信模塊

GPRS通信模塊，是借助移動網絡通信功能與家庭用戶進行聯系和信息交換的主要中介，可為家庭客戶使用智能家庭安防報警系統提供短信服務，便于家庭用戶及時實時了解到家中的安全狀況。

3 系統軟件設計

基于單片機的智能家庭安防報警系統主要包含燃氣泄漏報警、火災報警和防盜報警三種功能，在報警信號發送之前，智能家庭安防報警系統先通過內置檢測單元檢查收集到的數據信息，當該信息與預設目標參數不想匹配時，將不匹配信息傳遞數據至單片機處理中心，申請單片機下發報警指令。單片機模塊根據數據信息中斷相關電路后，立即啟動短信預警功能，根據不同類型的報警參數，向家庭用戶發送不同的顯示數據，執行與預警信息相對應的聲光報警功能，其主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

在基于單片機的智能家庭安防報警系統軟件設計完成后，根據設計流程編寫應用代碼。以智能家庭安防報警系統門外有人并且試圖非法進行身份識別為例分析，其運行代碼編制如下：

4 實驗結果

本文提出的基于單片機的智能家庭安防報警系統，能借助GPRS通信模塊的遠程管理控制功能，實現家庭內部空間全天候不間斷的安全防護，較傳統模式下的安全預警示警裝置具備更人性化的設計、多樣化的管控目標和更便捷的數字化操作，獲得了諸多家庭使用者的關注和偏愛。在未來基于單片機的智能家庭安防報警系統的進一步優化改良中，可引進更多的智能算法和自動化裝置，引入指紋解鎖、面部識別、語音控制、大數據管理等諸多先進科技，不斷拓寬智能家庭安防報警系統的使用范圍。