盧興照 徐可可 金保盾 劉齊更

（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232000）

0 前言

隨著社會的迅速發(fā)展和生活水平的日益提高，液化石油氣、管道煤氣或者天然氣已經(jīng)進(jìn)入了大部分城市家庭，同時(shí)人們的生活也離不開各式各樣的家電，這些東西給大家的生活帶來了許多方便的同時(shí)，但也增加了火災(zāi)和煤氣泄漏造成危險(xiǎn)事故的可能性。與此同時(shí)，現(xiàn)代城市的快速發(fā)展增添了許多新的難題，入室盜竊、搶劫等案例經(jīng)常發(fā)生，越來越多的人迫切希望生活在一個(gè)安全環(huán)境中?，F(xiàn)在主要的防護(hù)措施是通過防盜窗或者防盜網(wǎng)對家庭進(jìn)行保護(hù)，盡管其具有一定的防盜效果，卻很不美觀，還帶來了更多的安全風(fēng)險(xiǎn)。如果能夠?qū)σ陨铣霈F(xiàn)的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并及時(shí)報(bào)告給主人，從而減少危險(xiǎn)造成的損失。鑒于此構(gòu)想，基于單片機(jī)家用智能安防系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路

通過溫度傳感器、煙霧報(bào)警器、一氧化碳傳感器和紅外傳感器進(jìn)行監(jiān)測，將溫度、煙霧濃度和燃?xì)鉂舛戎岛褪欠裼腥岁J入實(shí)時(shí)顯示在12864 顯示屏上。如果主人在家（按鍵設(shè)定），當(dāng)溫度過高時(shí)，語音報(bào)警：當(dāng)前室內(nèi)溫度過高，小心火災(zāi)；當(dāng)煙霧濃度過高，語音報(bào)警：當(dāng)前室內(nèi)有煙霧，注意是否著火；當(dāng)燃?xì)庑孤舛冗^高，語音報(bào)警：室內(nèi)燃?xì)鉂舛冗^高，注意燃?xì)庑孤?，及時(shí)通風(fēng)并關(guān)閉閥門。有人闖入時(shí)，語音報(bào)警：家中有人闖入。如果主人不在家（按鍵設(shè)定），發(fā)生以上情況，可以通過GSM 模塊，將以上語音信息中的文字發(fā)送給主人，讓主人隨時(shí)掌握家里的情況。

2 智能家防系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，為了滿足各個(gè)功能，將其分為幾個(gè)簡單的模塊，再將各個(gè)模塊拼接成一個(gè)完整的系統(tǒng)（圖1 所示）。該家用智能安防報(bào)警系統(tǒng)由AT89S52 單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器、一氧化碳傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、GSM 短信模塊、顯示模塊、語音報(bào)警模塊、按鍵模塊、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。

圖1 智能家防硬件系統(tǒng)

3 智能家防系統(tǒng)的部件及電路

3.1 監(jiān)測電路組成

3.1.1 煙霧檢測電路：煙霧傳感器主要用于采集房間內(nèi)的煙霧濃度，煙霧傳感器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，工作穩(wěn)定可靠。煙霧傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)化完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。

3.1.2 燃?xì)庑孤z測電路：當(dāng)氣體濃度發(fā)生變化時(shí)，氣體傳感器的輸出電流也隨之成正比變化，經(jīng)中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出，經(jīng)過處理傳輸?shù)阶钚纹瑱C(jī)系統(tǒng)中。在一氧化碳傳感器輸出的信號需要經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)化器將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳送到最小單片機(jī)系統(tǒng)中，最終根據(jù)計(jì)算出的濃度值與預(yù)定值做比較來判斷是否進(jìn)行報(bào)警。

圖2 煙霧檢測電路

圖3 燃?xì)庑孤z測電路

3.1.3 溫度檢測電路：在溫度傳感器方面，單片機(jī)智能家訪系統(tǒng)采用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。因?yàn)镈S18B20 是單總線溫度傳感器，數(shù)據(jù)線是漏極開路，如果DS18B20 沒接電源，則需要數(shù)據(jù)線強(qiáng)上拉，給DS18B20 供電；如果DS18B20 接有電源，則需要一個(gè)上拉即可穩(wěn)定的工作。DS18B20 可以直接讀出被測溫度值，而且采用3 線制與單片機(jī)相連，減少了外部硬件電路，可減少成本。

圖4 溫度檢測電路

3.1.4 熱釋電紅外檢測電路：熱釋電紅外傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。通過熱釋電紅外傳感器監(jiān)測，可以將整個(gè)房子罩在一張無形的網(wǎng)里，當(dāng)竊賊從窗戶進(jìn)入時(shí)，傳感器就會有反應(yīng)，并迅速將一個(gè)脈沖信號傳到單片機(jī)中進(jìn)行報(bào)警。這樣可以隨時(shí)掌握是否有盜賊等從窗戶進(jìn)入，并發(fā)出提醒，讓用戶從第一時(shí)間知道家庭是不是處于安全狀態(tài)，盡可能減少財(cái)產(chǎn)損失。

3.2 處理電路

3.2.1 語音報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)用戶在家時(shí)，系統(tǒng)便需要一個(gè)語音報(bào)警系統(tǒng)，把所存在的危險(xiǎn)及時(shí)“說出來”，讓用戶知道自己現(xiàn)在所處的環(huán)境正在發(fā)生著的危險(xiǎn)。當(dāng)每個(gè)傳感器采集到數(shù)據(jù)并傳給單片機(jī)后，如果超過或達(dá)到某一個(gè)要求時(shí)，報(bào)警電路則開始響應(yīng)。平常使用最多的是蜂鳴器，聲音雖然很大但只有一個(gè)報(bào)警的聲音，無法進(jìn)行不同的語音提示，在本系統(tǒng)很不適用，故在使用蜂鳴器的同時(shí)加入語音報(bào)警，根據(jù)不同的危險(xiǎn)播報(bào)不同的語音。

3.2.2 GSM 模塊：由TC35i、電源電路、啟動與關(guān)機(jī)電路、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路和SIM 卡電路組成。如果主人不在家（按鍵設(shè)定），發(fā)生以上情況，可以通過GSM 模塊，將家中的情況通過信息（前面都有闡述）發(fā)送給用戶手機(jī)上。

圖5 語音報(bào)警電路

圖6 顯示模塊原理圖

3.2.3 顯示模塊：顯示模塊使用lcd12864 顯示模塊，自帶字庫，使用方便。

4 總結(jié)及產(chǎn)品前景的展望

本文詳細(xì)介紹并設(shè)計(jì)了基于AT89S52 單片機(jī)的家用智能安防系統(tǒng)，首先利用熱釋電紅外傳感器來監(jiān)測外人入侵、溫度傳感器和煙霧傳感器監(jiān)測火災(zāi)的發(fā)生、一氧化碳傳感器監(jiān)測煤氣泄漏，其次通過單片機(jī)來處理和輸出信號，最后把住宅中發(fā)生的各種險(xiǎn)情信息播報(bào)、顯示出來，在險(xiǎn)情發(fā)生前或者發(fā)生時(shí)，及時(shí)的通知主人，最大限度的保障主人的財(cái)產(chǎn)和生命安全。同時(shí)也完成軟硬件的調(diào)試和修改。

基于單片機(jī)家用智能安防系統(tǒng)的發(fā)展展望：該系統(tǒng)已經(jīng)成為未來科技發(fā)展的重要研究方向之一。隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，身邊的東西也將變得更加智能化，智能安防系統(tǒng)、遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)等等也都已經(jīng)從夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，它們將很大程度的改變?nèi)藗兊纳罘绞剑o人們帶來便利。