周宇暉

摘要：鑒于住宅中危害最大的險情以及安全保障的迫切需要，針對非法入侵和火災(zāi)檢測，設(shè)計了一款家庭安全報警器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了布防、撤防的設(shè)置，溫度、煙霧、入侵的檢測，設(shè)置了可直接判斷險情類型的三級報警，操作便捷，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：溫度檢測；煙霧檢測；入侵檢測；報警器

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0272-02

一、引言

如今，人民生活方式正在從溫飽型向小康型轉(zhuǎn)變，因此人們會有更強(qiáng)的安全意識，逐漸接受在家居內(nèi)裝設(shè)質(zhì)優(yōu)價廉、功能完善的安全防范系統(tǒng)。同時人類已經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)，智能家居己開始引起人們的關(guān)注。作為智能家居的一個組成部分，安全防范報警系統(tǒng)也必將向多功能、智能化方向發(fā)展。

隨著生活水平的日益提高，各種家用電器、液化石油氣、管道煤氣等已進(jìn)人千家萬戶，這些現(xiàn)代化設(shè)施帶來了生活的便利，同時也增加了火災(zāi)和有害氣體中毒的風(fēng)險，另外非法入侵的事件時有發(fā)生，顯然傳統(tǒng)的住宅安全保障方式迫切需要改進(jìn)，以便將險情消滅在萌芽狀態(tài)，保障居民生命財產(chǎn)安全。

但由于家庭安全報警的需求五花八門，目前實(shí)用性強(qiáng)的報警系統(tǒng)較少，也有不少裝置存在誤報或漏報問題。因此，設(shè)計一款使用便捷的家庭安全報警器具有一定的實(shí)用意義。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計

（一）總體方案

考慮到家庭安全隱患主要以非法入侵和火災(zāi)造成的損失較為嚴(yán)重，本文設(shè)計的家庭安全報警器主要功能包括入侵檢測、溫度檢測、煙霧檢測、聲光報警和鍵盤與顯示功能，如圖1所示。

其中，溫度檢測目的是通過檢測環(huán)境溫度判斷是否有可能發(fā)生火災(zāi)；入侵檢測的目的判斷是否有人非法進(jìn)人；煙霧檢測通過煙霧濃度判斷是否已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)；光報警是一級報警，表示可能出現(xiàn)危險；聲音報警是二級報警，表示已經(jīng)出現(xiàn)危險；鍵盤與顯示用來處理報警信息的關(guān)閉或開啟。

（二）硬件總體設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)總體方案，設(shè)計了基于單片機(jī)的家庭安全報警器，硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中，3個按鍵分別是：復(fù)位鍵，布防鍵，撤防鍵。

當(dāng)報警器安裝完成并啟動后，在液晶顯示器上顯示“已撤防”，此為報警器默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)用戶離家外出或睡覺時，可通過鍵盤設(shè)置報警器，使報警器進(jìn)入工作狀態(tài)，在液晶顯示器上顯示“已布防”，此時報警器循環(huán)檢測紅外探測信息，溫度信息，煙霧信息，如遇險情，發(fā)出聲、光報警。

報警器設(shè)定為“已布防”時，如圖2所示，工作過程為：

①啟動計時器

②單片機(jī)讀取并處理紅外探測器信息

當(dāng)檢測到有人入侵時，LED燈閃爍，且蜂鳴器持續(xù)發(fā)出急促的鳴叫聲，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)未檢測到有人入侵時，轉(zhuǎn)入步驟③。

③單片機(jī)讀取并處理溫度探測器信息

當(dāng)檢測到的溫度高于等于設(shè)定溫度50℃時，LED燈閃爍，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)檢測到的溫度低于設(shè)定溫度50℃時，轉(zhuǎn)入步驟④。

④單片機(jī)讀取并處理煙霧探測器信息

當(dāng)檢測到的煙霧濃度高于等于設(shè)定值時，蜂鳴器發(fā)出長鳴，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)檢測到的煙霧濃度低于設(shè)定值時，轉(zhuǎn)入步驟⑤。

⑤檢查計時器時間

當(dāng)計時時間未到30秒時，等待；

當(dāng)計時時間到30秒時，轉(zhuǎn)入步驟①。

三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計

（一）單片機(jī)

本系統(tǒng)的控制器核心單片機(jī)采用型號為ATMEGA16的AVR單片機(jī)。AVR單片機(jī)運(yùn)行速度最快，芯片內(nèi)部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大，IO口驅(qū)動能力強(qiáng)，內(nèi)部集成AD、DA轉(zhuǎn)換器等。

（二）入侵探測器

自然界中，任何高于絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，人體體溫一般在37度，會發(fā)出特定波長為10um左右的紅外線，被動式紅外探測器就是通過探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件制作，這種元件在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化將以電壓形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而深受廣大用戶的歡迎。本系統(tǒng)采用RE200B型號的被動式熱釋電紅外探測器，輸出電壓為2.5v到5v之間，電路連接如圖4所示。

（三）溫度探測器

通常室內(nèi)溫度在-10℃～40℃，當(dāng)超出50℃時，就可能出現(xiàn)火災(zāi)險情，因此，本文把報警閾值設(shè)置為50℃，一旦超出該閾值，LED燈閃爍報警。溫度檢測的誤差在±1℃即可。

系統(tǒng)采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它的測量范圍為-50℃至+125℃，精度可達(dá)0.0625℃，不需A/D轉(zhuǎn)換電路，直接輸出溫度值的數(shù)字量。DS18B20遵循單線串行通信協(xié)議。

（四）煙霧檢測器

系統(tǒng)采用MQ-2煙霧傳感器，當(dāng)其內(nèi)部加熱電路通電后，氣敏元件會保持一定的溫度，有煙霧與氣敏元件它接觸時，隨煙霧的成分及濃度的不同，其導(dǎo)電率改變。煙霧濃度越大，則負(fù)載兩端電壓的變化亦越大，該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到單片機(jī)，當(dāng)電壓大于設(shè)定的閾值時，進(jìn)行報警處理。電壓閾值的設(shè)定通過實(shí)際測試后給出。

（五）液晶顯示器

在本系統(tǒng)中，只要顯示布防和撤防信息即可，不需要復(fù)雜信息，因此選擇只顯示英文字符和數(shù)字的顯示屏1602，因其只能顯示英文，同時考慮到不是所有用戶都懂英語，且為使用方便，系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定：用“YES”表示布防，用“NO”表示撤防。

（六）聲光報警器

系統(tǒng)采用大功率紅光LED燈，作為發(fā)光設(shè)備；采用蜂鳴器作為發(fā)聲設(shè)備。本系統(tǒng)設(shè)計的報警分三個級別。

一級報警：只有LED燈閃爍報警，用于室內(nèi)溫度高于等于50℃的情況，以提示室內(nèi)溫度過高，可能發(fā)生火災(zāi)；

二級報警：只有蜂鳴器長鳴報警，用于煙霧濃度高于設(shè)定閾值的情況，以提示室內(nèi)煙霧過濃，已經(jīng)發(fā)生火情；

三級報警：LED燈閃爍且蜂鳴器急促鳴叫報警，用于探測到非法入侵的情況，以提示可能有盜匪入內(nèi)。

（七）鍵盤

鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵部件，它實(shí)現(xiàn)了向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人機(jī)對話不可缺少的輸入方式之一。本系統(tǒng)設(shè)計了3個功能鍵：布防鍵，撤防鍵，復(fù)位鍵。報警器在安裝完成并正常啟動后，默認(rèn)設(shè)置為撤防狀態(tài)，液晶顯示器顯示“已撤防”，即“NO”，然后系統(tǒng)定時循環(huán)掃描四個鍵，如果檢測到布防鍵按下時，進(jìn)人險情探測工作狀態(tài)，液晶顯示器顯示“已布防”，即“YES”。

四、總結(jié)

本文設(shè)計了基于AVR單片機(jī)的家庭安全報警器，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn)了布防、撤防的設(shè)置，溫度、煙霧、入侵的檢測。當(dāng)出現(xiàn)險情時，設(shè)置了三級報警，使用戶根據(jù)報警信息就能夠直接判斷險情的類型。系統(tǒng)功能簡約，操作便捷，報警信息明確，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王艷芳，黃海濱.基于單片機(jī)技術(shù)的室內(nèi)報警器的設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，（08）.

[2]劉寶成，裴志利，李喜軍.單片機(jī)多路報警器的設(shè)計[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2001，（01）.

[3]羅慶生，崔芳杰.以PIC單片機(jī)控制技術(shù)為核心的新型防盜報警器[J].電子技術(shù)，2004，（09）.

[4]崔學(xué)軍，張航，王德芳.一種單片機(jī)控制的可燃?xì)怏w報警器的電路設(shè)計[J].電氣防爆，1999，（03）.