危厚琴，張海一

（北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，吉林　吉林　132021）

智能家居防火防盜系統(tǒng)設(shè)計

危厚琴，張海一

（北華大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，吉林吉林132021）

人們已經(jīng)進(jìn)入信息化和網(wǎng)絡(luò)化為一體的智能時代，在享受高科技帶來的便捷、舒適的同時，安全意識也開始加強(qiáng)。這對智能家居的高度集成化、整體化提出了更高的要求。但是其現(xiàn)在還處于發(fā)展階段?，F(xiàn)在的防火防盜報警系統(tǒng)應(yīng)用于大型公共場所，對于家庭、辦公室的防火防盜系統(tǒng)設(shè)計較少。所以，設(shè)計一款智能家居防火防盜系統(tǒng)顯得十分必要。

智能家居；火災(zāi)報警；闖入報警；模數(shù)轉(zhuǎn)換

現(xiàn)在家庭的防盜系統(tǒng)還停留在防盜門、防盜窗等這些機(jī)械防盜層面，這樣的防盜效果往往不盡如人意。單純機(jī)械的防盜方式還很影響房屋的美觀，而且當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等事故時，住戶難以逃生，容易威脅到生命安全。所以，這種防盜方式逐步被人們所淘汰。家庭內(nèi)部的防火系統(tǒng)一般靠煙霧報警，這種方式適應(yīng)科技和社會的發(fā)展，正在逐步走向成熟。該系統(tǒng)報警分為非法闖入報警和火災(zāi)報警兩個部分。利用煙霧傳感器檢測室內(nèi)煙霧的濃度，檢測非法闖入時，利用紅外傳感器檢測是否有阻斷產(chǎn)生來實現(xiàn)火災(zāi)的報警與檢測。一旦有警情發(fā)生，傳感器檢測電路發(fā)出信號，向單片機(jī)檢測到的信號發(fā)出中斷請求，進(jìn)行相應(yīng)中斷后，自動發(fā)出不同的報警信息，并將信息通過GSM模塊傳送給住戶，同時聲光報警電路開始工作，進(jìn)行報警。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本設(shè)計的智能防火防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括煙霧傳感器模塊、紅外傳感器模塊、全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）模塊、無線接收模塊、本地聲光報警模塊、主控單片機(jī)AT89C52模塊和鍵盤和顯示模塊。將前端警情采集電路和控制電路安裝在用戶家中需要防范的地方，例如門窗、陽臺等地方，防火防盜電路有兩種工作狀態(tài)：撤防工作狀態(tài)和布放工作狀態(tài)。當(dāng)用戶在家時，將此防火防盜系統(tǒng)設(shè)置為撤防工作狀態(tài)，當(dāng)用戶離開家時，設(shè)置為布防狀態(tài)。一旦火災(zāi)發(fā)生或人體非法侵入，報警電路探測器無線發(fā)射電路啟動發(fā)射，無線接收模塊在接收到無線信號后向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，自動識別不同的報警信息，進(jìn)行聲光報警。如果1分鐘后報警信號沒有解除，由GSM模塊向預(yù)先設(shè)定好的號碼進(jìn)行報警，報警電話可以是用戶本人和武警消防部門，并將信息通過GSM模塊傳送給住戶，同時聲光報警電路開始工作，進(jìn)行聲光報警。

2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1主控芯片的選擇

本設(shè)計的主控芯片采用AT89C52芯片。該芯片具有價格便宜、功能齊全的特點，滿足本設(shè)計的要求。

AT89C52是一個低電壓，高性能互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體芯片（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS） 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（Random Access Memory，RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)。片內(nèi)設(shè)有通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫端口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。

AT89C52有PDIP，PQFP/TQFP及PLCC等3種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。單片機(jī)正常工作時，都需要一個最小系統(tǒng)。電路由一個時鐘電路和一個復(fù)位電路組成。

2.2傳感器的選擇

2.2.1煙霧傳感器的選擇

本設(shè)計選用MQ-2氣體傳感器模塊。

MQ-2是二氧化錫半導(dǎo)氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。在有煙霧的情況下，煙霧與該傳感器接觸，粒子會隨煙霧調(diào)制的變化而變化，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率也發(fā)生變化，具有探測范圍廣、靈敏度高、穩(wěn)定性好和驅(qū)動簡單等優(yōu)點，是一種適合家庭氣體檢測的可燃?xì)怏w探測器。它所使用的是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫氣敏材料，如果該傳感器處于由可燃?xì)怏w組成的環(huán)境時，空氣中可燃?xì)怏w濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率越高。MQ-2適用于液化氣、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的檢測，而且也是一種低成本的傳感器。檢測電路如圖2所示。

圖2　MQ-2檢測電路

運放的6腳是輸出端DOUT。傳感器從其4腳輸出煙霧濃度變化的脈沖信號，加到比較器的3腳，R1和RV1構(gòu)成比較器的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)煙霧濃度大于基準(zhǔn)電壓時，比較器輸出高電平，當(dāng)煙霧濃度小于門檻電壓時，比較器輸出低電平，根據(jù)煙霧濃度的高低，比較器輸出高低電平，再加到單片機(jī)P1.1口進(jìn)行處理。

2.2.2紅外傳感器

本設(shè)計采用HC-SR501人體紅外熱釋電傳感器模塊，其具有體積小、性能穩(wěn)定、成本低、外形美觀、檢測范圍較廣的優(yōu)勢。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)的相似之處在于，二者都是由于溫度的變化而引起的晶體表面的荷電現(xiàn)象。熱釋電是對溫度敏感的傳感器，它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件的兩個表面做成兩個電極。在傳感器的監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有熱釋電，會在電極之間產(chǎn)生電荷，即在兩點極之間產(chǎn)生微弱電壓。因為它的輸出的阻抗極高，在傳感器中有一個場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗匹配變換。它具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點，處于超低電壓工作模式，應(yīng)用在自動感應(yīng)的設(shè)備方面很多。例如在干電池控制產(chǎn)品方面的應(yīng)用。采用三線結(jié)構(gòu)方式，結(jié)構(gòu)上引入場效應(yīng)管，其目的在于完成阻抗變阻。熱釋電紅外傳感器主要由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器3部分組成。設(shè)計時主要將高熱電材料制成一定厚度的薄片，在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這樣熱釋電探測元便制成了。本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好，價格低廉，所以本設(shè)計選用人體紅外熱釋電傳感器。此電路的輸出到單片機(jī)的P1.2端口。

2.3GSM模塊

通信模塊采用SIM900A進(jìn)行無線通信。主控芯片采用STM32，主要用于控制短信的正確收發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸。遠(yuǎn)程終端通常是手機(jī)或者上位機(jī)的數(shù)據(jù)中心軟件，經(jīng)過處理之后，將其儲存下來，方便日后查詢。本模塊具有功耗低、使用靈活、容易操作、掉線之后能自動連接、穩(wěn)定性好、成本低廉的優(yōu)點。通信芯片采用SIMCOM公司的新型緊湊型產(chǎn)品SIM900A，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，性能穩(wěn)定、外觀精巧、性價比高，并且能夠滿足用戶的多種需求。在實現(xiàn)斷線自動重連時，涉及接收線信號檢出（Received Line Detection，DCD），RI兩個引腳的使用。DCD引腳主要實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)模塊掉線后，會給DCD引腳一個高電平，當(dāng)這個電平被DCD引腳檢測到之后，模塊就采取相應(yīng)的動作來重新連接。RI引腳在模塊上線之后，就一直保持高電平，在有電話和短信進(jìn)來的時候，RI管腳會出現(xiàn)一個低電平，當(dāng)RI引腳檢測到這個低電平的時候，模塊會采取相應(yīng)動作，進(jìn)入短信或者電話模式。

3　系統(tǒng)主程序軟件設(shè)計

軟件方案主程序流程如圖3所示。

圖3　主程序流程

4　結(jié)語

本文設(shè)計的無線通信傳輸模塊，利用傳感器檢測煙霧信號和人體非法闖入信號，STM32來處理信號，同時控制SIM900A芯片，實現(xiàn)短消息的收發(fā)與數(shù)據(jù)的無線傳輸功能。本設(shè)計實現(xiàn)了無線通信的硬件和軟件設(shè)計。經(jīng)過多次試驗，本模塊出現(xiàn)掉線和發(fā)熱等問題的情況為零，因此性能相對穩(wěn)定。設(shè)計成本較低，運行安全穩(wěn)定可靠，應(yīng)用范圍廣泛，性價比高，因而其具有很高的商業(yè)價值。

［1］曹君.火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2012（1）：62-67.

［2］王芳.智能化住宅防盜防火報警系統(tǒng)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2012.

［3］陳永甫.紅外探測與控制電路［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［4］胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［J］.清華大學(xué)學(xué)報，2013（1）：62-67.

Design of smart home fre prevention and anti-theft system

Wei Houqin， Zhang Haiyi
（Electrical Information Engineering College of Beihua University，Jilin 132021， China）

Security awareness has begun to strengthen when people are enjoying the convenience and comfort brought by high-tech. Higher requirements of integration and holistic are put forward to smart home with fire prevention and anti-theft consciousness in smart home strengthening. But due to a late start， it is still in the stage of development. Now the fre prevention and anti-theft alarm system is used in largescale public places， which is less for home and offce. Therefore，it is very necessary to design a smart home fre prevention and anti-theft system.

smart home； fre alarm； intrusion alarm； analog digital converter

危厚琴（1974— ），女，陜西漢中。