董賀鵬 吳坤 王圳 何英昊 辜錚

摘 要：家居安全報警系統(tǒng)是智能家居的重要組成部分。文中設計了一種基于SIM800和STC89C52的智能報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機與SIM800L模塊為主要器件，使用MQ-2等多種傳感器對家中溫度、煙霧及是否有人闖入等情況進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結果以短信形式發(fā)送到用戶手機。通過對系統(tǒng)進行整體測試表明，該系統(tǒng)具有操作方便、運行可靠、成本低廉等優(yōu)點，能夠實現(xiàn)防盜、防火、防煤氣泄漏等功能。

關鍵詞：STC89C52單片機;GSM模塊;MQ-2;熱釋電紅外;SIM800L;智能報警

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）05-00-03

0 引 言

火災、盜竊、煤氣中毒等事情的發(fā)生使得群眾生命財產受到嚴重威脅?？茖W技術的飛速發(fā)展，人們對自己的生活要求也不斷提高，智能家居已經進入了人們的日常生活。家居安全報警系統(tǒng)是智能家居的一個重要組成部分。本設計通過MQ-2、DS18B20、熱釋電傳感器分別監(jiān)測室內氣體、溫度、人體活動等信息并傳回單片機，如若存在危險，將通過GSM模塊發(fā)送給主人手機進行報警。

1 設計方案

圖1所示為系統(tǒng)的總體設計框圖。STC89C52/RC為主要核心器件，連接按鍵模塊進行輸入控制操作，傳感器模塊、SIM800L模塊、LCD1602顯示模塊等實現(xiàn)人機交互等功能。單片機控制部分包括時鐘電路、復位電路、電源電路。

2 硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)模塊

單片機最小系統(tǒng)模塊以STC89C52為核心，包含電源供電電路、單片機復位電路、時鐘電路。電源電路為5 V直流供電，同時也完成對最小系統(tǒng)所有模塊的供電。

2.2 顯示電路模塊

顯示屏采用綠屏LCD1602，成本低廉，可用來顯示溫度等數(shù)據(jù)。

2.3 熱釋電傳感器模塊

熱釋電傳感器模塊原理如圖2所示。模塊由紅外傳感信號處理器BISS0001、熱釋電紅外探頭RE200B（傳感器）及一些外圍元件（電阻電容）組成。該模塊的正常工作電壓為+4.5 V（工作范圍為3～5 V）。

2.4 氣體傳感器模塊

MQ-2對液化石油氣、天然氣的敏感程度最高，尤其是烷類煙霧，對乙醇蒸汽近乎不響應，具有良好的重復、恢復特牲，能保持長時間工作，監(jiān)測可燃氣體或煙霧范圍為100～10 000 ppm。

MQ-2內部氣敏材料為二氧化錫，其阻值R和空氣中被測氣體濃度C的關系為log R=mlog C+n（m，n為常數(shù)），濃度上升后電阻會減小，特性相當于滑動變阻器，使MQ-2的4，6腳對地輸出電壓增大。

電路連接簡單，適用于家庭對烷類煙霧的監(jiān)測，原理如圖3所示。

2.5 溫度傳感器模塊

溫度采集模塊的核心為DS18B20溫度傳感器，該傳感器可直接讀出外界被測溫度，將溫度以數(shù)字量的形式傳入

I/O口。測量溫度的功能實現(xiàn)，主要在于DS18B20的初始化，所以程序內部需要采用精準的延時。

2.6 SIM800L模塊

SIM800L模塊是目前在遠程監(jiān)控和無線POS終端等領域應用較多的射頻模塊。此模塊主要完成短信發(fā)送功能。單片機通過RS 232串口與SIM800L連接通信。短信收發(fā)的編碼采用PDU（Protocol Description Unit）模式。PDU模式支持所有系統(tǒng)的手機，PDU串包含SMS、目標號碼、消息等，但為了方便消息內容采用數(shù)組定義，本系統(tǒng)選用純文本的Text模式，考慮到Text不能收發(fā)中文，所以信息由英文組成。電路原理如圖4所示。

3 軟件設計

開機啟動首先完成LCD、傳感器、SIM800L模塊的初始化，之后進行額定溫度的設定，再對溫度、氣體進行采集，判斷是否超過指標，若超過指標則發(fā)送警報短信，期間如果有人員非法闖入，單片機會讀取到熱釋紅外傳感器的信息，發(fā)送警報短信。系統(tǒng)程序的總流程如圖5所示。

4 系統(tǒng)測試

程序通過Keil軟件編寫，編寫方式選用C語言，通過串口引腳燒錄。在系統(tǒng)調試正常的情況下，進行氣體檢測驗證。調整MQ-2的靈敏度，通過一些特殊手段改變環(huán)境的液化氣含量，觀察液晶屏上氣體靈敏度是否改變。當氣體濃度達到危險值時，系統(tǒng)發(fā)出“煤氣泄漏”語音報警，同時系統(tǒng)發(fā)送“煤氣泄漏”中文短信到用戶手機?；馂臏y試時，當室內溫度高于預設值時，系統(tǒng)發(fā)送“火災報警”中文短信到用戶手機;當室內有人入侵時，系統(tǒng)發(fā)送“有人入侵”中文短信至用戶手機。該系統(tǒng)實現(xiàn)了險情識別與及時報警，同時還降低了誤報概率。

4.1 測試數(shù)據(jù)及分析

4.1.1 熱釋電感應距離測量

在主人外出模式下，當室內有人入侵時，熱釋電可以感應到人的存在，同時發(fā)出遠程報警。在調節(jié)好紅外熱釋電模塊的靈敏度后，通過測量，我們可以測得熱釋電的感應有效范圍，并實現(xiàn)語音報警和遠程短信報警，數(shù)據(jù)記錄見表1所列。

理論上，紅外熱釋電的有效感應范圍為0～7 m，通過測試，從0開始到7 m，其中到6.3 m的范圍都能感應到，但是到6.5 m時開始出現(xiàn)感應不靈敏的現(xiàn)象，可能的原因是出現(xiàn)了一些電子干擾及線路誤差。

4.1.2 溫度測試

本系統(tǒng)通過DS18B20測試溫度高低，實現(xiàn)火災報警功能。在測試過程中，使用電吹風加熱。將測量結果與4位半高精確溫度測量儀器相比較，比較結果見表2所列。由表2

可知，對比使用高精度溫度測量儀，將DS18B20作為火災溫度檢測模塊具有一定的可行性，同時也可以降低設計成本。

5 結 語

本文從整體到部分詳細介紹了智能家居報警控制器的設計。設計實現(xiàn)了對家中煤氣泄漏、火災等情況的監(jiān)測和自動報警功能。經測試，熱釋電紅外傳感器的感應范圍約為6.3 m;在外界溫度為70℃時，DS18B20溫度傳感器能夠準確感應，并發(fā)出報警，基本實現(xiàn)預期目的，同時系統(tǒng)還能夠辨別不同險情，進行不同種類的報警，方便主人正確處理險情，使設計更加智能化、人性化。

參考文獻

[1]馮娟，曾立華.基于GSM 的住宅智能報警系統(tǒng)的設計[J].安防科技，2008（24）：15-17.

[2]韓斌杰.GSM原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3]盧憲友.智能遠程家電控制及安防系統(tǒng)的研究[D].濟寧：曲阜師范大學，2010.

[4]高放，杜云，馮建武，等.基于GSM 網(wǎng)絡短消息的汽車防盜報警系統(tǒng)設計[J].河北工業(yè)科技，2009，26（3）：182-184.

[5]張洪潤.傳感器技術大全（上冊）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[6]趙沖.基于GSM的防盜報警系統(tǒng)設計[D].西安：西安科技大學，2007.

[7]林雪梅.熱釋電紅外傳感器及其應用[J].甘肅科技縱橫，2005

（1）：41-42.

[8]瞿貴榮.熱釋電紅外傳感器的結構原理及特性[J].家庭電子，2005（4X）：54.

[9]謝崇明.GSM 汽車防盜報警系統(tǒng)設計[J].安防科技，2008（5）：31-33.

[10]李曉思.基于無線GSM網(wǎng)絡的智能型住宅自動控制系統(tǒng)[J].傳感器世界，2010（7）：21-25.

[11]孟振中.基于ISD4004芯片的語音錄放系統(tǒng)設計[J].成功（教育），2008（1）：218-219.

[12]童名文.一種新型報警器的研制[D].武漢：武漢理工大學，2003.

[13]張援朝.防火探測器及氣體傳感器[J].家用電器，2000（5）：36-37.

[14]陳靜，尚鮮連，張?zhí)K.基于GSM的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代計算機，2010（9）：143-146.

[15]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[16] Introduction to the SMS in PDU mode[EB/OL]. http：//wenku.it168.com/d_000989353.shtml.

[17] SIMENS. TC35i Hardware Interface Description[EB/OL]//www.simens.com，2010.