李洪波

（興義民族師范學(xué)院，貴州 興義 562400）

引言

近些年來(lái)，隨著人們的物質(zhì)、文化生活程度的不斷提高，各地的用電量也隨之增加，天然氣用量也越來(lái)越大，很多火災(zāi)、爆炸的發(fā)生都是由于居民用電、用氣不當(dāng)而引起的。而安防報(bào)警系統(tǒng)就可以很及時(shí)的解決這一問(wèn)題，它可以在天然氣泄露時(shí)，或者火災(zāi)剛發(fā)生時(shí)就提前發(fā)出聲光報(bào)警，讓人們提前知道可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)，這樣做可以讓人們提前做好各種預(yù)防或撲救措施，把因?yàn)槠鸹馂?zāi)害而導(dǎo)致的損耗降到最小范圍[1]。同時(shí)，入室盜竊的危害同樣很大，這些存在都威脅著人們的財(cái)產(chǎn)人身安全，所以基于這樣的原因，就很有必要對(duì)家庭電子防盜報(bào)警系統(tǒng)做進(jìn)一步的改善。本設(shè)計(jì)就是考慮了這些原因之后，以居民安全第一為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款能滿足人們健康生活所需的防火、防盜、防有害氣體泄露的報(bào)警設(shè)備。

1 安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路如圖1 所示，系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、人體傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、按鍵模塊、液晶顯示模塊和聲光報(bào)警模塊組成。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是系統(tǒng)控制單元，人體傳感器主要用于檢測(cè)是否有人入侵，溫度傳感器用于火災(zāi)發(fā)生時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)溫度，煙霧傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相配合，給單片機(jī)提供煙霧含量數(shù)據(jù)，按鍵模塊分別實(shí)現(xiàn)設(shè)置、報(bào)警閾值減值設(shè)置、報(bào)警閾值加值設(shè)置、開(kāi)啟布防等功能，液晶顯示模塊可將當(dāng)前溫度值、有害氣體的濃度值、布防狀態(tài)、報(bào)警功能是否開(kāi)啟狀態(tài)等信息進(jìn)行顯示，聲光報(bào)警模塊由LED 燈和蜂鳴器組成。當(dāng)有人入侵、溫度高于閾值或者煙霧濃度值超標(biāo)中的一項(xiàng)發(fā)生，就進(jìn)行聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖1 安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

單片機(jī)采用STC89C52 芯片，其最小系統(tǒng)如圖2 所示，主要由STC89C52 單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成。在P0 口接了一個(gè)10K 的排阻R1，作為P0 口是上拉電阻。

2.2 液晶顯示模塊

采用1602 液晶顯示屏作為系統(tǒng)顯示器件，1602 顯示屏能顯示兩行字符，分別顯示是否開(kāi)啟布防、是否有人以及煙霧濃度值和溫度值。電路圖如圖3 所示，第3 腳是通過(guò)一個(gè)R3 電位器接地，R3 的作用是用它來(lái)調(diào)節(jié)LCD的對(duì)比度。其他各腳接到單片機(jī)的相應(yīng)位置上，上電即可實(shí)現(xiàn)顯示功能。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

圖3 液晶模塊電路圖

2.3 傳感器模塊

傳感器模塊包括人體傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器，分別負(fù)責(zé)檢測(cè)是否有人入侵，采集現(xiàn)場(chǎng)溫度和煙霧含量數(shù)據(jù)等。

圖4 HC-SR501 實(shí)物圖

圖5 HC-SR501 檢測(cè)電路

2.3.1 人體傳感器

人體紅外線傳感器采用的是HC-SR501，其具有高靈敏度和高可靠性等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。其實(shí)物圖如圖4 所示，與單片機(jī)連接的電路如圖5 所示，HC-SR501 只用到3 個(gè)引腳，引腳1 接電源VCC，引腳2 接單片機(jī)的P10（網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào) HC），引腳3 接 GND，當(dāng)有人入侵時(shí)，引腳2 輸出高電平，此時(shí)如果開(kāi)啟布防功能，單片機(jī)就會(huì)控制液晶顯示有人入侵，并發(fā)出聲光報(bào)警。

圖6 DS18B20 電路連接圖

圖7 煙霧檢測(cè)電路圖

圖8 按鍵電路

圖9 蜂鳴器電路

圖10 LED 燈光報(bào)警電路

圖11 程序設(shè)計(jì)總流程圖

2.3.2 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20 作為采集器件，其具有功耗低、性?xún)r(jià)比高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，溫度范圍在-55℃～125℃內(nèi)。DS18B20 的連接電路圖如圖6 所示，單片機(jī)的P11 引腳與DS18B20 的引腳2 連接，采集溫度數(shù)據(jù)。

2.3.3 煙霧傳感器

本設(shè)計(jì)采用MQ-2 型煙霧傳感器，其具有抗干擾性好、價(jià)格便宜、靈敏性好、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[4]。煙霧檢測(cè)的電路圖如圖7 所示，因煙霧傳感器采集的數(shù)據(jù)為模擬信號(hào)，所以還得加上一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0832 才能把數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)。

2.4 按鍵模塊

按鍵模塊中只用到4 個(gè)按鍵，分別實(shí)現(xiàn)設(shè)置、報(bào)警閾值減值設(shè)置、報(bào)警閾值加值設(shè)置、開(kāi)啟布防等功能。電路圖如圖8 所示。

2.5 聲光報(bào)警模塊

當(dāng)有人入侵、溫度高于閾值或者煙霧濃度值超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)就要進(jìn)行聲光報(bào)警，實(shí)現(xiàn)安防報(bào)警功能。蜂鳴器電路如圖9 所示，單片機(jī)通過(guò)PNP 三極管S8550 驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲。LED 燈光報(bào)警電路如圖10 所示，發(fā)光二極管D2的陰極連接單片機(jī)的P2.2 引腳，當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平時(shí)，LED 燈發(fā)光報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)思路

采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，程序總流程圖如圖11 所示，編寫(xiě)思路如下：先進(jìn)行初始化工作，然后就開(kāi)始了一個(gè)無(wú)限循環(huán)處理的過(guò)程，具體實(shí)現(xiàn)以下功能，通過(guò)MQ-2檢測(cè)有害氣體濃度值，并在1602 液晶屏上顯示；然后采集溫度值并顯示在1602 液晶屏上；之后通過(guò)HC-SR501人體傳感器判斷是否有人入侵。最后單片機(jī)進(jìn)行判斷，只要有人入侵，或者溫度高于閾值，或者煙霧濃度值超標(biāo)，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警。

圖12 系統(tǒng)仿真圖

圖13 安防報(bào)警系統(tǒng)實(shí)物圖

4 系統(tǒng)仿真與測(cè)試

用proteus 軟件畫(huà)出電路圖，加載編譯后的可執(zhí)行文件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真，如圖12 所示。用按鍵按下模擬有人侵入的情況，通過(guò)四個(gè)設(shè)置按鍵，實(shí)現(xiàn)溫度值和煙霧濃度值的設(shè)定。通過(guò)仿真，硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的功能。

根據(jù)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)焊接電路，下載程序，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。如圖13 所示，經(jīng)過(guò)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了有害氣體濃度、溫度以及人體侵入的檢測(cè)與顯示，并能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

5 總結(jié)

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C52 最小系統(tǒng)為控制單元，利用DS18B20 采集環(huán)境實(shí)時(shí)溫度，利用煙霧傳感器MQ-2 采集有害氣體濃度，利用HC-SR501 檢測(cè)是否有人入侵，實(shí)現(xiàn)了有害氣體濃度、溫度以及人體侵入的檢測(cè)與顯示，當(dāng)有害氣體濃度或溫度超出閾值，或者有人入侵時(shí)就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。這是一款低功耗、高性?xún)r(jià)比，并能滿足人們安防需求的防火、防盜、防有害氣體泄露的報(bào)警系統(tǒng)。