家庭安全报警器设计

周宇晖

摘要：鉴于住宅中危害最大的险情以及安全保障的迫切需要，针对非法入侵和火灾检测，设计了一款家庭安全报警器，系统实现了布防、撤防的设置，温度、烟雾、入侵的检测，设置了可直接判断险情类型的三级报警，操作便捷，具有良好的应用前景。

关键词：温度检测；烟雾检测；入侵检测；报警器

中图分类号：TB472 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）09-0272-02

一、引言

如今，人民生活方式正在从温饱型向小康型转变，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在家居内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类已经进入21世纪，智能家居己开始引起人们的关注。作为智能家居的一个组成部分，安全防范报警系统也必将向多功能、智能化方向发展。

随着生活水平的日益提高，各种家用电器、液化石油气、管道煤气等已进人千家万户，这些现代化设施带来了生活的便利，同时也增加了火灾和有害气体中毒的风险，另外非法入侵的事件时有发生，显然传统的住宅安全保障方式迫切需要改进，以便将险情消灭在萌芽状态，保障居民生命财产安全。

但由于家庭安全报警的需求五花八门，目前实用性强的报警系统较少，也有不少装置存在误报或漏报问题。因此，设计一款使用便捷的家庭安全报警器具有一定的实用意义。

二、系统总体设计

（一）总体方案

考虑到家庭安全隐患主要以非法入侵和火灾造成的损失较为严重，本文设计的家庭安全报警器主要功能包括入侵检测、温度检测、烟雾检测、声光报警和键盘与显示功能，如图1所示。

其中，温度检测目的是通过检测环境温度判断是否有可能发生火灾；入侵检测的目的判断是否有人非法进人；烟雾检测通过烟雾浓度判断是否已经发生火灾；光报警是一级报警，表示可能出现危险；声音报警是二级报警，表示已经出现危险；键盘与显示用来处理报警信息的关闭或开启。

（二）硬件总体设计

根据系统总体方案，设计了基于单片机的家庭安全报警器，硬件系统框图如图2所示。其中，3个按键分别是：复位键，布防键，撤防键。

当报警器安装完成并启动后，在液晶显示器上显示“已撤防”，此为报警器默认状态。当用户离家外出或睡觉时，可通过键盘设置报警器，使报警器进入工作状态，在液晶显示器上显示“已布防”，此时报警器循环检测红外探测信息，温度信息，烟雾信息，如遇险情，发出声、光报警。

报警器设定为“已布防”时，如图2所示，工作过程为：

①启动计时器

②单片机读取并处理红外探测器信息

当检测到有人入侵时，LED灯闪烁，且蜂鸣器持续发出急促的鸣叫声，直到按下键盘上的复位键，系统进人“已撤防”状态；

当未检测到有人入侵时，转入步骤③。

③单片机读取并处理温度探测器信息

当检测到的温度高于等于设定温度50℃时，LED灯闪烁，直到按下键盘上的复位键，系统进人“已撤防”状态；

当检测到的温度低于设定温度50℃时，转入步骤④。

④单片机读取并处理烟雾探测器信息

当检测到的烟雾浓度高于等于设定值时，蜂鸣器发出长鸣，直到按下键盘上的复位键，系统进人“已撤防”状态；

当检测到的烟雾浓度低于设定值时，转入步骤⑤。

⑤检查计时器时间

当计时时间未到30秒时，等待；

当计时时间到30秒时，转入步骤①。

三、系统详细设计

（一）单片机

本系统的控制器核心单片机采用型号为ATMEGA16的AVR单片机。AVR单片机运行速度最快，芯片内部的Flash、EEPROM、SRAM容量较大，IO口驱动能力强，内部集成AD、DA转换器等。

（二）入侵探测器

自然界中，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，人体体温一般在37度，会发出特定波长为10um左右的红外线，被动式红外探测器就是通过探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。红外感应源通常采用热释电元件制作，这种元件在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电荷变化将以电压形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而深受广大用户的欢迎。本系统采用RE200B型号的被动式热释电红外探测器，输出电压为2.5v到5v之间，电路连接如图4所示。

（三）温度探测器

通常室内温度在-10℃～40℃，当超出50℃时，就可能出现火灾险情，因此，本文把报警阈值设置为50℃，一旦超出该阈值，LED灯闪烁报警。温度检测的误差在±1℃即可。

系统采用美国DALLAS半导体公司生产的数字温度传感器DS18B20，它的测量范围为-50℃至+125℃，精度可达0.0625℃，不需A/D转换电路，直接输出温度值的数字量。DS18B20遵循单线串行通信协议。

（四）烟雾检测器

系统采用MQ-2烟雾传感器，当其内部加热电路通电后，气敏元件会保持一定的温度，有烟雾与气敏元件它接触时，随烟雾的成分及浓度的不同，其导电率改变。烟雾浓度越大，则负载两端电压的变化亦越大，该电压经A/D转换为数字信号输入到单片机，当电压大于设定的阈值时，进行报警处理。电压阈值的设定通过实际测试后给出。

（五）液晶显示器

在本系统中，只要显示布防和撤防信息即可，不需要复杂信息，因此选择只显示英文字符和数字的显示屏1602，因其只能显示英文，同时考虑到不是所有用户都懂英语，且为使用方便，系统设计规定：用“YES”表示布防，用“NO”表示撤防。

（六）声光报警器

系统采用大功率红光LED灯，作为发光设备；采用蜂鸣器作为发声设备。本系统设计的报警分三个级别。

一级报警：只有LED灯闪烁报警，用于室内温度高于等于50℃的情况，以提示室内温度过高，可能发生火灾；

二级报警：只有蜂鸣器长鸣报警，用于烟雾浓度高于设定阈值的情况，以提示室内烟雾过浓，已经发生火情；

三级报警：LED灯闪烁且蜂鸣器急促鸣叫报警，用于探测到非法入侵的情况，以提示可能有盗匪入内。

（七）键盘

键盘在单片机应用系统中是一个关键部件，它实现了向单片机输入数据、传送命令等功能，是人机对话不可缺少的输入方式之一。本系统设计了3个功能键：布防键，撤防键，复位键。报警器在安装完成并正常启动后，默认设置为撤防状态，液晶显示器显示“已撤防”，即“NO”，然后系统定时循环扫描四个键，如果检测到布防键按下时，进人险情探测工作状态，液晶显示器显示“已布防”，即“YES”。

四、总结

本文设计了基于AVR单片机的家庭安全报警器，系统采用模块化设计方法，实现了布防、撤防的设置，温度、烟雾、入侵的检测。当出现险情时，设置了三级报警，使用户根据报警信息就能够直接判断险情的类型。系统功能简约，操作便捷，报警信息明确，具有良好的应用前景。

参考文献：

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