基于单片机的智能家居防火防盗系统设计

鲁 可， 路振伟， 陈思雅

（河南工业大学电气工程学院， 河南郑州 450000）

0 引言

随着科学技术的进步以及人民生活水平的不断提升，人们对于生活的舒适度要求越来越高。尤其是伴随着人工智能、互联网等技术的突飞猛进，智能家居逐渐成为现代社会的人们迫切追求的目标[1]。特别对家庭的防火防盗安全尤为关注， 火灾和盗窃都会给家庭带来非常大的经济损失甚至会带来人员伤亡造成悲剧。 因此， 加强防火防盗成为人们重点关注的问题[2]。 如果能在发生火灾和盗窃的前期对灾难进行干预和报警，就可以减少灾祸的发生大大保障财产和人身安全。 本次设计的思想就是在防范家庭隐患的条件下产生的，用一款价格便宜，方便使用，性能成熟的STC89C52 单片机来设计一种防火防盗系统，能够非常有效的减少失火失盗事故带来的损失，这样的产品一定会给人们带来帮助。

1 系统方案设计

本设计的主控制器采用的是STC89C52 单片机，能够将检测到的信号进行判断，如果超出设定值，则驱动GSM模块向房主发送报警信号来实现警报功能， 房主也可以手动将报警信号关闭。 HC-SR501 模块、烟雾传感器模块MQ-2、温度传感器模块DS18B20 等模块是检测模块。软件部分主要是配合硬件实现数据收集处理以及传输和短信报警等功能。 烟雾和温度传感器进行火灾探测，红外传感器进行盗窃探测[3]，具体过程是温度和烟雾传感器检测到的异常信息以及HC-SR501 红外热释电模块检测到的异常人员进入信息传递给STC89C52 单片机进行数据处理，单片机进行声光报警和短信报警。 系统设计框图见图1。

图1 系统设计框图

2 单片机最小系统设计

单片机最小系统是指用最少的元器件组成的单片机可以正常工作的系统。 对于最小的STC89C52 单片机系统，它由MCU，晶体振荡器电路和复位电路组成。

在本设计中，STC89C52 单片机采用5V 电源进行供电，晶振电路中采用的是11.0592MHZ 晶振，相应的负载电容选为30pf，11.0592MHZ 晶振的作用是以一个正弦波信号为基准来决定单片机的执行速度， 负载电容起稳定作用， 主要用到STC89C52 单片机的XTAL1 引脚和XTAL2 引脚。 复位电路的作用是为了在STC89C52 单片机死机的时候方便进行重启，为了保证上电瞬间，RST 脚的高电平能持续两个机器周期以上， 本设计选择C1 为10μf，电阻R7 为10K，见图2。

图2 STC89C52 单片机最小系统电路图

3 软件设计

系统由软件和硬件结构组成，当系统进入初始化后，会同时进行温度检测、烟雾检测和检测布防按键状态，当温度传感器检测到环境温度后， 传感器将检测到的数据信号传输给单片机，数据经过单片机处理后，会在显示屏上显示出当前温度， 然后单片机判断当前温度是否高于温度设定值， 如果温度传感器检测到的温度高于温度设定值，则系统控制声光报警电路进行报警，同时发送一条报警短信；当烟雾浓度检测到的数据，将烟雾浓度数据信号经过处理后传输给单片机，单片机经过数据处理后，会在LCD 显示屏上显示当前烟雾浓度值，经过单片机判断当前烟雾浓度是否高于烟雾浓度设定值， 如果高于设定值，则控制声光报警电路进行报警，同时发送一条报警短信。 当按下布防按钮时，等待5s 后，显示屏会出现布防成功，然后人体红外模块检测当前状态，如果人体红外模块检测到有人非法入侵，就会进行声光报警和短信报警。按下撤防按键，系统就会停止报警。 系统流程图见图3。

4 系统调试

根据系统方案设计要求， 用Protel99SE 画图软件画出本设计的原理图，按照原理图将各个元器件连接好，经检查电路无误后， 通过STC-ISP 软件将编写好的程序烧录到单片机中，程序下载完成后，便开始对整个电路进行功能测试，GSM 模块需要单独供电，所以电路有两个电源接口，一个给单片机进行供电，另一个是给GSM 进行供电，主要测试的功能：①系统开启通知：即开机系统向设定的手机发送一条系统已开启的短信； ②温度烟雾报警值设置；③温度报警：当温度异常时系统会进行声光报警，同时发送一条短信给固定的手机进行报警；④烟雾报警：当烟雾异常时系统会进行声光报警， 同时发送一条短信给固定的手机进行报警；⑤非法入侵报警：人体感应模块在布防状态下检测到人体红外信号后会进行声光报警，同时给户主发送一条报警短信， 当按下撤防按钮时，系统则停止报警。 系统实物图见图4。

图4 系统实物图

（1） 系统开启通知：开机系统向设定的手机发送一条系统已开启的短信。

（2）温度烟雾报警值设置：通过三个设置按键对温度和烟雾的报警值进行设置， 在显示屏上显示温度值和烟雾浓度值，见图5。

（3）温度报警：当温度异常时系统会进行声光报警，同时发送一条短信给固定的手机进行报警，见图6。

（4）烟雾报警：当烟雾异常时系统会进行声光报警，同时发送一条短信给固定的手机进行报警，见图7。

（5）非法入侵报警：人体感应模块在布防状态下检测到人体红外信号后会进行声光报警，然后系统会发送一条报警短信通知户主，如果此时按下撤防按钮，系统则停止报警，见图8。

图5 自由设定温度和烟雾的报警值

图6 温度高于设定值，系统进行发送报警短信

图7 烟雾浓度高于设定值，系统进行发送报警短信

图8 系统检测到非法入侵，进行声光报警和短信报警

5 结论

本文主要设计了基于单片机的智能家居防火防盗系统，通过烟雾报警电路和温度报警电路实现防火功能，HCSR501 红外热释电模块对人员进入的检测实现防盗功能，GSM 模块实现短信警报功能。 本设计主要实现了实时显示温度值和烟雾浓度值功能， 非法入侵的声光报警和短信报警功能， 温度异常和烟雾浓度异常的声光报警和短信报警功能。该系统操作简单，感应灵敏，价格便宜，具有较高的使用价值和应用前景。