基于多传感器的家庭安防报警系统设计

夏玉果，赵 赫，王 晏（江苏信息职业技术学院电信学院，江苏无锡，214153）



基于多传感器的家庭安防报警系统设计

夏玉果，赵 赫，王 晏
（江苏信息职业技术学院电信学院，江苏无锡，214153）

摘要：本文提出了一种多传感器的家庭安防报警系统设计方法。以STC单片机为控制核心，融合多种传感器实现了家庭安防的智能控制，该系统包括温度、烟雾、防盗三种警情信号检测模块以及液晶显示模块、按键控制模块、光电报警模块，并借助GSM模块，将警情以短信方式告知用户，具有电路简单、功能齐全、扩展性好等特点。

关键词：单片机多传感器安防报警系统；GSM

0 引言

随着我国经济的高速发展和生活水平的日益提高，人们对家庭生活的环境也提出了更高的要求，在满意居住环境舒适度的基础上，更加注重家居的安全和智能化，特别是安全防护在当今社会显得尤为重要，人们也迫切需要一个安全防护系统来保护自身的生命财产安全。纵观整个安全防护，对于家庭安全造成危害的来源主要分为两个方面，一是家庭内部的隐患，如火灾、煤气泄漏等，二是家庭外部的威胁，如人为的偷窃、抢劫等。因此家庭安全防护主要是防盗、防火和防煤气泄漏，传统的安全防护系统大多是被动家居防护设备，如防盗门窗，或是功能单一的报警器，如火灾报警器等，这些设备可靠性和稳定性不够，在一定程度上影响安全防护的效果。针对以上问题，本文设计了一种基于单片机的多传感器智能家庭安防报警系统，以STC单片机为控制核心，采用集成的模块化方法对各种警情进行采集显示，并通过短信将警情告知用户，各功能模块也可根据用户要求进行组合并扩展。实验结果表明，该本系统具有可靠的稳定性，能有效的实现家居安全智能警报。

1 总体设计

本设计采用基于STC单片机的多传感器家庭安防报警系统，总体框图如图1所示。系统主要有单片机控制模块、警情采集模块、GSM通讯模块、液晶显示模块、声光报警模块和按键控制模块组成。系统的工作原理是将通过传感器采集的警情信号（温度、烟雾浓度、煤气浓度和红外检测），经过模数转换成数字信号，由单片机判断是否异常，如果这些警情出现异常，系统将声光报警，并通过GSM模块，以中文短信的方式发给用户手机。控制核心模块采用单片机STC89C52，温度检测采用DS18B20温度传感器，烟雾浓度检测采用MQ-2烟雾传感器，红外检测采用HC--SR501人体感应模块，GSM通讯模块采用SIM900A，显示模块采用12862液晶显示模块，声光报警模块采用二极管和蜂鸣器。

图1 系统的结构框图

2 系统硬件电路设计

2.1主控模块

图2 单片机最小系统

本设计选用宏晶科技的STC89C52RC单片机作为主控芯片。STC89C52RC是新一代高速、低功耗、抗干扰强的微控制器，完全兼容传统8051单片机的指令系统，具有8K在系统可编程Flash存储器，512 字节RAM数据存储器，35个通用I/O口，3个16位可编程定时器/计数器，1个看门狗定时器，4个外部中断源，1个通用异步串行口，支持ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程）。本系统的单片机最小系统如图2所示。

2.2警情采集模块

2.2.1温度传感器

温度传感器采用是DALLAS 公司的单线数字温度传感器DS18B20，它可直接将被测温度转化成串行口数字信号，不需要外加模数转换电路，测量温度范围为-55℃～+125℃，具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等优点，电路连接如图2所示。

图3 温度传感器接口电路

图4 烟雾传感器接口电路

2.2.2烟雾传感器

本系统采用MQ-2型烟雾传感器，它属于电阻式半导体传感器，检测浓度的范围是100-10000ppm，被广泛应用于可燃气体探测及各种烟雾探测。其工作原理是烟雾传感器表面的气敏材料，当接触烟雾或有害气体时，也就是气体浓度增大时，会导致其表面电导率增大，从而使得传感器输出电阻变小，这样烟雾传感器第4、6脚输出的电压就增大。再通过AD模数转换芯片就可以将浓度的变化值转换为数字量，输入到单片机中进行处理。本文选用模数转换芯片ADC0832，具体连接电路如图4所示。

2.2.3人体感应模块

本系统采用HC-SR501人体感应模块，它是一种能检测人体或动物红外线技术的自动控制模块，具有工作电压宽、灵敏度强，低功耗等特点。其工作原理是当有人进入其感应范围（7米以内）则输出高电平，人离开感应范围则输出低电平，因此只需要检测单片机控引脚的高低电平即可判断是否有人进入家居环境，模块实物及接口电路如图5所示。

图5 人体感应模块实物图及接口电路

2.3GSM模块

本系统选用SIM900A作为GSM通讯模块，它具有标准的AT命令接口，可以提供语音、短信息的数据传输功能，它也是一款双频的GSM/GPRS模块，工作频段为：EGSM900MHz和DCS1800MHz，工作电压范围 3.2V～4.8V，模块主要有GSM基带、GSM射频、存储器、天线接口和其他接口组成，模块接口电路如图7所示。

图6 GSM模块接口电路图

其中SIM900A中TXD_O和RXD_I引脚分别单片机的外部中断引脚P3.0（RXD）和P3.1（TXD）连接，以实现单片机和模块之间的信息收发功能。

2.4液晶显示模块

本系统采用LCD12864点阵图形液晶显示模块，使用ST790控制驱动器，内置128×64个汉字图形点阵，8192个中文汉字和128个字符的ASCII字符库，不仅可以显示数字、字符，而且可显示汉字和图形。它与单片机接口比较简单，并提供了并行和串行两种控制方式，本系统选择并行方式，接口电路如图7所示。

图7 LCD12864接口电路

2.5声光报警模块

本系统采用的是发光二极管和蜂鸣器组成的报警电路，当出现火灾、煤气泄漏或有人进入等警情时，蜂鸣器响起，发光二极管闪烁，电路连接如图8所示。

图8 声光报警接口电路

3 系统软件设计

系统软件设计的流程图如图9所示，通电以后系统开始初始化，显示初始界面，然后开始检测，先检测是否布防，对应的键盘

图9 系统流程图

是否按下，如果按下开始布防，如果没有按下，系统检测传感器，扫描温度传感器，烟雾传感器、人体红外传感器，当一个警情出现，温度超过设定值、烟雾浓度超过设定值或有人进入，系统发出声光报警并发送短信到用户手机。否则系统放。

4 总结

本文以单片机STC89C52作为核心控制器，采用DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器和HC-SR501人体感应模块作为警情的信号采集模块，并选用GSM 模块SIM900A进行无线通信。在实现硬件电路设计的基础上，通过C语言及各部分模块化编程的方法，使系统能准确实时的检测各种警情，并能迅速地发送报警信息，达到预期的系统的指标要求。

参考文献

［1］臧克家，李宝营，杨剑飞，基于STC89C52和TC35的智能家居系统设计［J］，大连工业大学学报，2015，34（5）：383-386.

［2］吴青， 基于TC35i的GSM报警器的设计与实现［J］，微计算机信息，2009，25（1）：303-307.

［3］吴健辉，袁科，谭梦霞， 基于MSP430单片机的多传感器家居安全告警系统设计［J］，湖南理工学院学报，2014，27（4）：17-23.

［4］夏焕雄，孙树文，多传感器概率综合的火灾报警器设计与实现［J］，计算机测量与控制，2011，19 （2）：370-372.

［5］郝志华，郑换霞，基于Zigbee和GPRS的无线温湿度测量系统［J］，煤矿机械，2013，34 （4）：254-257.

［6］张继伟， 基于TC35的智能家居控制系统［J］，电子测试，2012，7（7）：81-85.

The Design of Home Security Alarm System Based on Multi Sensor

Xia Yuguo，Zhao He，Wang Yan
（School of Electronic information Engineering，Jiangsu Information College，Wuxi，214153）

Abstract：An method using multi sensor to design home security system was presented in this paper.

This system based on STC microcontroller and fused multiple sensors to realize the intelligent control，includingalarm signal such as temperature、smoke、anti-theftdetector module、liquid crystal display module、keyboard control module、photoelectric alarm module.With the help of GSM module，the alarm information will be sent as text messages to inform the user.This approach has the advantage of simple structure、complete function andfine scalability.

Keywords：Microcontroller Multi Sensor Home Security Alarm System；GSM