智能家居防火防盗系统设计

危厚琴，张海一

（北华大学 电气信息工程学院，吉林　吉林　132021）

智能家居防火防盗系统设计

危厚琴，张海一

（北华大学 电气信息工程学院，吉林吉林132021）

人们已经进入信息化和网络化为一体的智能时代，在享受高科技带来的便捷、舒适的同时，安全意识也开始加强。这对智能家居的高度集成化、整体化提出了更高的要求。但是其现在还处于发展阶段。现在的防火防盗报警系统应用于大型公共场所，对于家庭、办公室的防火防盗系统设计较少。所以，设计一款智能家居防火防盗系统显得十分必要。

智能家居；火灾报警；闯入报警；模数转换

现在家庭的防盗系统还停留在防盗门、防盗窗等这些机械防盗层面，这样的防盗效果往往不尽如人意。单纯机械的防盗方式还很影响房屋的美观，而且当发生火灾等事故时，住户难以逃生，容易威胁到生命安全。所以，这种防盗方式逐步被人们所淘汰。家庭内部的防火系统一般靠烟雾报警，这种方式适应科技和社会的发展，正在逐步走向成熟。该系统报警分为非法闯入报警和火灾报警两个部分。利用烟雾传感器检测室内烟雾的浓度，检测非法闯入时，利用红外传感器检测是否有阻断产生来实现火灾的报警与检测。一旦有警情发生，传感器检测电路发出信号，向单片机检测到的信号发出中断请求，进行相应中断后，自动发出不同的报警信息，并将信息通过GSM模块传送给住户，同时声光报警电路开始工作，进行报警。

1　系统总体设计方案

本设计的智能防火防盗系统结构如图1所示。

图1　系统结构

系统总体结构包括烟雾传感器模块、红外传感器模块、全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication，GSM）模块、无线接收模块、本地声光报警模块、主控单片机AT89C52模块和键盘和显示模块。将前端警情采集电路和控制电路安装在用户家中需要防范的地方，例如门窗、阳台等地方，防火防盗电路有两种工作状态：撤防工作状态和布放工作状态。当用户在家时，将此防火防盗系统设置为撤防工作状态，当用户离开家时，设置为布防状态。一旦火灾发生或人体非法侵入，报警电路探测器无线发射电路启动发射，无线接收模块在接收到无线信号后向单片机发出中断请求，单片机响应中断后，自动识别不同的报警信息，进行声光报警。如果1分钟后报警信号没有解除，由GSM模块向预先设定好的号码进行报警，报警电话可以是用户本人和武警消防部门，并将信息通过GSM模块传送给住户，同时声光报警电路开始工作，进行声光报警。

2　系统的硬件设计

2.1主控芯片的选择

本设计的主控芯片采用AT89C52芯片。该芯片具有价格便宜、功能齐全的特点，满足本设计的要求。

AT89C52是一个低电压，高性能互补金属氧化物半导体芯片（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS） 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（Random Access Memory，RAM）。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。片内设有通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写端口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP，PQFP/TQFP及PLCC等3种封装形式，以适应不同产品的需求。单片机正常工作时，都需要一个最小系统。电路由一个时钟电路和一个复位电路组成。

2.2传感器的选择

2.2.1烟雾传感器的选择

本设计选用MQ-2气体传感器模块。

MQ-2是二氧化锡半导气敏材料，属于表面离子式N型半导体。在有烟雾的情况下，烟雾与该传感器接触，粒子会随烟雾调制的变化而变化，从而导致电导率也发生变化，具有探测范围广、灵敏度高、稳定性好和驱动简单等优点，是一种适合家庭气体检测的可燃气体探测器。它所使用的是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡气敏材料，如果该传感器处于由可燃气体组成的环境时，空气中可燃气体浓度越高，传感器的电导率越高。MQ-2适用于液化气、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的检测，而且也是一种低成本的传感器。检测电路如图2所示。

图2　MQ-2检测电路

运放的6脚是输出端DOUT。传感器从其4脚输出烟雾浓度变化的脉冲信号，加到比较器的3脚，R1和RV1构成比较器的基准电压。当烟雾浓度大于基准电压时，比较器输出高电平，当烟雾浓度小于门槛电压时，比较器输出低电平，根据烟雾浓度的高低，比较器输出高低电平，再加到单片机P1.1口进行处理。

2.2.2红外传感器

本设计采用HC-SR501人体红外热释电传感器模块，其具有体积小、性能稳定、成本低、外形美观、检测范围较广的优势。热释电效应同压电效应的相似之处在于，二者都是由于温度的变化而引起的晶体表面的荷电现象。热释电是对温度敏感的传感器，它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件的两个表面做成两个电极。在传感器的监测范围内温度有热释电，会在电极之间产生电荷，即在两点极之间产生微弱电压。因为它的输出的阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗匹配变换。它具有灵敏度高、可靠性强、功耗低等优点，处于超低电压工作模式，应用在自动感应的设备方面很多。例如在干电池控制产品方面的应用。采用三线结构方式，结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变阻。热释电红外传感器主要由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器3部分组成。设计时主要将高热电材料制成一定厚度的薄片，在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样热释电探测元便制成了。本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉，所以本设计选用人体红外热释电传感器。此电路的输出到单片机的P1.2端口。

2.3GSM模块

通信模块采用SIM900A进行无线通信。主控芯片采用STM32，主要用于控制短信的正确收发和数据传输。远程终端通常是手机或者上位机的数据中心软件，经过处理之后，将其储存下来，方便日后查询。本模块具有功耗低、使用灵活、容易操作、掉线之后能自动连接、稳定性好、成本低廉的优点。通信芯片采用SIMCOM公司的新型紧凑型产品SIM900A，它属于双频GSM/GPRS模块，完全采用SMT封装形式，性能稳定、外观精巧、性价比高，并且能够满足用户的多种需求。在实现断线自动重连时，涉及接收线信号检出（Received Line Detection，DCD），RI两个引脚的使用。DCD引脚主要实现模数转换，当模块掉线后，会给DCD引脚一个高电平，当这个电平被DCD引脚检测到之后，模块就采取相应的动作来重新连接。RI引脚在模块上线之后，就一直保持高电平，在有电话和短信进来的时候，RI管脚会出现一个低电平，当RI引脚检测到这个低电平的时候，模块会采取相应动作，进入短信或者电话模式。

3　系统主程序软件设计

软件方案主程序流程如图3所示。

图3　主程序流程

4　结语

本文设计的无线通信传输模块，利用传感器检测烟雾信号和人体非法闯入信号，STM32来处理信号，同时控制SIM900A芯片，实现短消息的收发与数据的无线传输功能。本设计实现了无线通信的硬件和软件设计。经过多次试验，本模块出现掉线和发热等问题的情况为零，因此性能相对稳定。设计成本较低，运行安全稳定可靠，应用范围广泛，性价比高，因而其具有很高的商业价值。

［1］曹君.火灾报警系统设计［J］.哈尔滨理工大学学报，2012（1）：62-67.

［2］王芳.智能化住宅防盗防火报警系统［D］.大连：大连理工大学，2012.

［3］陈永甫.红外探测与控制电路［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［4］胡汉才.单片机原理及其接口技术［J］.清华大学学报，2013（1）：62-67.

Design of smart home fre prevention and anti-theft system

Wei Houqin， Zhang Haiyi
（Electrical Information Engineering College of Beihua University，Jilin 132021， China）

Security awareness has begun to strengthen when people are enjoying the convenience and comfort brought by high-tech. Higher requirements of integration and holistic are put forward to smart home with fire prevention and anti-theft consciousness in smart home strengthening. But due to a late start， it is still in the stage of development. Now the fre prevention and anti-theft alarm system is used in largescale public places， which is less for home and offce. Therefore，it is very necessary to design a smart home fre prevention and anti-theft system.

smart home； fre alarm； intrusion alarm； analog digital converter

危厚琴（1974— ），女，陕西汉中。