具有精准监控功能的防火防盗报警器设计

施成师　邢雅　廖健淇　韩政杰

摘 要：随着社会的发展，安全成为人们关心的话题。不管是门店还是家里，都随时有可能出现被盗窃或者失火的情况。然而，现在市面上的传统报警器存在实时性差、可靠性低等问题。为此，本文以STM32F1单片机为基础，集合了GSM短信模块、MQ-2烟雾传感器、DHT11温湿度传感器、摄像头等器件，设计出一款全新的带精准监控的防火防盗报警器。这款报警器会在家庭或门店出现盗窃或失火情况时，给用户和警局发送报警短信，此时有人情况，摄像头还会录下视频，截取嫌隙人照片。而且，用户还可以利用蓝牙或者WIFI来控制报警器。

关键词：防火防盗报警器;STM32F1单片机;精准监控

国内外统计资料表明，火灾发生时，因烟和有毒气体造成的死亡达80%以上[1]。在火灾的初始阶段，虽然温度较低，但烟雾已经产生，到火灾上升至起火阶段时，温度上升，产生大量烟雾[2]。由此可见，火灾发生时，温度和烟雾并不是独立的，两者相互影响[3]。为此，本文设计一款报警器。它能將温湿度传感器和烟雾传感器得到数据传输给单片机，单片机进行判断是否有火情，若有，再发出报警信息给用户和警局。它还可以将振动传感器得到数据传输给单片机，单片机进行判断门窗、橱柜是否有人强行破开，若有，就发出报警信息给用户和警局，并通过摄像头来拍摄嫌疑人的照片。从而实现精准监控和防火防盗。

1 方案总体设计

如下图所示，为系统结构框图。这个报警器通过温度、烟雾、振动、红外传感器得到数据，输入到单片机，由单片机处理、判断，是否有小偷盗窃或者火情发生，来控制摄像、GSM短信、语音报警模块启动，实现报警。而WIFI模块使单片机能与用户手机实现通信，用户可以用手机来实时查看温湿度、室内烟雾浓度情况。蓝牙遥控模块则让用户能用手机来远程控制报警器整体的关闭。

1.1 输入传感器

烟雾传感器模块MQ-2预热之后，传感器元件在不同气体浓度中的电阻不同，经过比较器最后输出不同的电压，给到单片机的ADC，进行数模转换之后，通过DMA传输到串口后输出。红外传感器HC-SR501的OUT会从“0”变成“1”，并且在人离开后保持“1”约8秒，单片机的PC13设置成上升沿触发的中断，中断服务子程序控制语音模块发出迎宾词。温湿度传感器DHT11，可以将温湿度转换成数据。单片机先将PE6拉低，然后接收到DHT11的响应信号后开始接收数据，通过判断高电平的维持时间来获取数据位是0或1，然后将温湿度数据保存下来并传输到串口输出。

1.2 单片机

该报警器使用的单片机型号是STM32F103VET6，是一款基于ARM Cortex-M3内核STM32系列的32位的微控制器。它有512K字节的闪存程序存储器，还拥有许多I/O口，处理速度快，能满足报警器使用。

1.3 输出模块

当有人进行撞击时，振动传感器检测有振动，DO由“0”变成“1”，单片机PC6配置成上升沿中断，中断执行控制语音模块发出语音警告。摄像头在有人进入镜头内就开始录像存储，直到镜头内没有移动物体后延时录像1分钟。当二级振动传感器检测到振动向单片机发送信号，中断向语音模块发送数据，内容为：帧头、高字节、低字节、命令字、文本编码格式，待合成文本。模块会用普通话说出“你好”。中断则控制语音模块发出语音警告，短信模块就给用户手机发送警报短信。温湿度模块每时每刻给单片机发送温湿度数据，单片机实时监控。当温度大于60度时，温度传感器检测到它控制短信模块会给用户手机发送一条温度警报短信。可燃气体浓度和烟雾浓度高于设定阈值时，GSM短信模块就会给用户手机发送火灾预警短信。

1.4 控制模块

蓝牙模块接受手机端发出的信息，将收到的信息通过串行口传给单片机。单片机进入串行中断判断是否真实收到信息，再判断信息的值。如果收到设定的值，将控制整个系统进入待机状态，关闭所有的IO口和串口运行，可以使用PA0端的下降沿信号唤醒系统，或者使用复位键复位系统。使用AT指令设置WIFI模块进入STA模式，连接上手机热点，进入透传模式。温度传感器和烟雾传感器将数据发送到单片机，通过WIFI模块透传到手机的网络调试助手上。

2 程序设计

2.1 防盗窃报警设计流程

单片机上电后，开始各个传感器模块的初始化。而本文的振动传感器有两个，将震感分为两级。在初始化完成后，若有犯罪嫌疑人碰撞门窗，振动传感器将数据传给单片机，单片机进行判断震感达到几级。若只到一级，就启动语音模块XFS5152，进行语音警告。若犯罪嫌疑人继续撞击，且震感到达两级，语音模块XFS5152继续进行语音警告，并开启摄像头拍摄犯罪嫌疑人的样貌，还通过GSM短信模块A6模组发送报警短信。以此来实现防盗窃报警。

2.2 火灾预警设计流程

单片机上电后，各个传感器模块开始初始化。温湿度传感器DHT11、烟雾传感器MQ-2开始采集数据，并将数据传送给单片机。单片机通过WIFI模块ESP8266，与手机建立通信，将数据实时发送到手机上，供用户查看。同时，单片机处理这些数据，与设定的值进行比较，判断有无火情发生的情况，若有，就通过GSM短信模块A6模组发送报警短信给用户。

3 结论

本文设计的这个报警器通过两级振动传感器对盗贼入室抢劫行为进行判断，再启用摄像头对盗贼样貌和行为进行拍摄，为报警提供证据，还通过语音模块来语音警告盗贼，震慑盗贼，这是目前市面上的报警器所没有的功能，真正意义上实现防盗。而防火方面，通过对温度和烟雾两方面情况的监控，进行判断，更准确地预防火灾发生，也降低了报假警的情况，真正实现防火。

参考文献：

[1]任东.高楼火灾中的烟雾问题[J].浙江消防，1995（2）：40-41.

[2]梁锋.建筑火灾中烟雾的危害及控制[J].中国职业安全卫生管理体系认证，2004，1（6）：10-12.

[3]张响亮.智能建筑火灾自动报警系统的设计与研究[D].武汉：武汉理工大学，2010.

作者简介：邢雅（1991-），女，海南文昌人，硕士，助教，现为温州大学瓯江学院专任教师，主要研究方向：嵌入式和物联网。