基于STC12C5A60S2的家庭智能安防系统的设计与实现*

叶长青 陈虎 曾陈萍 王雪

(西昌学院信息技术学院，四川西昌 615000)

0 引言

随着我国经济社会的不断发展，人均收入的不断提高，人们的自我防护意识也在不断的增强，特别是当前微处理技术、传感技术、无线通信技术以及计算机技术的飞速发展，设计一款安装简单、成本低廉、功能强大、可靠性高的家庭智能安防系统，具有强烈的现实意义和巨大的市场需求。

本设计采用传感器技术、单片机技术、无线通信技术以及计算机技术，设计了一款具备可选择在家模式和离家模式的火灾及烟雾报警触发，防盗报警触发[1-2]，家居环境温湿度显示以及能够通过手机APP实现灯光5档调节及控制的家庭智能安防系统。

1 系统方案设计

图1 系统总体设计框图

家庭智能安防系统总体设计框图如图1所示。在本设计中采用了模块化设计，外部环境模块包括了烟雾传感器模块、人体热释红外传感器模块、温湿度传感器模块，外部控制电路包括了按键输入电路，短信报警、手机APP显示、LCD显示、声光报警以及电灯控制等功能。单片机芯片通过传感器进行外部环境信息采集及实时处理，并通过手机蓝牙或者按键电路实现主人在家模式及离家模式的设置，离家模式下通过人体热释红外传感器检测有无外人进入，如果检测到外人进入屋内则通过GSM模块进行短信通知并发出声光报警，同时通过烟雾传感器实时检测家中有无烟雾、有毒有害气体，如检测到家中发生火灾或煤气泄漏则通过GSM模块进行短信通知并发出烟雾报警，最后温湿度传感器通过LCD进行实时显示。

2 系统硬件设计

该硬件电路采用模块化电路设计，主要由主控电路模块、各传感器电路模块及控制电路模块组成，具体如图2所示。

按键电路主要是用于模式的手动切换以及关闭人体热释传感器模块，包括了两个按键作为模式切换按键和关闭红外传感器。

通过LED与蜂鸣器组合实现声光报警功能，该电路用以实现传感器模块检测到家中有陌生人闯入或家中发生可燃气体泄露时的声光报警。

灯光调节电路主要借助无线蓝牙传输模块通过手机APP达到控制家中灯光的目的，特别是使用单片机的脉冲调制(PWM)来实现灯光亮度调节的功能。

显示电路选择LCD1602模块进行，该模块具有控制简单、成本低廉的优势，同时还可增加可调电阻电路用于调节显示器背光亮度。

该电路采用HC-05无线蓝牙传输模块以及GSM模块分别实现与手机APP连接以及防火防盗的报警功能。HC-05无线蓝牙模块具有功耗低、传输安全性强、耐用性高的特点[3]。GSM模块具备传输效率高、覆盖面广的特点[4]。

本电路中采用DHT11温湿度传感器模块检测家庭环境中的温湿度，该模块自带已校准数字信号输出温湿度传感器，具备品质好、相应迅速、抗干扰能力强的优点，且该模块具备体积小、功耗低、信号传输距离远的特点[5]。

本电路选用HC-SR501人体热红外传感器检测有无小偷进入家中，该传感器具有可靠性高、抗干扰能力强、功耗低、检测距离可调等特点。

该电路选用MQ-02可燃气体传感器作为家庭可燃气体泄露的检测模块，该传感器具有寿命长、价格便宜、驱动电路简单的优点，能够根据气体浓度不同导致电导率改变的原理实现检测。

3 系统软件设计

本系统程序流程图如图3所示。当系统上电后，首先在主控程序中完成各个模块的初始化工作，包括串口、显示模块、中断、定时器等。然后读取温湿度模块、烟雾浓度模块、人体热释红外检测模块、蓝牙模块以及按键模块，通过将温湿度值、模式选择、烟雾传感器数值等信息显示在液晶屏幕上。最后系统依次等待各个模块的响应，一旦人体热释红外传感器模块或烟雾传感器模块检测有异常，单片机就会执行声光报警和发送短信的操作，不同的报警包含特定的短信内容。

4 系统测试

按照电路原理图以及程序设计流程图分别采用Altium Designer和Proteus进行电路版制作和系统调试，最终调试完毕进行电路焊接，最终实物电路如图4所示。

图2 电路设计原理图

在该电路中，给系统通电完成初始化后，在液晶显示模块出现第一行H表示环境湿度，T表示环境温度，第二行Fire表示火灾情况，其中Y为发生火灾，N为未发生火灾，Steal表示盗窃情况，其中Y为发生盗窃，N为没有发生盗窃，此时*表示人体热红外传感器已打开，x表示人体热红外传感器已关闭。手机端通过APP控制在家/离家模式切换，电灯开关以及灯光亮度调节。电路正常工作时，当烟雾传感器检测到家中发生可燃气体泄露或火灾，以及有外人进入住宅时，将会发出声光报警和短信提醒，短信通知如图5所示。

图3 系统程序设计流程图

图4 家庭智能安防系统实物图

图5 短信通知

5 结论

本设计实现了基于STC12C5A60S2单片机的家庭智能安防系统，DHT11采集室内温湿度、HC-SR501传感器感知有无外人进入屋内、MQ-02传感器感知火灾发生，同时无线蓝牙模块实现了系统在家模式和离家模式的切换，所有传感器采集的信号传输到单片机进行处理，通过LCD1602显示屏显示室内温湿度、有无火灾、有无外人闯入。当发生非法入侵和火灾时，本系统能够发生声光报警，并通过GSM通信模块发送短信提醒。通过实验验证，本系统具有安全性强、可靠性高、性价比高的优势，能够实现家庭防火防盗以及开关智能控制的功能，增强了当代社会居民的生活体验，真正将技术应用于生活，改变人们的生活方式。