弱电设计中监控防盗系统的研究与设计

张金成

（北大医疗信息技术有限公司，北京 100080）

0 引 言

随着人们生活水平的提高，监控防盗已成为一个重要的安全问题。目前，具备天然气泄露起火报警、门窗防盗等功能的设备普遍存在价格昂贵、功能单一等缺点。因此本文以GSM通信技术为支撑设计一款基于51单片机的防火防盗系统，通过模块间的配合来实现防火和防盗功能，使人们在享受生活的同时保障生命财产安全。

1 系统总体设计

系统总体设计如图1所示。选用STC89C52作为主控制器，采用DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器、热释电红外传感器和摄像头进行数据采集，利用LCD1602液晶显示屏作为显示器，蜂鸣器和LED灯进行声光报警，三极管和继电器控制风扇，通过SIM800使系统与用户手机互联[1]。硬件选型完成后，根据电子电路设计图进行硬件焊接，组成一个单片机系统。

图1 系统框架

2 系统硬件设计

2.1 温度传感器设计

本设计采用DS18B20温度传感器检测室内场所的温度。DS18B20是一款数字温度传感器，可以直接传输给单片机。此外，DS18B20具有应用方便、抗干扰能力强、精度高以及价格便宜等优点[2]。温度传感器模块电路原理如图2所示。

图2 温度传感器模块电路原理

此元器件有3根外部引脚，其中VCC引脚接电源，GND引脚接地，另一引脚则连接I/O总线。此外，加10 kΩ电阻的目的是上拉限制高低电平。

2.2 MQ-2烟雾传感器设计

本设计使用MQ-2类型的烟雾传感设备实施监控。如果所在的区域中有易燃危险信号，传感设备的电导率就会被易燃空气所影响，随着其浓度而加大，采用ADC0832能够将电导率的改变和该传感设备的气体浓度联系在一起[3]。根据采集电压的变化，A/D模块会输出不同的电压。烟雾传感设备的电路原理如图3所示。

图3 MQ-2烟雾传感器模块电路原理

2.3 热释电人体红外传感器模块

热释电人体红外传感器能接收到人体发出的红外辐射，由传感探测元、干涉滤光片以及场效应管匹配器3部分组成，能感应人体发出的红外光[4]。本设计在传感器的前端安装了菲涅尔透镜，以此来提高其灵敏度，增加检测距离并扩大范围。

2.4 摄像头模块

本设计选用OV3640型号的摄像头模块，具有成像清晰、数据处理准确等优点。当摄像头采集到视频数据后，将视频信号传输到视频编码通道上进行编码压缩处理，处理后的视频数据保存在本地。当红外传感器检测到有人触发报警后，用户可直接在手机端查看摄像头采集到的视频[5]。

2.5 通信模块设计

本设计采用的通信模块为SIM800，具有体积小、价格便宜、发送短信时间快等特点。由于SIM800给用户发送报警短信后会产生一个较大的反向电流，因此在电路中连接一个二极管，防止反向电流击穿芯片造成损坏。此外，设置1 mF电解电容为发送短信提供足够的条件。通信方式采用的是串口通信，模块支持RS232和TTL接口控制，可以方便地使用电脑或者单片机控制实现GSM/GPRS功能[6]。该模块的T-RX引脚连接单片机的TX引脚，T-TX引脚连接单片机的RX引脚，GND引脚连接单片机的GND引脚。TTL电平支持3.3 V/5 V系统，接口外部的输入工作电压为5～24 V，能保证给SIM800提供2 A电流，这里使用5 V/2 A的电源进行供电。

2.6 LCD1602显示模块设计

本系统通过LCD1602显示屏显示检测到的温度和烟雾浓度。LCD1602显示屏与单片机的P0口连接，并在中间连接一个10 kΩ电阻，其原理如图4所示。

图4 显示模块电路原理

通过控制指令程序，LCD1602显示屏能够实现读写操作。当有数据传输到LCD1602显示屏时，首先将引脚RS与引脚R/W均置为低电平，并写入指令；其次将引脚RS置为高电平，引脚R/W不变，写入数据；最后将引脚R/W置为高电平进行读操作，并将数据显示在显示屏上[7]。

2.7 报警模块设计

本设计报警电路分为两部分，分别是声光报警和短信报警。声光报警模块电路原理如图5所示。

图5 声光报警模块电路原理

设置烟雾浓度和温度报警阈值，单片机开始循环监测，并将监测到的数值与阈值进行比较。触发报警条件，单片机向报警模块发送命令，蜂鸣器置为低电平开始工作，LED灯亮起，同时向SIM800模块发送AT指令，向用户发送报警短信[8]。

3 系统软件设计

系统软件设计包括数据采集、数据显示以及通信传输3部分。

3.1 数据采集

系统初始化完成后传感器开始进行数据采集，通过按键设置温度、烟雾浓度的报警阈值以及防盗模式的开关，将温度与利用ADC0832进行模数转换后的烟雾浓度数据传送给单片机分析处理，当温度或烟雾浓度达到报警条件后开启风扇、报警并发送报警短信。此外，在防盗开启模式下有人经过时报警并发送报警短信[9]。

3.2 数据显示

LCD1602显示屏接通电源后，显示屏先进行初始化，此时屏幕上的数值将被清零。单片机通过程序进行数据的写入操作，然后LCD1602显示屏将数据显示在指定位置，检测到结束字符时将结束数据写入。

3.3 通信传输

通过手机端进行设备防盗模式的开启和关闭，还可以显示检测数据。手机控制设备发送相应的命令，对于用户发送的文字模式命令需要转换为Unicode码，将转换过的命令暂存在GSM模块的AT命令缓存区，然后发送到GSM核心模块后执行相应功能[10]。

4 结 论

随着现代化技术的高度发展，加强应用现代化的安防技术十分重要。基于51单片机的防盗系统选用STC89C52单片机作为主控芯片，整体造价较低。采用DS18B20温度传感器、MQ-2烟雾传感器、热释电红外传感器以及摄像头进行室内数据采集，并通过SIM800实现系统与用户手机通信。经过测试，该系统性能稳定，值得在市场推广。