基于单片机的智能家庭安防报警系统设计研究

袁孟，陈彦霖，梁志刚

（广东文理职业学院，广东湛江，524400）

1 系统总体设计分析与功能介绍

1.1 系统组成

基于单片机对智能家庭安防报警系统，是融合单片机技术、网络通信技术、电子信息技术、传感器技术的家庭安全保障的新型装置，图1即为该装置整体架构示意图。由图可知，基于单片机对智能家庭安防报警系统包括单片机、A/D转换器、传感器、GPRS通信模块等诸多单元，各单元相互匹配，相互协调，共同完成家庭安防和保护。

图1 智能家庭安防报警系统示意图

1.2 系统主要功能

基于单片机对智能家庭安防报警系统，主要包括GPRS通信模块智能报警、家庭空间气体参数监测、火灾信息预警和智能安防四大功能。GPRS通信模块智能报警是指智能家庭安防报警系统检测到意外数据后能以短信通知住户，家庭空间气体参数监测是指智能家庭安防报警系统能24小时不间断监测家庭内部空间各种气体的浓度信息，发现燃气泄露时及时报警，火灾信息预警是指家庭空间出现火灾时及时进行声光报警，智能安防是指家庭空间有小偷进出时立刻报警并通知物业管理人员，部分功能涉及源代码如下：

ip_s=bundle.getString（"IP"）；// 从中控界面的交互中获取IP信息.

port_s=bundle.getString（"PORT"）；// 从中控界面的交互中获取port信息.

phone_s=bundle.getString("PHONE"）；//从中控界面的交互中获取port信息.

2 系统的硬件设计

2.1 单片机设计

单片机是智能家庭安防报警系统的核心装置，是接收整个智能家庭安防报警系统传感器数据信息的关键部位，更是将收集到的数据信息与预设目标值进行对比评判是否发出报警信息的判断中心。为保证智能家庭安防报警系统的运转效率和效果，单片机选型时必须加强对数据运算速度的关注和重视，确保在系统出现安全故障时及时发现，快速反应后报警并进行相关处理。本文基于单片机的智能家庭安防报警系统，在综合相关影响因素后选择AT89C51单片机，借助该类型单片机存储空间大、能源消耗低、输入输出接口多、价格便宜等诸多优势，实现单片机和智能家庭安防报警系统指令和引脚程序的完全兼容，实现智能家庭安防报警系统灵活高效的目标，图2即为该类型单片机引脚电路设计图。

图2 单片机引脚电路设计图

2.2 烟雾传感器设计

智能家庭安防报警系统中的传感器主要用于检测收集家庭内部空间中的各种环境信息，将上述信息发送给单片机，保证单片机将上述信息和预设目标值对比后给出是否报警的反馈，便于信息处理和系统功能实现。本文设计的智能家庭安防报警系统所选烟雾传感器为MQ-2型烟雾传感，该传感器能用于各类型燃气、烟雾甚至汽油等多种气体的检测，具备灵敏度高、反应时间短、操作稳定性强、使用时间长和电路设置简单等诸多优势，图3即为该传感器电路示意图。

图3 传感器电路示意图

通过LM393核心电压比较器的运转，对比引脚2和引脚3之间的运行电压，当引脚2电压高于引脚3电压时，引脚1输出某一较低的电平值，当引脚2电压低于引脚3电压时，引脚1输出某一较高的电平值，实现烟雾传感器系统内部电路电压的匹配和均衡。在烟雾传感器发挥作用的过程中，引脚3的运行电压借助电位器分得，引脚2的电压随家庭空间中检测到的烟雾浓度参数值的变化而变化，此时，烟雾传感器在智能家庭安防报警系统整体电路中相当于电阻。当家庭空间烟雾浓度增大时，烟雾传感器电阻值参数变小，引脚2实际输出的电压值也就随之增大，引脚1输出某一较低的电平值，智能家庭安防报警系统某一端口输出高电压值，蜂鸣器鸣响发出报警声，烟雾报警短信随之发送。

2.3 A/D转换装置

在智能家庭安防报警系统运行过程中，由于烟雾传感器等设备检测收集到的数据在输出时以模拟量信号输出，单片机中转处理系统并不能直接接收处理，故需进行A/D转换处理。在此过程中，智能家庭安防报警系统使用传感器类型多种多样，不同类型传感器运行时的电压参考值有所不同，因此不能选择多通道统一处理的A/D转换装置，也就需要选择对应传感器数量的单通道A/D转换芯片开展模拟量和数字量之间的转换。在此过程中，传感器检测收集到的模拟信号从引脚2端口输入，处理完成后的数字信号则从引脚6输出，进一步传递至单片机，图4即为A/D转换装置的引脚示意图。

图4 A/D转换装置引脚示意图

2.4 声光报警装置

本文基于单片机的智能家庭安防报警系统，以蜂鸣器和LED灯为该报警系统的声光报警设备。当家庭空间中存在燃气泄漏、火灾烟雾甚至是门禁系统非法入侵时，蜂鸣器和LED灯根据接收到的数据参数，对比智能家庭安防报警系统预设参数值后，向报警模块发出反馈信号，报警模块接收到触发信号后做出声光报警反应。

2.5 GPRS通信模块

GPRS通信模块，是借助移动网络通信功能与家庭用户进行联系和信息交换的主要中介，可为家庭客户使用智能家庭安防报警系统提供短信服务，便于家庭用户及时实时了解到家中的安全状况。

3 系统软件设计

基于单片机的智能家庭安防报警系统主要包含燃气泄漏报警、火灾报警和防盗报警三种功能，在报警信号发送之前，智能家庭安防报警系统先通过内置检测单元检查收集到的数据信息，当该信息与预设目标参数不想匹配时，将不匹配信息传递数据至单片机处理中心，申请单片机下发报警指令。单片机模块根据数据信息中断相关电路后，立即启动短信预警功能，根据不同类型的报警参数，向家庭用户发送不同的显示数据，执行与预警信息相对应的声光报警功能，其主程序流程如图5所示。

图5 主程序流程图

在基于单片机的智能家庭安防报警系统软件设计完成后，根据设计流程编写应用代码。以智能家庭安防报警系统门外有人并且试图非法进行身份识别为例分析，其运行代码编制如下：

4 实验结果

本文提出的基于单片机的智能家庭安防报警系统，能借助GPRS通信模块的远程管理控制功能，实现家庭内部空间全天候不间断的安全防护，较传统模式下的安全预警示警装置具备更人性化的设计、多样化的管控目标和更便捷的数字化操作，获得了诸多家庭使用者的关注和偏爱。在未来基于单片机的智能家庭安防报警系统的进一步优化改良中，可引进更多的智能算法和自动化装置，引入指纹解锁、面部识别、语音控制、大数据管理等诸多先进科技，不断拓宽智能家庭安防报警系统的使用范围。