基于STC89C52微控制器与GSM 技术的家庭安全报警系统设计

摘要：在全球范围内，随着人们生活质量的显著提升，家庭财富的安全保障问题受到了前所未有的关注。文章主要探讨的是以STC89C52微控制器为基础，结合GSM技术构建的家庭安全报警系统的开发。借助GSM模块，系统能即时向预设的手机号码发送警报信息，确保家人能在第一时间获知情况，即便家中无人也能迅速采取应对措施。此防盗系统可安放在隐蔽位置进行信号监测，并且GSM模块能够发送报警短信，实现了远程监控的功能。文章将围绕信息采集、信息处理、警报机制以及GSM模块的运用等方面展开详细论述。

关键词：网络通信技术；家庭安防；报警系统

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）27-0073-03

0 前言

我国的家居安全防护体系，尤其是防盗报警器，已有较长的历史。常见的装置包括安装于门窗的感应开关，以及应用于超市的电子防盗系统（EAS） 。尽管这些设备各司其职，但也存在一些局限性：比如超市的防盗系统依赖于商品上的特殊磁性标签，在家庭环境中难以实现全面覆盖。许多防盗警报系统依然信赖热释电红外感应器，这些感应器通过将红外辐射的变动转化为电阻和电压变化来向处理单元发送信息。尽管安全系统的革新并不算快，大多数装置仍然坚守着传统的传感器技术路线。

在近几年，虽然有紫外线传感器崭露头角，但由于其对电压的要求高且价格昂贵，这类传感器更多地被大型企业采用，而非家庭或住宅环境。再者，由于有效距离和灵敏度的限制，这些高级传感器在日常应用中并未得到广泛普及。

1 我国家庭安防报警系统主体硬件模块与结构方案

1.1 硬件模块

1） 主控单元决策：在初步考虑中，两种备选方案浮现：该系统以STC89C52为第一种方案的单片机架构，方案二的单片机架构则是以MSP430为核心，设计两种不同的设计方案。在对系统的复杂程度、成本效益和资源配置进行全面的分析之后选择STC89C52微处理器作为核心控制单元，以确保系统的稳定运行。

2） 按钮输入模块抉择：对于输入设备曾探讨过两种路径：独立按键与矩阵键盘[1]。经过对比分析，矩阵键盘在性价比上明显优于独立按键，因此本系统选择矩阵键盘作为系统的主要输入设备，以提升用户体验和操作效率。

3） 显示模块的选择：在众多选项中对数码灯动态扫描指示器、LCD1602 和LCD12864 进行深入考察。相较于前两者，LCD12864凭借其惊人的128×64像素分辨率，总计8 192像素，以及其由4位和8位行构成的简洁接口，能实现更清晰的计算机界面展示[2]。考虑到其丰富的显示能力，本系统最终决定采用LCD1602来呈现信息，以提升整体视觉效果和信息传递的准确性。

4） 数据存储模块的甄选：在初期考虑中，有两个备选方案：一是依赖于设备自带的内置EPROM存储；二是选用高效能的AT24C02专用数据存储器。开发者倾向于采用先进的CMOS技术，以简化操作并削减非必要的设备开销。存储芯片设计上，其包含一个16 字节的分页写入缓冲区，运行于IIC通信总线，具备独特的写保护功能。鉴于这些特性以及基于成本效益和易于集成的需求，我们最初倾向于选择内置EPROM存储作为起始方案。

5） 报警模块的抉择：在对比分析中，两种方案浮出水面：一是采用具备语音输出的高级报警模块；二是利用LED灯和蜂鸣器作为基本警告装置[3+vfH9bi7n5KCkcnSOqRFpA==]。考虑到编程复杂度和经济实用性，以及实时反馈用户信息的重要性，最终决定采用简单且成本效益高的LED灯和蜂鸣器作为报警组件。

6） 采用热释电红外感应器。挑选适宜的红外感应器对于外部环境的监测至关重要，要求其具备高度的敏感性。HC-SR501热释电红外感应器是一种在20世纪80年代崭露头角的高性能组件，专门探测人体发出的红外辐射并转化为电信号，主要应用在安防报警、自动控制、节约能源等方面。它利用对身体的红外线进行探测，利用电子信号的改变来传输信息，内置的增益回路可以增强该信号，从而使控制回路完成相关的功能。

7） 烟雾探测传感器的选择。日常生活中的火灾预警通常依赖于两种传感器，即温度传感器和烟雾传感器。温度传感器通过内置的加热元件精确感知外界温度变化，以预防火灾；而烟雾传感器则利用气体传感器检测可能的可燃气体及燃烧产生的烟雾，并在报警电路中触发相应的电信号以警示火警。本次设计根据系统分析，决定选用MQ-2传感器。

1.2 结构方案

该体系结构（如图1） 包含红外感应器和烟雾探测器，能够生成信号并将其转化为电子信号，通过STC89C52微控制器处理。随后，GSM模块担当起向用户发送紧急警报信息的任务，以告知用户家庭状况[4]。系统的核心组成部分包括数据获取、按键操作和警示模块。数据收集工作由各类传感器执行，按键控制则主要对接单片机。GSM模块承担远程警报功能，并将信息传递至移动设备。

1） 基于STC89C52的架构。

2） 设计要求传感器能迅速察觉室内的安全威胁，如盗窃活动或火源。系统采用两类传感器，即热释电红外传感器和烟雾感应器，专门用于监测住宅或建筑内的火警情况。一旦传感器捕捉到相关迹象，会触发声音和光线报警。在灾害发生且家中无人时，GSM模块会发送短信通知，确保成员能及时得知警报信息。

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统

针对STC89C52的最简工作体系，设计了重置和触发器两大核心功能模块。该重置回路采用精巧的设计，具有两种工作方式：自动和人工。当供电接通后，重置程序就会被电容的负电极所启动，电阻在规定时间内通过电源获得电压，使芯片回归初始状态[5]。随着电源电压的提升，复位电压逐渐降低至接近零点。此外，复位按钮与电容器相连，只有当整个系统处于未连接状态时，按钮才会保持静默。在开始操作前，必须确保芯片已正确连接，此时才可进行手动复位操作。

2.2 其他系统硬件

1） 热释电红外传感器。选择PIR加热红外传感器的原因在于其卓越的灵敏性，这种传感器专门设计用于捕捉由高温物体释放的红外辐射。其构造包含一系列高效组件，如集成的红外发射和接收电路，由一对分别负责发送和接收红外信号的D5和D6二极管构成。当有人侵入时，人体遮挡红外线路径，接收电路因此无法接收到信号，从而触发报警机制，整个过程可通过单一微芯片进行控制。

2） 烟雾传感器。该模块在气体泄漏探测中表现出色，尤其对LPG、丙烷和氢气等气体极其敏感，对各种家用可燃气体也有良好的检测效果，因此被广泛应用在住宅和商业场所的气体泄漏监控中。

3） 声光报警器。应急回路模块以主控中心为核心，对LED 灯及蜂鸣器进行操作。在装配时，采用2.2KΩ的两个告警电阻器，以便在放大该信号时，可以在微控制器上显示警告标志，进而触发双警报，即蜂鸣器和LED的闪烁。

4） LCD1602显示器与电路。显示器提供两种显示方式：一是即时显示，采用LED显示，当特定信号输入对应的引脚时，能呈现所需信息；二是符号显示，将被显示的内容以画面的主体文字表示[6]。使用者可以按要求启动文字的显示，以及在资料输出系统中呈现重要的元件。

5） 按键电路。部分是按键电路设计，防盗警报的启停功能由操作人员通过按键来实现。

6） GSM通信模块电路。部分涉及GSM通信模块电路，为了实现关键的功能性需求，该设计整合了包括射频芯片、主处理单元、存储单元以及功率驱动组件在内的核心组件，构建了一个拥有自主操作系统的多功能单元。这个单元不仅具备GSM射频和基带处理能力，还配备了标准化接口，旨在提供无缝且高效的通信性能。

7） 火灾警报模块的电路。本研究选用的热感火灾探测器模块专为广泛的火源监测而优化。其具备对红外光谱的精确捕捉能力，从700到1 000纳米波段的光线均能有效识别，尤其在880纳米处展现出卓越的灵敏度。值得一提的是，其侦测角度的精准度远超常规标准，能将自然背景下的噪音降低至少60°，确保火灾的及时准确探测。

3 系统软件设计

3.1 实现软件程序的判断

在体系结构构建中，单片机作为运算核心，扮演着不可或缺的驱动角色。它主导着整个系统的流畅运作与全局调控。本系统中的传感器阵列、模块化的烟雾检测以及人员与火警识别模块，着重于界面显示单元和关键算法的设计与实现。所有软件构建活动主要依托C 语言，通过Keil 集成开发环境进行基础编码。

数据处理模块依据输入类型划分，生成的代码被妥善储存在编译环境中，形成技术文档。随后会对程序进行模拟运行和深度调试，确保其完全符合预设的实验性能标准。一旦验证通过，会将系统在液晶显示器和按键操作上进行实地LCD功能测试，以此全面检验系统的稳定性和实用性。

3.2 软件程序的工作原理

1） 主程序的运作原理：在初始状态下，在开启期间系统保护机制会被激活。当激活完成后，如果烟雾检测器检测到周围空气中的易燃气体含量突然增加，或者红外传感器捕捉到移动的人体信号，主程序便会触发处理器，启动一个持续五秒的声光警报。若无进一步信号，警报自然中止；若反复接收到警报信号，会继续执行并启动GSM模块，自动向预设的家庭电话发送警报通知。用户可通过“取消”按钮暂时解除警报状态。

2） 中断服务程序的工作原理：当用户按下防护按钮，系统会设定一个20秒的保护暂停期。若在这段时间内未有其他操作，系统会进入持续提醒模式。中断服务程序的核心任务在于及时中断这些提醒，以确保系统的响应灵活性。

3） GSM报警电路的设计原理：报警模块构成包括音频、光效以及短信息报警模块，其在检测到报警信号时自动激活，按照预设的模块化逻辑进行响应动作。每个模块协同工作，确保在紧急情况下能迅速且有效地传达警报。

4 系统调试与仿真

4.1 软硬件调试

系统装置的纠错涵盖了多个方面，包括电路故障、触点故障和焊接故障等。其中，控制部件的方向、线路的设计是否存在错误，以及部件的方向是否正确等问题都需要考虑。在此情况下，必须对比电路板的物理构造，或检查电路是否存在错误。若未发现问题，则需要重新安排维修时间，以确保判断是否存在问题。

软件系统的测试还需要使用包括Keil和系统装置在内的工具，以及PL2303的程序下载。在这个阶段，如果液晶1602显示屏出现花屏问题，可以对其进行分析。如果该项目与该显示装置一起设计，就可以直接在该单元中进行显示。在保存后，可以针对每一个按键进行相应的操作，这样可以节省大量的维修时间，同时也可以确保没有任何错误。

4.2 使用Proteus 仿真软件

在模拟软件环境中，首要任务是启动Proteus仿真实验平台，新建一个工程文件，并从丰富的组件库中挑选必要的元素，将它们精确放置于工作区，构建出一条完整的电路模型。在设计出满足需求的电路布局后，相应的程序代码与相关文档将在STC89C52单片机上执行。

5 结束语

综上所述，项目展示的成果表现为一个依赖微控制器技术与GSM移动通信网络的家庭安全警报系统。该系统独具灵活性，允许用户根据实际应用场景和安全需求自定义监控区域，并设定烟雾感应的报警触发点，确保极高的适应性和便捷性。其可提供全面的安全监控和即时报警功能，并借助GSM网络实现与用户的稳定通讯，强调提升安全防护的重要性，以最有效的方式保障用户的财物安全。

在当今经济快速发展的时代，家庭安全问题日益凸显。中国的安全产业已经演变成结合管理、计算机和通信等先进技术的新兴产业，展现出巨大的发展潜力和光明的未来前景。

参考文献：

[1] 袁孟，陈彦霖，梁志刚.基于单片机的智能家庭安防报警系统设计研究[J].电子测试，2022（20）：17-19，12.

[2] 金熠，肖艺锋，宋宗峰，等.安防报警系统的设计与分析[J].无线互联科技，2020，17（13）：75-76.

[3] 杨磊，张凤霞.基于STC89C52的智能家庭安防报警系统设计与研究[J].电子制作，2023，31（20）：81-84.

[4] 彭南.浅析多种网络通信技术在家庭安防报警系统中的应用[J].长江信息通信，2023，36（1）：213-216.

[5] 陈业伟，程伟，陈景镇，等.智慧小区安防报警系统分析[J].现代建筑电气，2022，13（6）：44-47，61.

[6] 纪科杰，卢明安，李章财，等.基于无线感知的智能家庭安防系统[J].台州学院学报，2022，44（3）：1-5.

【通联编辑：梁书】