基于51單片機的家用監(jiān)控系統(tǒng)的設計

宋軍平　趙高麗

摘要：該文研究基于51單片機的家用安防系統(tǒng)，通過搜索現(xiàn)場信息，將信息通過短信發(fā)送到設置的電話號碼上，并且顯示現(xiàn)場情況的種類信息的功能，能現(xiàn)場火災進行報警鈴聲。整個安防系統(tǒng)以家庭住宅為平臺，加入計算機及網(wǎng)絡通信等技術。磁感應結束通過紅外安全監(jiān)視系統(tǒng)、氣體，玻璃破碎探測器的環(huán)境變化，如傳感器發(fā)現(xiàn)異常情況時，快速發(fā)送給相關人員，使事情得到及時治療，減少財產(chǎn)和人員傷亡。

關鍵詞：51單片機；紅外傳感器；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）22-0047-03

Abstract： This paper studies the home security system based on 51 single chip microcomputer， through the search site information， the information is sent to the set of telephone numbers， and display the function of the information of the scene， can be a fire alarm. The whole security system takes the family residence as the platform， joins the computer and the network communication technology. Magnetic induction end by infrared security monitoring system， gas， glass broken detector environmental changes， such as sensor found abnormal situation， the rapid delivery to the relevant personnel， so that things get timely treatment， reduce property and casualties.

Key words： 51 single chip microcomputer； infrared sensor； monitoring system

隨著經(jīng)濟的發(fā)展人們生活條件的改善，家用電器、天然氣和煤氣等在每個家庭中是必不可少的，但這些對人民的生命安全和財產(chǎn)也存在一定威脅。經(jīng)過調(diào)查，每年都有煤氣中毒使人民生命安全和財產(chǎn)造成威脅的有兩方面因素，一方面人為的破壞，例如盜竊、搶劫、兇殺等，另一方面自然災害的破壞，例如火災等自然災害。因此設計具有價格低廉，操作簡單，并且可以改變?nèi)嗣裆钏?，使生命安全和財產(chǎn)得到保證能自動發(fā)出報警的安防監(jiān)控系統(tǒng)是必要的，并且具有廣闊的市場前景。

1 系統(tǒng)設計

1.1 設計方案的選擇

家用安防監(jiān)控系統(tǒng)包含的部分：數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理部分、報警顯示部分，數(shù)據(jù)采集部分，紅外入侵檢測報警、煤氣泄漏報警二部分。設計三個方案比較：方案一：把arm作為數(shù)據(jù)處理器，用GPRS發(fā)送信息來提醒，用TFT顯示警情信息。因為ARM比較昂貴，所以有待商議；方案二：把MSP430作為處理器，同樣結合GPRS，雖然MSP擁有資源豐富，耗能低等特點，但是有些不符合系統(tǒng)需求；方案三：把MCU51作為處理器。并且現(xiàn)在MCU技術已經(jīng)成熟，有各方面的優(yōu)勢，所以能準確的完成任務。三種方案經(jīng)比較研究，采用方案三是比較合理的。

1.2 系統(tǒng)框架

本設計包含以下：單片機控制電路、電源、復位電路、傳感器電路、液晶顯示、鈴聲報警電路組成。采用51系列單片機作為處理器。系統(tǒng)的運作是在系統(tǒng)軟件的控制下完成的。監(jiān)控點上得到的各種數(shù)據(jù)采集模塊把信息轉化為電信號，經(jīng)過放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限開關送出電平道單片機。通過單片機內(nèi)的軟件進行調(diào)查、檢測判斷等環(huán)節(jié)發(fā)出報警信號。驅動電路把信號放大，然后驅動聲光報警完成相應操作。當警示推遲5秒后自動解除，當然也可以手動解除，當情況小時候電路復位。

2 系統(tǒng)的硬件設計

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)軟件設計說明

系統(tǒng)軟件的設計主要是通過單片機實時檢測ADC輸入電平變化。當單片機判斷出警情時，單片機會處理并控制聲光報警電路、顯示電路和GPRS模塊完成報警動作。本系統(tǒng)軟件部分流程大致為：首先初始化MCU，判斷ADC信號是否正常，如果指標不正常，進行煙霧氣體報警，指標正常則返回初始化階段反復進行檢測；同時進行紅外傳感器的檢測，如果不正常，則進行闖入報警，正常則指定的手機號碼上，并可與物管點電腦進行互動，達到防火滅火保護人身財產(chǎn)安全的目的。

3.2 紅外報警器的運用

紅外入侵報警系統(tǒng)由發(fā)射機和接收機和發(fā)射機是由電源、光源和光學系統(tǒng)，接收機光學系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號處理器和其他地區(qū)。紅外報警系統(tǒng)是一種紅外光束型塊報警、紅外發(fā)光二極管的發(fā)射機的激勵下，通過調(diào)制發(fā)送一束紅外光束，光束的波長約在0.8 ～ 0.95微米），通過光學系統(tǒng)的作用成平行光。紅外光電傳感器的接收器將光信號轉換成信號，經(jīng)過處理電路報警控制器。發(fā)射機發(fā)出的紅外線是通過預防區(qū)域到達接收機時，構成了一個警戒線。在正常情況下，接收方是一種穩(wěn)定的光信號，紅外光束被遮擋，接收紅外信號的變化提取變化，放大和適當?shù)闹委?，從控制器報警信號。一般應用在大多?shù)的周界防范，最大的優(yōu)勢是防止距離，可以達到十倍以上的被動紅外探測范圍。

紅外報警系統(tǒng)軟件程序，是由紅外發(fā)射端和接收端組成，該程序首先令IRSend置零關閉發(fā)射端使系統(tǒng)初始化并定義一個脈沖計數(shù)信號。在短暫延遲時間之后使發(fā)送端發(fā)送紅外信號，如果接收端沒有收到紅外信號則脈沖計數(shù)器加一，使用for循環(huán)多次重復以上步驟，如脈沖計數(shù)器累加到一定次數(shù)則說明發(fā)射與接收器之間有障礙，啟動報警電路。使用脈沖計數(shù)器可以避免因短時間遮擋引起的誤報警，通過設置計數(shù)器的上限從而改變觸發(fā)報警的遮擋時間長短。

3.3 煙霧報警的運用

該系統(tǒng)使用一個電阻與MQ - 2型氣體傳感器，其電阻與被測氣體的濃度變化。氣體敏感裝置是一種“氣-電傳感器，它將氣體的濃度信號成相應的電信號。設備放置一段時間后，再通電，當使用電阻先下降，然后上升，電力大約十分鐘后早期（稱為穩(wěn)定時間），相應的阻力穩(wěn)定和大氣條件。為了避免假陽性的當前的行動，應特別注意設置超過十分鐘的延遲電路。設備的響應時間大約是10秒，恢復時間約30秒到60秒。氣體敏感設備用于避免污染油或油垢，更不要使用氣體敏感設備腐蝕性氣體很長一段時間。使用時很長一段時間，要有措施防止灰塵堵塞不銹鋼鋼絲網(wǎng)。

3.4 A/D轉換器及運用

本系統(tǒng)采用模數(shù)轉換器是PCF859，其是單片集成，單電源，低功耗，8位CMOS數(shù)據(jù)采集設備。PCF8591有四個模擬輸入，模擬I2C總線輸出和一個串行接口，有A0、A1、A2三個地址組成，可用于硬件地址的編程，雖然允許在同一總線上訪問PCF8591設備，但不需要額外的硬件。地址的輸入和輸出，控制和數(shù)據(jù)信號的傳輸都是通過I2C總線進行雙向串行傳輸?shù)摹?/p>

PCF8591芯片A/D轉換器通過令時鐘SCL保持高電位并使數(shù)據(jù)線SDA由高到低進行跳變，從而開始I2C通信，如SDA由低到高進行跳變則停止I2C通信。向芯片發(fā)送一個字節(jié)的程序，利用for循環(huán)8次，每次都使該字節(jié)與16進制編碼0x80按位與操作選出最高位進行發(fā)送，之后把該字節(jié)向左移一位進行下一個循環(huán)，直到8位數(shù)據(jù)全部發(fā)送。而接受一字節(jié)數(shù)據(jù)時則先左移一位接收數(shù)據(jù)如接受位為1則與0x01進行按位或操作將數(shù)據(jù)最后一位置1，如接收位為0則與0xfe進行按位與操作將最后一位置0。

由于煙霧傳感器通常輸出的是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當其值符合A/D轉換器的輸入等級時，不用放大器對信號進行放大；但信號值不符合A/D轉換器的輸入等級時，就需要放大器放大信號。因此QM-N5半導體氣體煙霧傳感器如果把采集到的煙霧濃度的模擬信號傳送給單片機控制器就要對接收的人數(shù)據(jù)進行放大處理，然后經(jīng)過A/D轉換器轉化為可以識別的電信號給單片機。但設計時應注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，QM-N5氣體傳感器需開機預熱幾分鐘，才可投入使用，以免造成誤報。

本研究的主程序實現(xiàn)功能是：如果單片機檢測到ADC數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況時，表示監(jiān)控區(qū)有人進入或發(fā)生了火災險情等，這時單片機就會通過內(nèi)部程序處理，驅動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)5秒鐘后自動停止報警，隨后程序將開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號等待報警，從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到5秒鐘時，用手工按鍵復位停止聲光報警的作用。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)步驟

4.1 系統(tǒng)的運行和顯示

該系統(tǒng)通過單片機運行。在液晶顯示器顯示出時間、煙霧濃度等信息。當沒有危險發(fā)生時，系統(tǒng)屬于備用狀態(tài)，讀取系統(tǒng)時間。主頁顯示煙塵濃度，濃度的可燃氣體和可燃氣體甲烷濃度。

4.2 各種異常狀態(tài)

1）氣體泄露后的狀態(tài)

當系統(tǒng)檢測到公司或甲烷濃度超標，報警系統(tǒng)，持續(xù)風力蜂鳴器報警，和類型的信息在屏幕上顯示的危險，當系統(tǒng)同時報警，系統(tǒng)將發(fā)送到用戶指定的危險在移動電話號碼，提醒用戶及時的措施。

2）有人闖入的狀態(tài)

當有人闖入時，顯示器會顯示該信息，并會把消息發(fā)給相關人員。

5 系統(tǒng)仿真與總結

本文是基于51單片機為核心的家用安防監(jiān)控系統(tǒng)，完成了防火，到系統(tǒng)總體設計圖表的自動報警系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分的設計。實現(xiàn)了整個系統(tǒng)流程圖的設計，并完成了信號的收集，如液晶顯示、A / D轉換模塊的編程和調(diào)試，通過物理模擬系統(tǒng)在各種危險原始響應和發(fā)送短信，可以檢測各種危險，及時、有效地有效的危險警告。該系統(tǒng)采用多傳感器采集信號的集成應用，提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?，降低漏報率和誤報率。從而有效預防和減少意外財產(chǎn)損失，保障家庭安全監(jiān)控、具有一定的實用性。

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