家庭安全報(bào)警器設(shè)計(jì)

周宇暉

摘要：鑒于住宅中危害最大的險(xiǎn)情以及安全保障的迫切需要，針對(duì)非法入侵和火災(zāi)檢測(cè)，設(shè)計(jì)了一款家庭安全報(bào)警器，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了布防、撤防的設(shè)置，溫度、煙霧、入侵的檢測(cè)，設(shè)置了可直接判斷險(xiǎn)情類型的三級(jí)報(bào)警，操作便捷，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；煙霧檢測(cè)；入侵檢測(cè)；報(bào)警器

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）09-0272-02

一、引言

如今，人民生活方式正在從溫飽型向小康型轉(zhuǎn)變，因此人們會(huì)有更強(qiáng)的安全意識(shí)，逐漸接受在家居內(nèi)裝設(shè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、功能完善的安全防范系統(tǒng)。同時(shí)人類已經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)，智能家居己開始引起人們的關(guān)注。作為智能家居的一個(gè)組成部分，安全防范報(bào)警系統(tǒng)也必將向多功能、智能化方向發(fā)展。

隨著生活水平的日益提高，各種家用電器、液化石油氣、管道煤氣等已進(jìn)人千家萬戶，這些現(xiàn)代化設(shè)施帶來了生活的便利，同時(shí)也增加了火災(zāi)和有害氣體中毒的風(fēng)險(xiǎn)，另外非法入侵的事件時(shí)有發(fā)生，顯然傳統(tǒng)的住宅安全保障方式迫切需要改進(jìn)，以便將險(xiǎn)情消滅在萌芽狀態(tài)，保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

但由于家庭安全報(bào)警的需求五花八門，目前實(shí)用性強(qiáng)的報(bào)警系統(tǒng)較少，也有不少裝置存在誤報(bào)或漏報(bào)問題。因此，設(shè)計(jì)一款使用便捷的家庭安全報(bào)警器具有一定的實(shí)用意義。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）總體方案

考慮到家庭安全隱患主要以非法入侵和火災(zāi)造成的損失較為嚴(yán)重，本文設(shè)計(jì)的家庭安全報(bào)警器主要功能包括入侵檢測(cè)、溫度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)、聲光報(bào)警和鍵盤與顯示功能，如圖1所示。

其中，溫度檢測(cè)目的是通過檢測(cè)環(huán)境溫度判斷是否有可能發(fā)生火災(zāi)；入侵檢測(cè)的目的判斷是否有人非法進(jìn)人；煙霧檢測(cè)通過煙霧濃度判斷是否已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)；光報(bào)警是一級(jí)報(bào)警，表示可能出現(xiàn)危險(xiǎn)；聲音報(bào)警是二級(jí)報(bào)警，表示已經(jīng)出現(xiàn)危險(xiǎn)；鍵盤與顯示用來處理報(bào)警信息的關(guān)閉或開啟。

（二）硬件總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)總體方案，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的家庭安全報(bào)警器，硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中，3個(gè)按鍵分別是：復(fù)位鍵，布防鍵，撤防鍵。

當(dāng)報(bào)警器安裝完成并啟動(dòng)后，在液晶顯示器上顯示“已撤防”，此為報(bào)警器默認(rèn)狀態(tài)。當(dāng)用戶離家外出或睡覺時(shí)，可通過鍵盤設(shè)置報(bào)警器，使報(bào)警器進(jìn)入工作狀態(tài)，在液晶顯示器上顯示“已布防”，此時(shí)報(bào)警器循環(huán)檢測(cè)紅外探測(cè)信息，溫度信息，煙霧信息，如遇險(xiǎn)情，發(fā)出聲、光報(bào)警。

報(bào)警器設(shè)定為“已布防”時(shí)，如圖2所示，工作過程為：

①啟動(dòng)計(jì)時(shí)器

②單片機(jī)讀取并處理紅外探測(cè)器信息

當(dāng)檢測(cè)到有人入侵時(shí)，LED燈閃爍，且蜂鳴器持續(xù)發(fā)出急促的鳴叫聲，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)未檢測(cè)到有人入侵時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟③。

③單片機(jī)讀取并處理溫度探測(cè)器信息

當(dāng)檢測(cè)到的溫度高于等于設(shè)定溫度50℃時(shí)，LED燈閃爍，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)檢測(cè)到的溫度低于設(shè)定溫度50℃時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟④。

④單片機(jī)讀取并處理煙霧探測(cè)器信息

當(dāng)檢測(cè)到的煙霧濃度高于等于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出長(zhǎng)鳴，直到按下鍵盤上的復(fù)位鍵，系統(tǒng)進(jìn)人“已撤防”狀態(tài)；

當(dāng)檢測(cè)到的煙霧濃度低于設(shè)定值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟⑤。

⑤檢查計(jì)時(shí)器時(shí)間

當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間未到30秒時(shí)，等待；

當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到30秒時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟①。

三、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

（一）單片機(jī)

本系統(tǒng)的控制器核心單片機(jī)采用型號(hào)為ATMEGA16的AVR單片機(jī)。AVR單片機(jī)運(yùn)行速度最快，芯片內(nèi)部的Flash、EEPROM、SRAM容量較大，IO口驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，內(nèi)部集成AD、DA轉(zhuǎn)換器等。

（二）入侵探測(cè)器

自然界中，任何高于絕對(duì)溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，人體體溫一般在37度，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)為10um左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探測(cè)器就是通過探測(cè)人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件制作，這種元件在接收到人體紅外輻射時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化將以電壓形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而深受廣大用戶的歡迎。本系統(tǒng)采用RE200B型號(hào)的被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器，輸出電壓為2.5v到5v之間，電路連接如圖4所示。

（三）溫度探測(cè)器

通常室內(nèi)溫度在-10℃～40℃，當(dāng)超出50℃時(shí)，就可能出現(xiàn)火災(zāi)險(xiǎn)情，因此，本文把報(bào)警閾值設(shè)置為50℃，一旦超出該閾值，LED燈閃爍報(bào)警。溫度檢測(cè)的誤差在±1℃即可。

系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，它的測(cè)量范圍為-50℃至+125℃，精度可達(dá)0.0625℃，不需A/D轉(zhuǎn)換電路，直接輸出溫度值的數(shù)字量。DS18B20遵循單線串行通信協(xié)議。

（四）煙霧檢測(cè)器

系統(tǒng)采用MQ-2煙霧傳感器，當(dāng)其內(nèi)部加熱電路通電后，氣敏元件會(huì)保持一定的溫度，有煙霧與氣敏元件它接觸時(shí)，隨煙霧的成分及濃度的不同，其導(dǎo)電率改變。煙霧濃度越大，則負(fù)載兩端電壓的變化亦越大，該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到單片機(jī)，當(dāng)電壓大于設(shè)定的閾值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警處理。電壓閾值的設(shè)定通過實(shí)際測(cè)試后給出。

（五）液晶顯示器

在本系統(tǒng)中，只要顯示布防和撤防信息即可，不需要復(fù)雜信息，因此選擇只顯示英文字符和數(shù)字的顯示屏1602，因其只能顯示英文，同時(shí)考慮到不是所有用戶都懂英語，且為使用方便，系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定：用“YES”表示布防，用“NO”表示撤防。

（六）聲光報(bào)警器

系統(tǒng)采用大功率紅光LED燈，作為發(fā)光設(shè)備；采用蜂鳴器作為發(fā)聲設(shè)備。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的報(bào)警分三個(gè)級(jí)別。

一級(jí)報(bào)警：只有LED燈閃爍報(bào)警，用于室內(nèi)溫度高于等于50℃的情況，以提示室內(nèi)溫度過高，可能發(fā)生火災(zāi)；

二級(jí)報(bào)警：只有蜂鳴器長(zhǎng)鳴報(bào)警，用于煙霧濃度高于設(shè)定閾值的情況，以提示室內(nèi)煙霧過濃，已經(jīng)發(fā)生火情；

三級(jí)報(bào)警：LED燈閃爍且蜂鳴器急促鳴叫報(bào)警，用于探測(cè)到非法入侵的情況，以提示可能有盜匪入內(nèi)。

（七）鍵盤

鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵部件，它實(shí)現(xiàn)了向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人機(jī)對(duì)話不可缺少的輸入方式之一。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3個(gè)功能鍵：布防鍵，撤防鍵，復(fù)位鍵。報(bào)警器在安裝完成并正常啟動(dòng)后，默認(rèn)設(shè)置為撤防狀態(tài)，液晶顯示器顯示“已撤防”，即“NO”，然后系統(tǒng)定時(shí)循環(huán)掃描四個(gè)鍵，如果檢測(cè)到布防鍵按下時(shí)，進(jìn)人險(xiǎn)情探測(cè)工作狀態(tài)，液晶顯示器顯示“已布防”，即“YES”。

四、總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于AVR單片機(jī)的家庭安全報(bào)警器，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了布防、撤防的設(shè)置，溫度、煙霧、入侵的檢測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，設(shè)置了三級(jí)報(bào)警，使用戶根據(jù)報(bào)警信息就能夠直接判斷險(xiǎn)情的類型。系統(tǒng)功能簡(jiǎn)約，操作便捷，報(bào)警信息明確，具有良好的應(yīng)用前景。

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