基于單片機(jī)的智能家居防火防盜系統(tǒng)

張洪坤

（河南科技學(xué)院新科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

在中國現(xiàn)代社會高速發(fā)展的背景下，人們的安全意識也逐漸得到提高，火災(zāi)無情，盜賊可惡，大家深知于心?；馂?zāi)的防范牽涉到千千萬萬人們的家庭幸福，是防災(zāi)的重中之重。但是現(xiàn)在人們的防災(zāi)減災(zāi)手段仍然比較原始，而且效率低下、成本較高。這種防盜模式也不再能夠?qū)崿F(xiàn)我們想要的目的。同樣，人工防火也會因?yàn)榧皶r(shí)性差而被逐漸淘汰。智能控制在防火和防盜方面的應(yīng)用逐漸受到了人們的關(guān)注。本文討論的報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)傳感器檢測到異常信息的時(shí)候需要將信息發(fā)送到相關(guān)人員與設(shè)備上，這樣就可以使相關(guān)人員快速的處理危險(xiǎn)避免對人的損害與財(cái)產(chǎn)的損失。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 任務(wù)分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的提高，居民家中物品趨于貴重，而火災(zāi)和盜竊是兩種對財(cái)產(chǎn)損失危害最大且最難防范的情況。對于傳統(tǒng)的防范手段，我們只能通過派遣專門人員發(fā)現(xiàn)賊情以及人為發(fā)現(xiàn)火情，這樣不但工作效率低下，而且嚴(yán)重耗費(fèi)人力物力。所以，人們亟需一種既能防火又能防盜的智能家居火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，本課題設(shè)計(jì)即基于以上背景。

1.2 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)為特種設(shè)備，通常處于設(shè)防狀態(tài)，當(dāng)有意外情況而發(fā)揮其關(guān)鍵作用。但我們知道，在發(fā)生意外狀況時(shí)，往往面臨市電供電電路損毀、事態(tài)惡化速度迅速和設(shè)備可能被損毀等情況，因此我們要著重提高系統(tǒng)對突發(fā)狀況的穩(wěn)定性和反應(yīng)速度。

供電電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有供電電路，基于各個(gè)模塊的系統(tǒng)便無法正常工作。面對外部環(huán)境的不確定性，比如火災(zāi)導(dǎo)致的供電線路損壞以及盜賊的強(qiáng)制性斷電，就要求設(shè)備在特殊狀況下，具備自身供電的功能，也就需要內(nèi)置電池供電以增強(qiáng)該系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于系統(tǒng)的反應(yīng)速度而言，我們通常通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及單片機(jī)內(nèi)部的程序設(shè)計(jì)即可達(dá)到該目的。

基于單片機(jī)開發(fā)的此系統(tǒng)硬件設(shè)備主要有主控芯片、傳感器模塊、報(bào)警模塊、電源組成。主控芯片采用STC89S51 單片機(jī)，傳感器需要用到兩種，一種是紅外探測傳感器，另一種是煙霧傳感器，當(dāng)外圍環(huán)境中的某一變量超出傳感器的設(shè)定閾值時(shí)，傳感器通過有線電路將特定信號發(fā)送回主控制芯片，當(dāng)主控芯片接收到傳感器發(fā)來的報(bào)警信號后，主控芯片即根據(jù)相應(yīng)指令控制、調(diào)用相應(yīng)模塊，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路和GPRS 短信報(bào)警電路發(fā)出警報(bào)。

1.3 系統(tǒng)組成部分

根據(jù)本系統(tǒng)的功能要求，各主要組成部分如下：

主控單片機(jī)芯片采用STC89S51 芯片；

紅外傳感器采用E18-D80NK 模塊；

煙霧傳感器采用MQ-2 模塊；

聲光報(bào)警電路采用12V 電笛和12V 警報(bào)燈；

GPRS 短信報(bào)警采用安信可-A7 模塊。

1.4 系統(tǒng)總體框圖

圖1 總體框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 E18-D80NK 紅外傳感器模塊

E18-D80NK 有三根外部電線，兩條電源線（VCC 和GND）和一條數(shù)據(jù)線（DATA）。通過開關(guān)SW2 設(shè)置是否將設(shè)備處于布防狀態(tài)，若SW2 閉合，設(shè)備處于布防狀態(tài)，若SW2 斷開，設(shè)備處于解除布放狀態(tài)。紅外傳感器模塊通過INFR 端將檢測到的信號傳至單片機(jī)，INFR 端通過一個(gè)1K 的電阻接VCC。見圖2。

圖2 系統(tǒng)原理圖

2.2 MQ-2 煙霧傳感器模塊

給電路提供5 V 直流電，若選擇DO，發(fā)出的信號是TTL 電平信號若被測的氣體濃度在設(shè)置的閾值內(nèi)，傳感器DO 端子發(fā)出高電平信號。由于芯片自身因素，由于傳感器工作工作在高溫環(huán)境，所以需加熱后才能使用。

若選擇AO 端，輸出信號為模擬信號，如果需要將此信號輸送給STC89S51 單片機(jī)，還需要接入AD 轉(zhuǎn)換。在正常環(huán)境中，當(dāng)沒有待測氣體時(shí)，AO 端子的電壓輸出通常約為1V。當(dāng)探測到對應(yīng)氣態(tài)物體時(shí)，濃度每增加200ppm，電壓上升0.1V。見圖2。

2.3 聲光報(bào)警電路

單片機(jī)通過P0.1（電喇叭端口）和P0.2（報(bào)警燈端口）輸出聲光控制信號。將控制電喇叭的信號和控制警報(bào)燈的信號通過ULN2003 驅(qū)動(dòng)連接到繼電器。使電動(dòng)或報(bào)警燈進(jìn)入工作狀態(tài)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號。見圖2。

2.4 GPRS 短信模塊

單片機(jī)通過RXD（P3.0）和TXD（P3.1）和GPRS 短信模塊進(jìn)行串口收發(fā)通信，RXD 和TXD 分別接在GPRS 短信模塊的UART_ TXD 和UART_ RXD。見圖2。

2.5 供電電路部分

通過分析任務(wù)需求發(fā)現(xiàn)，此系統(tǒng)需要兩種電壓供電，分別是5V 電源和12V 電源。12V 電源供應(yīng)有兩種方式，一種是選用220V 轉(zhuǎn)12V 電源適配器提供，另一種是選擇3 塊18650 電池（4V）串聯(lián)提供。5V 電源選自12V 至5V 降壓模塊，降壓芯片選用MP1470GJ 型芯片。見圖2。

3 結(jié)論

本論文設(shè)計(jì)的智能家居防火防盜系統(tǒng)主要由紅外傳感器、煙霧傳感器采集數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)系統(tǒng)控制聲光報(bào)警和GPRS模塊進(jìn)行報(bào)警和通知，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、報(bào)警、通知的功能。根據(jù)任務(wù)要求，使用場景，開發(fā)成本等因素，煙霧傳感器采用MQ-2 型傳感器，紅外傳感器采用E18- D80 NK 紅外探測傳感器。傳感器作為本系統(tǒng)的主要探測器件，為MCU 的數(shù)據(jù)處理提供了數(shù)據(jù)支撐，是本系統(tǒng)的核心器件。報(bào)警器作為警報(bào)信息的主要產(chǎn)生源，起到了傳輸信息的重要作用，為人們提早發(fā)現(xiàn)意外情況提供了可能條件。一套成熟的系統(tǒng)設(shè)備，需要具備穩(wěn)定的性能，此設(shè)備通訊體系完備，受外界信號干擾較小。在GPRS 通信方面，本系統(tǒng)積極借鑒前人的研究方法和思路，為本系統(tǒng)的順利開發(fā)提供了前進(jìn)方向，也賦予了本系統(tǒng)在技術(shù)層面的領(lǐng)先優(yōu)勢。智能家居系統(tǒng)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)支撐，有了智能家居設(shè)備，不但可以采集有用的環(huán)境信息，還可以執(zhí)行終端發(fā)出的行動(dòng)指令。只有通過現(xiàn)代化的預(yù)防手段之后才可以讓人們的生活變得更加的安全、放心、舒心，給人們帶來的良好體驗(yàn)也會越來越多，讓我們與全世界一道見證智能家居系統(tǒng)帶來的福利。