家庭安防報警系統(tǒng)的設計

張建榮

(山西工程科技職業(yè)大學，山西 晉中 030619)

0 引言

據(jù)國家統(tǒng)計局公報，中國60歲以上人口數(shù)量遠超0～15歲人數(shù)，其中，65歲以上人口達1.66億以上。我國的老齡化問題非常嚴重。隨著老齡化社會的到來，老年人的生活問題越來越受到當代社會的關注。在經(jīng)濟和社會快速發(fā)展的背景下，由于社會進步，科學和技術的發(fā)展以及城市化，年輕人逐漸外出，獨居老人越來越多。孤獨的老人無人照料，家中出現(xiàn)意外無人知曉?；谶@一背景，本文設計了家庭安全報警系統(tǒng)，盡可能防止居家發(fā)生意外事故或發(fā)生意外事故時能及時得到救助。

1 系統(tǒng)總體設計

本設計主要由單片機，液晶顯示、溫濕度檢測、煙霧檢測、繼電器控制電路、報警電路、短信發(fā)送等模塊構成。整體設計框圖如圖1所示。

圖1 整體設計框圖

本設計實時監(jiān)測室內(nèi)的溫濕度、煙霧濃度，且具有一定的防偷盜功能。

1) LCD1602實時顯示溫度、濕度和煙霧濃度參數(shù)。

2) 溫度高于設定的上限值時，風扇開啟。

3) 濕度低于設定的閾值時，加濕器開啟。

4) 煙霧濃度超過閾值時，進行聲光報警，控制風扇工作，同時向手機發(fā)送報警短信。

5) 在紅外傳感器檢測到有人侵入的情況下，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，同時向手機發(fā)送報警消息。

2 電路設計

2.1 控制電路

目前，作為主控制電路的芯片很多，例如CPLD控制和單片機控制[1]等。單片機與CPLD相比，實現(xiàn)相同功能前提下，使用更方便、價格更低廉。因此，本文使用STC89C52作為主控芯片。

2.2 顯示電路

本系統(tǒng)采用LCD1602實時顯示室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度以及煙霧濃度參數(shù)。

2.3 溫濕度檢測電路

本設計采用DHT11溫濕度傳感器[2-3]進行溫濕度檢測。DHT11是一款以數(shù)字信號進行傳輸?shù)母袘鳌Ｋ哂许憫?、穩(wěn)定性強、傳輸距離遠、運行所需功耗低、抗干擾能力強、體積小等優(yōu)點。由特殊的電容傳感元器件檢測空氣濕度,溫度由負系數(shù)熱敏電阻進行相對應的數(shù)據(jù)采集和測量。它將采集到的環(huán)境溫、濕度數(shù)據(jù)處理成單片機可識別的信號，單片機處理后控制顯示器顯示和繼電器的工作狀態(tài)。該傳感器內(nèi)部有一限流電阻，可保護傳感器不被燒損。但傳感器在使用時應注意遠離其他發(fā)熱電器，防止電器發(fā)熱導致傳感器監(jiān)控過程產(chǎn)生誤差。模塊引腳連接圖如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器模塊連接圖

2.4 煙霧檢測電路

本設計采用MQ-2檢測煙霧，其對天然氣等煙霧檢測敏感，檢測的效率可隨著室內(nèi)煙霧濃度的上升而提高。它可監(jiān)測的有害氣體種類繁多，用于家庭環(huán)境檢測時，可實時提醒用戶煙霧狀況。Q-2將檢測到的煙霧數(shù)據(jù)傳送至單片處理并顯示在LCD1602上。當檢測到煙霧濃度超過上限時，單片機控制報警電路進行報警，同時短消息模塊向家人或親友號碼發(fā)送短消息。

2.5 紅外檢測電路

紅外檢測使用紅外熱釋電傳感器[4-6]，該傳感器僅限于檢測人體，靈敏度高，成本低廉。

傳感器發(fā)揮其檢測作用，隨時感知是否有人，并控制是否需要報警提示。本設計使用HC-SR501機型。熱釋電紅外傳感器將人體檢測信號隨時從OUT接口發(fā)送到單片機，這樣單片機就可以知道有無盜賊入侵。當傳感器檢測到有人入侵時，單片機控制報警電路發(fā)聲，同時短信發(fā)送模塊將報警消息發(fā)送到預約號碼以提醒家人和好友。系統(tǒng)的紅外檢測電路如圖3所示。

圖3 紅外檢測電路

2.6 短信發(fā)送模塊

本設計使用SIM800L作為GSM短信發(fā)送模塊。該模塊可長時間連接單片機運行，在睡眠狀態(tài)下僅有10 mA左右的電流消耗，彩信、短信、互聯(lián)網(wǎng)等功能都可以實現(xiàn)。無論是3.3 V的單片機還是5 V的單片機，都可以使用SIM800LS短信模塊，保持232通信方式。無論是在學習還是開發(fā)SIM800L短信模塊時，都可以監(jiān)測到單片機向模塊發(fā)送指令后，模塊的執(zhí)行情況，便于開發(fā)人員對SIM模塊進行調(diào)試。

如果系統(tǒng)檢測到室內(nèi)煙霧濃度超標，或者懷疑有人闖入家中，單片機將控制SIM800L模塊向預留的手機號碼發(fā)送短信，表示家中環(huán)境出現(xiàn)意外。圖4為SIM800L模塊圖。

圖4 SIM800L模塊

2.7 報警電路

報警電路[5]包括光和聲兩部分。光警報使用發(fā)光二極管電路指示，光報警時發(fā)光二極管點亮。聲音報警采用蜂鳴器，成本低，使用簡單，傳輸信息速度快，能及時發(fā)出報警。它的編程語言比較簡單，有固定的代碼可以寫入系統(tǒng)。報警時的聲響很大，即使家里沒人，也可以向周圍的人提示這個家出現(xiàn)了安全事故。

報警電路包括二極管、三極管、電阻和蜂鳴器。電阻串聯(lián)在二極管、三極管回路中，起到限流保護電路的作用。當接收到低電平時，電路導通，發(fā)光二極管點亮，蜂鳴器發(fā)聲進行報警。當電路接收到高電平時，三極管截止，電路斷開，無法報警。報警電路圖如圖5所示。

圖5 報警電路

2.8 繼電器控制電路

繼電器主要用于控制風扇和加濕器狀態(tài)。當室內(nèi)溫度過高時，繼電器電路連通風扇降溫。如果室內(nèi)濕度過低，則繼電器電路連通加濕器進行加濕。當煙霧濃度達到預先設定的安全閾值時，繼電器電路控制風扇開啟來排除煙霧。在該繼電器的電路中，發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)連接。當繼電器電路工作時，指示燈發(fā)光，可以正常改善室內(nèi)環(huán)境。繼電器電路有一個線圈和兩個電樞，線圈中插入有鐵棒，當電路中有電流時，產(chǎn)生電磁感應，進而連接兩個電樞，電路導通。否則，電樞斷開，繼電器不工作。磁鐵片的吸附和切斷控制繼電器電路的接通和斷開。模塊圖如圖6所示。

圖6 繼電器模塊電路圖

2.9 按鍵電路

按鍵電路由四個獨立的按鍵開關組成，其中三個按鍵可以設定環(huán)境安全閾值，另一個按鍵是消除誤報警。當紅外傳感器檢測到人進入時，系統(tǒng)會發(fā)出警報。如果家人或朋友進入室內(nèi)時也會發(fā)出報警聲，此時為誤報警，可手動按下按鈕取消報警。

3 結語

本文主要介紹了家庭安防報警系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)具有溫濕度和煙霧濃度的檢測、顯示和調(diào)節(jié)功能，同時具有防盜、報警和短信發(fā)送的功能。系統(tǒng)實時監(jiān)測家庭環(huán)境參數(shù)，對獨居老人的居住環(huán)境進行安全防護，極大地避免了獨居老人在家發(fā)生意外卻無人發(fā)現(xiàn)的情況。系統(tǒng)成本低，使用簡單，方便，最適合推廣應用。本設計可以作為基礎板進行進一步開發(fā)，例如在防盜方面，可以組合安裝攝像機進行圖像采集，利用人臉識別技術和紅外檢測共同檢測是否有陌生人入侵，可使防盜更準確。系統(tǒng)還可以利用無線通信技術，與可穿戴電子檢測設備進行數(shù)據(jù)傳輸，進而反饋給離家的親人好友手機，實現(xiàn)遠程監(jiān)測功能，進一步可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。