远程家居安全报警系统设计——毕业论文

毕 业 设 计远程家居安全报警系统设计学生姓名：专业班级：电子信息工程 指导教师： 学 院：机电工程学院 年 月远程家居安全报警系统设计摘要随着电子技术的发展和家居模式的变化，家居智能安全系统逐渐走入人们的视线。利用单片机技术和通信系统实现对家居安全情况进行智能控制，不仅能保证家居的安全，更能降低智能家居安全系统的成本和提高其通用性。因此，利用这两项技术设计的家居智能安全系统具有巨大的市场前景。本设计是在智能家居的背景下，将安全报警系统和远程通信技术有机结合起来，设计实现了一种基于单片机技术和远程通信技术的家居安全报警系统。首先回顾了智能家居安全系统国内外发展现状，同时对传统家居安全系统和智能家居安全系统进行了分析和比较；然后对智能家居安全系统的功能及需求进行了分析，给出了系统硬件及软件的总体设计方案；第三，详细描述了各个系统硬件模块的实现过程，包括主控制器及火灾情况监测模块、非法入侵监测模块、有毒有害气体检测模块、生活漏水检测模块、远程通信报警模块等；第四，详细描述了系统软件模块的程序设计与实现，包括发送短信程序、安全监测程序、液晶显示程序及按键控制程序等。经测试，本文所设计的系统实现了预定的功能，并且具有系统通信可靠、实时性强、功耗低和成本低的优点。关键词GSM，家居安全，单片机，安全系统The Design of Remote Home Security Alarm SystemAbstractWith the development of electronic technology and changes in household patterns, intelligent home security system gradually into sight. The use of single-chip technology and communication systems for intelligent control of home security situation, not only to ensure the safety of home, can reduce the cost of smart home security system and enhancing its versatility. Therefore, the use of these two technologies designed smart home security system has huge market potential.The design is in the context of smart home, security alarm system and remote communication technologies combine to design and implement home security alarm system based on single-chip technology and telecommunications technology. First, review the status of intelligent home security systems development at home and abroad, while the traditional home security systems and smart home security systems were analyzed and compared; then on the function of demand for intelligent home security systems were analyzed. The hardware and software overall design; third, a detailed description of the implementation process of the various hardware modules, including the main controller module and fire monitoring, intrusion monitoring module, toxic and hazardous gas detection module, life leak detection module, remote alarm communication module ; fourth, a detailed description of the system software module design and implementation of programs, including a program to send text messages, security monitoring program, LCD display program and key control procedures.After testing, the designed system to achieve a predetermined function, and having a reliable communication system, real-time, low power and low cost advantages, its market prospect is broad.KeywordsGSM, Home Safety, MCU, security system目录摘要Abstract1 绪论11.1 设计背景11.2 国内外发展现状11.2.1 国外发展状况11.2.2 国内发展状况21.3 设计意义及内容31.3.1 设计意义31.3.2 设计内容32 系统总体设计42.1 系统需求分析42.1.1 系统目标及功能42.1.2 性能需求42.2 系统方案选择52.2.1 主控制器模块方案选择52.2.2 火灾情况监测模块方案选择52.2.3 非法入侵监测模块方案选择52.2.4 有毒有害气体检测模块方案选择62.2.5 远程通信报警模块方案选择62.3 系统总体设计63 硬件电路系统设计73.1 主控制器模块硬件电路设计73.2 火灾情况监测模块硬件电路设计73.3 非法入侵监测模块硬件电路设计83.4 有毒有害气体检测模块硬件电路设计93.5 生活漏水检测模块硬件电路设计93.6 远程通信报警模块硬件电路设计103.7 系统硬件实物图114 软件程序系统设计124.1 软件程序系统设计注意事项124.2 系统主程序流程图124.3 系统子程序流程图134.3.1 火灾情况监测模块子程序134.3.2 非法入侵监测模块子程序134.3.3 有毒有害气体检测模块子程序144.3.4 生活漏水检测模块子程序144.3.5 远程通信报警模块子程序155 系统总体调试16结论17参考文献18附录19致谢201绪论1 绪论1.1 设计背景随着科学技术的进步，高科技智能化的家居设备已经渐渐步入我们的生活，现代社会中的人们对于生活质量的要求也越来越高。科学技术的进步让人们的生活日新月异，但是伴随着高科技产品的使用，相应地给人们的生活带来了很多不安全的因素，例如家电的广泛使用增加了火灾发生的可能性，家用煤气、天然气的使用增加了气体中毒和产生爆炸的可能性等常见的家庭安全隐患，而且现代社会中抢劫盗窃时间屡见不鲜，严重威胁着人们的安全。正因为如此，人们越来越关注自己的人身财产的安全。在这样的市场需求下，家居安全报警系统具有着非常广阔的前景，它的安全防护功能可以很好地满足人们对安全的需求。经过多年的发展，智能小区家居智能化系统越来越成熟，功能越来越完善，安全报警系统已成为智能小区家居智能化的重要组成部分之一。智能安防已成为当前的发展趋势，例如，在不法分子企图入侵时，智能安全系统一方面会在第一时间将报警信息反馈给屋主，另一方面，也会自动拨打小区的报警电话，使得警方能够及时得到信息，而智能安防系统会在警方到来之前，一边拍下犯罪分子的特征照片，一边阻止拖延犯罪分子的动作，比如说，无线门窗磁还有无线云红外入侵探测器会控制家中门窗自动关上，无线自动窗帘自动拉起，让犯罪分子寸步难行，而屋主在收到报警信息之后，也可以通过室内的扬声器向犯罪分子发出警告信息，使其不敢轻举妄动。 智能家居的发展，不仅是控制手段的发展，更与控制内容的扩展密不可分。早期有些国家做智能家居，主要控制水表、电表、天然气表的数据测量等基本家居数据。好一些的家居控制系统，还把楼宇对讲系统、小区摄像头、家用电器等的安全纳入控制范围，但是这些原始控制手段,布线麻烦，成本较高,未能有效的推广。随着网络技术、通信技术的发展，计算机网络、有线电视、数字电视、移动电话等逐步普及，人们的家居结构也发生了潜移默化的变化，与之相对应的智能化家居安全报警系统开始起步，但是只是控制内容的丰富，而控制手段并未有较大的创新性提高。 科技发展是社会发展的大势所趋，享受科技发展带来的优越性和舒适性，更是普通大众的内在追求。家居的安全性关系到人们的生命财产安全，特别是随着人们安全意思的加强,人们对家居的安全要求更高。我国社会发展逐渐进入老龄化，人们的生活节奏又在不断加快，智能家居安全系统具有巨大的市场前景。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展状况智能家居概念首次被提出可追溯到很早以前，真正命名是1984年，世界上第一幢智能家居出现美国联合技术公司在本国康涅狄格州建造了世界上第一个智能家居系统。随后包括经济繁荣的欧美、以及东南沿海的东南亚和澳大利亚等国家也提出了多种多样的智能家居设计，智能家居也在德国、新加坡以及美国等国家逐渐应用。1998年，在新加坡举办的“98亚洲家电和电子消费品国展会”上，展示了“未来之家”先进的家庭智能化系统。此系统包括：负责安防的报警功能、负责通信的可视对讲功能、以及监控、留言、有线电视、电话接入等功能。国外也有很多公司致力于智能家居的研发，并取得不错的成绩。如德国的Merten、美国品牌Honeywell和NICO来自于新加坡的品牌，以及其他国际知名的公司。每个公司的侧重点不同，有的公司着重于安防，如美国的Honeywell公司，有的公司着重控制，如比利时的Teletask，由于公司研发的产品理念不同，智能家居产品所展现出的性能、效果也有所不同。如今市场上有三种不同的智能家居控制系统： （1）美国的 X-10系统，此系统是在由电力线搭建的网络平台上通过集中控制的方式来实现的。和别的家居系统相比，例如 C_BUS、ABB 等，这个系统更加高端，功能更为强大，也更容易被接受，而且使用简单。在具有一样的功能的基础上，其它的系统大都需要布低压线，施工过程复杂，难度大，完成所需时间很长，而且费用也很高，而X-10 系统是运用220v 电力线把发射器发出的 X-10信号传送给接收器，从而完成了智能化的控制。X-10系统不需要额外的布线，这和其它的系统相比是一个很大的优点。但是在国内市场上这种系统的价格昂贵，所以使用该系统的用户很少。（2）德国的EIB系统，此系统采用预埋总线及中央控制的方式实现控制功能。但是该工程要求繁琐，并且价格昂贵，导致无法打开国内市场。 （3）新加坡的8X系统，此系统采用预处理总线及集中控制方式来实现功能。其优点主要体现在产品的系统扩展性比较好，系统比较成熟。这个系统比较适合国内市场，并且已经被运用到国内市场。其缺点主要体现在三个方面：系统灵活性差、系统构架复杂和产品价格高，因此在国内市场还没有大量普及。1.2.2 国内发展状况我国的家居环境与国外并不相同，国外家居多以别墅式和独体式的房屋建筑为主，所以国外在家居领域的发展更倾向于信息网络的通信和家居多媒体的应用，而我国的居住环境多以社区式的楼房建筑为主，所以我国发展的中心主要是家庭安防系统，这就切实体现出本课题研究的意义所在。我国的智能家居的发展已经经历了12年，从2000年智能家居的概念才为人们所熟知，到2007年智能家居己经开始走入人们的生活当中，可以说是发展迅速。我国虽然起步较晚，但相对于欧美国家的技术差距仅仅滞后2-3年。中国的智能小区的发展特点是从沿海城市逐步走向内陆。目前，中国发展较为好的智能家居品牌有海尔U-home智能家居、上海典众智能、广州市安居宝、瑞朗智能家居系统、波创EHOME智能家居、福建冠林推出的AH8000数字家居系统和霍尼韦尔智能家居系统等。我国智能家居系统发展迅速，建设部要求，在2013年底需有以上的家庭拥有入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。与国外发达国家相比，我国家居智能安全系统产业仍处于起步阶段，加上中国人对家庭观念的重视，使我国的家居智能行业有着明显的中国特点：（1）市场潜力巨大。中国13亿人口，庞大的人口为家居智能产品的销售奠定了良好的基础。中国人对家庭特别重视，所以家居智能系统如果能够做好概念普及、产品推广，必将能获得巨大的回报。（2）目前处于起步阶段，软性制度不健全。家居智能产品作为一种新产品，在我国还处于起步阶段，还没有统一的国家标准、质量标准,相关部门对家居智能产品的控制，也仅仅是通过或借鉴家电、电子产品来进行行业管理。中国家居智能产品要健康长期发展，必须及时制定适合我国国情的家居智能产品的国家标准和行业规范，只有这样，才能更好的引导各类企业进行家居智能系统的开发，保护消费者的权益。（3）推广普及力度不够。家居智能系统的概念普及和宣传力度不大，普通老百姓很少有知道家居智能安全系统的，在普通大众心目中，家居智能系统可能就是个楼宇对讲机，而真正将家庭家电、安防等集成并实现远程控制，似乎已远远超出了普通老百姓的思想。因此要实现家居智能系统的发展，必须加大家居智能产品的宣传推广，通过视频广告、户外媒体、体验店等形式，真正让老百姓对家居智能产品有感性认识，这样才能更好的培育一个亿人口的消费市场。（4）做足、做好智能安全这一块。结合目前社会上人们普遍都陷入一场信任危机，并且在中国绝大部分的普通人们的基本生活水平不高，生活压力大等这些情况，大部分人们对智能安全的需求会远远比智能生活的需求高许多，因此家居智能安全系统应是现在的主流。1.3 设计意义及内容1.3.1 设计意义随着时代的发展，我们已经深深感受到科技的发展给我们带来的巨大便利，但是与此同时，我们也常常看到由科技产品带来的隐患，例如手机电池过热引燃的火灾，煤气泄露引发的爆炸等等，这些都比较明显让我们感受到了安全受到威胁，还有更为隐秘的隐患，如计算机犯罪，黑客可以通过远在千里之外盗窃你的隐私，对你的生活造成影响，如何部署一个安全的系统来预防这些隐患是人们迫切需求的，安防系统的存在意义就在此。安全系统利用计算机技术及各种传感器的参数传递，实现了监控家居的安全情况，由于安全系统的发展，其性能已经越来越完善，但是价格确还是不能实现平民化，很多家庭都负担不起或者不愿负担这个费用，要做到发展到了大部分家庭中，还需要投入很大的人力物力来进行研究，目前安全系统的发展发展必须集中在安全、可靠、低成本这几个方面。网络化的家居系统已经渐渐走入我们的生活,通过家居网络我们可以实现三表的网络化管理、家居内环境参数的远程监视、家用电器的远程监控、家居视频监控以及安全防盗网络系统等等。网络化的家居系统具有环保、安全、可靠、低成本、可扩展性强的特点,是未来家居发展的方向。本设计研究并设计了一种基于单片机的远程家居安全报警系统，系统以51单片机为信号处理核心，多传感器综合集成各种信号采集，信号处理后的结果触发警告。系统采用模块化设计，各个功能模块可根据用户要求进行自由组合，最大限度的满足不同用户的安全需求。本系统具备很高的稳定性，对误报率、漏报率和虚警率进行了综合优化，性能指标达到实际使用需求，能有效的实现家居安全报警。1.3.2 设计内容（1）结合传感器自动控制、GSM等技术，以主控服务器为中心，综合分析目前家居安全报警系统的优缺点，提出一套既满足用户需求成本又相对较低的解决方案。（2）设计各元器件的电源转换模块。（3）设计火灾情况监测模块，选择合适的温度传感器，使其与主控制器连接以传输数据，实现对室内温度的监测，如果达到一定的温度则会报警。（4）设计非法入侵监测模块，在门窗周围安放传感器，利用传感器探测是否有人入侵，当有人入侵时向用户发出警报。（5）设计有毒有害气体检测模块，选取适当的气体传感器，对室内的有毒有害气体进行检测，当气体含量超过一定标准时，自动向用户报警。（6）设计生活漏水检测模块，在厨房、卫生间以及暖气的管道下放置漏水传感器，当管道漏水滴到传感器上时发出警报。（7）设计远程通信报警模块，在用户离开家时，如果家里出现意外危险情况，能及时向用户发送信息，以便尽快处理。2 系统总体设计2.1 系统需求分析现如今人们的生活水平逐渐增高，对生活环境的要求也随之增高，能够使用方便、快捷的家用电器和设备就更加受到人们的青睐，家居安全报警系统已经在国内外高档的小区、住宅中使用。虽然这些智能家居现代化程度很高，但是普及率较低，因为其投资费用过于高昂，对于普通家庭并不经济实惠，所以普及率很低。智能家居安全报警系统之所以受人们的欢迎，是因为智能家居比传统家居更安全、更舒适。安全报警系统的目的是为用户在防盗、家庭用气、家庭用水等方面提供更加牢靠的保障。怎样可以既满足人们对家居安全性的要求又可以降低费用，成为本次研究的最初目的。2.1.1 系统目标及功能随着国际社会家居安全报警系统的发展，人们对家居安全监控的范围要求越来越广，使用要求越来越高，同时还要求实现远程报警等功能。另外，目前很多家庭需求的是不需要重复装修布线就可实现家居安全监控改造工程，这就要求安装便捷。所以在设备选型上要考虑到与室内设备的对接问题等。综上本系统需要实现的目标有以下几个：（1）火灾情况监测：现代生活中人们使用了大量的现代化器具，这些器具借助于电、燃气等能源为人们的生活带来了许多方便，不过在带来许多方便的同时也带来了许多安全引患，火灾也是人们生活中较常见的灾难性危害，这也是本系统需要检测的一个部分。（2）非法入侵监测：在现代生活中，有很多破坏是由犯罪分子进到室内造成的，那么非法入侵的检测也就显的尤为重要。（3）有毒有害气体检测：在现代的家居生活中有毒有害气体的检测是必不可少的一项，天燃气、液化气、城市煤气的泄漏会对人的生活财产造成不可估量的损失，所以这方面的检测是本系统的一部分。（4）生活漏水检测：水是生命之源，我们在生活中处处都要用到水，但是管道漏水也是生活中很常见的现象，为了避免这种现象的发生，本系统需要这方面的检测。（5）远程报警：在本系统的安防主机搜集到危险信号后，不仅要实现本地的声光报警，而且还要能够告知远在他处的用户，以便用户能够尽早做出反映，减小损失。（6）设置个性化终端界面，用户能简单操作，方便使用。 为了实现以上目标，远程家居安全报警系统应具备以下功能： （1）利用外接红外传感器、气体传感器、湿度传感器、温度传感器，监测家中是否有盗窃、漏气、漏水、火灾等意外情况发生。（2）通过GSM模块，对家中的一些意外情况以短信的形式及时发送给用户。（3）通过LCD模块、键盘模块、蜂鸣器报警模块等小模块，对整个系统进行设置和初始化等操作。 （4）将各个子系统接到主控中心，以实现利用主控中心的操作对设备的控制。2.1.2 性能需求远程家居安全报警系统是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。衡量安全报警系统的成功与否，并非仅仅取决于智能化系统中所含部件的多少、系统是否具有更加先进的科技程度或是更高的集成度，而是取决于系统整体的设计是否更加适应社会需求，系统是否能稳定运行，系统的使用、维护和和管理是否更加方便。用最小的投入，最简单实用的实现方式，更大的方便用户的生活，提高用户生活质量才是家居安全成功的关键。因此本安全报警系统有以下性能需求。（1）实用性家居安全的目标是为人们提供一个安全、舒适、方便的生活环境。所以家居安全应当以实用为最终目的，以实用性、易用性和人性化为目标，摒弃掉那些华而不实，只能充作摆设的功能。在设计安全报警系统时，整合最基本实用的部分功能：火灾情况监测、非法入侵监测、有毒有害气体检测、生活漏水检测等。在控制方式上，可以有很多种方式，如手机控制、平板控制、电脑控制，远程控制、定时控制等。在操作上要力求简单，如果过于复杂，就丧失了智能家居的设计宗旨，让用户产生排斥。所以在界面设计和控制上，力求简单大方。尽量做到一键控制。 （2）可靠性 家居安全报警系统一般情况下会长时间运转，这就对系统的可靠性、安全性以及容错能力提出了更高要求。为保证系统能长时间正常安全使用，并确保质量、性能良好，同时具有应付各种复杂环境变化的能力，应当对各个子系统、电源、系统备份等各个方面采取相应的容错措施。这就要求选用高稳定性，低功耗的电子设备。（3）方便性 现代家庭基本都已装修完毕，所以在设计及布线安装时，尽量考虑到不改动用户现有装修，只需增添设备就可以实现。系统在工程安装调试中的方便设计非常重要。（4）数据安全性 安全报警系统的远程报警功能需要连入外网，不可避免的会产生运行数据的安全问题。家庭很多数据与个人家庭的隐私形成前所未有的关联程度，如果数据保护不慎，会导致个人习惯等极其隐私的数据泄漏，所以数据安全直接关系到家庭安全。2.2 系统方案选择2.2.1 主控制器模块方案选择 FPGA作为新一代的可编程器件使得其应用较为灵活，功能从简单到复杂都可以实现，但是在该系统中，若使用FPGA则会提高系统的成本，同时由于增加的FPGA,也会给电路的维修工作带来不可必要的麻烦。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 2.2.2 火灾情况监测模块方案选择 火灾监测是家居安全的重点监测对象，无论是市面上的火灾报警器还是智能家居中的火灾监测多数是用远红外火焰传感器来实现，它主要用来探测家居中是否存在明火。这种传感器能够检测出波长在700-1000纳米之间的火焰，且工作的辐射角度为60度。另外，这种传感器不适合在家中有明火的地方使用，例如在厨房做饭时会出现误报的情况。由于上述远红外火焰传感器的局限性，本模块选用温度传感器DS18B20来作为火灾情况监测模块的感应部件，监测室内温度，如发现险情，及时向用户发送消息。2.2.3 非法入侵监测模块方案选择红外发射接收有两种方式，可以采用主动和被动方式。主动方式需要红外接收源和相应的接收、检测设备，红外线的发、收光路，或对准，或依靠反射方式进行。为了加大监控距离，要求发射功率较大，接收灵敏度较高。主动方式最大的缺点是把运动着的生物体和运动着的非生物体区分开来，只要将红外线束或红外光路遮挡，就会触发误报。如果有物体坠落遮挡，都会导致误报。被动式红外传感技术是利用红外敏感元件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，对被监控的对象实施监控。它能可靠地将运动着的生物体（人）和飘落的物体加以区别。同时，它还具有监控范围大、隐蔽性好、抗干扰能力强和误报率低等特点。2.2.4 有毒有害气体检测模块方案选择 虽说市场上检测有毒有害气体的传感器有很多种，但在家居中有毒有害气体事故一般指一氧化碳中毒、液化石油气中毒、天然气中毒、管道煤气中毒。一氧化碳中毒主要发生在冬天，在室内使用煤炉取暖，门窗紧闭。当排风不良时，就会导致吸入的一氧化碳过多而导致事故发生。后三种中毒情况主要是由于液化灶具泄漏或煤气管道泄漏等。结合这两种情况本模块选用气体传感器MQ-2，该传感器对一氧化碳、液化气、天然气、煤气都有较高的灵敏度。将MQ-2与集成电路连接形成模块后，当检测到上述气体达到一定浓度至使人中毒，就会发出警报。2.2.5 远程通信报警模块方案选择 智能家居安全系统常用的远程控制方案是基于因特网技术。因特网通过网线能够传输大量数据，结合我国因特网的迅速发展，据不完全统计，截止到2010年我国的网络用户已达到2.4亿，这样一来使用因特网来实现控制的成本将大大降低。但是也存在一个弊端，随着网络的逐渐普及，黑客开始不断出现，网络安全也成为安全系统的一大难题。 GSM移动通信技术比目前的3G、4G移动通信技术的应用更为广泛，更为稳定。通过GSM信息平台，可以将各类家居安全报警信息通过移动电话或短信息的形式发送至终端用户。另外，GSM技术能够不受网络的限制，实现无线、即时接收报警信息，而且接收终端只是一部普通手机，方便快捷，还能节约成本。 本系统进行远程通信的唯一目的就是远程报警，为实现这一目的最关键的就是实时通信，相对于以上两种方案，显然后者更具有可行性。GSM移动通信技术具有实时通信、成本较低、报警准确且备查等优点，因此本系统采用GSM移动通信技术作为远程通信报警模块的核心。2.3 系统总体设计本系统采用STC89C52单片机为主控制芯片，将火灾情况监测模块、非法入侵监测模块、有毒有害气体检测模块、生活漏水检测模块等模块组合在一起，有危险时利用GSM移动通信技术实现主机与用户的通信。STC89C52非法入侵监测模块远程通信报警模块生活漏水检测模块电源有毒有害气体检测模块火灾情况监测模块图2-1 系统总体框图3 硬件电路系统设计3.1 主控制器模块硬件电路设计本设计选择了STC89C52作为主控制器，主要用作报警信号采集，控制通信模块工作。STC89C52运行消耗功率低，运行速度快，带8K字节快闪EEPROM的低电压八位微处理器，并拥有ISP/IAP可编程器，无需外置编程器，使用便捷。它有512字节RAM，32个I/O端口，3个16位定时计数器，6个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式以及片内振荡器和时钟电路等。32个I/O口中，P1、P3可作为普通口使用，P0、P2通常作为外部数据总线使用，当作为一普通I/O口使用时，P0口必须外加上接电阻。该芯片具有高抗静电ESD保护、脉冲干扰影响低、宽电压、适用温度范围大等特点，因此STC89C52单片机在众多的众多嵌入式控制有着广泛的应用，它能让应用系统有了很高的可变动性，这时无论升级还是维护都有很大的便利。该单片机内含CMOS8位微控制器，8K字节可编程闪烁存储器Flash。STC89C52属于52系列单片机，兼容性好，并属于51 升级版，功能更加强大。它拥有40个功能引脚，有丰富的中断源、定时器和I/O接口，功能更加强大。另外它拥有看门狗定时器，内置MAX810复位电路，并且可以通过软件支持2种节电模式。在待机模式下，CPU 暂停只维持RAM、定时器/计数器、串口、中断持续工作。掉电保护模式下，保存RAM 的内容，单片机一切工作停止，持续到下一个中断或硬件复位为止。STC89C52是新一代51系列单片机，是一种高性能/低功耗/高稳定的单片机，指令代码和传统 8051 单片机完全兼容，有很好的兼容性，能很好带动本系统运行。图3-1 主控制器电路图3.2 火灾情况监测模块硬件电路设计火灾是家居安全中最大的隐患之一，针对这个问题，利用DS18B20数字温度传感器来检测当前室内温度。经过设定，如果当前温度超过50摄氏度，主控制器就会触动警报器报警，并发送短消息通知用户，告知温度读数。DS18B20内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围55125，在-10+85时精度为0.5，固有测温分辨率0.5摄氏度，工作电压为35V/DC。图3-2 温度传感器电路图3.3 非法入侵监测模块硬件电路设计热释电传感器是一种被动式红外探测器，它可以检出人体发出的红外线并将它转化为电信号。热释电传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成。在敏感元件两面做上电极，当人体在热释电传感器前运动时，人体发出的红外线会使敏感材料发生温度变化，由于敏感材料具有热释电效应，在其两个电极上就会产生微弱的电压。因为传感材料输出阻抗极高，在传感器中连接了一个场效应管进行阻抗变换，由于场效应管源极会输出一个0.4V1.0V的电压，这一电压信号就可以利用普通放大器进行处理了。为了保证热释电传感器对人体发出红外线具有最高敏感度，防止其它光线对热释电传感器的干扰，在传感器的进光口加了一个滤光片。让红外线通畅通过，其它光受到阻挡，红外源光片选取入射波长为7.5um14um，将人体辐射击红外光正好括在其中。热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。由于传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到；而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测。 HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778 探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。图3-3 红外传感器电路图3.4 有毒有害气体检测模块硬件电路设计家庭安全中另一方面：用火也是安全防护措施内重要部分，检测家庭烟雾浓度可以有效的对出现的明火进行预警，做到及时发现及时消除。本设计中选用的烟雾传感器是MQ-2烟雾传感器，它由半导体敏感材料构成，当它表面接触到烟雾时，电阻Rs随着气体浓度的变化而变化，MQ-2电路设计中，传感器探测环境中的烟雾浓度在正常范围时，传送高电平，当环境浓度过高，输出低电平，启动后端的蜂鸣器报警装置。MQ-2烟雾传感器参数如下：（1）工作电压：0.5V0.1V；（2）使用温度：-10-50；（3）使用的相对湿度：65%5%；探测不同气体浓度范围如表3-1所示：表3-1 MQ-2对不同气体探测范围表气体名称液化气丙烷丁烷氢气甲烷酒精探测浓度范围100ppm-10000ppm300ppm-5000ppm300ppm-5000ppm5000ppm-20000ppm100ppm-2000ppmMQ-2具有快速响应、驱动电路简单、寿命长、稳定性高的优点，并且对多种气体都具有高灵敏度，所以非常适用于家庭环境。在各气体种类及浓度下，传感器中半导体元件的阻值变化与电阻在纯净空气中阻值比值的一个变化趋势，随着气体浓度的升高，Rs/Rl的比值减小，反映出传感器对不同气体的敏感程度，图中不同颜色的曲线清晰的反应出了传感器对于不同气体的灵敏度性能。图3-4 传感器电路图3.5 生活漏水检测模块硬件电路设计 本设计选用了YL-83作为漏水检测的传感器芯片。漏水检测模块的电压为5V，有电源指示灯和输出信号LED指示灯。TTL电平输出，输出有效信号为低电平。驱动能力100MA左右，可直接驱动继电器，蜂鸣器，小风扇等等。灵敏度可通过电位器调节。没有水滴的时候LED点亮输出为高电平，水滴上去，输出低电平，LED亮。滴水板和控制板是分开的，方便将线引出。大面积的滴水板，更有利于检测到漏水。板子带有定位孔方便安装，控制板板子大小：3*1.6 MM，大面积雨滴检测板 5.4*4.0 MM。 当接通5V电源时，电源灯亮。感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，开关指示灯灭，滴上一滴水，DO输出为低电平，开关指示灯亮；刷掉上面的水滴，又恢复到输出高电平状态。AO模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的水量大小。DO TTL数字输出也可以连接单片机检测是否有漏水现象。图3-5 漏水传感器电路图3.6 远程通信报警模块硬件电路设计 TC35是Siemeils公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。 该模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。 TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。其原理图如图3-7所示：图3-6 GSM模块原理图3.7 系统硬件实物图图3-7 实物图4 软件程序系统设计4.1 软件程序系统设计注意事项 “软件”是系统控制的灵魂，灵活性很强，可以根据系统的要求和功能而变化。在硬件结构一定的情况下，单片机的智能性都是由软件实现。 在本系统中，软件结构采用模块化设计，各功能程序分别编写和调试。各模块调试成功后，再将所有模块连接起来，构成系统的软件。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于编程、调试、维护及协作。 系统软件是根据系统的控制功能而设计的，在本系统中，软件设计应注意以下几点： （1）软件结构按功能要求模块化，子程序化，便于调试，链接与修改。 （2）合理分配引脚，合理使用中断。 （3）程序存储区和数据区要合理规划，既要节约存储空间，又要使程序简单。 （4）编写程序注意规范化，适当作出注释，以便于交流。 （5）采用必要的软件抗干扰措施，提高系统运行的可靠性。4.2 系统主程序流程图单片机开始执行程序后，首先进行数据初始化，并进行模块初始化。然后进入各个模块的子程序，在收到返回值后进行声光报警，并给用户发送报警短信。开始单片机初始化模块初始化各检测模块子程序发出声光报警远程报警模块子程序图4-1 主程序流程图4.3 系统子程序流程图4.3.1 火灾情况监测模块子程序该模块用于检测室内温度是否过高，有发生火灾的可能。首先进行模块初始化，设置一个默认温度50，然后利用温度传感器检测温度是否超过设定值，如果超过，返回主程序；如果没有超过，重复检测。开始模块初始化YN检测温度是否超过预定值？返回设置报警温度图4-2 火灾监测子程序流程图4.3.2 非法入侵监测模块子程序该模块检测家中是否有小偷侵入。当红外传感器检测到附近有人时，将返回主程序；如果没有检测到附近有人，则继续重复检测。开始模块初始化YN是否检测到有人？返回图4-3 非法入侵监测子程序流程图4.3.3 有毒有害气体检测模块子程序首先开始模块初始化，检测是否有有毒气体泄漏，当检测到有毒气体时，模块会有LED灯亮起，并返回主程序。开始模块初始化YN发出光报警是否检测到有毒气体？返回图4-4 有毒气体检测子程序流程图4.3.4 生活漏水检测模块子程序该模块检测家中管道是否有漏水现象。在模块初始化完成后，传感器检测是否有水滴滴到测试板上，如果有，返回主程序，表示检测到漏水；如果没有，重复检测。开始模块初始化YN是否检测到漏水？返回图4-5 漏水检测子程序流程图4.3.5 远程通信报警模块子程序本模块软件部分主要功能是串口通讯部分，首先设置单片机的串行口，包括波特率、工作方式等，再根据手机模块的AT指令，根据其通讯协议，让单片机串口一直处于接收状态，执行给指定号码发送实时报警的指令。开始单片机串口初始化串口接收到“RING”？模块初始化关闭总中断Y发送短信YNN发送挂机命令“ATH”串口中断？延时开启总中断返回图4-6 远程通信子程序流程图5 系统总体调试5.1 测试方案（1）火灾情况监测模块测试：用一瓶热水，放在温度传感器的附近，当LCD1602 显示温度达到50（同时可在热水瓶旁边放温度计检测温度传感器所示的温度是否正确），警报器立即响应，并接收到报警短信。（2）非法入侵监测模块测试：将系统设定在布防（开关按下）的模式下，模拟有人经过，警报器立即响应，并接收到报警短信；将系统设置在撤防（开关断开）的模式下，系统没接受到传感器的触发，无系统报警和短信提示，系统工作正常。（3）有毒有害气体检测模块测试：打火机打火，按住