基于51单片机的家庭防盗防火报警系统设计和实现电气工程专业

1、题目 基于51单片机的家庭防盗防火报警系统目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc14048 内 容 摘 要 PAGEREF _Toc14048 I HYPERLINK l _Toc28775 第1章 选题依据 PAGEREF _Toc28775 2 HYPERLINK l _Toc11826 1.1 前言 PAGEREF _Toc11826 2 HYPERLINK l _Toc25119 1.2 防盗报警系统在国内外的发展 PAGEREF _Toc25119 2 HYPERLINK l _Toc14619 1.3 防盗报警器的发展前景与趋势 PAGEREF _Toc

2、14619 3 HYPERLINK l _Toc27597 1.4 设计任务与要求 PAGEREF _Toc27597 3 HYPERLINK l _Toc15605 第2章 系统方案设计 PAGEREF _Toc15605 5 HYPERLINK l _Toc7477 2.1 系统总体设计思路 PAGEREF _Toc7477 5 HYPERLINK l _Toc4860 2.2 系统方案设计 PAGEREF _Toc4860 5 HYPERLINK l _Toc30980 2.3 传感器简介 PAGEREF _Toc30980 6 HYPERLINK l _Toc4097 2.3.1 热释

3、电红外传感器简介 PAGEREF _Toc4097 6 HYPERLINK l _Toc21048 2.3.2 热释电红外传感器电路图 PAGEREF _Toc21048 7 HYPERLINK l _Toc3769 2.3.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 PAGEREF _Toc3769 8 HYPERLINK l _Toc17848 2.4 MQ2烟雾传感器简介 PAGEREF _Toc17848 8 HYPERLINK l _Toc14692 2.5 51系列单片机的内部组成 PAGEREF _Toc14692 12 HYPERLINK l _Toc14801 2.4.1 ST

4、C89C52单片机的内部组成 PAGEREF _Toc14801 13 HYPERLINK l _Toc30187 2.4.2 STC89C52单片机引脚及功能 PAGEREF _Toc30187 14 HYPERLINK l _Toc23150 2.6 SIM900A短信模块简介 PAGEREF _Toc23150 15 HYPERLINK l _Toc12192 2.6.1 GSM模块接口设计 PAGEREF _Toc12192 18 HYPERLINK l _Toc74 第3章 硬件电路设计 PAGEREF _Toc74 20 HYPERLINK l _Toc21569 3.1 电源电路

5、设计 PAGEREF _Toc21569 20 HYPERLINK l _Toc8808 3.2 红外探测信号输入电路 PAGEREF _Toc8808 21 HYPERLINK l _Toc17917 3.3 时钟电路的设计 PAGEREF _Toc17917 24 HYPERLINK l _Toc11413 3.4 复位电路的设计 PAGEREF _Toc11413 24 HYPERLINK l _Toc21110 3.5 烟雾检测电路设计 PAGEREF _Toc21110 25 HYPERLINK l _Toc10952 3.5.1 传感器选型 PAGEREF _Toc10952 25

6、 HYPERLINK l _Toc32547 3.5.2 LM393简介 PAGEREF _Toc32547 25 HYPERLINK l _Toc30864 第4章 软件设计 PAGEREF _Toc30864 28 HYPERLINK l _Toc15744 4.1 软件的程序实现 PAGEREF _Toc15744 28 HYPERLINK l _Toc23800 4.2 主程序工作流程图 PAGEREF _Toc23800 28 HYPERLINK l _Toc28135 4.3 中断服务程序工作流程图 PAGEREF _Toc28135 30 HYPERLINK l _Toc3239

7、1 4.4 报警电路流程图 PAGEREF _Toc32391 31 HYPERLINK l _Toc3595 4.5 信号采集电路流程图 PAGEREF _Toc3595 32 HYPERLINK l _Toc14408 第5章 结论与展望 PAGEREF _Toc14408 34 HYPERLINK l _Toc6246 致 谢 PAGEREF _Toc6246 35 HYPERLINK l _Toc24570 参考文献 PAGEREF _Toc24570 36 HYPERLINK l _Toc1061 附录A 主要源程序代码 PAGEREF _Toc1061 37 HYPERLINK l

8、 _Toc20185 附录B 电路总体原理图 PAGEREF _Toc20185 43内 容 摘 要 近年来，我国经济社会的飞速发展促进了电子、网络和通信技术等领域的发展与进步，人们的生活水平得到了提升，并追求更加安全、便捷、舒适和环保的生活。当代科技水平的提高和快节奏的生活方式使得越来越多的家电设备和智能厨具出现在人们的家中，带来便捷的同时也带来了安全隐患。除此之外，社会转型期也为广大家庭带来了更多的不安全因素，原有的安保系统和防护措施已无法应对高风险带来的挑战。根据以上情况，本文建立了一个智能家居安防系统，该系统以短信模块为基础，应用单片机和各类传感器组合成一个综合系统。 本文对基于短信息

9、平台的家庭安防系统进行了设计，细化了其系统的组成方案，对主控模块、通信网络、热释电模块、烟雾检测模块、短信模块及接口电路进行了较深入的分析研究。本文所设计的家居安防系统不仅能满足安保家居的需要，并且具备简单的硬件结构，软件采用模块化的程序结构，易于实现程序功能的拓展，性价比较高，易于推广应用。本文基于短信息平台所设计的家庭安防系统，能够对家庭危险情况进行报警并远程通知和控制，实现了远程监测家中情况的基本功能，应用空间广阔。关键词：安防系统；报警系统；网络模式；短信模块；预警信息AbstractWith the rapid development of information technolog

10、y, electronics technology, control technology, communication technology the life quality such as healthy, security,comfortable, convenient become peoples urgent need. In addition with the improvement of peoples living standard and the accelerated rhythm of life as well as the large number of househo

11、ld appliances and kitchen facilities being used, the hidden problem of family security is increasing. At the same time the insecurity factor of family is come into being at the time of social transformation, and the traditional security system has been unable to adapt to the needs of modem society.

12、In this paper, we establish a family security system based on GSM network and short message platform, and use the STC89C52 single-chip microcomputer system, Wireless GSM SMS module and sensor technology. This paper presents the design and the system composition project of the family security system

13、based on short message platform, and makes an intensive study of the control module, communication networks, sensor module, SMS module and interface circuit. The system in this paper has some advantages, such as simple hardware structure and high cost-performance and so on. The Modularized program i

14、s convenient to expansion of the system. The test results indicated that the family security system based on short message platform realizes long distance alarm and control function, and achieves the goal of long distance monitoring and controlling towards family. It has good application prospects.K

15、eywords: Monitoring and controlling by long distance ; GSM; Short message第1章 选题依据1.1 前言我国社会经济的发展越来越快，科学技术的研究得到了前所未有的突破，经济和科技的进步为人们的生活带来了翻天覆地的变化。人们生活品质得到提升的同时，对家庭安全和个人财产的保护意识也随之加强，因此需要安保级别更高、效果更好的保护系统。本文设计的基于51单片机及GSM短信模块的家庭式电子防火防盗系统就是以保护现代家居安全、实现防火防盗为主要目的。在生活品质和科技进步的同时，各种安全隐患也在随之增加，且危险因素更甚以往。在多种危险因素

16、造成的灾害中，火灾是最常见、具有较大破坏力且很难得到控制的主要灾害之一。火灾是人们日常生活和工作生产中遭遇的破坏力较大的灾害，这种灾害在短时间内很难得到控制，并会以高速在过火空间蔓延，为人类的生产生活带来了巨大的损失。火灾的发生频率很高，日常工作生活中经常可见各种关于火灾的报道甚至亲眼目睹，火灾不仅会对财产带来危害，更会危及人民群众的生命。随着经济与科技的发展，导致火灾发生的隐患种类越来越多，因此火灾的预防工作和消防工作得到越来越多的重视。于是，火灾报警器在火灾的预防工作中就扮演了重要的角色。对火灾报警器的需求促进了该技术的研究和发展，智能火灾报警器系统自研发以来更新换代技术极快，技术壁垒的突

17、破不仅赋予报警器更好的性能，也进一步拓宽了报警器的应用空间，解决了很多传统火灾报警器无法处理的难题。火灾报警器在我国的发展经历了最初研究到应用推广，从传统系统到今天的智能报警，正以较快的速度向智能化迈进。科技的发展促进了单片机的应用与推广，目前单片机已在工业及农业生产中广泛使用。单片机的实质是微控制器（或微处理器），是一种器件级计算机系统。其具备体积小、功能强大、性价比低等诸多优点，被广泛应用于各种电子器件中。随着单片机的应用得到推广，对单片机的需求也更具多样性，因此开发出了更多类型的单片机。其中，用于检测居家环境并可实现报警的设备中就应用了单片机，单片机的应用使各类报警装置的功能更加齐全，大

18、幅度提高了报警器的可靠性，满足了用户对于报警设备的需求。火灾报警在我国经历了一个研发推广，并发展为智能化的过程，如今其智能化程度也在不断提高。火灾报警的智能化发展在当前经济社会发展所带来的诸多安全隐患形势下是必然的。人们对于火灾预警的重视使得火灾报警工作的难度大大提升，不仅要求报警系统具备实时检测、危险情况报警等基本功能，更要向着向着更高的灵敏性、可靠率、智能化的目标发展。因此，性能优越、功能强大且结构简单、稳定经济的智能报警系统是当前急需研发的重点。1.2 防盗报警系统在国内外的发展国外的报警系统在20世纪初已初步具备规模。当时的北美已经将报警装置安装在人潮涌动的街头，当发生危险情况时，行人

19、可触动报警装置以吸引警员及其他人的注意，从而获得救助；除此之外，报警装置也会将报警信息传递给邻近的警局，这样便将危险情况的信息传递到更远的地方以获得及时增援。后期，一家具备较先进通信技术的电报企业将通信技术融入到报警系统中，大幅度增加了报警信息的传递距离。但是，通过电报传播讯息的方式逐渐被后期衍生的电话所取代，这使得报警信息的传递更加快捷方便且可远程传递。随着电话在广大家庭中的普遍应用以及自动拨号技术的发展，更大程度的促进了报警技术的发展。通过国外报警技术的发展历程可以看出，网络技术和通信技术的发展是警报系统发展的基础，只有构建了完善的信息传递网络，才能实现信息的远距离传递与收集，收集上来的信

20、息会由相关机构整合分析，从而指导救援部门对危险情况进行处理。目前，国外发达国家的监控系统已逐步发展成熟，广泛应用于监控和防窃。通过对其系统的发展过程的分析可知，国外发达国家在开发智能安保系统上的发展模式具有诸多可学习、可借鉴的地方。就北美而言，当前最为成功的安保系统就是通过互联网进行监测并报警的系统模式。通过互联网报警的平台，整个北美洲的安防产业无论是纵向还是横向都被整合串联到一起，由之前各自发展、较为分散的多单元变为共享高新技术资源并被统一管理经营的集中产业。例如目前世界上规模最大的跨国安防公司：美国棋诺亚公司，也是由最基础的安防报警开始发展，但其业务能力较强，即使是最初级的研究实力也与目前

21、中国的许多公司相当。后期，该公司随着互联网的发展调整了产业发展方向，进军网络监测报警行业，并且建设全球首家网管机构。其应用强大的网管技术、系统集成技术和电子技术构建了领先全球的联网报警服务平台。其分公司遍布美国、英国、加拿大、香港、台湾等多个国家和地区。并且，其在北美一个洲的客户已多达数百万，早在03年，在联网报警产业中获得的收益就高达百亿美元，可以说棋诺亚公司的发展是极其成功的。1.3 防盗报警器的发展前景与趋势经济社会的发展促进了城市的建设和农村城镇化，使得各城市、乡村的人口流动逐渐频繁，更进一步复杂化了社会治安情况，于是加强当前社会中的安全防范与警报系统就显得尤为重要。原本城镇中的家庭防

22、卫大多采用单一的形式，如安装防盗窗、防盗门等，但随着盗窃者手段的不断更新，其起到的防御功能已经微乎其微，并且具有影响居住舒适度、增加安全隐患、年久失修导致脱落等一系列不安全因素。因此，具备强大防御和报警功能的安全防盗报警系统逐渐得到了广大用户的青睐和信任，并逐渐推广到各个城镇中的千家万户。除此之外，随着智能化小区的建设步伐逐渐加快，这种小区对于安保系统的要求也提出了更高的标准，国家也已出台相关措施对此种类型的小区安全等级作出了规范，安保系统的建设要符合相关规定与政策。因此，对住宅小区的安全保卫规范在小区建设之处就应该考虑到。1.4 设计任务与要求 (1)本设计从硬件结构与软件系统两个方面出发。

23、模块主要有电源电路、单片机、短信模块等子模块构成。(2)本文设计的报警系统由单片机控制电路、GSM短信模块、MQ2烟雾传感器、热释电红外传感器及相关的控制管理软件组成，终端设备主要进行信息的收集、处理以及数据的传送、功能的设定和将报警信息告知用户等功能。由中央处理器、通信模块、输入按键模块、输出报警模块等部分组成终端。(3)系统可实现功能如下：用户离开家之前，将报警系统设置为外出布防状态，数据收集终端即开始工作。用户离开后，当有可疑人员进入到探测区域后，热释电红外传感器将探测到异常信号，随后将异常红外线转换为电信号，电信号经过电路传输到单片机，再由单片机处理运算后驱动执行短信报警电路，通过GS

24、M模块向用户发送报警信息。与上述原理相同，当安装在家中的MQ2烟雾传感器检测到屋内有烟雾产生，并含量超出设定值后，就会将信号传递到单片机，单片机控制GSM模块发送报警讯息到绑定的手机上，同时开启蜂鸣器和LED灯报警。第2章 系统方案设计2.1 系统总体设计思路本文设计的家居安保报警系统的组成如图2-1所示：该安保系统以GSM短信息模块为基础，由红外热释电探测器、MQ2烟雾传感器组成数据采集转换系统，由单片机控制器完成数据采集向GSM模块的转换，最后将信息传递到用户终端。热释电模块手机短信显示报警短信GSM短信模块单片机控制器MQ2传感器 图2-1 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统本系统以红

25、外热释电探测器和MQ2烟雾传感器作为信号采集装置，收集房间中可疑人员身体发现的红外线及房间中的烟雾，随后将相关信号传递至89C52控制芯片，芯片接收到信号后控制触发GSM短信模块向住户发送报警信息，以此完成对房屋的安全保护及监测报警功能。本系统的工作路径为:通过热释电型红外传感器收集检测可疑人员身体辐射的红外线，当传感器收集到红外线信号后，会将此信号转换为电信号，电信号经过电路系统的层层筛选、放大及过滤传递到单片机，随后单片机触发相应模块开启报警，向用户绑定的终端传递报警讯息；防火灾的工作原理为：利用MQ2烟雾传感器检测房间中的烟雾，对检测到的烟雾进行比较判断，后将数据传递到单片机，由单片机比

26、较浓度，一旦房间中的烟雾浓度达到一定数值，单片机就会触发模块，将火警信息发送给已经绑定的用户的终端上，从而实现对家居火灾的报警。2.2 系统方案设计本文对安保报警系统的软件和硬件进行了设计。电路结构主要有电源电路，短信模块，烟雾传感器，单片机系统等。用户在自己的手机等移动终端上可以看到系统报警信息等。在本报警器的设计中，最核心的单元就是单片机模块，本系统也是在单片机系统的基础上进行工作和应用的。单片机应用系统的组成部分也分为软件和硬件两部分。硬件部分主要以输入/输出设备、单片机以及各种处理电路等为基本的组成部分。软件部分主要包含各种工作系统及程序。因此，要完成一种单片机的设计和研发，不仅要完善

27、总体概况，也要对硬件系统和软件系统加以设计。结合安保报警器的应用需求及设计要求，该安保报警器的总体设计框图如图2-2所示：复位电路信号处理电路热释电89C52单片机 用户终端（移动电话）GSM网络串口通信GSM短信模块MQ2时钟电路图2-2 总体设计框图HYPERLINK /xsj06/image/xsj063333_1.jpg t _blank 如图所示，安保报警器的中心模块使用了89C52型号的单片机。在软件和网络系统的控制下，一旦安装在房屋内的红外传感器收集到可疑人员身体发出的红外线，就会将红外线转换为微弱电流，微弱电流经过各电路的整合、过滤、放大后被传递到门限开关，此时开关被触发打开，

28、并将电流信号传递到89C52单片机内。数据传递到单片机后，由系统判断是否符合报警条件，如果传递的信号表明房屋有可疑人员进入，就会发出警报，并将报警信号发送至远程终端。发出报警信号后的一段时间，当终端意识到危险情况并采取求救措施后，可关闭警报以减少能源浪费。2.3 传感器简介2.3.1 热释电红外传感器简介热释电红外传感器是一种被动式的红外线检测收集器件，其工作过程是根据探测器检测覆盖范围内是否有异常红外线，这种器件不主动与环境产生能量交换，因此被定义为被动式装置。本设计中所应用的红外线传感器又被称为热释电红外探测器，这是由于此款被动式红外探测器主要依靠热释电效应进行工作。热释电效应是指当钦酸钡

29、、钦错酸铅P(zT)等强介电质材料的表面温度发生波动时，材料的表面会由于温度的波动发生电荷的变化，导致物质表面电荷平衡遭到破坏，从而使物质发生极化，这一过程就将温度信号转换为电信号。当可疑人员在被检测区域活动时，其身体向环境发射出的根据其运动状态而具有不同波长的红外线就会被热释电红外传感器检测到。红外线的温度触发传感器中的热释电效应，热释电效应反映了当前环境中的温度变化，通过温度变化比对出环境中的红外线分布与移动情况，这样就完成了对房屋内一个三维物质的探测和信号收集。由于被探测区一般都是家里的某个区域，因此在该区域会有一定数量的家居物品，此时热释电红外传感器应该合理识别这些物品不属于危险情况。

30、当判定周围环境处于安全范围后，如果有异常红外线出现在检测区域，会使得被探测区域的整体环境发生剧烈变化，此时被动式红热传感器被能量较高、变化较剧烈的红外线触发，将红外线转换为电流，电流信号经过一系列电路的整合与放大过滤，传递到单片机，经由单片机比较后发出报警讯息。由于人体发出的红外线波长在8-14m之内，这个波长同时也是热释电红外传感器的可探测波长，因此应用此款传感器进行防盗检测具有较好的效果。根据被动式热释电红外传感器性能灵敏、探测范围广且成本较低的优势，本文将其应用到安保监测报警系统中，而且在原有的报警基础上增加了遇险时发光警报和发声警报的功能。2.3.2 热释电红外传感器电路图上世纪80年

31、代，热释电红外线传感器(PIR)由于其功能实用性和性能灵敏稳定而逐渐发展普及。这种传感器的主要功能就是探测一定空间内是否存在可疑人员，这使得其广泛应用于防盗报警领域。近年来也被应用在一些家居电器上，比如干手机，当探测到人的双手靠近时，将检测到的红外信号转换为电信号，开启烘干装置。图2-3为热释电红外传感器的内部电路框图。图2-3 热释电红外传感器的内部电路框图2.3.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性人类身体的温度通常在一定范围内波动，因此人体发射的红外线波长在8-14m之内，这个波长同时也是热释电红外传感器的可探测波长，因此该传感器具有较为灵敏的探测人体功能。被动式热释电红外传感器主要

32、依靠其探头进行红外线的感应与收集，从而完成接下来的转换分析工作，因此传感器性能是否灵敏主要取决于探头，探头一般具有如下特点：根据传感器的应用需求和工作领域，探头的可收集红外波长必须在8-14m之间，尤其要对人体体温为37时发射的10m波长更加敏感。探头不仅会收集到人体红外信号，也会收集到其他物体的红外线，为了过滤其他非目标信号，探头上一般都会安装菲尼尔滤光片，以减少环境对探头工作的扰乱。探头中的传感器会将两个热释电元串联，使得两电元的极化方向相反，这种设置主要针对环境辐射对传感器的干扰作用，这种使电元串联的方式会令环境产生的辐射相互抵消，即使收集到了相关红外线，也不会报警。当可疑人员进入到被检

33、测区域，热释电元件通过探头接收到红外信号，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同因此不能相互抵消，便会发生报警。依据不同的使用需求，采用不同焦距的菲尼尔滤光片以改变探测范围，探测范围的扩大增加了监控的面积，加强了对房屋的检测与保护。2.4 MQ2烟雾传感器简介（1）传感器介绍在火灾等灾害的安防报警系统中，烟雾传感器发挥着烟雾测量与含量收集的重要作用。在检测到房间内出现烟雾后，传感器会对烟雾信号进行收集，随后对收集的烟雾进行分析，依据烟雾中气体分子的种类和烟雾浓度不同将烟雾信息转换为电流信号。电流信号传递到分析模块后，如若达到预警级别，系统就会自动发出警报并将报警讯息传递到用户终端，由此

34、完成对房屋火灾等灾害的监测报警。在整个防灾报警系统中，烟雾传感器起着绝对的核心作用，整个系统的工作和分析都取决于传感器所收集的信号。因此传感器灵敏与否，对烟雾等数据的收集是否准确，对烟雾的分析是否可信，就对整个系统的工作质量产生了决定性作用。烟雾传感器内部结构如图2-4所示。图2.4 烟雾传感器及其结构图作为对气体含量及浓度十分敏感的气电转换器，它能将空气中的烟雾气体讯息以其他形式转换并传递。烟雾传感器的主要功能就是将房屋内的烟雾以及疑似可燃气体的相关信息转换为不同的电流信号，电流信号经过电路系统的整合后被传递到单片机，通过单片机对电流信息中蕴含的烟雾浓度、含量进行分析，如若达到预警条件就控制

35、发生报警。被探测环境中的烟雾种类及浓度是烟雾型传感器进行灾害防范的主要依据，传感器依靠探头进行烟雾的探测和收集。当房间中发生险情时便会产生烟雾，烟雾接触到传感器的探测头后，就会导致探头内部发生变化，通过对探头内部变化的整理收集，就会对环境中的情况作出分析和应对。当前市场中流通的各种品牌的传感器，都能完成最基本的火灾预警功能，且普遍性能优越、价格适中。但除去优点，国内市场的产品都具有系统各自独立、各占山头的缺点，不同品牌的产品由于规格和系统不同无法实现相互替换，这就表明，当前的国内市场不可能形成互联协作的灾害预警网络。这对于智能家居安防系统的发展方向是巨大的阻碍因素。以传感器的材料组成为标准可将

36、烟雾传感器分为干式、湿式气体传感器，一下是对目前市场上应用较为普遍的传感器的简介： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 半导体烟雾传感器（半导体气敏传感器）半导体烟雾传感器的制作原料主要有单晶半导体器件和氧化物半导体陶瓷材料，这两种原料都赋予了传感器较高的灵敏度。当房屋中的烟雾接收到传感器探头时，传感器内的半导体会发生反应引起电阻值发生变化，电阻值的变化反应了烟雾中气体的含量等参数，通过传递电阻变化而传递环境信息的烟雾传感器即为电阻式；当房间内的烟雾接触到传感器探头后，导致传感器中的场效应管电压发生变化，且随着气体种类和含量产生不同程度的电压波动，根据电压的传输分析是否达到警报级别

37、。利用电压变化检测并预警灾害的半导体烟雾传感器即为非电阻式。半导体气敏传感器从研发到应用已经经历了50多年，简单的结构和较小的体积便于在多种系统中应用，而极高的灵敏性使得其在灾害预警领域发挥了较大的作用。维护方便、价格低廉的特性使得此款传感器在世界范围内得到了广泛的应用。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 接触燃烧式传感器 接触燃烧式传感器一般以金属铂或其他稀有金属涂层等作为检测元件，一旦发生火灾，空气中的可燃性物质接触到传感器后就会与检测元件表面的金属发生反应继而燃烧。在没有接触可燃物前，金属丝由于通电处于一定温度区间，如若与可燃物质发生燃烧反应，燃烧产生的热量会使得金属丝及周

38、边的温度上升，从而导致检测元件的电阻值升高，通过对电阻值升高的幅度进行分析即可得到空气中易燃物的浓度和种类，从而实现对火灾的报警。接触燃烧式传感器具有极高的工作敏感性，由于燃烧反应相对剧烈，因此当该传感器发生报警时就表明火灾程度不小。由于警报的工作原理是接触燃烧，因此此种传感器对于探测探头的消耗很大，对探头的维护也必须维持在一到两个月一次，这使得该报警系统的日常维护和维修成本较大。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 电化学传感器 电化学传感器核心部件主要有两部分，一部分是电解液，一部分是膜电极。电化学气敏传感器的电解质可以是固体或者凝胶，但用的最多的，技术最成熟的还是液体。这种传

39、感器不仅可以输出电流，还可以利用离子反应输出电动势。他的工作过程是这样的，传感器检测到烟雾浓度，然后利用这一信号把电解液分解成带电离子，然后转换成电信号输出。这种传感器的稳定性很好，传播速度也很快，而且性能很稳定，当然他有缺点，他的缺点就是寿命不长，一般不超过两年，因此它主要用于有毒气体的检测，在国际上应用广泛。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 高分子烟雾传感器 这两年高分子行业迅猛发展，高分子烟雾传感器就是应用高分子气敏元件制作而成，高分子烟雾传感器对某些特定烟雾很敏感，特定烟雾的各种物理性能，比如说电阻会引起传感器的反应，从而启动工作。这种传感器有很多优点，比如说，工艺很简

40、单，操作也比较方便，价格便宜，适应性强，应用范围广，性能稳定等等，因此广泛应用于有毒气体和食品保鲜方面。而且由于高分子气敏元件对某些特定的烟雾敏感，因此当其他传感器对某种烟雾失效时，高分子传感器可以有效的补充，。高分子烟雾传感器具有对特定烟雾分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它烟雾传感器的不足。 = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 离子感烟传感器火灾刚刚发生时其产生的烟雾中含有气溶胶，一般传感器很难检测到，离子感烟传感器却能够精确检测到气溶胶，性能十分稳定可靠。它的工作原理如下：镅241作为系统的放射源将空气电离成正负离子，相当于让空气导电。等环境安全时

41、，整个系统的电压是很稳定的，一旦发生危险，烟雾中的颗粒会扰乱这种稳定关系，空气中电流就会发生变化，从而作为报警信息的参考。 由于烟雾种类越来越多，传统的传感器对不同烟雾的种类适应程度不同，因此，半导体传感器应运而生。半导体传感器可以适应不同的烟雾，结构虽然很简单，但是灵敏度很高，体积很小，因此价格很便宜，性能稳定，不需要维护，使用也很方便，所以近年来半导体传感器得到广泛的应用。本文在综合考量之后，决定采用MQ-2半导体气体烟雾传感器。（2）MQ-2半导体烟雾传感器二氧化锡的清洁空气中拥有比较低的电导率，因此MQ-2半导体传感器便是以SnO2为主体的半导体气敏元件，所属类比为N型。传感器时刻检测

42、周围环境的气体成分，一旦发现空气中的烟雾浓度增加，传感器的电导率也就会相应增大，同时在传感器内部设置相应的电路，把这物理信号转变成相应的电信号。半导体传感器可以适应不同的烟雾，结构虽然很简单，但是灵敏度很高，体积很小，因此价格很便宜，性能稳定，不需要维护，使用也很方便，市场普及率非常高。二氧化锡半导体气敏元件的性能特点： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 和其他传感器相比，SnO2的稳定性很好，不论是物理性能还是化学性能都是如此，而且SnO2气敏元件同时还具有较长的寿命，较好的稳定性和耐腐蚀性能。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 因为SnO2气敏元件对气体检测的过

43、程是可逆转的，工作程序短，因此寿命很长，无须频繁更换。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT SnO2气敏元件制作成本很低，内部构造也比较简单，同时还具有很高的稳定性和很优秀的机械性能。MQ-2半导体气体烟雾传感器应用范围非常广泛，不仅能用于烟雾，还可以用于汽油，煤油，天然气等油气体，性能优越，适应范围光，灵敏度高。因此在家庭报警器中得到的广泛应用，也大大降低来人们的居住风险。适用于烟雾、天然气、煤气、氢气、烷类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气等的检测，对可燃性气体的（CH4、C4H10、H2等）的检测很理想。这种传感器在较宽的浓度范围内对烟雾气体有良好的灵敏度，能够检测多种可燃性气体，

44、十分适合应用在家庭的气体泄漏报警器中。是一款便携式气体检测器，非常适合多种应用的低成本传感器。Mq-2半导体气体烟雾传感器的详细技术指标见表3.2。表 MQ-2的技术指标加热电压（Vh） AC或DC 50.2V回路电压（Vc）负载电阴（Rl）清洁空气中电阻 （Ra）灵敏度（S=Ra/Rdg）响应时间(trec)恢复时间(trec)元件功耗检测范围使用寿命最大DC 24V2K2000 K4(在1000ppmC4H10中)10S30S0.7W5010000ppm2年2.5 51系列单片机的内部组成本论文采用的单片机是宏晶科技生产的STC89C52RC型单片机，这种单片机抗干扰能力强，功耗很低，而且

45、 速度很快，可以高速运行。更重要的是这种单片机兼容性很好，可以完美兼容传统的8051单片机，同时还可以选择采用6时钟/机器周期还是12时钟/机器周期。其主要特性如下：相比传统8051单片机，这是一款增强版，功能更加强大，而且指令代码完全兼容传统8051.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz用户应用程序空间为8K字节片上集成512字节RAM通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为

46、I/O口用时，需加上拉电阻。ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看门狗功能共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续

47、执行原程序空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备2.5.1 STC89C52单片机的内部组成可以看出，MCS51系列单片机89C52是由中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出（I/O）口电路、定时器/计数器等若干部件组成，再配置一定的外围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系统。2.5.2 STC89C52单片机引脚及功能共40条引脚，分为端口、控制、电源三类：(1) 端口线：4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。P0口（P0.0P0.

48、7）：多功能端口，用于传输数据、地址。P0口在传输数据信息时，输入带缓冲、输出带锁存，使用非常方便。P1口（P1.0P1.7）：单功能端口，用于数据输入/输出传输。P2口（P2.0P2.7）：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。P3口（P3.0P3.7）：多功能端口，用于传输控制信息或作为普通I/O端口。传输控制信息时：P3.0：RXD，串口输入P3.1：TXD，串口数出P3.2：INT0，外部中断0输入P3.3：INT1，外部中断1输入P3.4：T0，计数器0输入P3.5：T1，计数器1输入P3.6：WR，“写”控制信号线P3.7：RD，“读”控制信号线(2) 电源线：共2条，

49、VCC、VSS(GND)。(3) 控制线：共6条，传送控制信号。ALE：地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据/地址信息，ALE=0/1：数据/地址。EA：允许访问外程序存储器。EA=0/1：片外/片内存储器有效。PSEN：片外ROM选通。RST：芯片复位线。XTAL1、XTAL2：外接石英晶体输入线。图2-5为STC89C52单片机的引脚图：图2-4 STC89C52单片机引脚结构2.6 SIM900A短信模块简介 数据传输主要通过短信模块来实现。SIM900A是当前应用非常多的一款短信模块，传输效率高，功能齐全，成本较低，因此得到广泛的应用，本文拟采用这一短信模块。SIM900A是一个2

50、频的GSM/GPRS模块，工作的频段为： EGSM 900MHz和DCS 1800MHz。SIM900A支持GPRS multi-slot class 10/ class 8（可选）和 GPRS 编码格式 CS-1, CS-2, CS-3 and CS-4。模块和用户移动应用的物理接口为68个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口。其主串口和调试串口可以帮助用户轻松地进行开发应用。 SIM900A内嵌TCP/IP协议，扩展的TCP/IP AT命令让用户能够很容易使用TCP/IP协议，这些在用户做数据传输方面的应用时非常有用。模块的工作电压为3.44.5V。该模块有AT指令集接口，支持文

51、本和PDU模式的短消息等。常用工作模式有正常工作、掉电模式、最小功能模式等模式。全功能UART接口，天线连接器和天线焊盘。SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。通过AT命令控制（GSM07.07，07.05和增强AT命令）图2.5 SIM900A实物图SIM900A 功能图下图展示了SIM900A的功能框图，并说明了主要的功能部分： GSM基带、 存储器、 GSM射频 、天线接口 、其他接口 图2.6 SIM900A功能图SIM900A主要特性 特性说明供电

52、单电压：3.4V 4.5V频段SIM900A两频： EGSM 900和DCS 1800，M900A可以自动的搜寻两个频段。也可以通过AT命令来设置频段。 符合GSM Phase 2/2+ GSM 类型 小型移动台 发射功率 Class 4 (2W)：EGSM 900 Class 1 (1W)：DCS 1800 GPRS 连接特性 GPRS multi-slot class 10 （默认） GPRS multi-slot class 8 (可选) GPRS mobile station class B GPRS数据特性 GPRS 数据下行传输：最大 85.6 kbps 电路交换（CSD） GPR

53、S 数据上行传输：最大 42.8 kbps 编码格式：CS-1，CS-2，CS-3 和 CS-4 支持通常用于PPP连接的PAP（密码验证协议）协议 内嵌TCP/IP 协议 支持分组广播控制信道(PBCCH) CSD 传输速率：2.4，4.8，9.6，14.4 kbps 支持非结构化补充数据业务(USSD) 短消息（SMS） MT，MO，CB，Text 和 PDU 模式 短消息（SMS）存储设备：SIM 卡 SIM卡接口 支持SIM卡：1.8V，3V 天线接口 天线焊盘 串口和调试口 支持标准的8线制串行接口 传输速率支持从1.2kbps 到 115.2kbps 可以通过串口发送AT命令和数据

54、 支持RTS/CTS硬件流控，并且可以通过软件打开或者关闭流控功能 支持符合GSM 07.10协议的串口复用功能 支持从1200bps 到 115200bps 的自动波特率检查功能 调试口： 2线制串行接口 用于调试和软件升级 实时时钟（RTC） 支持 2.6.1 GSM模块接口设计SIM900A短信模块和单片机连接的方式一般以串口为主，这样单片机就可以控制短信模块。该模块的串口有很多种类，比如控制信号线，状态信号线，数据信号线等等。SIM900A的串口提供了多条控制线,包含数据信号线TXD和RXD，状态信号线RTS和CTS，控制信号线DTR，DCD，DSR和RI。RXD数据接收信号线用于接收

55、来自单片机的数据。 接22欧电阻后与单片机数据发送端口TXD1即P0.1相接。TXD数据发送信号线用于向单片机发送数据。接22欧电阻后与单片机RXD1即P0.0相接。RTS发送请求信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.5口相连。CTS发送清除信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.4口相连。RI振铃指示信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.7口相连。DSR数据设备准备信号线 ， 接22欧姆电阻后与单片机P1.2口相连。DCD数据载波检测信号线 ，接22欧姆电阻后与单片机P1.3口相连。DTR数据终端准备信号线 ，接P1.6接22欧姆和15K电阻后与单片机P1.6口相连。对SIM900A模块

56、通信的控制可以通过软件来实现，采用软件实现控制具有使用灵活等特点，也很好地避免了过多硬件信号的检测。在设计时SIM900A模块的电源管脚并连在一起，由于SIM900A是一个功能完全的模块，因此不需要做任何的信号处理与射频处理。另外SIM900A模块还需要连接SIM卡座，这样才能够实现一个完整独立的GSM终端。在进行串口设计时，虽然SIM900A模块串口管脚的工作电平是CMOS电平，单片机串口管脚的工作电平是TTL电平，但由于单片机的高电平和低电平的逻辑判断电平可以实现SIM900A的管脚进行连接，因此TC35模块的串口线直接与单片机的串口线进行连接。SIM900A模块的NETLIGHT管脚用来

57、指示GSM模块的工作状态，连接一个指示灯来指示工作状态。以下为SIM900A模块的接口设计。图2.7 SIM900A模块接口第3章 硬件电路设计3.1 电源电路设计电源电路在整个系统中有着至关重要的作用，是整个系统的能量来源，动力所在。本论文的电源采用直流稳压电源，其主要由三部分构成，分别是稳压，减压，滤波。由于中国国家电网的电压为220伏特，而且是交流电，因此需要电源将其转换成5伏特直流电输出到后续工作电路，因此电源的意义十分重大，整个系统正是基于电源才能运转起来，因此它的作用不言而喻。电源的组成部分如下：（1）降压变压器：也就是电源变压器，国家电网的电是220伏交流电，这个降压变压器可以将

58、交流电转变成电压较低的直流电，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）稳压电路：电源本身输出的电压并不稳定，需要稳压电路将其转变成稳定的直流电压，稳定的直流电压能保证工作电路的正常运转，不会产生波动，。本稳压电源同样也可以为TTL电路或单片机电路提供电源。（3）滤波电路：交流电正是通过滤波电路加以过滤才将交流成分过滤掉，最后输出稳定的直流电压的。本论文经过分析讨论拟采用三端稳压器，三端稳压器一般分为两类，一类输出固定电压，这种稳压器叫做固定输出三端稳压器。另一类叫做可调输出三端稳压器，它的输出电压是可以调节的。这两种稳压器的基本原理大体是一样的，他们都是串联型结构。三端稳压器在众多的线性集成

59、稳压器中应用最多，适用性最广，因为这种稳压器，价格便宜，成本较低，性能也很稳定，并且因为三端稳压器的端子数少，只有三个，所以说他没有什么外部部件，结构比较简单。LM7805三端稳压器目前来说应用最为广泛，它的应用范围很广，功能也比较强大，输出电压为五伏直流电。图3-1 直流稳压电源电路3.2 红外探测信号输入电路红外探测信号输入部分由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、数字信号输入电路组成。当工作中的红外线传感器J1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由J1的S端引脚输出微弱的电信号（110Hz）,经三极管Q1等组成第一级放大电路放大（见图3-2），再通过C2输入到运算放大器U1A中进行高

60、增益、低噪声放大（见图3-3），此时由U1A输出的信号已足够强。如图3-4所示，U1B是电压比较器，二级放大信号OUT2由运放芯片U1B中5脚输入，R6、R7、R9、D1组成基准电压电路，输入信号与反向输入端基准电压比较，一旦有盗贼闯入监控的范围内，热释红外线传感器监测到信号后，发出一个微弱的交变信号，经两级交流放大后，与基准电压进行比较，此时，经过放大的信号大于基准电压。通过U1B的比较，其输出电平为运放工作电压高电平5V，三极管Q2导通，J2输出为低电平；当OUT2端输入没有信号时，输出为0V，所以三极管Q2截止，J2引脚输出为高电平。调试时，在红外线传感器前人走动，调整R9，直到J2引脚