基于单片机的防火防盗系统

随着信息、通信、电子、控制等各种技术的快速发展,人们的物质与精神需求越来越高,越来越多的人去追求更加健康、舒适、便捷的生活方式,每个人的贵重物品也越来越多，一旦遭遇了火灾、所以，样式轻巧、价格低廉的报警器就显得尤为重要。本文就以上的背景,以单片机为基础，利用GSM网络，设计一个集轻巧、灵敏等优点于一身的基于单片机的防火防盗远程报警系统,。文中详细给出了利用单片机构建的防火防盗报警系统的详细设计思路以及结构方案,深入分析研究了主控部分、通信网络部分、传感器系统、短信模块以及电路组成。本设计主要应用于家庭安单，使用更加简便，更有利于扩展系统功能，每个模块使用的硬件价格便宜，功能全面。改革开放以来，我国取得了巨大成就，各式各样的行业遍地开花，人们的生活越来越便利并且更加丰富多样。但是，工厂、店铺、家庭失火失窃案件比比皆是，个别案件更是损失惨重，由此引起了社会上的广泛关注。随着通信技术、集成电路、传感器等等各种高新技术的迅猛发展，利用单片机以及其他部件已经可以实现远程监控报警，单片机具有体积小、便于安装、性价比高等等的优点并且它的应用十分广泛，所以可以利用它来制作防火防盗报警器。但是现在市场上的家用报警器都有些许不足之处，所以我在现有的报警器上加入一些模块来弥补这些不足，构建一个新的防火防盗报警系统，从而提高它的可靠性，使其更为精确，反应更加迅速，同时大大提升了消防部门、安全部门、医疗部门以及个人的反应能力，并且可以实现远程监控、异地解警，大大提高了便捷性，这对于保障家庭安全，个人及公共财产安全具有重大意义。M通信技术是报警行业发展的基础，拥有更好的通信手段，相关部门才能更好更快地接收信息并的进步，报警方式也逐步地从电线、电报、电话线、GSM、互断加快，通讯的距离也不再有限制。如今每个人的私人贵重物品越来越多，而且随着教育水平的普遍提升，人们对于私人财产的保护意识也在不断加强，但是现在大部分民众使用的仍然是传统的防盗技术，例如防盗门、防盗窗等防护措施，如果有人非法闯入或者突发火灾，人们大概率不会及时发现。这种现状就对安防系统提出了越来越高的要求，所以各式各类的防盗措施就应运而生，其中智能防火防盗报警系统成为了越来越多人的选择。另外，国家对小区的安全建设的重视，小区安全防范系统建设也纳入许多小区建设的必备项目中，所以说智能安防是安防行业的发展趋势。本次设计就是针对现代家庭防火防盗需求而设计的基于单片机的防火防盗报警系统。1.3.1系统可实现功能模块、LCD1602显示屏组成。可实现功能有：(1)可检测环境温度、烟雾浓雾和人体信号并通过显示屏显示；(2)可通过按键设置报警值，当检测值超过报警值时进行报警；息可显示不同报警内容。1.3.2探测器可实现功能(1)把报警系统设置为布防状态后，红外传感器探测异常后向单片机发送信号，单片机处理后会驱动GSM模块向用户发送短信息使从而实现远程防盗报警功能。(2)系统进入布防状态后，当环境烟雾浓度或者温度任一条件高于用户设定值的时候，系统中信息，实现远程防火报警功能。MQ烟雾传感器，所以当环境中的天然气或液化气浓度高于设定送三种内容不同的短信。2.12.1系统总体设计方案前端传感器有：红外传感器、温度传感器、烟雾传感器；三种传感器分别独立探测环境，任一传感器探测到异常时就会发送报警信号至89C52单片机，然后控制GSM短信模块向用户发送特定内容的信息，并且警灯亮起，蜂鸣器报警，从而实现家庭用防火防盗报警系统的功能[11]。2.2系统方案设计本设计分为硬件、软件两大部分。硬件部分共有三大模块，分别为探测模块、控制模块、GSM短信报警模块。探测模块的电路结构有：红外传感器、烟雾传感器、温度传感器；控制模块的电路结构主要为单片机控制电路；短信报警模块电路结构为GSM短信模块。软件部分主要是利用C语编程的程序以及管理软件。它们之间的构成框图如图2.2所示：2系统方案设计2.2设计框图3主要芯片介绍3.1STC89C52单片机TT有两个控制因素：一个是机器周期的大小，一个是设置寄存器的初始值[1]。89C52共有4组8位I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，4组I/O口大致作用如下：RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位[6]。3.2热释电红外传感器HCSR型号的被动式红外传感器，其具有较高的灵敏度,不易损坏,精作原理是热释电效应,根据表面上电荷的变化产生电压或电流，经由放大器处理后送至单片机进行后续工作[2]。3.3GSM短信模块FLASHFLASHROMGSM基带处理器IP连接GSM射频部分天线接口G境上来说，GSM模块适合数据量比较小而采集间隔较大的环境，比如电表数据采集[5]。3.4MQ-2传感器简介MQ-2烟雾传感器所用材料是二氧化锡，具有响应快、实用性高等优点。其工作原理是：二氧化锡电导率较低，而可燃气体的电导率要大于二氧化锡，所以传感器的电导率大小与所处环境中可燃气体浓度大小成正比。再通过电路将电导率的变化转换为与之相对应的输出信号。其基本电路如3.5DS18B20温度传感器简介DS18B20是一种数字型温度传感器，其是由北美一家半导体公司研发的一款内部集成了感温元件、信号放大、信号整形、数据处理等电路的集成芯片。DS18B20传感器由于其测温精度高、响应快、体积小巧形如三极管，抗干扰性强适用于各种环境，再加上其节约硬件资源等优点，受到了广所示[17]。在实现温度采集时只需占用单片机的一个I/O口。从其外观上可分为两种形式，类似三极管的直插前已已经具备了完善的开发流程，建立了详细的使用者参考文档，同时具有官方的驱动代码。因此作为初学者，在使用DS18B20温度传感器时，也很容易上手。的测温器件进行测量，然后经过信号放大，将模拟信号处理成数字信号，并计算出温度值，最后将骤在温度传感器内部完成，因此单片机的控制方面变得很简单，只需与传感器建立连接，不断的从M域，在进行实时测温的过程中，此区域中的值会不断变化，单片机只需每隔一段时间就从此区域获取当前温度值，就可以达到实时温度检测的功能[4]。3.6LCD1602液晶显示屏介绍LCD1602显示屏受到了众多电子爱好者的青睐[10]。在日常生活中，每个地方都有液晶屏的存在。通过液晶显示屏，可以使人们更加直观的看到设据，人们也无法得知的设备的运行情况，随着科技发展，显示屏逐渐成为移动设备的主要输入设备，人们不仅可以通过显示屏看到画面，还可以通过液晶屏作为输入，作为设备的信号输入使用。显示屏起着越来，们看到系统的输出数据，同样采用了显示屏作为输出设备。件。由于数码管的显示方式是根据每一段LED灯的亮灭组合来表示数字，因此显示内容有限，每个数码管只能显示一个数字，当需要显示多个数字时需要是大量数码管，这样会导致电路非常复杂，注，尤其是LCD1602显示器的出现，其适合各种应用场合，各个领域的电子爱好者都在使用[17]。背景为白色，字体为黑色，其屏幕一般为绿黄色[3]。在本设计中采用的是白字屏幕为深蓝色的CD使能引脚，打开显示屏的使能端，使显示屏可以读写数据和命令，其次控制数据命令选择引脚，确定此次要发送的数据为命令还是数据，然后控制读写控制引脚，确定此次操作是显示屏向单片机输1VSS2VDD3VO液晶显示偏压信号4数据命令选择端56E7~14DAKLCD1602显示屏具有自己的显示字库，其显示的流程是，在需要显示一组字符串时，首先通过写命令确定首位字符的位置，也就是显示屏的行列坐标，其中行分为第一行和第二行，列的范围为1至16。确定完位置之后，开始调用字符串的第一个字符，单片机通过写数据将将第一个字符发送给显示屏，显示屏将字符与自己字库进行匹配，然后调用相应的字符字模在相应位置显示出来，一个字节显示完毕之后，显示屏会处于空闲状态，然后单片机向显示屏发送第二个字符，字符串的所4系统硬件设计4.1时钟电路设计L4.2复位电路设计单片机在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外4.3人体红外探测电路设计SQ电路放大(见图4.3)，再通过C2输入到运算放大器U1A中放大(见图4.4)，此时由U1A输出的UBV，三极管Q2导通，J2输出为低4.4烟雾检测电路设计当探测器周围环境中可燃气体浓度过高的时候，烟雾传感器会发送信号至单片机，然后单片机GSM发送短信告知用户并且触发声光报警。4.5液晶显示电路设计LCD件，其是一种常见的LCD液晶屏。在硬件连接方面，其采用8位并口通信与单片机连接，其中8位数据口D0-D7分别与单片机的引脚相连。，最后是液晶屏显示电源和背光的电源，分别与系统的正负极连接即可。液晶显示电路4.6温度检测电路设计DSB是数字型温度传感器，其采用单总线通讯与单片机数据传输，其体积小巧，共有3个口连接，同时为了增加数据口的的输出信号稳定性，经常在数据口D0引脚上增加一个10K电阻，端与VCC相连，起到上拉的作用。其它两个引脚为传感器的电源引脚，其采用5V的额定电压，与系统工作电压一致，因此只需将传感器的正负极接在系统VCC和GND上即可。温度检测4.7电源电路设计本系统中所有芯片均采用5V供电，因此可直接采用5V输入电压作为系统供电电源，电源电路相对简单，首先采用一个3.5MM的底座作为电源的输入接口，然后通过一个自锁开关控制电源的5.25.2中断服务子程序设计设计采用的是手工按键或者发短信的方式来结束报警[8]。下图5.2系统软件设计.1主程序设计序工作流程图如下图5.1所示5.3系统报警子程序设计NGSM程图如下图5.3所示5.4信号采集子程序设计5.5液晶显示子程序设计令的读写来完成字符的显示。在显示之前首先通过初始化将将显示屏的内部寄存器配置完毕，然后以一个字符的形式在显示屏上显示，当需要显示的是数字时，需要先将数据的每一位分开，然后在转化为相应的字符，组成一个显示字符串，才能正确的将数值在显示屏上展示。在显示字符串时首先要设置字符串的起始位置，然后依次显示每一位字符，直到所有字符显示完毕，液晶显示子程序LCD1602初始化设置为写命令否设置显示坐标显示相应的字符上一个字符是否显示完毕是显示一下个字符5.6温度检测子程序设计始测温，芯片集成的测温器件进行测量，然后经过信号放大，将模拟信号处理成数字信号，并计算整个测温过程，大多数步骤在温度传感器内部完成，因此单片机的控制方面变得很简单，只需器，只是作为数据的临时存放区域，在进行实时测温的过程中，此区域中的值会不断变化，单片机功能。开始开始DS18B20复位跳过ROM匹配命令输入读取温度指令读取温度值显示温度值5.7模数转换子程序设计在A/D转换开始时，首先要使能芯片，拉低ADC0832芯片的片选端，然后进入转换流程，首开始开始打开芯片片选，设D0为高阻态设置起始位设置双通道单极性输入D0取消高阻态，准备接受数据读取数据取消片选束系统仿真及调试软件仿真proteus器的电路进行软件仿真。结果如图6.1所示。DDCL00X1C2RV1RP1C3模拟人体温度布防指示灯BUZ布防R2设置U2加烟雾减RV2Q1C1硬件调试首先通过万用表测量一下系统正负极是否短路，再次观察下芯片有没有插反，防止正负极焊接短路或芯片插反，上电后烧坏系统的中的芯片。当没有短路芯片都连接正确之后，给系统上电。在第一次给系统上电时最好将板子正面朝下，防止电容接错造成电容爆炸，对人造成伤害。当电容没有问题之后，可以用手摸一下各个芯片，看是否有发热的现象。当芯片发热时应立刻关闭系统电源，防止造成永久伤害，然后检测芯片电源引脚是否接错。同时可以采用万用表对各个芯片的当系统上电后，电路运行正常，无芯片发热，显示屏正常点亮，说明硬件电路焊接已经完成。软件调试软件调试主要是解决在软件设计工程中出现的一些问题，在本设计中软件调试过程中出现的一(1)语法错误在本设计中主要出现了变量没有定义，变量重复定义等语法错误。通过对C语言的研究学习，和在百度上查阅资料，一点点解决，最终将所有将语法错误问题解决。(2)逻辑错误逻辑错误相对语法错误来讲，逻辑错误比较难发现，编译时编译器不提示，只有在进行软件运察其运行效果是否和预期想法一样。外部连接红外传感器、烟雾传感器和温度传感器，功能较为全面，样式轻便小巧不易被发现，成本低，性价比高，是针对家庭安全防护的一种较好的设施。系统采用的三种传感器都是采用的性价比GSMGSM入电话卡使用。加入了此模块后，该报警器的报警