范宜標(biāo) 梁雄 張慶添 唐天賢 李嘉寧

摘要：本文闡述一種基于單片機(jī)STC89C52的控制，防火防盜時(shí)鐘的研究和設(shè)計(jì)。利用溫濕度傳感器、人體紅外熱釋電傳感器、MQ2煙霧傳感器等傳感器檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)智能控制技術(shù)以及GSM通信技術(shù)。該設(shè)計(jì)的時(shí)鐘具有防火、防盜及通過GSM模塊發(fā)送短信或打電話通知使用者功能，具有很高的安全性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；傳感器；防火；防盜；GSM通信；時(shí)鐘隨著電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能、功能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。[1]在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅到公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。隨著人們生活物質(zhì)不斷的豐富，家里或辦公室里較昂貴的東西越來越多，時(shí)常聽到失竊的消息。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)智能防火防盜自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)才能更好的滿足現(xiàn)代人的生活。

智能防火防盜自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理、報(bào)警于一體的系統(tǒng)。[2]隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，失竊率逐年上升，市場(chǎng)上迫切需要一種容量大、可靠性高、使用簡單的防火防盜自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。[3]基于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面的需求，本課題旨在開發(fā)一個(gè)既美觀的時(shí)鐘又能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警的智能防火防盜自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

1防火防盜時(shí)鐘的功能

防火防盜報(bào)警系統(tǒng)是嵌入在電子時(shí)鐘里面，防火系統(tǒng)由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器組成?；馂?zāi)探測(cè)器通過對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象——煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。防盜系統(tǒng)由人體紅外熱釋電探測(cè)器組成。該探測(cè)器通過對(duì)非法闖入人員進(jìn)行探測(cè)，將此時(shí)探測(cè)到的人員情況信號(hào)轉(zhuǎn)化成防盜電信號(hào)傳遞給報(bào)警控制系統(tǒng)。

自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將把上述探測(cè)到火情和人員非法闖入?yún)^(qū)的信號(hào)通過GSM通信發(fā)送到指定的人員或相關(guān)部門，發(fā)送的信息自帶有時(shí)間信息，便于接收者的核對(duì)檢查。整體電路的框圖如圖1-1所示。

本設(shè)計(jì)中MQ2煙霧傳感器、溫濕度傳感器作為火災(zāi)探測(cè)器；RE200B人體紅外熱釋電傳感器作為非法人員闖入檢測(cè)器即防盜檢測(cè)；時(shí)間通過LCD顯示屏顯示出來。

2硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 MQ-2煙霧傳感模塊

MQ-2氣敏傳感器內(nèi)部由AL2O3陶瓷管以及SnO2敏感層組成，測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件，可用于檢測(cè)多種可燃性氣體的相對(duì)濃度。電路原理如圖所示，通用運(yùn)放LM393起到信號(hào)放大與調(diào)理的作用，電位器用于調(diào)節(jié)數(shù)字輸出的條件閾值。

2.2 熱釋電紅外傳感器模塊

設(shè)計(jì)采用成品RE200B熱釋電人體感應(yīng)模塊，可感應(yīng)100度錐角范圍內(nèi)侵入的人體紅外信號(hào)并通過BIS0001專用信號(hào)處理芯片轉(zhuǎn)換為一定時(shí)間的延時(shí)信號(hào)，模塊中RL1和RL2兩個(gè)電位器用于調(diào)節(jié)感應(yīng)距離以及延時(shí)的時(shí)間長度。

2.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)核心模塊及其它模塊

單片機(jī)采用STC89C52，8K片內(nèi)FLASH程序空間，512B片內(nèi)RAM，32-34個(gè)IO口，由于與需要與GSM模塊進(jìn)行串口通訊晶振時(shí)鐘選定為11.0592MHz。[4]顯示模塊采用LCD12864液晶顯示萬年歷，具有顯示信息量大，字體清晰等特點(diǎn),與單片機(jī)采用6080并行接口連接。溫濕度傳感器采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，可測(cè)量20%-95%的相對(duì)濕度值以及0-50℃的溫度，采用專用的單總線數(shù)字接口與單片機(jī)連接。

2.4 GSM通信電路模塊應(yīng)用說明

采用GSM公眾無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，控制中心以短信息的形式把顯示信息發(fā)送到顯示終端的技術(shù)方案，則具有投資小，施工方便，工作可靠，運(yùn)行費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

在控制中心，微機(jī)編輯好短信息后通過手機(jī)這個(gè)載體發(fā)送出去。在顯示終端，單片機(jī)通過讀取手機(jī)的短信息把它顯示到LCD顯示屏上。項(xiàng)目的核心技術(shù)是單片機(jī)與手機(jī)的接口和PDU數(shù)據(jù)包中的漢字信息編碼。因?yàn)槎绦畔⒅械臐h字僅僅是一個(gè)編碼，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)將編碼變?yōu)闈h字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，必須配置漢字字庫。按GSM07.05協(xié)議規(guī)定，短信息中的漢字編碼為Unicode編碼。而單片機(jī)系統(tǒng)配置的字庫為GB-2312編碼的漢字庫，即區(qū)位碼漢字庫，該漢字庫在網(wǎng)上可免費(fèi)下載，固化到Flash存儲(chǔ)芯片中即可，這樣做一是省去了兩種編碼的相互轉(zhuǎn)換；二是保證了數(shù)據(jù)的保密性，非系統(tǒng)內(nèi)用戶無法接收，即使接收也無法顯示。

該項(xiàng)目研制成功投入使用后，因顯示終端只接收不發(fā)送，幾乎沒有運(yùn)行成本。發(fā)送端(控制中心)可采用月租方式，也能把運(yùn)行費(fèi)用降低到最低限度。

3軟件設(shè)計(jì)與程序流程

程序首先對(duì)各模塊進(jìn)行初始化，平時(shí)在12864液晶上顯示萬年歷時(shí)間，同時(shí)將傳感器傳回的值與設(shè)定的安全閾值相比較，假如溫濕度超過閾值則又單片機(jī)向GSM模塊傳送發(fā)送警告短信的指令，假如人體紅外傳感器檢測(cè)到有人侵入也觸發(fā)相同的動(dòng)作，MQ-2煙霧傳感器檢測(cè)到異常的煙霧濃度升高也同樣發(fā)送警告短信。軟件設(shè)計(jì)流程圖如下:

4總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)STC89C52的時(shí)鐘防盜防火自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)安全可靠，誤報(bào)率低，操作方便，成本較低。本設(shè)計(jì)拋棄了傳統(tǒng)的使用單一傳感器探測(cè)報(bào)警，采用了溫濕度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器和煙霧傳感器MQ-2相結(jié)合的多傳感器探測(cè)方法，使系統(tǒng)靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短，在火災(zāi)發(fā)生的早期就能準(zhǔn)確的報(bào)警。經(jīng)過測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

⑴通過人體紅外熱釋電傳感器對(duì)人體發(fā)出的紅外線進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)到人體發(fā)出的紅外線，將輸出一高電平信號(hào)，單片機(jī)通過檢測(cè)該信號(hào)并通過GSM模塊發(fā)送短信或電話通知屋主。

⑵通過MQ2煙霧傳感器檢測(cè)氣體是否發(fā)生泄漏或室內(nèi)是否失火。當(dāng)室內(nèi)發(fā)生氣體泄漏或失火時(shí)，MQ2可靈敏的檢測(cè)到，送于單片機(jī)處理，并通過GSM模塊的發(fā)送，即可通知屋主。

⑶各種檢測(cè)數(shù)據(jù)均可LCD屏上顯示。

本課題的防盜防火報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)是屬于智能住宅安防系統(tǒng)方面中的一個(gè)嘗試，離最后的實(shí)用化、產(chǎn)品化還有相當(dāng)?shù)木嚯x。[5]隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)發(fā)展，還將會(huì)得到更大的發(fā)展空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃鳳娟.單片機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010年第1期.

[2]王釗.智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究：（碩士學(xué)位論文）.西安理工大學(xué)，2009．

[3]孫涵芳.MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1996-4.

[4]楊欣，等。電子設(shè)計(jì)從零開始[M]。清華大學(xué)出版社，2005-10.

[5]Kirill Yelizarov v.home security System.Microchip Technology InC.1998:44-48.