智能家居安防系统的设计与制作.docx

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智能家居安防系统的设计与制作

智能家居安防系统的设计与制作

[摘要]本设计主要以单片机AT89S51为智能控制中心，结合烟雾检测模块、火灾检测模块、人为非法入侵检测模块与声控报警模块，与其外围辅助电路，构成了一个集防盗、防火、防毒气等多种检测功能为一体的多功能防盗报警系统。

首先由各传感器检测烟雾、火灾与人为非法入侵信号，当检测到的信号超出自身的设定值时，将其转化为电信号并传送给单片机处理，再由单片机将电信号传送给蜂鸣器驱动其报警。

该系统具有轻便灵巧、电路简单易实现，所使用的各类元器件灵敏度较高的特点。

利用单片机编程，可使电路功能易于控制，从而实现了识别不同警情的具有智能报警的家居报警系统。

[关键词]AT89S51单片机;HC-SR501；DS18B20数字温度模块；智能报警：

热释电

DesignofIntelligentHomeFurnishingSecuritySystem

[Abstract]ThisdesignmainlywithAT89S51singlechipcomputerasthecontrolcenter,combinedwithsmokedetectionmodule,firedetectionmodule,humanintrusiondetectionmoduleandthevoicealarmmodule,anditsauxiliarycircuit,constitutesasetanti-theft,fire,gasandotherdetectionthemultifunctionalanti-theftalarmsystem.Firstofall,thesensorsdetectsmoke,fireandhumanintrusionsignal,whenthedetectedsignalexceedsthesetvalue,thesensorswilltransformitintoanelectricsignalandtransmitittotheMSCforprocessing,andthetransmitelectricalsignalswillbetransmittedtothealarmbuzzerfordriving.Thesystemisportableandflexible,thecircuitissimpleandeasytoimplement,usedbyvariouscomponentsofhighsensitivitycharacteristic.TheuseofMSCprogramming,canmakethefunctionofthecircuitiseasytocontrol,thusrealizingthepyroelectricsensortodetectillegalinvasion,gassensorfordetectionofgasandotherharmfulgases,temperaturesensorfordetectingthefire.

[Keywords]AT89S51;HC-SR501；DS18B20；MQ-2

引言

随着人类社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，主要表现在他们不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。

人们迫切需要一种智能的家庭安全防报警系统，能可靠地进行日常安全防工作，与时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。

家居安防系统的设计与实现，是一项专业性很强的实用技术。

人们普遍认为，所谓的智能家居安防系统，就是以安全防为主要目的，依靠和运用各种高科技设备与手段，系统、实时、全面、不间断地对人、设备与周边环境进行监督、控制的一系列设备的总和。

随着社会经济的发展进步，家居安防系统的应用普与越来越广，科技含量越来越高。

先进的安防系统集中体现了现代科学技术发展的最新研究成果，是现代高科技产品和技术的一个结晶和缩影。

当然，安家居防监系统的研发不能一味地追求高、精、尖，其最根本的立足点还是必须回归实用性，在保障适用性的前提下追求最低的成本与价格。

本文基于上述原因提出一种能够与防火、防盗、防有毒气体的智能家居安防系统。

具体来说，该系统以热释传感器检测非法入侵、气体传感器检测煤气等有害气体、温度传感器检测火灾等，结合各种报警电路装置，与其外围辅助电路，以单片机为智能控制中心，构成了一个集防盗、防火、防毒气等多种检测功能为一体的多功能防盗报警系统。

1.系统方案设计

1.1报警系统的组成与结构

本设计共由烟雾检测模块，火灾检测模块，人体检测模块，单片机程序控制部分，蜂鸣器报警部分等五部分组成。

具体结构框图如图1.1所示：

图1.1智能家居安防系统的结构框图

1.2模块方案选择

1.2.1控制模块

方案一:

采用SPCE061A单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，虽然易于扩展外围电路，但不方便位寻址，且没有总线。

开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。

但部开发函数不是很了然，且占用存太大，且模组比较贵，不经济，性价比比较高。

方法二：

采用现在比较通用的51系列单片机。

51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，虽然处理速度不是很快，但资料丰富，系列之52单片机，部集成8kflash空间，256BRAM区，足以实现设计程序，不需要外扩，而且其最小系统板已经设计好，不需要附加太多的外围电路，可以方便可靠的使用。

本设计需要网络控制，需要多块控制板，单价也要考虑在，51系列单片机造价低，不会耗费太大开销。

综合考虑我们选用方案二。

1.2.2电源模块

由于本系统传感器比较多，需要多电平供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。

方案一：

采用电池组供电。

3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。

锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。

但锂电池的价格过于昂贵，不满足低成本的要求，因此，我们放弃了这种方案。

方案二：

采用变压器组和电池组并举的方式。

从机检测部分采用市电变压供电：

主机接收部分采用电池组供电，即适合从机检测部分的家居应用，也适合主机接受部分的方便携带。

因此，我们选择了这种方案。

1.2.3烟雾检测模块

方案一：

选用光电烟雾传感器。

灵敏度高，可视围大，具有报警锁定功能，可靠性高。

但价格昂贵，不适合设计的低成本要求。

方案二：

选择气敏性烟雾传感器。

价格适中，可视围大，可靠性高，体积小，电源电压小，灵敏度虽有些差，但可以满足监控无人时有无烟雾的设计要求。

故本模块选用方案二。

1.2.4人体检测模块

方案一：

选用人体红外热释电传感器探头。

造价低，性能优良，电路制作裕度大。

但鉴于对其了解不够充分，若自己设计外围电路，性能可能不稳定，而且传输距离只有一米左右，距离较短，不符合题目要求。

方案二：

选用人体红外热释电传感器模块。

性能稳定，体积小，外型美观，尤其是装有菲涅尔透镜，使得检测围较宽，而且价格不高，三线引脚，输出距离可控，应用、编程简单方便。

故本模块选用方案二。

1.2.5声控报警模块

方案一：

声音发生体采用蜂鸣器，驱动只需要一只三极管，方便直接。

光电报警采用一个发光二极管。

功耗低且发光效果也很好。

方案二：

采用R110/120（10/20秒）语音录放模块，单片可分段录放模块，反复录放，零功耗永久保存信息，单5V供电，自动节电，接口简单，使用方便，但费用较高，所以放弃使用此方案。

综合之，我们采用方案一。

2系统各检测模块

2.1烟雾检测模块

在本设计中,利用气敏性烟雾传感器MQ-2与其外围电路控制烟雾超标的检测。

2.1.1MQ-2简介

MQ-2气体传感器是一款适合多种应用的低成本传感器。

它所使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡（SnO2）。

当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增大而增大。

现实应用中，可以使用简单的电路将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，也可以对天然气和其他可燃蒸气进行检测。

其结构和外形图分别如图2.1和图2.2所示：

由微型AL203瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体。

加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。

封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4只用于信号提取，2只用于提供加热电流。

图2.1气敏性烟雾传感器MQ-2的结构图

图2.2气敏性烟雾传感器MQ-2的外形图

以下是对于MQ-2物理性质的简要说明：

（a）尺寸：

长X宽X高为32mmX22mmX27mm；

（b）主要芯片：

LM393、ZYMQ-2气体传感器；

（c）工作电压：

直流5伏；

（d）特点：

（1）具有信号输出指示；

（2）双路信号输出（模拟量输出与TTL电平输出）；

（3）TTL输出有效信号为低电平；（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）

（4）模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高；

（5）对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；

（6）具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；

（7）快速的响应恢复特性。

MQ-2的部芯片结构如图2.3所示。

图2.3MQ-2的部芯片结构图

2.1.2LM339简介

LM339/E部包括有四个独立的电压比较器，在很宽的电源电压围适用于双电源工作模式，也适用于单电源工作模式.它的使用围包括方波发生器、时间延长器、脉冲发生器、多谐振荡器、高压数字逻辑门、A/D转换器和MOS时钟驱动器等。

LM339/E的封装形式为14引线双列塑封直插式其部结构图和外形图分别如图2.4和图2.5所示：

图2.4LM339部结构图

图2.5LM339外形图

2.1.3烟雾检测模块电路

烟雾检测模块电路图如图2.6所示：

图2.6烟雾检测模块电路图

图7中，烟雾传感器MQ-2相当于一个可变电阻，当空气中有烟雾时MQ-2的阻值会变小，导致其电压降低，从而K点电压升高；滑动变阻器Rv2的作用是调节烟雾浓度的基准值的；最初设定Q点电压大于K点电压，随着K点电压的降升高，最终当电压值超过预设Q点电压时，比较器LM339输出低电平信号给单片机的P1.2管脚，实现目标。

当K点电压未超过Q点电压时，比较器LM339会输出高电平，但在程序中设定单片机读取低电平信号有效，故这种情况无需担心。

2.2火灾检测模块

理论上说，火灾检测部分应包括烟雾以与温度两方面的检测。

由于上述介绍的烟雾传感器MQ-2可实现普通气体以与有毒气体的检测，故火灾检测的烟雾检测部分也可以利用上述检测模块，故在此部分仅介绍温度检测模块。

在本设计中，利用温度传感器DS18B20与其外围电路控制温度超标的检测。

2.2.1DS18B20简介

DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与纯铜的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。

可以分别在93.75ms和750ms完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线