基于单片机的智能家居安防系统.docx

1、基于单片机的智能家居安防系统基于单片机的智能家居安防系统安防系统作者姓名：XXX 专业班级：XXXXXXXX指导教师：易诗摘要 随着经济的进展，都市居民住宅小区的大量崛起和人们生活水平的不断提高，人们在家庭住宅的观念上逐步发生变化。人们不仅需要宽敞、豪华的住宅，同时也希有一个安全、放心的生活空间。安全,确实是有一个快速、有效、连动的防火、防盗、防爆的安防体系；同时要求家庭人员、社区治理中心及其有关单位部门都能及时获得相关信息并采取相应措施。这些都要求家庭不再是一个孤立场所，而是一个能与外界进行信息交流的单元。 自此，本文研究出一套基于51单片机的智能家居安防系统。本系统具有采集现场信息，并将信

2、息分析处理，结果通过短信的方式传递到预设的 号码上。本系统还能显示险情种类信息的功能，同时能够在现场对火灾进行铃声报警的功能。智能家居安防系统是以家庭住宅为平台，融合了运算机技术，网络通信技术和自动操纵等技术，将与家庭生活相关的各种应用子系统有机的结合在一起，为人们提供更加舒服、高效、便利、安全的现代居住环境。新的智能型家庭安防报警系统在感应端要紧通过磁红外、温度、煤气、玻璃破裂等探测器来感应专门的变化，当感应器感应到专门情形时，自动地把警情发送至相关部门和人员，以便得到及时的处理，减少人员伤亡和财产缺失。关键词：AT89C51；温度传感器；烟雾传感器；红外传感器；GPRS模块；智能安防 In

3、telligent security system design and implementation based on 51-MCUAbstract：With the development of economy, urban residential district of rise and the people living standard unceasing enhancement, people gradually changing ideas on family homes.People not only need spacious and luxurious houses, as

4、 well as mothballed a safe, rest assured of living space. Security, that is, there is a rapid, effective, the gearing of fire prevention, guard against theft, explosion-proof security system; Also asking family members, community management center and its related units can timely access to relevant

5、information and take corresponding measures. These require family is no longer an isolated place, but a unit capable of carrying out information exchange with the outside world.Since then, this paper studies a set of intelligent household security system based on 51 single chip microcomputer. This s

6、ystem has the collection site information, and analysis the information processing, the results by text message is passed on to the preset phone number. This system can also display danger species information function, and can carry on the ring at the scene of fire alarm function. Smart home securit

7、y system is a family home as a platform, combined with computer technology, network communication technology and automatic control technology, will and household life of all kinds of application subsystems organic unifies in together, provide people with more comfortable, efficient, convenient and s

8、afe environment of modern living. New intelligent home security alarm system in magnetic induction end mainly through infrared detector such as, temperature, gas, glass broken to induction abnormal changes, when the sensor sensing abnormalities, automatically send alert to relevant departments and p

9、ersonnel, in order to get timely treatment, reduce casualties and property losses.Key words: AT89C51. Temperature sensor; Smoke sensor; Infrared sensor; GPRS module;Intelligent security 第1章 绪论1.1选题依据及其意义随着我国国民经济和人民生活水平的不断提高，人们的家居生活条件不断得到改善。由于当今社会都市化进程不断加快，都市人口膨胀，外来人口的增加，都市里建成了大量现代化小区。另外，加上煤气和家用电器设备使

10、用中的不安全因素等，对居民的生命和财产安全构成了专门大的潜在威逼。通过分析，给居民生命和财产安全带来最大的威逼包括有两大方面，一方面是人为引起的破坏(如盗窃、抢劫、凶杀)，另一方面是自然灾难引起的破坏(如火灾)。因此，人们迫切需要一种对室内显现的各种紧急意外事件如发生入室盗窃、火灾等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理的住宅安防系统。传统的机械式防盗网、防盗窗家居防卫系统在实际使用中暴露了专门多隐患，除了操作繁琐之外，还没达到安全的成效。同时，随着社会信息化进程的逐步深入，专门是传感器技术和先进的电子通信技术的迅猛进展，家居生活的网络化与智能化将成为人们新的需求，智能家居系统也由此成为了目前

11、世界范畴内的热门的研究领域之一。智能家居安防系统是以家庭住宅为平台，融合了运算机技术，网络通信技术和自动操纵等技术，将与家庭生活相关的各种应用子系统有机的结合在一起，为人们提供更加舒服、高效、便利、安全的现代居住环境。新的智能型家庭安防报警系统在感应端要紧通过磁红外、温度、煤气、玻璃破裂等探测器来感应专门的变化，当感应器感应到专门情形时，自动地把警情发送至相关部门和人员，以便得到及时的处理，减少人员伤亡和财产缺失。因此，研究智能家居安防系统专门有必要。本课题旨在开发出能够准确检测是否有生疏人闯入居室、是否有发生火灾的入门级家居安防报警系统。该课题的研究，符合社会的需求，与同类的智能家居系统相比

12、具有使用简单方便、价格低廉、安装简单等优点，具有宽敞的市场前景，同时有利于更好的改善人们生活水平，保证家居人身和财产安全，是一项专门具有研究和开发意义的题目。文中设计基于51单片机为核心的新型智能家居安防系统， 使原先小区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。本系统能够对整个家居的安全环境进行实时监控， 监控的范畴包括室内防盗、火灾报警、煤气泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故发生， 该报警系统就会发出相应的报警信息， 用警报音向用户发出警报，同时向远方用户发送相应的短信。现代的单片机普遍具备通信接口，能够专门方便地与运算机进行数据通信，为在运算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物

13、质条件，现在的通信设备差不多上都实现了单片机智能操纵，从手机， 机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动 ，集群移动通信，无线电对讲机等。1.2国内外研究现状在现在互联网经济日益繁荣的时代，小区和家庭智能化的安防建设差不多受到越来越多的重视，国外专门多知名企业差不多能为用户提供带有安防报警系统的智能化的住宅解决方案，为众多小区和家庭用户提供全面的安全防护和信息服务，其自动化、智能化水平已相当的高。如西方发达国家，他们具有比较完善的火灾，闯入等预防，监测，报警，抢救及善后处理等体系。他们采纳有运算机通过网络将各个节点的数据信息采集，统一到中央运算机来进

14、行实时的分析处理，准确地发觉险情隐患点，同时判定出险情的类型，特点，以启动不同的应急预案。这些发达国家差不多将家居火灾报警等安防系统和公共监控系统连接在一起，及时准确的发觉险情，最大化的降低缺失，值得我们学习！在国外各大企业研发智能家居安防产品的同时，国内厂商也已开始智能家居安防产品的研发和生产，专门是一些大型IT企业利用自身在资金与技术方面的优势，在低端产品市场上占据了相当重要的地位。总体来说，由于国内智能安防报警系统起步较晚，相关于国外来说依旧有许多差距。但有些产品，比如家庭智能终端，中国的几个厂商的产品差不多做的专门好了，不但外观漂亮，而且功能齐全，与国外的品牌相比专门具有竞争力，比如海

15、尔和联想公司出的家庭智能终端。由于目前国家尚没有正式颁布相关的行业技术标准，厂家采纳各自不同的技术解决方案，这在某种程度上制约了我国家居安防行业的进展，在今后相当长一段时问内技术的整合趋势将形成统一的标准。另外国内建成的智能安防系统大部分采纳的是有线通信技术，系统设计、施工成本较高，基于无线通信技术的家居安防系统目前还处于起步时期，具有宽敞的进展前景。1.3本系统特点本设计研究的内容是以单片机为要紧操纵元件，利用热释电红外传感器实现对住宅生疏人的入侵检测，利用温度传感器实现对火灾的检测，利用液晶屏显示当前的安防信息。当显现警情时，通过单片机操纵报警电路完成警情的声光报警，并在显示屏上显示警情种

16、类，用户能够依照安置场所可能显现的警情种类，开启合适的报警器开关，以达到针对性的布防成效。本系统制作简单、成本低，功能齐全，安装方便，而且防盗性能比较稳固，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。它是能够广泛应用于小区住宅、酒店、仓库等领域的多功能安防报警系统。本系统还能够通过GPRS模块发送相应险情到指定手机号码上，具有专门强的实时性和可靠性。第2章 差不多原理2.1单片机技术及AT89c51系列的简介单片机是一种集成电路芯片，是采纳超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机储备器RAM、只读储备器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能可能还包括显示驱动电路、脉宽调

17、制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型运算机系统，在工业操纵领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，进展到现在的32位300M的高速单片机。单片微型运算机简称单片机，是典型的嵌入式微操纵器Microcontroller Unit，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微操纵器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个运算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，操纵器，储备器，输入输出设备构成，相当于一个微型的运算机最小系统，和运算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台运算机。它的体积小、质量轻、

18、价格廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解运算机原理与结构的最正确选择。它最早是被用在工业操纵领域。由于单片机在工业操纵领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片进展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使运算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的操纵设备当中。AT89C51是带4k字节闪耀可编程可擦除的低电压高性能CMOS8位微处理器。也确实是我们通常所说的单片机。它是ATMEL公司生产的一种高效微处理器，采纳了ATMEL高密度非易失储备制造技术，和MCS-51指令集兼容。同时ATMEL的AT89c51能够应用到专门多

19、的嵌入式系统中。要紧特性：寿命1000写/擦循环4k字节可编程闪耀储备器数据保留时刻10年128*8位内部RAM5个中断源可编程串行通道全静态工作：0HZ-24HZ三级程序储备器锁定32可编程I/O线两个16位定时器/计数器低功耗的闲置及掉电模式片内振荡器及时钟电路管脚原理图如图2-1所示 图2-1管脚说明VCC：接入电源。VSS:接地。P0口：P0口是8位漏极开路双向I/0口，每个脚能够吸取8TTL 门电流。它能够用于外部的程序数据储备器，为地址/数据分时复用口。P1口：p1口是内部差不多提供了上拉电阻的8位双向I/O口，它的缓冲器能同意4TTL门电流。P2口：p2口也是内部上拉电阻的8位准

20、双向I/O接口。同样其缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口在FLASH编程和校验时接收操纵信号和高八位地址信号。P3口：它是双功能口。能够作为一样的准双向I/O口。RST：复位输入口。ALE/PROG：在访问外部储备器是，ALE(承诺地址锁存信号)用于锁存显现在P0口的低8位地址。当不访问外部储备器是，ALE仍以振荡器频率的1/6周期性的输出正脉冲信号，可用作对外输出的时钟脉冲或定时目的。/PSEN:外部程序储备器的选通信号，低电平有效。当从外部程序储备器读取指令或常数时，每个机器周期/PSEN两次有效，而访问外部数据储备器是，/PSEN信号将不显现。/EA/Vpp:/EA位访问外部程序储备

21、器操纵信号。当/EA低电平常，不管片内是否有程序储备器，都只是访问外部程序储备器。而在高电平常访问片内程序储备器。XTAL1：方向放大器的输入和内部时钟电路的输入。XTAL2：片内振荡器的反相放大器的输出端。2.2 GPRS模块差不多原理通用分组无线服务技术General Packet Radio Service)的简称，它是GSM移动 用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的连续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包Packet式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位运算，并非使用其整个频道，理论上较为廉价。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。自

22、从首次实现文本信息传输以来，无线数据应用差不多历了飞跃式的增长，单是看看欧美知名厂商大肆宣传通用分组无线业务(GPRS)的劲头，看起来也能让人感到下一代移动数据应用时代的行今后临。将在99年底或是2000年初开启的通用分组无线业务GPRS，作为迈向第三代个人多媒体业务的重要里程碑，将使移动通信与数据网络合二为一，使IP业务得以引入宽敞的移动市场。尽管目前移动数据的使用相对较少，但在某些市场中，不同的用户群却正在快速进展，其推动力量要紧是在移动领域中采纳数据业务的商业市场。不论是爱立信、诺基亚依旧阿尔卡特，几乎所有宣传GPRS的厂商都以商业用户市场的快速成长来游说运营商。 GSM系统的分组移动数

23、据通信即GPRS是差不多分组无线业务，采纳分组交换的方式，数据速率最高可达164kbs、它能够给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，还能够提供收发Emai1、Internet例览等功能。2.3传感器原理2.3.1红外传感器红外技术是在最近几十年中进展起来的一门新兴技术。它差不多在科技国防和工农业生产等领域获得了广泛的应用。红外光传感器按其应用能够分为以下几个方面1 红外辐射计用于辐射和光谱辐射测量2搜索和跟踪系统用于搜索和跟踪红外目标确定其空间位置并对其运动进行跟踪3热成像系统能够产生整个目标红外辐射的分布图像如红外图像仪多光谱扫描仪等。4红外测距和通讯系5混合系统 是指以上各类系统中的两

24、个或多个的组合一红外辐射基础 红外辐射又称红外线它是一种不可见光由因此位于可见光中红色光以外的光线故称为红外线。它的波长在0.76um1000um红外线在电磁波谱中的位置如下图工程上又把红外线所占据的波段分为四部分即近红外 中红外远红外和极远红外红外光传感器按工作原理能够分为光量子型和热电型两大类其量子型能够直截了当把红外光能转换成电能如对红外线敏锐的光敏电阻和PN结型光生伏特效应器件它们能在低温下工作灵敏度高响应速度快但红外光的波长响应范畴窄能够用于遥感成像等方面。热电型吸取红外光后变成热能使材料的温度上升电化学特性改变人们利用那个现象制成了测量光辐射的器件。这类器件中应用最广泛的是红外光敏

25、热释电效应器件2.3.2烟雾气体传感器在探测器的电离室内放一放射源Am241，其不断地连续放射出粒子射线，以高速运动撞击空气中的氮、氧等分子，在粒子的轰击下引起电离，产生大量的带正负电荷的离子，从而使得原先不导电的空气具有导电性，当在电离室两端加上一定的电压后，使得空气中的正负离子向相反的电极移动，形成电离电流。具体电流的大小与电离室本身的几何形状、放射源活度、粒子能量、电极电压的大小及空气的密度、温度、湿度和气流速度等因素有关。当烟雾粒子进入电离室后，由于气熔胶吸附大量的正负离子，使其中和。烟雾越浓，导致离子复合几率加快，从而使空气中电离电流迅速下降，电离室阻抗增加，因此依照R值变化能够感受

26、到烟雾浓度的变化，从而实现对火灾的探测。传感器的感烟时当火灾场所发生的烟雾进入到监测电离室，位于电离室中的检测源镅241放射a射线，使电离室内的空气离成正负离子。当烟雾进入时，内外电离室因极性相反，所产生的离子电流保持相对稳固，处于平稳状态；火灾发生初期开释的气溶胶亚微粒子及可见烟雾大量进入检测电离室，吸附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，改变电离平稳状态而输出检测电信号，经后级电路处理识别后，发出报警，并向配套监控系统输出报警开关信号。 2.4本系统差不多框架本设计包括硬件设计和软件设计两个部分。硬件模块划分为红外传感器模块、烟雾传感器模块、单片机操纵模块、声报警模块、TFT显示模块、操纵

27、模块。 就此设计的几个模块来说，单片机是设计的中心模块，因此此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个时期。 从设计的要求来分析该设计需包含如下结构：电源、传感器电路、单片机操纵电路、铃音报警电路、复位电路、TFT显示组成。处理器采纳51系列单片机。整个系统是在系统软件操纵下工作的。设置在监测点上的各种数据采集模块将原始信息转化成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至单片机。在单片机

28、内，经软件查询、识别判决等环节实时发出报警状态操纵信号。驱动电路将操纵信号放大并驱动声光报警电路完成相应动作。当报警延迟5秒后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情排除后复位电路可使系统复位。第3章 系统设计3.1方案选择论证家庭安防报警系统一样包含几个部分，包括数据采集部分、数据处理部分、报警显示部分。数据采集部分具体可分为：红外入侵检测报警，火灾报警，煤气泄漏报警三大块。能够看出数据采集部分可供选择的只有传感器模块，数据处理部分和报警显示部分有多重选择。该部分系统设计方案有以下三种：方案一；利用ARM作为数据处理器，以GPRS模块发送短息为报警警示，以TFT显示屏作为显示警报。好无疑问

29、，ARM具备强大的运算能力，能够轻易胜任此数据处理工作。然而目前市场上ARM模块价格大大增加的本系统的成本。本方案有待商榷。方案三：以MSP430芯片为数据处理器，配合GPRS模块等进行作业。MSP拥有低功耗，片上资源丰富等优点。然而考虑到本系统需求，采纳MSP将白费大两资源。方案三：以MCU51作为数据处理中心。目前MCU技术差不多相当成熟，价格廉价，开发容易，后期爱护简单。就功能而言，MCU完全能够处理本系统数据。通过比较，方案三能满足我们的多样化需求，更加人性化，更加简单有效，故本设计选择方案三3.2系统硬件总体设计单片机是本设计的中心模块，因此此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机

30、应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个时期。 从设计的要求来分析该设计需包含如下结构：传感器ADC电路、单片机操纵模块、GPRS模块、TFT显示模块组成。它们之间的构成框图如图3-1所示：图3-1 系统设计框图处理器采纳58系列单片机。整个系统是在系统软件操纵下工作的。设置在监测点上的各种数据采集模块将原始信息转化成电信号，经ADC模拟转数字电路，将 TTL 电平至单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出报警状态操纵信号。驱动电路将操纵信号

31、放大并驱动声光报警电路和GPRS模块完成相应报警。当报警延迟5秒后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情排除后复位电路可使系统复位。3.3系统软件总体设计系统软件的设计要紧是通过单片机实时检测ADC输入电平变化。当单片机判定出警情时，单片机会处理并操纵声光报警电路、显示电路和GPRS模块完成报警动作。本系统软件部分流程大致为：第一初始化MCU，判定ADC信号是否正常，假如指标不正常，进行烟雾气体报警，指标正常那么返回初始化时期反复进行检测；同时进行红外传感器的检测，假如不正常，那么进行闯入报警，正常那么返回初始化时期，反复检测数据。在确认发生险情的情形下，发送相应的短信到指定的手机号码上，

32、并可与物管点电脑进行互动，达到防火灭火爱护人身财产安全的目的。本系统所涉及的软件部分的框图如图3-2所示：图3-2 主程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到ADC数据专门时，表示有人闯入监控区或发生了火灾险情，从而通过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警连续5秒钟后自动停止报警，然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式能够实现报警连续时刻未到5秒钟时，用手工按键复位停止声光报警的作用。第4章 系统的实现4.1 系统硬件平台介绍4.1.1 YT-16D实验箱 本系统以单片机实验箱YT-16D为硬件平台，该试验箱功能强大，携带方便，能实现多个功能。以下图4-1为试验箱具体功能构造图样。图4-1 YT-16D试验箱4.1.2 GPRD模块 系统采纳SIM300GPRS/GSM模块进行短信报警。SIM300是小体积即插即用模组中完善的三频/四频* GSM/GPRS解决方案。使用工业标准界面，