基于51单片机的家庭防盗防火报警系统Word文档格式.docx

1、Security system;Alarm system;Network mode;SMS module;The early warning information 第 1章前言 1 第 2章系统方案设计 2 2.1系统总体设计思路 2 2.2系统方案设计 2 第 3章硬件电路设计 3 3.1电源电路设计 3 3.2红外探测信号输入电路 4 3.3时钟电路的设计 7 3.4复位电路的设计 7 3.5烟雾检测电路设计 8 3.5.1传感器选型 8 3.5.2LM393 简介 8 第 4章软件设计 10 4.1软件的程序实现 10 4.2主程序工作流程图 10 4.3中断服务程序工作流程图 12

2、4.4报警电路流程图 12 4.5信号采集电路流程图 13 第 5章 结论与展望 14 致谢 16 参考文献 17 第第 1 章前言章前言 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。在多种危险因素造成的灾害中，火

3、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，技术壁垒的突破

4、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

5、更加齐全，大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。第第 2 章系统方案设计章系统方案设计 2.1 系统总体设计思路系统总体设计思路 本文设计的家居安保报警系统的组成如图 2

6、-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。图 2-1 基于 GSM 短信模块的家庭防盗报警系统 本系统以红外热释电探测器和 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

7、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

8、。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：图 2-2 总体设计框图 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

9、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，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。第第 3 章硬件电路设计章硬件电路设计 3.1 电源电路设计电源电路设计 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

10、。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

11、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

12、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 UI A中进行高增益、低噪声放大（见 图 3-3）,此时由 UIA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

13、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引脚输出为低电平。各电路如图 3-2到图 3-5 所示。图 3-2 第一级放大电路图 图 3-2 中，R1 是源极电阻，其阻值可以根据实际情况进行调整；产生的微弱信 号由 S901

14、4 进行放大。S9014 是 NPN 型三极管，其 IC 静态工作电流达 100mA,放大 倍数最大可达 1000倍。R3给 S9014 提供静态基极电压。放大后的信号由 C2 耦合到 下一级。VDD 如图 3-5 所示，OUT3 的信号需要用三极管转换后才能成为入口电平信号进入单 片机。这是由于感应器接受到警报信息后产生的电压是 5 伏特的直流电压，因此这时 候就需要用三极管进行转换，转换后其变成低电平，就可以成为单片机能识别的低电 平信号。单片机接收到这一信号后状态发生改变，由原来的低功耗模式转变为工作模 式，整个电路开始工作。当环境中煤油预警信号时，整个系统输出的是高电平。J2 412

15、1.5K 2-1 一 CON2 9013 图 3-5 数字信号输入电路 3.3 时钟电路的设计时钟电路的设计 如图 3-6 所示，反向放大器的输入端和输出端分别是 XTAL1 和 XTAL2。这种放 大器可以使用石晶振荡或者陶瓷振荡，甚至可以配置片内振荡器。但是如果该反向放 大器采用外部时钟源驱动器件，那么输出端不需要接。因为一个机器周期含有 6个状态周期，而每个状态周期为 2个振荡周期，所以一 个机器周期共有 12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12MHZ,-个振荡周期为 U12us,故而一个机器周期为 luso 图 3-6 为时钟电路。30pF 1 口-12MHz：C02

16、30pF XTA11 89c51 XTAL2 图 3-6 时钟电路图 3.4 复位电路的设计复位电路的设计 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,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。例如使用晶振 频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2uso 本设计采用的是外部手动按 键复位电路。图 3-7 为复位电路。图 3-7 复位电路图 3.5 烟雾检测电路设计烟雾检测电路设计 3.5.1 传感器选型传感器选型 火灾发生时都会伴随着产生浓烟，因此一定要选择合适的传感器，本论文综合考 虑各因素后决定采用 QM3 传感器，这种

17、传感器很灵敏，即使烟雾的浓度很低，也能 迅速检测出来，并且可以迅速将这一信号的电信号传送给单片机。3.5.2LM393 简介 LM393 主要特点如下：（1）工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V,双电 源:1 18V；（2）消耗电流小，Icc=0.8mA；（3）输入失调电压小，VIO=2mV；（4）共模输入电压范围宽，Vic=0-Vcc-1.5V：（5）输出与 TTL,DTL,MOS,CMOS 等兼容；（6）输出可以用开路集电极连接“或”门；采用双列直插 8脚塑料封装（DIP8）和微形的双列 8脚塑料封装（SOP8）.LM393 引脚图及内部框图如图 3-8 所示：图

18、3-8 LM393 内部结构图 LM393 是高增益，宽频带器件，象大多数比较器一样,如果输出端到输入端有寄生 电容而产生耦合，则很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出 电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准 PC 板的设计对减小输入 一输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于 10K将减小反馈信号，而且增加甚 至很小的正反馈量（滞回 L010mV）能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引 起的振荡.除非利用滞后,否则直接插入 IC 并在引脚上加上电阻将引起输入一输出在 很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞 回

19、将不需要。比较器的所有没有用的引脚必须接地.LM393 偏置网络确立了其静态电流与电 源电压范围 2.030V无关。通常电源不需要加旁路电容，差分输入电压可以大于 Vcc并不损坏器件.保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。LM393 的输出部 分是集电极开路,发射极接地的 NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供或 OR ing 功能。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端 电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地 SPS 开路（当不用负载电阻没被运用）,输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的 B值所限制.当达到极限电流（16mA）时,输出晶体管将

20、退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约 60ohm 的丫 SAT限制。当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压（约 LOmV）允许输出箝 位在零电平。本论文分压设计是这样的，mq2 传感器在电压变化时其电阻值也会变化，利用这 一点就能达到分压的目的。LM393 利用 MQ2 传感器的电压做对比，利用一个可调节 电阻调节烟雾限定值。根据限定值就可以对烟雾的含量进行判断，看其是否处在安全 范围内。如图 3-9 所示：图 3-9 MQ2模块电路图 第第 4 章软件设计章软件设计 4.1 软件的程序实现软件的程序实现 整个报警系统主要由两部分构成，分别是硬件部分和软件部分。在上一章中

21、我们 对系统的硬件部分进行了选择设计，这一章紧接着对软件部分（主要是各自对应对子 程序模块）进行确定。软件部分主要也是由两部分构成，一部分是主程序，也就是监 控软件，它的主要功能是调节各个模块，使各个模块协同工作，主程序也是整个报警 系统最重要的部分。另一部分是子程序，也就是执行软件，他们负责具体的工作，比 如说计算通讯等功能。每一个子程序负责一部分具体的功能，这些子程序的开发原理 如下：短信报警子程序：报警功能主要是依靠短信报警的子程序来实现的，当子程序得 到报警信号后，相应的报警子程序启动，实现报警过程。它的报警原理是通过控制三 极管可以改变短信模块的工作状态，当有报警信号是可以给用户发送

22、报警短信，与此 同时给出电信号发光二极管也会跟着同时发光。申行口通信子程序：单片机和微机进行通信时:首先要设置串行口的波特率为 9600,1位停止位，无奇偶校验。串口通信程序可以采用查询和中断方式，由于单片机 发送子程序的查询和中断方式的资源占用是一样的，故发送采用查询，接收子程序采 用中断。4.2 主程序工作流程图主程序工作流程图 根据前面对硬件结构和工作原理的分析讨论，本论文最终设计出的系统主程序工 作流程图如下图 4-1 所示:图 4-1 主程序工作流程图 4.3 中断服务程序工作流程图中断服务程序工作流程图 主程序的工作过程是这样的：如果在系统检测范围内检测到有人的出没，热电传 感器就

23、会工作，产生信号输出给单片机，然后单片机就会对这一报警信息进行处理，然后通过短信模块将这一信息传递给报警电路，报警电路显示报警模式，报警模式持 续时间为 10s,之后停止报警。这就是一个工作过程，下一个工作过程类似，继续监 测信息，处理信息，预警。同时为了方便人的干预，认为的可以在任何时间停止报警,不必要等到 10s。整个工作流程图如下图 4-2 所示：图 4-2 中断服务程序工作流程图 4.4 报警电路流程图报警电路流程图 报警电路控制端由单片机的 P2.0 端来完成，高电平有效。当 P2.0 输出高电平时,NPN 三极管导通，驱动 GSM 模块发送防盗报警短信。短信报警电路流程图如下图 4

24、-3所示:图 4-3 报警电路图 4.5 信号采集电路流程图信号采集电路流程图 本论文要对阳台，窗户等五路报警信号进行采集并处理，因此本文对采集系统选 用的是热电红外传感器。图 4-4 为电路示意图。图 4-4 电路示意图 第第 5 章结论与展望章结论与展望 本论文根据 GSM 短信模块设计开发了一套家庭防盗报警器系统，这套系统的处 理器核心为 89c52单片机通过外接一种，通过外接一种新型的被动式红外探测器件一 一热电红外传感器来探测来自人体的红外辐射，因为它是非接触式的，所以使用非常 方便。探测器检测到红外信号以后，在探测器内部将其转变成电信号进行输出，这种 传感器还有一个优势就是能防止红

25、外线和可见光的干涉，稳定性很高。一般情况下传 感器输出的是低电平，一旦传感器在工作范围内探测到人体活动它就会自动输出高电 平，这一电信号迅速被单片机捕获，触发单片机的活动，单片机的内部程序会对信息 进行编辑处理，处理完成后输出指令，启动 GSM 短信模块，用户的终端就会收到预 警信息，这样就可以实现防盗报警功能。本论文设计的家庭防盗报警器系统安装简单,操作方便灵活，不存在操作难度，使用感觉很好，设备智能化水平很高，产品性能极 佳。如今人民防盗意识普遍增强，家庭防盗系统市场需求很大，相关技术也在进步，今后这一市场前景非常广阔。一个学期的毕业设计结束来，此刻感受颇多，经过这么长时间的学习，虽然经历 很多，但