第1章智能家居監控預警系統的設計1.1研究意義現代建筑是大型的、高質量的、裝載了各種設備,并且有非常嚴格的消防安全要求。如今我們所處一個快速發展的社會,多種多樣的高層建筑、大中型商業建筑、大型企業紛紛出現,人們更加注重對火災警情的監控。為了提早發現和通知火災警情,消防事故的防范與降低,保障人身及財產的安全,以及保護現代化的大型建筑,現代工業建筑、酒店、圖書館、研究機構和商業部門對于火災的預警的需求是十分必要的。正確的設計,安裝和使用,直接關系到大樓的防火,而且與各種消防裝置的功能有著直接的聯系。因此該系統的設計是很有意義且必要的。該預警系統會通過溫度、光感裝置以及煙霧傳感器將熱量、光輻射等物質與熱量等轉化成電子訊號,從而預警起火。我們相關的自動報警系統起步比較晚，它從無到有，從簡單到復雜到現在的身十分智能化歷經了不少艱苦歲月。而如今，我國國內的大型報警系統的相關研發機構大都致力于開發適用于大型倉庫、高檔寫字樓、大型的商場購物中心以及酒店等,由于采用了區域中心式的警報控制模式,因而造成了系統的復雜性和成本。小型消防設備,例如住宅區、機房、辦公室等都需要簡單、便宜、實用的消防自動警報。火災不但威脅著人們的人身安全，也威脅著人們的生命和財產。從當代人類居住發展的發展趨勢可以看出，現代人居住方式多為小區小區，并逐漸向著高處發展，通常是一片小區內有數座甚至數十座樓，而現階段，市場上的家用電子報警機只能用于單個小區的發展，給小區的統一經營造成一定的困難，無法適應居家的安全防范。該項目是針對現代住宅消防安全的需求而開發的一個家用電氣消防及防盜系統。除了確保人們生命和財產安全,有些人的惡意入侵也讓人們對于自身的人身安全感受到了威脅。新時期的住宅多以花園型住宅為主，往高處發展，一般在一個居民區內建數幢或數十幢，但目前市場上的家用電子防盜報警器，它僅適用于單一居住小區，不利于對小區進行統一的經營和發展，因此有必要對家用電子防盜報警器進行改進和完善。這種設計既需要符合現代住宅防火防盜提示預警保障安全的的需要,也適用于家庭式電子火災和防盜系統的設計。1.2現狀及未來發展趨勢蒸汽機開創了人類歷史上工業方向的新篇章，而互聯網的出現無疑深刻地塑造了信息技術在人類文明史上的光明帶，電子信息技術、控制技術日臻完善，社會的信息化的進程在逐步的提高,使整個人類的生存、工作、學習以及與外界信息的交互變得更加緊密,信息社會進程在逐步徹底的改變著人類原有的社會生活習慣方式與生活工作的方法模式的同時,也逐漸給著人們賴以生存的傳統老式的住房結構造成巨大了沖擊。信息社會正在不斷地轉變著人類生活的方式習慣方式與生活工作方法。當你回頭環顧著四周,就會突然發現,現在的人類，再也不會把自己的家僅僅當做一個避難所了，人們希望擁有著一個非常舒適的居住空間，配置一個強大的通訊器，一個完善的數據傳輸系統。智能家電，集成化的資源，一體式的資源管理和網絡的購物方式。當今社會日益增長的需求大大刺激了家庭智能化的發展速度。“智能家居”這一理念是自1970年代起從美國流行，此后，歐洲、日本等國開始引進這一理念，并迅速發展起來。在我國，智能家庭這個觀念的普及比較遲，90年代后期，我國的家庭生活中也只有一個智能家庭。但是它的發展速度很快，現在已經有很多智慧和居住小區了。根據以上報警行業的發展來看,工業技術的大力發展大大刺激了警報行業的發展速度，同時也顯示了警報行業的快速發展所帶來的好處，精良的通信設備和優秀的通信手段,就可以把各地警情信息匯總到總局,然后由總局會根據總的警情信息去調配有限的警力來幫助有需要幫助的人。目前,在北美地區,從智能化安防系統的發展歷程可以看出，智能化安防系統已經進入了一個全新的高度，這也將全球的智能安防與防盜技術帶到了更高的領域。隨著現代電子通訊技術的迅速發展和社會經濟的急速提高，居民對住宅的安全性和質量的需求也日益增加，設計簡單實用、功能強大的智能住宅的防火防盜具有重要的現實意義。因此，新一代的智能安全警報系統就應運而生，它越來越受到重視和使用。此外，建筑部還根據智能社區的要求，制定了智能社區的具體標準，必須包括安全、數據管理、物業管理、網絡和其他系統。因此，建筑預防系統的安全常識正逐漸被納入許多社區建筑項目中。在超大規模集成電路、通訊技術、單片機技術以及安全性觀念不斷提高的今天，現在已經能夠使用其他外設和單片機配合使用來實現自動報警,并成為一種趨勢。它不僅僅占空間很小、安裝簡單、功能較為全面的優點,而且價格也很親民,這使它適合于廣泛的應用。第2章系統方案設計2.1設計原則針對目前的應用，智能家庭的整體設計需要具備高、高可靠性、高擴充性能的性能。所以，在智能住宅的設計中，有下列幾點需要：（1）可靠性和穩定性：系統的穩定性和可靠性是首先要考慮的方面。在初步設計、設備選型、研發、產品生產等方面，都應該把安全、可靠的體系作為重點。（2）維護可擴展性：系統總體結構合理靈活，也就是意味著，可以靈活地添加系統周邊的配置，方便擴充系統的大小，方便地與類似的相關的產品進行互聯。（3）實用、可持續發展：所選用的技術與產品應具有實用、先進、成熟、穩定等特點。技術和產物的公開原則和靈活，經濟有效的連接和更新體系。（4）經濟適用性：我們的產品在進行設計時要追求高的價格比。基于這些方面的要求考慮，本論文以GSMSMS為核心，設計了一套防盜警報系統。該系統可解決這些問題，亦可為住戶提供更及時的警報信息，方便用戶的消防保護。現在，通過最可靠、最先進的移動互聯網，可以把警報的消息直接呈現在你的手機屏上。2.2系統設計思路用戶本設計通過溫度檢測模塊、煙霧檢測組件、外人闖入組件等四個部分實時檢測當前環境，經過A/D轉換后送至單片機，并通過顯示模塊實時顯示當時環境狀況。當觸發報警模塊后，單片機通過無線通信將報警信息實時傳送至用戶手機。具體結構框圖如REF_Ref102683400\h圖21所示：用戶主機外人闖入檢測溫度檢測主機外人闖入檢測溫度檢測火災、煤氣檢測火災、煤氣檢測圖2SEQ圖\*ARABIC\s11系統結構圖2.3系統總體方案設計本項目中既有硬件設計也有軟件的參與。主要包括數據采集模塊、GSM短消息模塊、單片機控制模塊和報警模塊。電路主要包括：MCU控制電路，傳感器，GSM短信息和控制系統。實現了數據的傳送、數據的收集、處理、短消息的報文等功能。根據設計需求，本系統包含了52單片機最小系統,LCD1602顯示器、煙探測、聲音、無線通信、溫度探測等，外人闖入檢測電路等；它們之間的構成圖如REF_Ref102683414\h圖22設計框圖所示：復位復位電路磁控開關信號磁控開關信號處理電路89C52單片機89C52單片機用戶終端（移動電話）串口用戶終端（移動電話）串口GSMGSM煙霧傳感煙霧傳感器時鐘時鐘電路圖2SEQ圖\*ARABIC\s12設計框圖該系統的核心部件是AT89C52系列。整個系統由系統的軟硬件組成。安裝于檢測器上的磁控制開關使該線路導通，并通過放大器及對比器將其送入閾值，并開啟閾值閥，輸出TTL電位到52微處理器。通過軟件查詢、識別判定等各個部分，在微處理器中實現對入侵的預警進行實時的控制。該驅動電路放大該控制訊號，并使GSM組件通知事先設定好的使用者,進而完成相關告警控制功能。當告警延長10s一段時間后自行取消,也可人工方式手動取消告警訊號,當警情取消后恢復電路使控制系統恢復正常。

第3章主要芯片介紹3.1主控芯片模板采用51微處理器構成的AT89CXX系列、AT89SXX系列、STC89C52（20針）、STC等系列的微處理器均能完成。由于SCT89C52是目前校園中較為普及的一種單處理器，由于SCT89C52價格低廉，易于購置，因此采用SCT89C52。STC89C52單片芯片內置256字節程序運行空間，8KFlash內存，最大64K的內存擴充。時鐘頻率可以設定為0-33M，這取決于操作速率和功率消耗的需要。芯片內置四個輸入、輸出接口、3個定時器、8個中斷、軟件設定為低功耗、自動監控、關閉等功能。4至5.5

V的工作電壓。。隨著半導體技術的發展，這種微控制器的功率消耗也在持續下降。同時，它還能通過電腦并行的方式進行下載線，通過一個簡易的數碼晶片即可實現。此款單片機可針對各種應用場合的需求，采用了兩排DIP-40型直接插入式DIP-40，并簡要介紹了在計時切換系統中所采用的引線。圖3SEQ圖\*ARABIC\s11單片機引腳圖MCU系列4K位，可編程Flash內存，具有1000次的擦寫循環，全部是靜態操作：0HZ~33HZ,三級密碼存儲，32個可編程的輸入/輸出接口、3個16位定時/計數、8個中斷源，采用全雙工

UART串口低功耗和斷電方式、斷電后可喚醒的守門狗定時、雙重數據指針、電源故障識別。3.2單片機最小系統MCU最小化是由最少量元件構成的微處理器能夠工作的一種。針對STC89C52微型計算機，采用MCU、晶振、重置等技術構成。在圖32中可以看到：圖3SEQ圖\*ARABIC\s12單片機最小系統當單片機系統運行的時候，也會有因為程序跑飛而死機的情況出現，這時就需要有像電腦重啟一樣讓單片機系統重新運行，所以單片機才有了自己的啟動組件也就是重置電路。當單片機系統運行時，程序某些原因而跑飛時，按復位鍵，內部程序將從一開始重新運行。3.3溫度傳感器DS18B20簡介DS18B20型數碼溫度表能夠提供9-12個攝氏度的溫度，并具有一種可編程的警報，該警報的作用是通過高、低兩級來實現的，不會因為電力供應的斷開而發生變化。DS18B20采用單一的數據傳輸和接收，所以只需要一條線路就可以將數據傳輸到DS18B20的中心。其溫度測量范圍為-55--125攝氏度，-10-85攝氏度，準確度可達-5攝氏度。而且DS18B20還可以通過一條線路來提供電力，不需要任何外力。其電路圖如REF_Ref102683448\h圖33所示，引腳說明如REF_Ref102683462\h表31所示。圖3SEQ圖\*ARABIC\s13DS18B20電路圖表3SEQ表格\*ARABIC\s11引腳說明符號管腳作用GND1接地DQ2數據輸入/輸出引腳VDD3可選的VDD引腳3.4MQ-2傳感器簡介MQ-2型氣敏元件對二氧化錫（SNO2）非常靈敏，而在潔凈的大氣中則具有很小的導電性能。在有易燃性氣體的情況下，隨著空氣中的可燃性氣體含量的增加，傳感器的導電性能也相應地提高。通過一個簡易的電路，可以把電導率的改變轉換成相應于氣體的輸出。MQ-2型感應器對液化氣、丙烷、氫等氣體敏感，是一種理想的氣體探測儀器。它具有多種易燃性氣體探測功能，具有較高的性價比，適合多種用途。該密封靈敏部件包括6根引腳，4根引線，2根引線供電。該傳感器具有測量各種易燃氣體的能力，是一款適用于各種用途的廉價感測器。該氣體傳感器采用6根針，4根為信號提取，2根為發熱電流。基本電路如REF_Ref102683478\h圖34MQ-2電路圖所示,引腳說明如REF_Ref102683498\h表32所示;圖3SEQ圖\*ARABIC\s14MQ-2電路圖表3SEQ表格\*ARABIC\s12引腳說明引腳符號說明1VCC電源正極2GND電源地3D0數字輸出端口，當發現煙霧時，輸出高電平的信號4A0模擬器的輸出端，輸出模擬的電壓，較小的電壓，較高的煙氣密度3.5磁控開關簡介常見的磁控開關，又稱干彈簧。該系統包括兩個部件：一塊是磁體，一塊是磁性的觸點。觸手靠近磁體時，觸手內側的金屬片會驅動觸點關閉。反之，一旦脫離，觸點就會立刻斷裂。干單簧管又名干舌簧，是一種結構簡單，體積小的被動式電子開關，它的外罩一般都是由玻璃鋼制成，由金屬和一種叫做銠的惰性氣體組成。一般情況下，用兩種特別材質的玻璃管將彼此分開。在靠近玻璃管的時候，由于磁力線的磁化和互相吸進管子里的兩個彈性板將會在同一時間把線路打開。當外部磁性消失時，由于彈簧的作用，兩根鋼舌分離，電線被截斷。因而，在磁性信號的控制下，黑管可以充當傳感器，進行計數、約束等功能。在不同的通訊方式中，也有大量的應用。事實上，兩個金屬片之間的連結一般都是用永久磁鐵來進行，因此我們把它叫做"磁控管"。尤其是在運用上，更是非常的容易。例如：把二半的磁力控制電閘，分別裝在門、窗的開口處，關閉時，把它關閉，否則關閉。這樣就能監視窗戶和窗戶了。在有必要監控的門窗位置，將干簧管裝上，最合適的安裝間距是5毫米，在進行安裝時應注意避免劇烈撞擊，以免造成舌簧損壞，一般的磁力控制開關不宜用于金屬門窗，因為鋼材和金屬的窗戶會削弱其磁力，從而降低其使用年限。當需要時，應使用特殊的磁控開關。3.6GSM短信模塊簡介GSM技術已相當完善，涵蓋的領域也很廣泛。短信是GSM中最基礎的一項業務，它已經被越來越多的運營商和軟件開發者所關注。在GSM技術中，通過將數據終端與數據線路的末端裝置相結合，完成了SMS短消息的發送與接收。Siemens的TC35i模塊是由天線接口、電源組件、GSM基帶處理組件、GSM射頻組件ZIF連接器、閃存等組成的。它是TC35的核心，它的工作是GSM系統中的語音信號和數據信號，它包括了整個系統的仿真和數字化。無需附加的硬件，支持FR、HR、EFR等音頻通道的解碼。從圖35中可以看到它的樣子外觀如REF_Ref104108107\h圖35所示圖3SEQ圖\*ARABIC\s15TC35iGSM模塊和GSM模塊可劃分為BasedbandProcessor、Radio、PowerSupplyASIC以及FLASH。其結構如REF_Ref104108131\h圖36所示。40管腳Z40管腳ZIP連接FLASHROM天線接口GSMGSM基帶處理器GSM射頻部分電源ASIC電源ASIC圖3SEQ圖\*ARABIC\s16TC35i模塊功能結構圖GSM芯片以GSM為中心，以C166MCU為核心，DSP為核心，MCU和DSP,可編程的PLL,MCU和DSP計時器，PWM和DSP計時器，PWM和PAM串行射頻控制，兼容性ISO-7816SIM卡，DSP、C51、C52、GMSK、穩壓器、動態電源管理器等。該系統基于SMARTI的無線電收發單元，包括差分接收電路、非轉移調制環路、射頻PLL和IF合成器以及外部收發接收器。該系統由電力供應單元提供電力。GSM發動機TC35i需要3.3-4.4V的DC,2A的最大電流（在等待狀態下，電流很低，通常是3mA，但是在發送語音和數據短信時需要大量的電力，所以需要額外的供電，并且其額定電流至少為2A）。FLASH內存可以儲存各種操作指令，數據和控制，不會有斷開的數據。當電源電壓在3.3V以下時，該組件將會被關閉。該模組在啟動過程中，其最高可達到2A。與此同時，在這個電流高峰期間，供電（輸入到組件的）的降低數值不能大于0.4V。因此這個模組需要更高的功率，它的內部阻+FFC連接的電阻必須在200米以下。TC35i的接口部分僅通過RXD和TXD兩個插頭來實現TC35i的通信。TC35i的預設串口通訊模式為8比特，1比特停止比特，沒有檢查比特，其速率可在1.2KBit/s至115Kbit/s。請留意TC35i引腳的設計是為了與TXD相連，而TC35i則是一個信號的輸入端，TXD則是一個與MCU相連的TXD；RXD為RXD的輸入端，與MCU相連。電源模塊TC35i電源模塊TC35i單片機電平轉換電路單片機電平轉換電路SSIM卡插座觸發電路觸發電路圖3SEQ圖\*ARABIC\s17TC35i接口電路結構圖從以上的工作理論及系統的組成可以看出，GSM的主要工作流程如下REF_Ref104108152\h圖38所示：開始開始系統初始化系統初始化監測到警情監測到警情啟動短信報警電路開始報警啟動短信報警電路開始報警發送短信給用戶發送短信給用戶報警結束報警結束圖3SEQ圖\*ARABIC\s18GSM模塊工作流程圖第4章硬件電路設計4.1外人闖入模塊電路入侵探測采用磁控開關，利用永磁鐵和干簧管兩部分組成然后利用相對應的關系實現入侵報警的檢測。但主人進入家門的時按下S1時，不論磁控開關如何動作都不會出發報警電路。當主人離開家門時主人合上開關S1后，當有陌生人主動打開此門時，將觸發報警電路，采用光報警方式。電路圖如REF_Ref102683524\h圖41所示;圖4SEQ圖\*ARABIC\s11外人闖入模塊電路圖4.2煙霧檢測電路在REF_Ref102683539\h圖42中顯示了煙探測回路。在此基礎上，提出了一種基于MCU技術的計算機控制方法，該方法實現了對氣體（煙氣）濃度信號的采集、計算、控制以及實時的預警。該裝置通過多個點進行數據收集，在氣體質量超過某個特定值時，將會發出警報。該監測裝置采用MQ-2型半導體氣體敏感元件，將煙霧濃度轉換為電壓信號，同時將該信號傳輸至A/D轉換器，經過A/D轉換器轉換成可讀數碼信號，以便CPU對數據的讀取和處理。將結果傳送給數字管然后通過數字管內的數字將信號進行顯示，氣體（煙氣）在大氣中的含量超過規定時開始發出警報。圖4SEQ圖\*ARABIC\s12煙霧檢測電路4.3溫度檢測電路REF_Ref102683549\h圖43顯示了溫度探測的硬件部分，DS18B20型溫敏元件對當前的溫度進行了探測，并利用微處理器對感測器內的溫度進行了分析。通過單片機讀取傳感器中的溫度，讓后將溫度顯示在LCD1602上，通過設置溫度的范圍通過溫度和聲光報警，從而可以實現超溫的功能。圖4SEQ圖\*ARABIC\s13溫度檢測電路4.4通信電路如果沒有接地，就將TC35I和TX、RX和單片機的TX、RX進行了對接，就無法進行有效的通訊；由于MCU的電平是

TTL,TC35i是

CMOS，兩者都有很大的不同，所以無法進行數據的傳遞。圖4-4為仿真TC35i模塊和89C52的串口通訊，TC35i通過串行和異步的方式進行傳輸，在ITU-TRS-232的接口電路允許的條件下，可以在CMOS2.65V下工作。數據界面使用8位數據位，1位停止位，無校驗位，其波特率為300至115kbps,4.8至115

kbps

（不同于14.4

kbps和28.8

kbps）。在TTL上，18腳RxD0和19腳TXD0是

TTL的串行通信腳，因此必須與PC或MCU進行通信。另外，該系統還提供了RTS0/CTS0/0的數據交換和XON/XOFF的數據流控。TC35組件的TTL正電平邏輯由+5V改為+2.9

V，如果有需要，可以提供接口防護。因為這里采用交叉處理的串口線,所以MCU的TXD連得是TC35i的18引腳RXD0,單片機的TXD與TC35i的19引腳TXD0相連,其中89S52的P3.0、P3.1對應是相連接RXD7407、TXD7407的。將信號源的SYNC引腳接到示波器通道后就可以輸出對應的脈沖信號,此信號的頻域是與調制信號的頻域一樣的。即同步信號(synchronizationsignal)。圖4-4串口模擬通信TC35i是GSM07.05AT的一組AT指令集合，它的每一個通訊函數都是用AT作為開頭，字母結尾的一串（ASCII代碼）,AT指令的回應數據在其中。TC35i的全部操作均由單片串口傳輸AT指令，TC35i的每個操作都與AT指令相一致，并且在每個指令后面都會出現一個回車字符，告知TC35i此命令已發出。4.5系統原理總圖圖45統原理圖第5章系統軟件設計5.1開發環境基于單片機的智能家居防火防盜系統的設計使用的開發軟件為keiluVision5開發系統，KeiluVision5是一個功能很好的綜合和調試工具，它還可以為整個系統提供大量的庫函數。5.2主程序設計從以上工作理論及硬件構成的角度，可以看出系統的主要工作流程如下REF_Ref102683573\h圖51所示：圖5SEQ圖\*ARABIC\s11主程序工作流程圖5.3外人闖入模塊信號采集該方案要求對五個報經口（門、窗、陽臺等報經報文信號進行采樣）進行采樣，并在電路中引入了磁控制開關。REF_Ref102683583\h圖52為信號采集流程圖。圖5SEQ圖\*ARABIC\s12外人闖入模塊信號采集電路流5.4溫度與煙霧模塊的信號采集讓DS18B20、MQ-2與單片機相連，采集溫度和煙霧濃度信號后，將數據傳輸給單片機，當溫度達到預先設定的閾值（此處上限為40℃和50），則led燈亮，蜂鳴器報警，數碼管顯示當前所檢測的值。程序開始程序開始讀取并顯示溫度讀取并顯示溫度讀取煙霧濃度讀取煙霧濃度溫度大于40℃？溫度大于40℃？D1D1燈亮 N濃度大于濃度大于50？D2燈亮 D2燈亮 N溫度大于4溫度大于40℃？且濃度大于60？ N YDD1和D2燈亮，蜂鳴器響圖5SEQ圖\*ARABIC\s13溫度煙霧工作流程圖5.5系統通信報警子程序設計該報警器采用P2.0終端進行報警器的高電平工作。NPN三極管在P2.0的高功率下接通，并由GSM模塊來發出防竊聽的消息。短信報警電路流程圖如下REF_Ref102683594\h圖53所示：開始開始初始化初始化 P2.0是否為高電P2.0是否為高電平是電路啟動電路啟動短信報警模塊 報警結束報警結束圖5SEQ圖\*ARABIC\s14報警電路流程圖第6章系統的仿真在完成總體設計、主要組件的設計和相關功能部分的設計的基礎上，對其進行了仿真和軟件的校驗。利用Proteus對報警系統進行了軟件模擬，但因各種情況及模擬環境等原因，僅對其進行了部分模擬。通過Proteus軟件對系統進行了模擬，并對其進行了模擬，實驗證明了所開發的控制系統具有煙霧檢測、溫度控制、防盜報警等多種性能指標。采用AT89C52微處理器，通過Proteus的開發，可以完成煙霧檢測、溫度控制和防盜報警。該軟件采用Proteus平臺進行了軟件的開發與模擬，并對其進行了模擬與軟件的校驗，能夠及時地找到問題，并對故障進行處理，從而防止了由于實際的硬件故障而導致了故障的發生。采用Proteus進行模擬，既能有效地降低系統的硬件開銷，又能有效地實現電路的開發和設計。6.1外人闖入模塊的仿真當有陌生人打開門窗進入時，磁控開關斷開，系統監測到有警情，將會觸發短信報警，仿真中報警聲只響一次，報警燈常亮，如REF_Ref104108214\h圖61所示：圖6SEQ圖\*ARABIC\s11外人闖入模塊仿真6.2溫度煙霧系統模塊的仿真當溫度和氣體煙霧傳感器所監聽到的煙霧濃度過大且溫度過高的時候便會觸發相關警報系統,此時溫度和煙霧警示燈亮起且為了