摘 要

為了應對目前人們提出的對生活越來越智能的要求，在提高生活品質的同時降低意外事件發生對用戶造成的經濟損失或其他損失。針對日常生活中經常發生的火災，失竊，電力資源浪費等生活問題，本設計正是在這種需求背景下展開研究。基于單片機的智能家居安防系統設計集成了防可燃氣體煙霧泄露 、防外來人員入侵、防火、智能控制家電等功能，可實現自動檢測、聲光報警、遠程查詢、遠程報警、遠程控制等。
以STC89C52單片機為核心器件，再加上電阻，電容，晶體振蕩器等器件，構成了單片機的最小系統。以及其它智能探測器組成的檢測模塊，在監測到災情時只輸出報警信號開關量，單片機處理器自動控制GSM接口電路。根據險情類別，自動向用戶手機發送短信報警，當用戶在家遇到災情或其他情況時，亦可通過求救按鈕向外界發出報警信息。
本設計具有成本較低，功能實用，靈活多樣，簡便有效等特點，有效的降低了用戶住宅遇到和發生險情及其他意外事件的風險，有效的避免了因險情及其他意外事件造成的經濟及其他損失，將居民損失降到最小，同時也將提高用戶的生活品質水平。

關鍵詞：安防系統； 智能家居； 單片機； GSM模塊； 遠程報警

1 控制系統方案設計
1.1 設計要求
（1）進入系統后，液晶屏實時顯示當前溫度傳感器所測溫度值以及當前設置溫度傳感器報警閾值，通過“溫度加”及“溫度減”來對溫度報警的閾值來進行調節。
（2）如所測溫度值達到報警閾值后，系統啟動聲光報警，并發送英文報警短信到用戶手機。
（3）用戶開始設防之后，紅外人體模塊檢測到有人時，系統啟動聲光報警，并發送英文報警短信到用戶手機。
（4）如可燃氣體/煙霧傳感器檢測到可燃氣體/煙霧時，系統啟動聲光報警，并發送英文報警短信到用戶手機。
（5）如用戶需了解屋內當前溫度值時，通過任意手機撥打電話，系統自動掛斷電話，并回復屋內當前溫度值。
（6）用戶可通過手機編輯短信發送到手機模塊的方式，控制繼電器閉合與斷開，利用LED燈的亮與滅，表示家用電器開啟與關閉。
1.2 總控制方案設計
以STC89C52單片機作為系統的“心臟”，加上電阻、電容、晶振等器件的加持，組成最小系統[4]。以及其它智能探測器組成的檢測模塊，在監測到災情時只輸出報警信號開關量，單片機處理器自動控制GSM接口電路。根據險情類別，自動向用戶手機發送短信報警，當用戶在家遇到災情或其他情況時，亦可通過求救按鈕向外界發出報警信息。總控制框圖如圖1.1所示。
1.3 單片機方案設計及工作原理
方案一：采用32位的LPC2138作為控制CPU，LPC2138采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的ARM芯片，擁有RDI標準接口、同步Flash刷新技術以及影射寄存器窗口等三項國內ARM仿真器設計最領先的3種技術，內部PLL鎖相環倍頻可以得到更高的CPU處理速度，硬件自帶的AD、DA、捕獲、匹配以及同步與異步的通信方式更方便用戶的編程設計，并且可以達到很高的實時性，但是價格較昂貴[5]。
圖1.1系統總體框圖
2 硬件設計
2.1 主電路設計
STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有60K 在系統可編程Flash 存儲器器、中央處理器、程序存儲器（Flash）、數據存儲器（RAM）、EEPROM、定時/計數器、I/O接口、UART接口和中斷系統、SPI接口、高速A/D轉換模塊、PWM（或捕捉/比較單元）以及硬件看門狗、電源監控、片內RC振蕩器等模塊[12]。
本系統設計主要應用的是A/D轉換模塊、SPI接口、定時/計數器、I/O接口等功能模塊。具體原理圖如圖2.1所示。

圖2.1單片機主電路原理圖

2.2 GSM模塊電路設計
用戶和單片機的通訊功能的實現，依賴于SIM800L GSM模塊自身配置的通訊接口。系統方案中的短信控制，接收報警短信，打電話查詢當前溫度值，只要保證網絡信號暢通都可以輕松地實現。3.3~5.5V是SIM800L模塊的工作電壓，根據其工作頻段的不同（900MHz和1800MHz），功耗也有所不同分別為2w(900M)和1w(1800M)[13]。
系統短信的發送與接收和自動掛斷電話，利用到的是AT命令集接收口，當接到電話時將自動掛斷電話并回復當前溫度值得短信，僅通過40引腳的ZIF連接器,即可實現多項例如電源連接、控制信號的雙向傳輸等復雜功能[14]。其原理圖如圖2.2所示。

圖2.2 SIM800L GSM模塊電路原理圖
2.3 煙霧檢測電路設計
上文已對MQ-2傳感器進行了簡介。MQ-傳感器的結構和外形如圖2.3所示，MQ-2傳感器由于對不同種類，不同濃度的氣體會有不同的電阻值，因此在使用該傳感器時，要對靈敏度的進行調整[15]。其原理圖如圖2.4所示：

圖2.3 MQ-2傳感器內部結構圖
3 軟件設計
3.1 系統主程序設計
本設計的軟件部分是以單片機的程序作為核心，其他子程序依照主程序來進行設計，整個系統的運行是主程序與各子程序之間的相互配合來完成的。程序首先需要完成各部分的初始化，然后對是否需要對報警電話號碼進行調整的判斷，然后通過讀取各傳感器所采集數據來判斷是否有報警，在然后根據判斷發送報警，如果沒有報警則返回[18]~[19]。流程圖如圖3.1所示。

圖3.1主程序流程圖
4 系統調試
4.1 系統調試
最后一步需進行系統調試[20]，所有的元器件及傳感器依照原理圖進行焊接之后進行通電測試，當然相對于不是很復雜的電路采用這種方式是最直接便捷的，但是不利于發現問題，如焊接錯誤需浪費更多的時間尋找，所以本設計采用的調試方法為在安裝的過程中進行調試，就是把電路分成各個模塊，以模塊為單位進行安裝和調試。調試成功的電路板圖片如下圖4.1所示。

圖4.1電路板實物圖

5 軟件仿真
5.1軟件仿真圖
如圖5.1所示為軟件仿真圖。

圖5.1軟件仿真圖
5.2軟件仿真詳解
首先進行，系統上電，各電路初始化，SIM800L開始讀取網絡信息，讀取完成后LCD顯示當前溫度值與預設報警溫度閾值如圖5.2所示。

圖5.2 LCD屏顯示
然后此時系統已進入正式運行狀態，按動“溫度加”、“溫度減”按鈕時，顯示屏中預設溫度值隨其發生變化，如圖5.3所示。按動“溫度減”，溫度閾值也會隨之變小，類似于圖5.3，這里不再做贅述。

圖5.3按動溫度加仿真	

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