摘 要

随着人们生活水平的提高，家庭电器和厨房设施在生活中被广泛地使用，家庭安全隐患也随之增多。城市化程度不断加深，人口聚集现象越发普遍，社会治安问题频发。处在社会转型期的家庭不安全因素也日益凸现，传统的机械式安全防范措施已经跟不上现代化社会的需求。该系统以STC89C52单片机为核心，其硬件电路主要包括单片机、人体检测模块、烟雾检测模块、声光报警模块、GSM短信息报警模块,软件的主要模块有主程序、LCD1602显示子程序、中断处理子程序、声光报警子程序、短信息报警子程序，该系统实现的功能人体检测报警、烟雾检测报警以及手机远程控制，应用和推广的场合为小户型家庭住宅。

关键词：消防；安防；STC89C52；GSM短信息报警

Abstract

With the improvement of people's living standards, household appliances and kitchen facilities are widely used in daily life, and the potential for family safety problems has also increased. The degree of urbanization has continued to deepen, and the phenomenon of population aggregation has become more common. Social security problems have become more frequent. Insecurity in the family during the social transition period has also become increasingly prominent. The traditional mechanical safety precautions have not kept pace with the demands of the modern society. The system is based on STC89C52 microcontroller. Its hardware circuits mainly include single-chip microcomputer, human detection module, smoke detection module, sound and light alarm module, and GSM short message alarm module. The main modules of the software include main program, LCD1602 display subroutine and interrupt handler. Programs, sound and light alarm subroutines, short message alarm subroutines, functions of the system to achieve human detection alarm, smoke detection alarm and mobile phone remote control, application and promotion of the occasion for small family homes.

Key words: Fire Protection; Security; STC89C52; GSM Short Message Alarm

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计的背景、目的和意义 1

1.2 国内外现状 1

1.3 设计内容 3

第2章 设计方案的比较与选择 4

2.1 应用环境分析 4

2.2 总体设计选择方案 5

2.3 单片机选择 6

2.4 传感器的选择 7

2.2.1 火灾检测传感器的选择 7

2.2.1 人体检测传感器的选择 8

2.5 无线通信模块的选择 9

2.5.1 无线通信技术的选择 9

2.5.2 GSM无线通信介绍 10

2.5.3 SIM900A介绍 10

2.6 开发语言和平台的选择 10

2.6.1 开发语言的选择 10

2.6.2 开发平台的选择 11

2.7 本章小结 11

第3章 硬件电路设计 13

3.1 系统概述 13

3.2 系统电路分析 13

3.2 单片机最小系统电路 13

3.2.1 时钟电路 13

3.2.2 复位电路 13

3.4 程序下载电路 14

3.5 声光报警电路 15

3.6 传感器电路 16

3.6.1 人体检测传感器电路 16

3.6.2 火灾检测传感器电路 17

3.7 LCD1602显示电路 20

3.8 GSM模块电路 22

3.9 本章小结 23

第4章 软件设计 24

4.1 程序功能分析 24

4.2 系统程序设计 24

4.2.1 系统主程序流程图 24

4.2.2 中断处理子程序流程图 25

4.2.2 GSM短信息发送子程序 26

4.2.4 GSM短信息接收子程序 28

4.3 本章小结 29

第5章 实物调试与设计评价 30

5.1 实物调试 30

5.2 设计评价 32

第6章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

6.2.1 复杂环境的布点 34

6.2.2 传感器的增改 35

6.2.3 通信技术的增改 35

参考文献 37

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 设计的背景、目的和意义

随着科技的发展，除了厨房设备的更新换代以外，越来越多的电器产品被人们在生活中广泛地使用。虽然这些设备带给了人们极大的便捷，但与此同时发生险情的可能性也随之日益增加。在日常生活中，火灾是最为常见的灾害，对人们的财产和生命都有极大的危害。对于火灾，相信大家都有一定的认识，随时可以听到相关新闻或者看到各种各样的火灾，轻则物质资产受到损害，重则失去生命，这样的悲剧每一天每一分钟都在发生。这些血淋淋的事实告诉我们，在平时生活中要注重消防教育的学习，多多关注消防工作的重要性。在进行消防安全保障工作中，火灾报警器也越发凸显其重要性。

除了火灾以外，盗窃的发生也是损害人们财产的一种情况。入室盗窃经常伴随着更为严重的犯罪行为的发生，给人们的生命安全带来了极大的危险^[1]。因此为了保护财产安全和生命安全，预防盗窃事件的发生成为了生活中必不可少的环节。使用防盗门、护栏，这些机械式防盗措施在很大程度上保护了房屋的安全，但犯罪分子找到了相应的破解方法。比如面对机械式防盗措施，窃贼能够使用撬棍或液压钳将其破坏; 楼宇对讲同样存在问题，比如陌生人可以尾随居民开门时混入、火灾时人员不方便疏散等问题。

1.2 国内外现状

随着城市化进程加快，虽然一栋楼内住着很多人，但因为密闭的房屋环境以及朝九晚五的工作时间， 使以往依靠邻里关系照看的方式已经不复存在，因此在有可能发生火灾或者有陌生人进入住宅的情况时，只能靠自己去发现险情。 传统的火灾报警器在发现险情后只能声光报警来引起房主的注意，但是当屋内无人时，只能寄于周围的住户能发觉险情的发生，这样一来，就会错过最佳的补救时机。人们对住宅进行机械式（防盗网、防盗窗）防护措施的改进，但有明显的问题不可避免，如：影响楼房外型一致性，与整个环境不搭；阻碍紧急逃生通道；给盗窃犯爬越护栏进入其他房间的机会；安装时间一久，连接部位会松动就产生有高空坠物的可能性等。这些传统机械式设施目前不能跟上现代社会潮流中保护住宅安全的使命，也不能防范突发案件。密集的防护网会破坏小区的整体美观，对城市容貌有较大的影响。

图1.1 密集的防护网影响美观

由于国外的城市化进程较早，其安防和消防产品的研发也领先于我国。相关领域发展方向已向多功能化，智能化，网络化发展，近年来机器学习技术进入安防领域，通过摄像头进行人体识别，人脸识别等先进技术也参与到新时期产品的研发中。德国西门子公司针对住宅小区的实际情况进行安防产品研发，从多个方面考虑不同住宅户主的要求，研发出了比较优秀的防火防盗产品方案。 该产品可选择视频监控、人体探测、烟雾探测、空气污染检测、灯光开关、百叶帘控制以及空调系统控制技术，构成楼宇智能建筑数字化解决方案。

国内也有很多科技公司以智能家庭产品为战略进入安防行业，例如小米公司的米家系列产品，将作为主控中心的多功能网关通过 ZigBee技术与环境检测计、人体传感器、门窗传感器、天然气报警器、烟雾报警器相连接，对室内环境进行不间断监控，用户可以通过 APP查看家中详细情况。其中小米人体传感器的工作原理是热释电原理，感应探头通过探测热能是否移动进而判断人体的有无^[2]。烟雾报警器的核心器件是依靠光学原理检测烟雾浓度。

图1.2 相关产品的示意图

1.3 设计内容

本设计硬件部分是由单片机、烟雾传感器、红外传感器、 LCD显示模块、 GSM报警模块组成的电路， 烟雾传感器采集环境中的烟雾浓度值，经过单片机数据处理后，在 LCD屏上显示环境中的烟雾浓度，并且在该设计中在确定烟雾浓度的报警阈值后，一旦环境中的烟雾浓度值超过程序所设定的报警值， 或者有陌生人进入监测环境中时，蜂鸣器报警和 LED点亮。 与此同时GSM会向预设号码发送短信息通知报警。 使用者不仅可以在实物上进行布防、撤防和紧急报警，还可以在手机端向设备发送号码进行远程控制。

第2章 设计方案的比较与选择

2.1 应用环境分析

住房问题一直是人们生活中非常必要的需求，因为城市里土地寸土寸金，小户型的住宅也随之成为楼市中最常见的户型。

小户型是城市人口过多和住宅土地较少之间平衡后的结果，城市的扩张速度赶不上城市人口的增长速度，需要在较小的地方容下数量庞大的人，因此小户型楼房就顺应需求产生了。小户型没有明确的面积和构造定义，一般小于60平米的住房就可认为是小户型，随着房间的增多，判断小户型面积大小的值可以变大。小户型结构紧凑，虽然压缩了人们的活动空间，但人们日常所需的住宅功能并不缺少，能够满足人们的生活需求^[3]。

国家为了调控房地产过快上涨的趋势，于2006年出台国六条政策进而调控房地产市场，在该政策中对新建住房面积比例做出了规定：新建房屋面积90平米以下的住宅，应达到开发商所售房屋的70%^[4]。 虽然2014年以来开始部分城市已逐渐修正或废除该调控措施，但这段时间正处于房地产迅速发展的时期，小户型住宅占有量有较大比重。根据智研咨询发布的《2017-2023年中国住宅行业深度调研及投资战略研究报告》中，2016年上海市成交住宅中小户型比重为49.1%，同时期深圳成交住宅中小户型比重为70.5%。因此可知，小户型住宅在房地产市场占比很大。

除了城市家庭结构中最为常见的三口之家住宅以外，学生寝室和单身公寓也都是小户型房屋。 同时刚进入社会的学生或者未婚工作人员一般选择合租，将一套住宅分割为两份或者三份出租，以减少住房成本对生活的影响。这种住宅的新形势，对安防和消防也是一种极大的考验。基于上述情况，考虑到小户型在城市房屋中所占比重极大，故本设计所应用环境为小户型下的家庭防火防盗报警系统。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2013），可依据房间的不同高度来选择火灾检测器的种类^[5]。

表2.1 根据不同高度的房间来选择火灾探测器

小户型空间比较小且一般不超过60平方米，发生火灾时烟雾会很快弥漫到整个房间， 根据相关产品的使用说明，只需将烟雾传感器放在房屋中间位置即可。 家庭中的门是窃贼进入房屋的唯一方法，所以房屋防盗的关键是检测是否有陌生人通过门进入住宅。根据《入侵报警系统工程设计规范》（GB 50394-2007）的附录规定，入侵探测器要依据不同环境来进行安装。

表2.2 入侵探测器的选型与安装要求

在考虑到成本和自身能力等方面，本次设计只使用一套传感器来完成设计的任务。

2.2 总体设计选择方案

本次课题的总体设计便是使用火灾检测传感器检测火灾信息数据，使用人体检测传感器获取人体信息数据，数据经过A/D转换器后，由单片机处理数据，最后液晶屏上显示相关数据。 通过键盘按键可以对本设备进行工作状态的设定，分为三种状态，工作中，非工作中，紧急报警。在若检测到火灾或者人体时，会触发报警模块远程通知住宅主人，同时住宅主人也可远程对该设备进行布防、撤防和紧急报警等操作。本次设计供电形式为直流电，因此不需要再设计电源电路。

图2.1总体设计方案

2.3 单片机选择

单片机是控制整个设计的重要器件，选型也要必须从多个不同的角度考虑的。 在本课教学中，被提及的单片机型号有STM32，MSP430，AVR，8051等。 考虑到资料以及教程是否丰富这一因素，在STM32和8051之间选择。 本次设计中从传感器采集的数据量上来看并不是很多，不必考虑芯片的处理能力是否强大这一因素。 本专业多次关于单片机的课程设计中，都是使用8051内核的单片机，对8051单片机了解透彻，开发经验丰富。 如果选用STM32作为单片机，还需花很多的精力去学习其知识。 因此最终选择STC89C52作为本次设计的单片机。

图2.2 STC89C52实物图

2.4 传感器的选择

本次设计的要求是完成防火防盗的功能，因此首先需要探测火灾和人体的传感器对环境信号进行采集，才能完成后续工作。

2.2.1 火灾检测传感器的选择

当火灾中发生时，被燃烧的物品会产生大量的烟雾，较高的温度以及有毒的气体，可以通过检测这些环境变量来判断险情发生与否。对应上述环境因素，可知用于火灾检测的传感器有烟雾传感器，温度传感器，气体传感器，红外成像探测仪。 通过温度检测火灾这一方法易受环境因素影响，例如住宅开窗时，很容易被外部不可控因素改变室内温度。 通过气体检测局限性很大，易燃气体或者火灾中的有毒气体需要多个不同型号的传感器，成本极大。由于在人体检测中已经使用红外传感器，因此在本次设计中不再使用红外成像探测仪。

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