胡允娥

摘 要 隨著全球移動通信的快速發(fā)展及其高覆蓋、安全、快速的通信方式，報警系統(tǒng)的發(fā)展方向已演變?yōu)橥ㄟ^無線GSM/ GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸報警信息。本文主要研究家庭遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)的設(shè)計方案，以煙霧濃度、火光和紅外傳感作為觸發(fā)，設(shè)置煙霧傳感器MQ-2、人體紅外感應(yīng)模塊HC-SR501和火焰?zhèn)鞲衅?，可以實時獲取當(dāng)前環(huán)境的有害氣體濃度、明火和人員走動，以當(dāng)前傳感器感應(yīng)狀態(tài)來決定是否觸發(fā)警報，并以發(fā)送手機短信的方式通知主人以及撥打?qū)?yīng)報警電話。通過使用該家庭遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)，在家居生活中完成對環(huán)境的監(jiān)控，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生或者有入室盜竊時，可提前預(yù)警，以降低對人員以及財產(chǎn)的損害，可以及時安排逃離疏散并通知物業(yè)層以及城市安全服務(wù)部門進(jìn)行聯(lián)動。本文主要通過系統(tǒng)硬件設(shè)計及軟件設(shè)計兩方面來進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞 家庭報警系統(tǒng) 遠(yuǎn)程報警 傳感器 GSM

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0014-03

受到“十二五”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的影響，加上視頻監(jiān)控技術(shù)和非法侵入報警技術(shù)的交叉，以及三網(wǎng)合一、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛使用，我國的智能家居、安防監(jiān)控市場開始活躍起來。從市場來看，歐美國家的安防設(shè)備利用率超過七成，而我國低于四成[1]。造成這種問題的根本原因在于：許多公司不愿意增加額外的資金負(fù)擔(dān)，增添設(shè)備組成智能化防控網(wǎng)絡(luò)，而只能依靠安保人員人工處理警情，導(dǎo)致人力成本居高不下。由此可見，我國市場上亟待出現(xiàn)一套符合我國國情，價格公道并能完全解放人力的基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概要

本基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)具有低功耗持續(xù)運行、實時監(jiān)測、警報靈敏的特點。系統(tǒng)初始化后，各傳感器會不斷監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境的各項情況，實時的反饋異常，包括檢測火光、煙霧、人體紅外。當(dāng)檢測到火光、人體紅外以及超出危險值的煙塵時，蜂鳴器響起報警，并同時發(fā)送短信到程序指定手機，告知險種，使用者可依照信息進(jìn)行報警，減少財產(chǎn)損失。

1.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)初始化后，將會循環(huán)執(zhí)行對人體紅外傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器的電平判斷，當(dāng)判定發(fā)生險情時，蜂鳴器會首先報警，然后LCD顯示屏上會顯示險情種類，并將險情情報以短信的形式發(fā)送至程序預(yù)先制定好的手機號碼，在收到信息后使用者可依照信息進(jìn)行報警，減少財產(chǎn)損失。

2 硬件設(shè)計

如圖1，硬件設(shè)計模塊主要有火焰?zhèn)鞲衅髂K、煙霧傳感器模塊、人體紅外傳感器模塊、短信發(fā)送模塊、顯示模塊和報警模塊等構(gòu)成。

在開關(guān)按下時，系統(tǒng)開啟并進(jìn)行初始化操作，當(dāng)觸發(fā)傳感器時，傳感器將檢測的參數(shù)傳入系統(tǒng)，程序開始判斷是否超過傳感器的閾值，判斷超過設(shè)定閾值之后通知SIM800C發(fā)送指定短信至指定手機號，通知顯示屏顯示對應(yīng)警告信息并通知蜂鳴器工作，起到實時報警的目的。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件是采用C語言為主要的程序設(shè)計語言，AT指令為輔助的程序設(shè)計語言，是用來把主控模塊STC89C52與GSM模塊TC35鏈接起來的一種橋梁。

在本報警系統(tǒng)中，微處理器STM32F103是控制部分的核心。在整個軟件程序中需要完成許多任務(wù)，其中包括：對傳感器數(shù)據(jù)的接收，控制GSM模塊發(fā)送短信，控制LCD顯示相應(yīng)警情，其主程序流程圖如下圖2所示。

該系統(tǒng)分五個部分操作：

第一部分是“RING”部分：當(dāng)系統(tǒng)正常打開，里面的手機模塊GSM的手機卡如果被主機打進(jìn)來的時候，會發(fā)送當(dāng)前溫度檢測的數(shù)值給主機。

第二部分是溫度模塊：溫度傳感器會測量系統(tǒng)周圍的溫度并且把數(shù)值返回到顯示屏上，當(dāng)系統(tǒng)周圍的溫度超過設(shè)置溫度上限的數(shù)值時，單片機會控制蜂鳴器報警和開啟提示燈，然后單片機會返回信息給手機模塊，通過手機模塊把溫度信息發(fā)送給主機。

第三部分是人體紅外檢測：這部分的功能比較簡單，主要測周圍是否有小偷，若有小偷進(jìn)入屋子，被人體紅外探測器探測到，單片機會控制蜂鳴器報警和開啟提示燈，并且通過手機模塊把信息發(fā)送回主機。

第四部分是煙霧檢測：主要檢測屋子是否有煤氣或者天然氣類似的氣體泄漏，若發(fā)生泄漏也會像上面提到的一樣，蜂鳴器會報警，手機會收到提示信息。

第五部分是手機APP控制：使用手機發(fā)送命令給手機GSM模塊，GSM模塊把信息轉(zhuǎn)到單片機上，通過單片機控制燈（灑水）。

4 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計

4.1 火焰及煙霧檢測系統(tǒng)設(shè)計

火焰?zhèn)鞲衅鞑粌H是可以用來搜尋火源的傳感器，同時還可以檢測光線亮度，但是相對于光線，其對火焰更加敏感，故用來作為火焰?zhèn)鞲衅??；鹧鎮(zhèn)鞲衅髂K使用紅外線接收管來接收火焰信息，然后轉(zhuǎn)化為電平信號，并輸入到本次試驗的STM32處理器中，STM32處理器根據(jù)傳入的信號做出相對應(yīng)的程序處理。本實驗使用的傳感器模塊可在80公分內(nèi)測試打火機火焰，當(dāng)打火機產(chǎn)生的火焰越大，傳感器將會有更遠(yuǎn)的檢測距離。

本系統(tǒng)采用的氣體傳感器是MQ-2/MQ-2S，MQ-2/MQ- 2S氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫[2]。如果在傳感器感應(yīng)的范圍里面存在可燃?xì)怏w泄露時，隨著空氣里面可燃?xì)怏w的濃度變高，傳感器的電導(dǎo)率也會變大。通過使用電路就可以把改變電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換成與這種氣體濃度相匹配的輸出信號。

用于檢測氣體泄漏的傳感器MQ-2對易燃化，易氣化的氣體等來說都是極佳的測試工具。比如液化氣、苯、烷、酒精、煤氣、氫氣以及煙霧等，探測反應(yīng)都非常準(zhǔn)確[3]。所以MQ-2可以說是集多功能于一身的并且實用性極高的傳感器之一。

4.2 溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用的是DS18B20溫度傳感器，它的性能如下：

1.DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。

2.測溫范圍-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃時精度為±0.5℃。

3.可編程的分辨率為9～12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現(xiàn)高精度測溫[4]。

4.3 人體檢測系統(tǒng)設(shè)計

HC-SR501人體感應(yīng)模塊，它是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊。選用它是因為它具有以下這些功能：

1.自動感應(yīng)：如果人走進(jìn)入了這個模塊，感應(yīng)范圍就會輸入高電平，如果有人離開該模塊，它的感應(yīng)范圍就會自動延時并且關(guān)閉高電平，輸出低電平。

2.光敏控制（可選）：光敏模塊已經(jīng)預(yù)留有位置，通過設(shè)置光敏控制，讓模塊在白天或者光線強的時候不會感應(yīng)。

3.種觸發(fā)方式：（1）不可重復(fù)觸發(fā)方式：當(dāng)感應(yīng)端輸出了高電平，延時時間結(jié)束以后，模塊輸出就會自動改變，由輸出高電平變成了輸出低電平。（2）可重復(fù)觸發(fā)方式： 當(dāng)感應(yīng)輸出高電平之后，在延時的時間段里面，如果有感應(yīng)到人體在它的感應(yīng)范圍里面進(jìn)行活動，模塊輸出就會一直保持高電平狀態(tài)，一直持續(xù)到人離開模塊之后，才延時把高電平轉(zhuǎn)換為低電平。

本次使用的用于檢測是否有人員侵入的傳感器HC-SR501，具有靈敏高，可靠性強，并且可以工作在超低電壓環(huán)境，可以廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，如樓道感應(yīng)亮燈等。

4.4 顯示模塊系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用LCD1602液晶作為顯示模塊。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶模塊，能很好的顯示報警信息。

4.5 GSM模塊系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用TC35模塊作為通信系統(tǒng)，TC35模塊采用AT指令。通過使用正確的AT指令，單片機可以對TC35模塊進(jìn)行初始化和短信的收發(fā)工作。模塊可以通過三種模式對短進(jìn)行控制：Bbck模式、Text模式和PDU模式。本系統(tǒng)使用的短信發(fā)送模塊可以全球使用，可以低功率傳輸語音、短信和數(shù)據(jù)信息，它可以應(yīng)用于各種緊湊的產(chǎn)品設(shè)計[5]。

4.6 自動感應(yīng)報警系統(tǒng)

通過傳感器在當(dāng)前環(huán)境下所獲的數(shù)值判斷當(dāng)前環(huán)境狀況并傳入單片機。火焰?zhèn)鞲衅鳟?dāng)感應(yīng)到火焰時改變其輸出值，處理器將作出反應(yīng)，進(jìn)行蜂鳴器報警并發(fā)送短信至業(yè)主手機。報警時的蜂鳴器響聲將使物業(yè)管理人員注意并進(jìn)行檢查，同時短信發(fā)送至業(yè)主手機，業(yè)主可第一時間得知家中情況，并撥打?qū)?yīng)的報警電話，可使得財產(chǎn)損失率大大減少。

5 結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，我們享受著科學(xué)帶來的舒適生活的同時，也面臨著不少潛在的危險，因此人們對自身的安全以及對財產(chǎn)保護(hù)的重視程度越來越高。本文研究的基于物聯(lián)網(wǎng)的家庭遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)，使用有線模塊以及無線模塊相結(jié)合的工作方式，構(gòu)成一個智能家居安防系統(tǒng)，對生活環(huán)境進(jìn)行實時的監(jiān)測，給我們提供了智能和安全兼顧的舒適生活。

參考文獻(xiàn)：

[1] 文枰.智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制， 2018，26（08）：290-293.

[2] 孔育琴.基于STC89C52的家庭智能安防系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（10）：135-139.

[3] 侯立功.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)構(gòu)想[J].數(shù)字通信，2011，38（06）：33，35.

[4] 王飛.智能電網(wǎng)需求側(cè)建筑能效管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學(xué)，2016.

[5] 顧玲玲，倪超.基于STC單片機的家庭安全防護(hù)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].木工機床，2014（04）：13-16.

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