《基于SIM800和STC89C52的智能报警系统设计》
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摘 要：家居安全报警系统是智能家居的重要组成部分.文中设计了一种基于SIM800和STC89C52的智能报警系统.该系统以STC89C52单片机与SIM800L模块为主要器件,使用MQ-2等多种传感器对家中温度、烟雾及是否有人闯入等情况进行监测,并将监测结果以短信形式发送到用户手机.通过对系统进行整体测试表明,该系统具有操作方便、运行可靠、成本低廉等优点,能够实现防盗、防火、防煤气泄漏等功能.
关键词：STC89C52单片机;G模块;MQ-2;热释电红外;SIM800L;智能报警
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）05-00-03
0 引 言
火灾、盗窃、煤气中毒等事情的发生使得群众生命财产受到严重威胁.科学技术的飞速发展,人们对自己的生活要求也不断提高,智能家居已经进入了人们的日常生活.家居安全报警系统是智能家居的一个重要组成部分.本设计通过MQ-2、DS18B20、热释电传感器分别监测室内气体、温度、人体活动等信息并传回单片机,如若存在危险,将通过G模块发送给主人手机进行报警.
1 设计方案
图1所示为系统的总体设计框图.STC89C52/RC为主要核心器件,连接按键模块进行输入控制操作,传感器模块、SIM800L模块、LCD1602显示模块等实现人机交互等功能.单片机控制部分包括时钟电路、复位电路、电源电路.
2 硬件设计
2.1 单片机最小系统模块
单片机最小系统模块以STC89C52为核心,包含电源供电电路、单片机复位电路、时钟电路.电源电路为5 V直流供电,同时也完成对最小系统所有模块的供电.
2.2 显示电路模块
显示屏采用绿屏LCD1602,成本低廉,可用来显示温度等数据.
2.3 热释电传感器模块
热释电传感器模块原理如图2所示.模块由红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B（传感器）及一些元件（电阻电容）组成.该模块的正常工作电压为+4.5 V（工作范围为3～5 V）.
2.4 气体传感器模块
MQ-2对液化石油气、天然气的敏感程度最高,尤其是烷类烟雾,对乙醇蒸汽近乎不响应,具有良好的重复、恢复特牲,能保持长时间工作,监测可燃气体或烟雾范围为100～10 000 ppm.
MQ-2内部气敏材料为二氧化锡,其阻值R和空气中被测气体浓度C的关系为log R等于mlog C+n（m,n为常数）,浓度上升后电阻会减小,特性相当于滑动变阻器,使MQ-2的4,6脚对地输出电压增大.
电路连接简单,适用于家庭对烷类烟雾的监测,原理如图3所示.
2.5 温度传感器模块
温度采集模块的核心为DS18B20温度传感器,该传感器可直接读出外界被测温度,将温度以数字量的形式传入
I/O口.测量温度的功能实现,主要在于DS18B20的初始化,所以程序内部需要采用精准的延时.
2.6 SIM800L模块
SIM800L模块是目前在远程监控和无线POS终端等领域应用较多的射频模块.此模块主要完成短信发送功能.单片机通过RS 232串口与SIM800L连接通信.短信收发的编码采用PDU（Protocol Description Unit）模式.PDU模式支持所有系統的手机,PDU串包含S、目标号码、消息等,但为了方便消息内容采用数组定义,本系统选用纯文本的Text模式,考虑到Text不能收发中文,所以信息由英文组成.电路原理如图4所示.
3 软件设计
开机启动首先完成LCD、传感器、SIM800L模块的初始化,之后进行额定温度的设定,再对温度、气体进行采集,判断是否超过指标,若超过指标则发送警报短信,期间如果有人员非法闯入,单片机会读取到热释红外传感器的信息,发送警报短信.系统程序的总流程如图5所示.
4 系统测试
程序通过Keil软件编写,编写方式选用C语言,通过串口引脚烧录.在系统调试正常的情况下,进行气体检测验证.调整MQ-2的灵敏度,通过一些特殊手段改变环境的液化气含量,观察液晶屏上气体灵敏度是否改变.当气体浓度达到危险值时,系统发出“煤气泄漏”语音报警,同时系统发送“煤气泄漏”中文短信到用户手机.火灾测试时,当室内温度高于预设值时,系统发送“火灾报警”中文短信到用户手机;当室内有人入侵时,系统发送“有人入侵”中文短信至用户手机.该系统实现了险情识别与及时报警,同时还降低了误报概率.
4.1 测试数据及分析
4.1.1 热释电感应距离测量
在主人外出模式下,当室内有人入侵时,热释电可以感应到人的存在,同时发出远程报警.在调节好红外热释电模块的灵敏度后,通过测量,我们可以测得热释电的感应有效范围,并实现语音报警和远程短信报警,数据记录见表1所列.
理论上,红外热释电的有效感应范围为0～7 m,通过测试,从0开始到7 m,其中到6.3 m的范围都能感应到,但是到6.5 m时开始出现感应不灵敏的现象,可能的原因是出现了一些电子干扰及线路误差.
4.1.2 温度测试
本系统通过DS18B20测试温度高低,实现火灾报警功能.在测试过程中,使用电吹风加热.将测量结果与4位半高精确温度测量仪器相比较,比较结果见表2所列.由表2
可知,对比使用高精度温度测量仪,将DS18B20作为火灾温度检测模块具有一定的可行性,同时也可以降低设计成本.
5 结 语
本文从整体到部分详细介绍了智能家居报警控制器的设计.设计实现了对家中煤气泄漏、火灾等情况的监测和自动报警功能.经测试,热释电红外传感器的感应范围约为6.3 m;在外界温度为70℃时,DS18B20温度传感器能够准确感应,并发出报警,基本实现预期目的,同时系统还能够辨别不同险情,进行不同种类的报警,方便主人正确处理险情,使设计更加智能化、人性化.
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