王腾飞

(大同煤炭职业技术学院机电工程系，山西 大同 037000)

0 引言

随着我国国民经济水平的大幅度提高，家庭住宅的隐患也与日俱增，尤其在火灾、失窃等方面，给居民的生命财产带来了严重的危害和损失。近几年，我国每年家庭住宅发生火灾的比例更是达到了40%以上，国外许多家庭住宅都安装有智能防火防盗装置，而我国的大多数家庭却没有安装防火防盗设备[1,2]。为此利用现代的电子技术开发一套面向家庭住宅的全新的防火防盗装置，势在必行。

1 总体设计方案

本系统主要由STC12C5A60S2单片机控制电路、热释电式红外防盗监测电路、气敏式气体泄漏监测电路、火灾监测电路、按键显示与声光报警电路及手机通信电路组成。其主要工作原理为：单片机自动巡检火灾、气体泄漏及防盗监测电路，外界一旦发生有火情(气体泄漏)及盗情时，能实时地把报警信息发送到通过GPRS与之联网的手机上并发出报警信号，实现住宅火灾等安全隐患的在线实时报警。

2 住宅报警监测系统的硬件设计

2.1 电源电路及单片机控制电路

电源电路及单片机其控制电路如图1所示，对于无线报警监测系统电源电路的设计，考虑到干电池供电输出电量(电压和电流)持久和使用方便等特点，本设计选用4节1.5V的干电池或充电电池来给系统供电，当按下自锁开关S1时，LED被点亮，起到系统工作指示灯的作用。考虑到无线报警监测系统中有模拟电压信号的输出，需要进行相应的AD转换后才能将信号送到单片机中，因此本设计选取STC12C5A60S2单片机，它有8个转换通道(P1.0～P1.7)，为了克服因电池组供电引起的通道电压漂移而造成的读数不准的问题，需要给其中的一个通道提供稳定的基准电压(选取P1.2口)，CP、C10为钽电容，用来增强电路的滤波效果和抑制自激效应的发生，保证AMS1117-3.3能够输出稳定的3.3V。

图1 电源电路及单片机控制电路

STC12C5A60S2单片机具有“掉电模式”的性能，在无外部事件的触发时处于低功耗状态而节省系统供电电源的能量输出，当系统出现故障时，可通过按下按钮S2来让系统复位。

2.2 热释电式红外防盗监测电路

热释电式红外传感器对温度的变化极其敏感，一旦有人进入到它的监测范围，就会自动感应到环境温度的变化，就会输出高电平的数字信号，否则会一直保持低电平信号[3]。

本设计选用D203S热释电式红外传感器，它本身带菲涅尔透镜，能使感应距离达到5 m，感应角度达到120°锥角，完全能够满足住宅防盗的需要。为了增大监测范围，设计使用两个D203D，可使监测角度达到240°，如果要减小监测角度时，可以用黑色胶带遮住菲涅尔透镜的部分镜头。D203S热释电式红外防盗监测电路如图2所示，D203S热释电式传感器的输出电平经74LS14非门变为低电平信号，单片机一旦监测到P2.0口或P2.1口有低电平信号时，说明有盗贼进入。

图2 红外防盗监测电路

2.3 气敏式气体泄露监测电路及火灾监测电路

气敏式传感器不仅对天然气及煤气等许多可燃性气体敏感，而且工作稳定性高，为此本设计选用MQ-5气敏式传感器，当发生气体泄露时，其电阻值会随着浓度的增大而减小，传感器会输出与浓度对应的模拟电压信号(或低电平信号)，因此可以通过监测传感器的电压信号确定气体是否发生泄露[4]。

MQ-5气敏式气体泄露监测电路如图3所示。MQ-5的AO口输出模拟电压信号，在无气体泄漏时的模拟输出电压为0.1～0.3V，有气体泄漏时为1.2～4.3V左右，为此本设计选取发生气体泄漏时的默认电压报警阈值为1V，当单片机监测到AO口输出的电压超过1V时，就会发出气体泄漏声光报警信号。

当火灾发生时，会伴随有大量高温和有毒的气体烟雾分子，为此本设计选取LM35线性温度传感器来检测火灾，LM35温度传感器OUT的口能输出与摄氏温度(℃)成正比例的模拟电压信号，两者的转换公式为：VOUT=10mV/℃×T℃，其监测电路如图3所示，设计选取发生火灾时的默认温度报警阈值为45℃，(VOUT为0.45V)，当单片机监测到OUT口输出的电压超过4.5V时，就会发出火灾声光报警信号。

图3 气体监测电路及火灾监测电路

2.4 按键显示与声光报警电路

NOKIA5110能显示4行汉字或字符，在单片机无响应时能处于“掉电模式”状态，一旦单片机发出响应，会立刻被唤醒，正常工作所需电流仅为200μA，因此本设计选取NOKIA5110显示屏[5]。用户可以通过按键设定报警阈值和用来发送短信的手机号码，并能显示到NOKIA5110显示屏上，按键设定与报警点的信息具体见表1。

按键显示与声光报警电路如图4所示。只要单片机监测到P1.0～P1.1、P2.0～P2.1端口有低电平信号时，便会控制声光报警电路发出声光报警信号。

表1 按键设定与报警点信息表

图4 按键显示与声光报警电路

2.5 单片机与手机通信电路

本设计采用GPRS-DTU-726串行双向通信模块来实现单片机与手机之间的通信，该模块自带12V的电源适配器和插口，无需进行电源电路的设计。其工作原理为：当单片机接收到的报警数据通过MAX232转换芯片发送到DTU上，DTU再将接收到的数据通过GPRS发送到手机端。在使用DTU时，要将SIM卡插入到DTU的插槽内，在DTU配置软件上选择“串口外接设备通过DTU发送信息”模式，进行相应的IP地址等参数的设置，便可方便地实现单片机与手机之间的通信，其硬件电路如图5所示。

图5 单片机与手机通信电路

3 住宅报警监测系统的软件设计

3.1 主程序流程图

本系统的主程序流程图如图6所示。

图6 住宅报警监测系统的主程序流程图

3.2 子程序流程图

本系统的子程序包括按键扫描子程序、NOKIQ5110显示子程序及A/D转换中断子程序等，鉴于篇幅原因，这里不再作介绍。

4 结束语

本论文采用热释电式红外传感器、气敏式传感器、温度传感器以及GPRS报警通信等，结合系统实际运行的安全可靠型，设计了一套家庭住宅的实时防火防盗无线监控系统，在性能上能够满足家庭住宅防火防盗的实际需要，对于研究和开发智能家居产品具有一定的借鉴作用和价值。