张建荣

(山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619)

0 引言

据国家统计局公报，中国60岁以上人口数量远超0～15岁人数，其中，65岁以上人口达1.66亿以上。我国的老龄化问题非常严重。随着老龄化社会的到来，老年人的生活问题越来越受到当代社会的关注。在经济和社会快速发展的背景下，由于社会进步，科学和技术的发展以及城市化，年轻人逐渐外出，独居老人越来越多。孤独的老人无人照料，家中出现意外无人知晓。基于这一背景，本文设计了家庭安全报警系统，尽可能防止居家发生意外事故或发生意外事故时能及时得到救助。

1 系统总体设计

本设计主要由单片机，液晶显示、温湿度检测、烟雾检测、继电器控制电路、报警电路、短信发送等模块构成。整体设计框图如图1所示。

图1 整体设计框图

本设计实时监测室内的温湿度、烟雾浓度，且具有一定的防偷盗功能。

1) LCD1602实时显示温度、湿度和烟雾浓度参数。

2) 温度高于设定的上限值时，风扇开启。

3) 湿度低于设定的阈值时，加湿器开启。

4) 烟雾浓度超过阈值时，进行声光报警，控制风扇工作，同时向手机发送报警短信。

5) 在红外传感器检测到有人侵入的情况下，系统发出声光报警，同时向手机发送报警消息。

2 电路设计

2.1 控制电路

目前，作为主控制电路的芯片很多，例如CPLD控制和单片机控制[1]等。单片机与CPLD相比，实现相同功能前提下，使用更方便、价格更低廉。因此，本文使用STC89C52作为主控芯片。

2.2 显示电路

本系统采用LCD1602实时显示室内环境的温度和湿度以及烟雾浓度参数。

2.3 温湿度检测电路

本设计采用DHT11温湿度传感器[2-3]进行温湿度检测。DHT11是一款以数字信号进行传输的感应器。它具有响应快、稳定性强、传输距离远、运行所需功耗低、抗干扰能力强、体积小等优点。由特殊的电容传感元器件检测空气湿度,温度由负系数热敏电阻进行相对应的数据采集和测量。它将采集到的环境温、湿度数据处理成单片机可识别的信号，单片机处理后控制显示器显示和继电器的工作状态。该传感器内部有一限流电阻，可保护传感器不被烧损。但传感器在使用时应注意远离其他发热电器，防止电器发热导致传感器监控过程产生误差。模块引脚连接图如图2所示。

图2 温湿度传感器模块连接图

2.4 烟雾检测电路

本设计采用MQ-2检测烟雾，其对天然气等烟雾检测敏感，检测的效率可随着室内烟雾浓度的上升而提高。它可监测的有害气体种类繁多，用于家庭环境检测时，可实时提醒用户烟雾状况。Q-2将检测到的烟雾数据传送至单片处理并显示在LCD1602上。当检测到烟雾浓度超过上限时，单片机控制报警电路进行报警，同时短消息模块向家人或亲友号码发送短消息。

2.5 红外检测电路

红外检测使用红外热释电传感器[4-6]，该传感器仅限于检测人体，灵敏度高，成本低廉。

传感器发挥其检测作用，随时感知是否有人，并控制是否需要报警提示。本设计使用HC-SR501机型。热释电红外传感器将人体检测信号随时从OUT接口发送到单片机，这样单片机就可以知道有无盗贼入侵。当传感器检测到有人入侵时，单片机控制报警电路发声，同时短信发送模块将报警消息发送到预约号码以提醒家人和好友。系统的红外检测电路如图3所示。

图3 红外检测电路

2.6 短信发送模块

本设计使用SIM800L作为GSM短信发送模块。该模块可长时间连接单片机运行，在睡眠状态下仅有10 mA左右的电流消耗，彩信、短信、互联网等功能都可以实现。无论是3.3 V的单片机还是5 V的单片机，都可以使用SIM800LS短信模块，保持232通信方式。无论是在学习还是开发SIM800L短信模块时，都可以监测到单片机向模块发送指令后，模块的执行情况，便于开发人员对SIM模块进行调试。

如果系统检测到室内烟雾浓度超标，或者怀疑有人闯入家中，单片机将控制SIM800L模块向预留的手机号码发送短信，表示家中环境出现意外。图4为SIM800L模块图。

图4 SIM800L模块

2.7 报警电路

报警电路[5]包括光和声两部分。光警报使用发光二极管电路指示，光报警时发光二极管点亮。声音报警采用蜂鸣器，成本低，使用简单，传输信息速度快，能及时发出报警。它的编程语言比较简单，有固定的代码可以写入系统。报警时的声响很大，即使家里没人，也可以向周围的人提示这个家出现了安全事故。

报警电路包括二极管、三极管、电阻和蜂鸣器。电阻串联在二极管、三极管回路中，起到限流保护电路的作用。当接收到低电平时，电路导通，发光二极管点亮，蜂鸣器发声进行报警。当电路接收到高电平时，三极管截止，电路断开，无法报警。报警电路图如图5所示。

图5 报警电路

2.8 继电器控制电路

继电器主要用于控制风扇和加湿器状态。当室内温度过高时，继电器电路连通风扇降温。如果室内湿度过低，则继电器电路连通加湿器进行加湿。当烟雾浓度达到预先设定的安全阈值时，继电器电路控制风扇开启来排除烟雾。在该继电器的电路中，发光二极管与电阻串联连接。当继电器电路工作时，指示灯发光，可以正常改善室内环境。继电器电路有一个线圈和两个电枢，线圈中插入有铁棒，当电路中有电流时，产生电磁感应，进而连接两个电枢，电路导通。否则，电枢断开，继电器不工作。磁铁片的吸附和切断控制继电器电路的接通和断开。模块图如图6所示。

图6 继电器模块电路图

2.9 按键电路

按键电路由四个独立的按键开关组成，其中三个按键可以设定环境安全阈值，另一个按键是消除误报警。当红外传感器检测到人进入时，系统会发出警报。如果家人或朋友进入室内时也会发出报警声，此时为误报警，可手动按下按钮取消报警。

3 结语

本文主要介绍了家庭安防报警系统的设计。系统具有温湿度和烟雾浓度的检测、显示和调节功能，同时具有防盗、报警和短信发送的功能。系统实时监测家庭环境参数，对独居老人的居住环境进行安全防护，极大地避免了独居老人在家发生意外却无人发现的情况。系统成本低，使用简单，方便，最适合推广应用。本设计可以作为基础板进行进一步开发，例如在防盗方面，可以组合安装摄像机进行图像采集，利用人脸识别技术和红外检测共同检测是否有陌生人入侵，可使防盗更准确。系统还可以利用无线通信技术，与可穿戴电子检测设备进行数据传输，进而反馈给离家的亲人好友手机，实现远程监测功能，进一步可实现远程监控。