基于51单片机楼宇智能防灾报警系统

田端财

【摘 要】 针对当代人们对生活起居质量、功能和安全等方面要求不断提高，分析了目前各类智能小区存在的不足，整合利用现有设施，通过技术上的完善，提出了一种基于AT89C51单片机嵌入式楼宇智能防灾报警系统的实现方案，该方案介绍了基于51单片机嵌入式技术的设计和实现过程，并介绍了该系统的主要功能等。

【关键词】 AT89C51单片机 嵌入式 智能 防灾报警

1 背景

我国随着城市化进程不断深入，越来越多的人住上了楼房，然而家庭这个个体的独立化程度越来越高，即便是对门邻居也很少来往，尤其白天人们上班后，家庭这个个体就成为一个与世隔绝的封闭环境，家庭内部发生了什么都很难知晓，如此导致家庭内部发生危险灾害等问题时不能得到及时处理而使问题扩大，甚至无法控制，而且这个灾害都是不可预知的。家庭内部可能出现的灾害主要有：（1）天然气泄漏；（2）各种原因引起的火灾危害；⑶自来水、暖气管道泄漏引起的水灾危害等，有时这些灾害可能并发。控制灾害最好的方法是这些突发灾害刚刚发生时及时感知并加以控制防止继续蔓延。

2 可行性研究

在日常生活中也有一些防控灾害的装置，如燃气泄漏报警装置；自来水漏水报警装置；火灾烟雾报警装置等，但这些装置的工作都是相互独立的而且很难完全的制住灾害，如燃气使用时如果电磁阀前端有泄漏，那么装置即使发现有漏气并关闭电磁阀也无法控制灾害。通过对现有的一些防灾报警装置的研究和分析，联合工业控制领域DCS控制系统理论，我设计了本系统，本系统是在家庭内部选用现有的防灾报警装置和小区的控制中心通过总线方式连接起来，形成类似DCS的集散型控制系统，理论上只要家庭终端防灾报警装置发现灾害就能够及时把信号发送给控制中心，小区控制中心也就能够做出及时处理。经过实验和DCS的成功经验，证明本系统是可行的。

3 系统简介

3.1 硬件结构

该系统为三层结构（如图1）：底层是与用户相关的终端设备，称现场层或用户层，包括显示器、传感器和报警器等。终端设备的主要功能为实时探测周围环境信息，实现模数/数模转换，传送数据到上层，接受上层控制信息，实现设备状态、灾害类型、方位的显示等；中间层为微控制器层或家庭控制器层、家庭控制器，该层是本系统的核心部件，选用AT89C51单片机，功能为接收底层发来的信息，实现简单比较、计算和暂存等，传送数据给上层，接收上层命令，发送控制信息控制底层设备工作状态等，是家庭单位的控制中心，控制家庭所有的终端设备，家庭控制器的规格与数量取决于终端信号的数量和性质；最高层为管理控制中心，为中心监控层，选用普通PC，连接LED指示灯、报警器等外围设备，结合管理软件，管理所有的家庭控制器，另外小区各种管网的主干终端设备也与之相连，可实现在小区入口上防控灾害。各层和设备之间都是通过总线结构连接，为提高工作效率，该系统各层之间通过中断方式传输数据。

此外，本系统为在发生紧急情况时可实现人工报警、控制等应急处理，在各个方便位置加装紧急应急按钮或脚踏开关等。

3.2 系统功能

安全是人们在追求高质量智能化住宅的前提下，对住宅的更高要求。本系统充分考虑长效性问题，能够实现长期稳定运行，具备以下功能：

（1）用户层终端设备用具有实时监测功能的传感器对家庭内部环境进行实时监测，一旦监测到异常情况通过中断方式发送给上层，并且蜂鸣器发出报警声音，显示器显示异常情况类型代码和位置代码，发光二极管用不同颜色的光来表征异常情况的类型；

（2）实时监测现场环境状态，并进行比较、计算和判断交付上层，并能够根据上层反馈的控制信息做出一系列的控制动作，实现对灾害的监测控制；

（3）各控制器、传感器等在进行灾害监测之前，实现自身工作状态检测，以保证该系统的正常运行；

（4）各控制器、终端设备等具有工作异常时自我检测、控制和复位重启等系统保护功能，保证系统长效安全运行。

3.3 家庭控制器工作过程

本系统主要任务是进行楼宇灾害的智能预防、报警和控制，主要防控方式通过中断实现。在灾害发生前或发生初，通过传感器感知相应信号，并对信号进行辨析：如发现系统工作异常信号，则系统自检并自我修复，AT89C51设置看门狗，防止程序跑飞以保证系统24小时正常工作；如确定为灾害信号，则系统根据预定标准进行判别，确定灾害类型以便进行相应处理。本系统以LED发光颜色区分类型：红光为火灾；蓝光为水灾；黄光为有害气体泄露等。同时报警器响，系统根据中断类型码确定灾害可能的位置并在显示器上显示。具体防控流程如图2所示。

如图所示，a.系统主程序：（1）在开始时，系统初始化，自检，以保存系统正常运行；（2）开中断以便接收中断请求；（3）系统进入正常工作状态，等待中断请求的到来。b.中断过程：（1）关中断，防止再有其他的中断请求；（2）判断中断类型码，确定是灾害还是工作异常，如果工作异常，则系统复位，如是灾害通过比较、计算和判断确定灾害相关参数上报控制中心，同时对终端设备加以控制，显示器显示事发位置，相应LED灯放光，报警器报警等。（3）当所有的操作完成后，相应设备复位，返回主程序继续运行等待。

4 结语

本系统利用DCS原理通过在家庭内部加装一个微控制器，把家庭内部原来独立的设备利用2芯总线方式集合起来，实现集散式控制，非常灵活的获取环境参数，加以计算、比较、判断和控制，并通过网络发送到小区监控中心，从而从主干上控制灾害。该系统集防火、防水、防燃气泄漏等功能于一身，本系统报警部分实现声音报警，灾害类别灯光指示，位置判别和显示等功能。本系统可实现自我检测、自动修整、复位等，利用循环查询方式定期检测终端设备的工作状态，确保系统24小时不间断运行，具有长效性。本系统为AT89C51开发了相应的看门狗程序，防止跑飞。另外本系统还安装应急开关，实现人工控制，本系统如进一步完善可增设防盗功能等。

参考文献

[1]肖婧.单片机系统设计与仿真--基于PROTEUS[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[2]周立功，等.ARM嵌入式系统基础教程.北京航空航天出版社，2005.

[3]符意德.嵌入式系统原理与开发应用（第三版）.电子电子工业出版社，2003.