基于51单片机的家用监控系统的设计

宋军平　赵高丽

摘要：该文研究基于51单片机的家用安防系统，通过搜索现场信息，将信息通过短信发送到设置的电话号码上，并且显示现场情况的种类信息的功能，能现场火灾进行报警铃声。整个安防系统以家庭住宅为平台，加入计算机及网络通信等技术。磁感应结束通过红外安全监视系统、气体，玻璃破碎探测器的环境变化，如传感器发现异常情况时，快速发送给相关人员，使事情得到及时治疗，减少财产和人员伤亡。

关键词：51单片机；红外传感器；监控系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0047-03

Abstract： This paper studies the home security system based on 51 single chip microcomputer， through the search site information， the information is sent to the set of telephone numbers， and display the function of the information of the scene， can be a fire alarm. The whole security system takes the family residence as the platform， joins the computer and the network communication technology. Magnetic induction end by infrared security monitoring system， gas， glass broken detector environmental changes， such as sensor found abnormal situation， the rapid delivery to the relevant personnel， so that things get timely treatment， reduce property and casualties.

Key words： 51 single chip microcomputer； infrared sensor； monitoring system

随着经济的发展人们生活条件的改善，家用电器、天然气和煤气等在每个家庭中是必不可少的，但这些对人民的生命安全和财产也存在一定威胁。经过调查，每年都有煤气中毒使人民生命安全和财产造成威胁的有两方面因素，一方面人为的破坏，例如盗窃、抢劫、凶杀等，另一方面自然灾害的破坏，例如火灾等自然灾害。因此设计具有价格低廉，操作简单，并且可以改变人民生活水平，使生命安全和财产得到保证能自动发出报警的安防监控系统是必要的，并且具有广阔的市场前景。

1 系统设计

1.1 设计方案的选择

家用安防监控系统包含的部分：数据采集部分、数据处理部分、报警显示部分，数据采集部分，红外入侵检测报警、煤气泄漏报警二部分。设计三个方案比较：方案一：把arm作为数据处理器，用GPRS发送信息来提醒，用TFT显示警情信息。因为ARM比较昂贵，所以有待商议；方案二：把MSP430作为处理器，同样结合GPRS，虽然MSP拥有资源丰富，耗能低等特点，但是有些不符合系统需求；方案三：把MCU51作为处理器。并且现在MCU技术已经成熟，有各方面的优势，所以能准确的完成任务。三种方案经比较研究，采用方案三是比较合理的。

1.2 系统框架

本设计包含以下：单片机控制电路、电源、复位电路、传感器电路、液晶显示、铃声报警电路组成。采用51系列单片机作为处理器。系统的运作是在系统软件的控制下完成的。监控点上得到的各种数据采集模块把信息转化为电信号，经过放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限开关送出电平道单片机。通过单片机内的软件进行调查、检测判断等环节发出报警信号。驱动电路把信号放大，然后驱动声光报警完成相应操作。当警示推迟5秒后自动解除，当然也可以手动解除，当情况小时候电路复位。

2 系统的硬件设计

3 系统软件设计

3.1 系统软件设计说明

系统软件的设计主要是通过单片机实时检测ADC输入电平变化。当单片机判断出警情时，单片机会处理并控制声光报警电路、显示电路和GPRS模块完成报警动作。本系统软件部分流程大致为：首先初始化MCU，判断ADC信号是否正常，如果指标不正常，进行烟雾气体报警，指标正常则返回初始化阶段反复进行检测；同时进行红外传感器的检测，如果不正常，则进行闯入报警，正常则指定的手机号码上，并可与物管点电脑进行互动，达到防火灭火保护人身财产安全的目的。

3.2 红外报警器的运用

红外入侵报警系统由发射机和接收机和发射机是由电源、光源和光学系统，接收机光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器和其他地区。红外报警系统是一种红外光束型块报警、红外发光二极管的发射机的激励下，通过调制发送一束红外光束，光束的波长约在0.8 ～ 0.95微米），通过光学系统的作用成平行光。红外光电传感器的接收器将光信号转换成信号，经过处理电路报警控制器。发射机发出的红外线是通过预防区域到达接收机时，构成了一个警戒线。在正常情况下，接收方是一种稳定的光信号，红外光束被遮挡，接收红外信号的变化提取变化，放大和适当的治疗，从控制器报警信号。一般应用在大多数的周界防范，最大的优势是防止距离，可以达到十倍以上的被动红外探测范围。

红外报警系统软件程序，是由红外发射端和接收端组成，该程序首先令IRSend置零关闭发射端使系统初始化并定义一个脉冲计数信号。在短暂延迟时间之后使发送端发送红外信号，如果接收端没有收到红外信号则脉冲计数器加一，使用for循环多次重复以上步骤，如脉冲计数器累加到一定次数则说明发射与接收器之间有障碍，启动报警电路。使用脉冲计数器可以避免因短时间遮挡引起的误报警，通过设置计数器的上限从而改变触发报警的遮挡时间长短。

3.3 烟雾报警的运用

该系统使用一个电阻与MQ - 2型气体传感器，其电阻与被测气体的浓度变化。气体敏感装置是一种“气-电传感器，它将气体的浓度信号成相应的电信号。设备放置一段时间后，再通电，当使用电阻先下降，然后上升，电力大约十分钟后早期（称为稳定时间），相应的阻力稳定和大气条件。为了避免假阳性的当前的行动，应特别注意设置超过十分钟的延迟电路。设备的响应时间大约是10秒，恢复时间约30秒到60秒。气体敏感设备用于避免污染油或油垢，更不要使用气体敏感设备腐蚀性气体很长一段时间。使用时很长一段时间，要有措施防止灰尘堵塞不锈钢钢丝网。

3.4 A/D转换器及运用

本系统采用模数转换器是PCF859，其是单片集成，单电源，低功耗，8位CMOS数据采集设备。PCF8591有四个模拟输入，模拟I2C总线输出和一个串行接口，有A0、A1、A2三个地址组成，可用于硬件地址的编程，虽然允许在同一总线上访问PCF8591设备，但不需要额外的硬件。地址的输入和输出，控制和数据信号的传输都是通过I2C总线进行双向串行传输的。

PCF8591芯片A/D转换器通过令时钟SCL保持高电位并使数据线SDA由高到低进行跳变，从而开始I2C通信，如SDA由低到高进行跳变则停止I2C通信。向芯片发送一个字节的程序，利用for循环8次，每次都使该字节与16进制编码0x80按位与操作选出最高位进行发送，之后把该字节向左移一位进行下一个循环，直到8位数据全部发送。而接受一字节数据时则先左移一位接收数据如接受位为1则与0x01进行按位或操作将数据最后一位置1，如接收位为0则与0xfe进行按位与操作将最后一位置0。

由于烟雾传感器通常输出的是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当其值符合A/D转换器的输入等级时，不用放大器对信号进行放大；但信号值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大信号。因此QM-N5半导体气体烟雾传感器如果把采集到的烟雾浓度的模拟信号传送给单片机控制器就要对接收的人数据进行放大处理，然后经过A/D转换器转化为可以识别的电信号给单片机。但设计时应注意，气敏元件开机通电时，其内阻很小，但经过一段时间后，才能恢复到原来的稳定状态。因此，QM-N5气体传感器需开机预热几分钟，才可投入使用，以免造成误报。

本研究的主程序实现功能是：如果单片机检测到ADC数据出现异常情况时，表示监控区有人进入或发生了火灾险情等，这时单片机就会通过内部程序处理，驱动声光报警电路开始报警，报警持续5秒钟后自动停止报警，随后程序将开始循环工作，检测是否还有下次触发信号等待报警，从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到5秒钟时，用手工按键复位停止声光报警的作用。

4 系统实现步骤

4.1 系统的运行和显示

该系统通过单片机运行。在液晶显示器显示出时间、烟雾浓度等信息。当没有危险发生时，系统属于备用状态，读取系统时间。主页显示烟尘浓度，浓度的可燃气体和可燃气体甲烷浓度。

4.2 各种异常状态

1）气体泄露后的状态

当系统检测到公司或甲烷浓度超标，报警系统，持续风力蜂鸣器报警，和类型的信息在屏幕上显示的危险，当系统同时报警，系统将发送到用户指定的危险在移动电话号码，提醒用户及时的措施。

2）有人闯入的状态

当有人闯入时，显示器会显示该信息，并会把消息发给相关人员。

5 系统仿真与总结

本文是基于51单片机为核心的家用安防监控系统，完成了防火，到系统总体设计图表的自动报警系统，包括硬件部分和软件部分的设计。实现了整个系统流程图的设计，并完成了信号的收集，如液晶显示、A / D转换模块的编程和调试，通过物理模拟系统在各种危险原始响应和发送短信，可以检测各种危险，及时、有效地有效的危险警告。该系统采用多传感器采集信号的集成应用，提高系统信息传输的可靠性，降低漏报率和误报率。从而有效预防和减少意外财产损失，保障家庭安全监控、具有一定的实用性。

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