“互联网+”时代下的可交互式智能家居系统设计

舒壮壮　傅佳

摘要：针对家庭生活存在的各种安全隐患，本设计主要对检测火源，可燃气体与外部入侵警报等家用安全问题提出解决方案。设计使用STC89C52单片机控制，通过烟雾传感器检测是否有烟雾煤气泄露、火焰传感器检测是否失火、震动传感器检测门是否非正常打开来判断是否有人盗窃。通过GSM发送发短信通知主人家庭安全状况进行报警，并可人为通过短信控制系统的工作模式。

关键词：家庭生活；STC89C52；无线报警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.104

本系统设计是由无线GSM模块和STC89C52RC单片机为中心的监控单元组成，实现火灾警告发声、盗窃警报、煤气泄漏警报、通过GSM电话模块进行远程报警等多种功能为一体智能家居安防系统，具有设备安装简单，操作使用方便，报警及时快速等功能，适合一般家庭使用。

1系统设计原理

本系统以单片机作为主控芯片进行，其中包含GSM网络发送及时消息模块，能够感知类似煤气或者烯烃类可燃气体的传感器模块，能够检测实时火焰的火源探测模块。单片机能够协同控制各个模块工作，完成各自的功能，并在必要时，向指定手机发送短消息、撥打电话的方式来向该用户发出警示。

2系统硬件设计

（1）传感器使用合理性分析。

1）烟雾传感器分析。二氧化锡（SnO₂）在干燥空气不容易导电，因此导电率比较低，可以用来作为敏感气体探测元件。又由于二氧化硅在原子结构上属于N型半导体，容易得到电子，在敏感气体混入空气中之后，容易受到气体分子的影响，从而改变其物理特性。一般来讲MQ-2气体传感器的探测范围广泛，可以检测到的烟雾范围为10010000ppm。将传感器至于一般空气环境中，当空气中混入烟雾或者可燃气体时会改变空气中气体成分，从而影响传感器器件的导电率，一旦导电率发生改变之后，就可以将这种变化转换成为电信号进行检测，从而实现烟雾或者可燃气体检测的功能。

2）火焰传感器分析。利用远红外探测器对红外线敏感的原理，远红外探头可以将微小的红外光强转化为电流信号，然后通过电流信号的强弱变换，便可以得知火源的情况。本红外检测模块的工作电压为3.3V—5.7V，传感器探头检测的角度为60度左右（注：是以探头为中心，可以向左探测30度，向右探测30度）。由上述介绍可知它对火焰光谱较为灵敏，当然传感器灵敏度可通过电位器进行调节。

3）震动传感器分析。主要结构是在一个真空玻璃管中注入水银和惰性气体，并引出两个电极进行触碰导电。水银是作为一种特殊的可以流动的金属，正是利用其可以流动且导电的特点，所以将其作为导电介质，每当开关受到外界触碰或者抖动之后，就会触碰到两个电极，相当于开关接通，电路导电。水银开关具有耐压高、导电性好、结构简单、可通过电流大等优点，满足该设计要求。

4）GSM模块合理性分析。A6模块支持语音通话与SMS短信，兼容SIM800指令系统。可以实现语音通话和短信发送的功能。GSM通信是属于2G通信业务，但是上网业务GPRS是属于2.5G业务，上网速度相对于2G也得到了提升，该模块是继承了上述两项业务对于一般的通信来讲是肯定适用。

3系统软件设计

系统程序设计比较复杂，可采用模块化的程序框架。C语言的最大优点是程序简洁、执行效率高、指令简单、可读性强、程序易于编写和移植性能好。本设计采用C语言编写。

4测试方案与测试结果

（1）硬件测试。用万用表检测，确定安装和连线都没有问题。对单片机系统检查接地引脚与电源引脚之间的电位，电压表显示电压在5V～4.7V范围内，正常。检查时钟振荡电路能否起振，通过一直按住复位键并用万用表测量IO口的电压，是高电平，起振正常。检查制作PCB电路板过程中的短路、开路和错线等情况，通过实物板与原理图相互对照检查，正常。完成检查。

（2）功能测试。1）自定义工作模式测试。该设计拥有4种工作模式。第一种为开机模式；第二种为开启模式；第三种为报警工模式，当用户外出是可以选择第三种模式，打开不同情况下的远程报警提示提示，以确保家庭安全；第四种为关闭模式，当用户在家是，可选择第四种模式关闭系统，以免发生误报。

①开机模式测试。将系统电源打开供电则处于开机模式。在设计附近点火、释放可燃气体产生烟雾或煤气泄漏、有人侵入都只能看到各传感器灯亮，蜂鸣器不工作。②开启模式测试。在开机模式的基础上，按下切换工作模式按键将会使系统处于开启模式。在设计附近点火、释放可燃气体产生烟雾或煤气泄漏、有人侵入都能看到各传感器灯亮，蜂鸣器报警。③报警模式测试。在开启工作模式的基础上，按下切换工作模式按键将会使系统处于报警工作模式。在设计附近点火、释放可燃气体产生烟雾或煤气泄漏、有人侵入都能看到各传感器灯亮，蜂鸣器报警并给指定号码手机分别发送"Thief"、"Fire"、GAS"的短信以此提醒用户。④关闭模式测试。用户可以给系统发送短信"10086"，使系统进入关闭模式，则系统关闭，不论怎样手动切换工作模式，系统都不再进行报警。再次开启系统需要指定手机给系统发送短信"10010"，重新开启系统。

2）火灾报警测试。处于报警模式状态下，在设计附近点火火焰传感器灯亮，蜂鸣器发出警报且系统向制定手机发送“Fire”的短信提升。

3）烟雾报警测试。处于报警模式状态下，在设计附近释放可燃气体产生烟雾或煤气泄漏，烟雾传感器灯亮，蜂鸣器发出警报。

4）防盗报警测试。处于报警模式状态下，在设计附近有人侵入使得设计震动、倾斜，蜂鸣器发出警报。