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【摘 要】本系统是基于AT89S52单片机的防盗防火系统，它采用烟雾传感器和人体红外检测传感器实时监测家庭安全状况，如果出现异常情况，该系统会通过GSM模块以短信形式通知用户或者直接报警。该系统成本较低、性能稳定，并且抗干扰能力强，电路安装简单。通过多次调试，该系统性能指标达到要求，设计具有一定可行性。
【关键词】单片机AT89S52；传感器；防盗防火系统
0.引言
随着我国经济发展，人民生活水平提高，各地均建成现代化住宅区。很多家庭也拥有各种家电设备和贵重品，但是火灾、盗窃现象屡见不鲜，给小区居民的生命和财产造成重大损失。人们安全意识不断提高，报警系统也越来越受欢迎，在安防方面得到广泛应用。
本文以51系列单片机为主控芯片，MQ-2烟雾传感器模块和人体红外检测传感器作为敏感检测单元，结合ADC0832、液晶12864和GSM模块TC35设计而成。它具有实用的功能，并且抗干扰能力强、成本低的防盗防火显示报警系统，在安防上能满足一般用户的需求。
1.防盗防火系统总体方案设计
该防盗防火报警系统是一种新型电子报警系统。将智能控制、电子探测和电话通讯技术结合起来设计而成一个防盗、防火报警系统。系统组成框图如图1所示。
1.1系统组成
系统总体构成包括主控单片机STC89S52、防火信息采集与处理模块、防盗信息采集与处理模块、GSM移动通信模块、备用电源等。
该防盗防火系统的主控部件选用AT89S52，它是整个控制系统的核心器件。AT89S52是一种CMOS8位微控制器，片内具有8K可编程快闪存储器并且具有低功耗、高性能的特点。片内FPEROM通过在线编写程序或者通过编程器对存储器多次重复编程来实现短消息的发送和接收。在居民住宅需要设防的区域内安装各种前端探测器来实现各种参数的检测任务。GSM数字的蜂窝移动通信网络已经成为我国移动通信网的主要方式。GSM的短消息具有数据传送功，该防盗防火系统通过GSM通讯模块实现报警。
1.2系统功能
把前端警情采集和报警控制模块安装在居民家里需要防范的位置，例如卧室、厨房、门窗等，而把报警主机放于比较隐蔽的位置。通常情况下，该防盗防火系统处于休眠撤防状态。当用户离家时，可通过键盘将系统置于布防工作状态。安装在各个位置的人体热释红外探测器和烟雾传感器开始不断采集信息。在警戒范围之内一旦发生火灾或者有人入侵时，与之对应的防盗、防火探测器向主控单片机发送中断请求。主控单片机响应中断，由GSM短信模块向预设的报警号码发送短信。报警号码可以是用户本人或者是公安部门，短信内容也可以按照需要自己设置。
2.系统硬件设计
2.1前端探测器设计
该防盗防火系统探测器部分主要包括防火探测器和防盗探测器两部分。防盗探测器采用热释电人体红外检测传感器，热释电人体红外线探测器原理图如图2所示。
热释电人体红外传感器可以接受来自人体辐射的特定波长红外线并将其变换为与人体距离、运动速度和方向有关的电信号。传感器产生的电压响应与入射光辐射的频率成反比。恒定红外辐射线照射在探测器上时，传感器没有电信号输出，因此传感器不能检测到恒定的红外辐射。同样入射功率下，物体移动的速度越快，输出电压越小。只有电压值达到报警阈值电平时，探测器才有电压信号输出。因此，选择热释电人体红外探测器用于盗情信号的检测。
当人体进入信号探测区，人体温度引起环境温度辐射的变化。热释电红外探测器通过菲涅尔透镜感应到人体温度与环境温度温度的差信号，在负载电阻上产生一个大小取决于敏感元件温度变化快慢的电信号。经过比较器与状态控制器从而产生输出电压信号。
防火探测器设计。
可燃气体包括煤气、天然气、烷等，当一定空间内浓度达到一定值时，遇到明火便会燃烧甚至爆炸。家庭用的天然气或液化气发生泄露时，会造成人员煤气中毒等危险后果。在火灾发生早期阶段，燃烧物会散发出大量烟雾，含有大量可燃性气体，例如甲烷、一氧化碳等。使用可燃气体探测装置监测可燃气体的浓度值异常，就可以判断火情，从而及时发出报警信号，可以有效避免成灾。
防火探测器采用MQ-2气体传感器。它使用的气敏材料是二氧化锡（ ，清洁空气中电导率较低）。当传感器所在环境中有可燃气体泄漏时，传感器的电导率会随着可燃气体浓度的增加而增大。可用简单电路将电导率的变化转换成与该气体浓度相应的输出电压信号。
MQ-2气体传感器对丙烷、液化气、氢气的灵敏度很高，而且对天然气和其它的可燃蒸汽检测也比较好。它可检测多种可燃性气体，适合多种应用的一款低成本传感器。
2.2核心处理器AT89S52单片机
单片机是将微处理器、存储器和各种输入输出接口集成在一块硅片上的微型控制芯片。该系统选用了AT89S52系类单片机。该系列单片机与INTEL MCS-51系列单片机完全兼容。
两个20pF电容与12MHz晶振构成时钟电路。电阻、电容与按键开关构成复位电路，实现上电复位和手动复位功能。为防止周围干扰信号会对触发中断产生影响，在系统响应中断请求后，系统对中断抗干扰信号进行多次巡检。只有确认是中断信号后，采取执行中断服务子程序，否则不执行报警任务。
2.3 AT89S52单片机与短信报警模块通信设计
全双工串行通信需要一根输入线和一根输出线。AT89S52单片机有一个在异步通讯方式下工作的的全双工串行接口。该串口只占用了P3.0和P3.1，分别是接收端RXD与发送端TXD。
该通信模块提供标准九针口TS232串口，通过这个接口单片机与它进行通信。单片机的逻辑电平和GSM串口不一致，在实际应用时，必须通过专用电平转换芯片MAX232把TTL垫片转换成RS232电平。
该通信模块默认设置为：无奇偶校验位、波特率为9600bps、8位数据位、1位停止位和1位起始位。在串行通信中，发送设备和接收设备要保持相同传送波特率。如果要成功传递数据，数据位、起始位、停止位和奇偶校验位和的约定，在传递过程中必须保持一致。单片机使用的晶振是12MHz，串口波特率设置为9600，工作方式1，同时定时器T1工作在工作方式2。
3.系统软件设计
该系统采用AT89S52单片机，该单片机支持C语言和汇编语言。用C语言编程可以提高效率，改善程序可读性与可移植性，现在大多采用C语言作为开发软件。该系统采用Keil C51的uVision2。它基于Windows开发平台，将编辑、编译、链接和调试集成于一个环境中。uVision2包含一个高效编辑器、一个项目管理器和一个MAKE工具。可以灵活地对C51编译器、BL51连接器和As1编译器和编译环境设置。主程序流程图如上图3所示。
4.结语
该设计以AT89S52单片机和GSM短信报警模块为核心，设计了一种适合家庭用的防盗防火系统。在对硬件进行设计，軟件编程后，对该系统进行了调试。对系统发送和接收短消息电路模块进行了调试，系统可以针对警情正常运行，实现自动报警。 [科]
【参考文献】
[1]王海燕.家庭智能防盗防火报警系统的研究[D].无锡：江南大学，2008.
[2]陈雷，丁晓明，李强.GSM短消息系统在远程数据采集中的应用.中国数据通信，2003，（3）：58-61.
[3]李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[4]宁武，唐晓宇，闫晓金.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京：电子工业出版社，2009.
【关键词】单片机AT89S52；传感器；防盗防火系统
0.引言
随着我国经济发展，人民生活水平提高，各地均建成现代化住宅区。很多家庭也拥有各种家电设备和贵重品，但是火灾、盗窃现象屡见不鲜，给小区居民的生命和财产造成重大损失。人们安全意识不断提高，报警系统也越来越受欢迎，在安防方面得到广泛应用。
本文以51系列单片机为主控芯片，MQ-2烟雾传感器模块和人体红外检测传感器作为敏感检测单元，结合ADC0832、液晶12864和GSM模块TC35设计而成。它具有实用的功能，并且抗干扰能力强、成本低的防盗防火显示报警系统，在安防上能满足一般用户的需求。
1.防盗防火系统总体方案设计
该防盗防火报警系统是一种新型电子报警系统。将智能控制、电子探测和电话通讯技术结合起来设计而成一个防盗、防火报警系统。系统组成框图如图1所示。
1.1系统组成
系统总体构成包括主控单片机STC89S52、防火信息采集与处理模块、防盗信息采集与处理模块、GSM移动通信模块、备用电源等。
该防盗防火系统的主控部件选用AT89S52，它是整个控制系统的核心器件。AT89S52是一种CMOS8位微控制器，片内具有8K可编程快闪存储器并且具有低功耗、高性能的特点。片内FPEROM通过在线编写程序或者通过编程器对存储器多次重复编程来实现短消息的发送和接收。在居民住宅需要设防的区域内安装各种前端探测器来实现各种参数的检测任务。GSM数字的蜂窝移动通信网络已经成为我国移动通信网的主要方式。GSM的短消息具有数据传送功，该防盗防火系统通过GSM通讯模块实现报警。
1.2系统功能
把前端警情采集和报警控制模块安装在居民家里需要防范的位置，例如卧室、厨房、门窗等，而把报警主机放于比较隐蔽的位置。通常情况下，该防盗防火系统处于休眠撤防状态。当用户离家时，可通过键盘将系统置于布防工作状态。安装在各个位置的人体热释红外探测器和烟雾传感器开始不断采集信息。在警戒范围之内一旦发生火灾或者有人入侵时，与之对应的防盗、防火探测器向主控单片机发送中断请求。主控单片机响应中断，由GSM短信模块向预设的报警号码发送短信。报警号码可以是用户本人或者是公安部门，短信内容也可以按照需要自己设置。
2.系统硬件设计
2.1前端探测器设计
该防盗防火系统探测器部分主要包括防火探测器和防盗探测器两部分。防盗探测器采用热释电人体红外检测传感器，热释电人体红外线探测器原理图如图2所示。
热释电人体红外传感器可以接受来自人体辐射的特定波长红外线并将其变换为与人体距离、运动速度和方向有关的电信号。传感器产生的电压响应与入射光辐射的频率成反比。恒定红外辐射线照射在探测器上时，传感器没有电信号输出，因此传感器不能检测到恒定的红外辐射。同样入射功率下，物体移动的速度越快，输出电压越小。只有电压值达到报警阈值电平时，探测器才有电压信号输出。因此，选择热释电人体红外探测器用于盗情信号的检测。
当人体进入信号探测区，人体温度引起环境温度辐射的变化。热释电红外探测器通过菲涅尔透镜感应到人体温度与环境温度温度的差信号，在负载电阻上产生一个大小取决于敏感元件温度变化快慢的电信号。经过比较器与状态控制器从而产生输出电压信号。
防火探测器设计。
可燃气体包括煤气、天然气、烷等，当一定空间内浓度达到一定值时，遇到明火便会燃烧甚至爆炸。家庭用的天然气或液化气发生泄露时，会造成人员煤气中毒等危险后果。在火灾发生早期阶段，燃烧物会散发出大量烟雾，含有大量可燃性气体，例如甲烷、一氧化碳等。使用可燃气体探测装置监测可燃气体的浓度值异常，就可以判断火情，从而及时发出报警信号，可以有效避免成灾。
防火探测器采用MQ-2气体传感器。它使用的气敏材料是二氧化锡（ ，清洁空气中电导率较低）。当传感器所在环境中有可燃气体泄漏时，传感器的电导率会随着可燃气体浓度的增加而增大。可用简单电路将电导率的变化转换成与该气体浓度相应的输出电压信号。
MQ-2气体传感器对丙烷、液化气、氢气的灵敏度很高，而且对天然气和其它的可燃蒸汽检测也比较好。它可检测多种可燃性气体，适合多种应用的一款低成本传感器。
2.2核心处理器AT89S52单片机
单片机是将微处理器、存储器和各种输入输出接口集成在一块硅片上的微型控制芯片。该系统选用了AT89S52系类单片机。该系列单片机与INTEL MCS-51系列单片机完全兼容。
两个20pF电容与12MHz晶振构成时钟电路。电阻、电容与按键开关构成复位电路，实现上电复位和手动复位功能。为防止周围干扰信号会对触发中断产生影响，在系统响应中断请求后，系统对中断抗干扰信号进行多次巡检。只有确认是中断信号后，采取执行中断服务子程序，否则不执行报警任务。
2.3 AT89S52单片机与短信报警模块通信设计
全双工串行通信需要一根输入线和一根输出线。AT89S52单片机有一个在异步通讯方式下工作的的全双工串行接口。该串口只占用了P3.0和P3.1，分别是接收端RXD与发送端TXD。
该通信模块提供标准九针口TS232串口，通过这个接口单片机与它进行通信。单片机的逻辑电平和GSM串口不一致，在实际应用时，必须通过专用电平转换芯片MAX232把TTL垫片转换成RS232电平。
该通信模块默认设置为：无奇偶校验位、波特率为9600bps、8位数据位、1位停止位和1位起始位。在串行通信中，发送设备和接收设备要保持相同传送波特率。如果要成功传递数据，数据位、起始位、停止位和奇偶校验位和的约定，在传递过程中必须保持一致。单片机使用的晶振是12MHz，串口波特率设置为9600，工作方式1，同时定时器T1工作在工作方式2。
3.系统软件设计
该系统采用AT89S52单片机，该单片机支持C语言和汇编语言。用C语言编程可以提高效率，改善程序可读性与可移植性，现在大多采用C语言作为开发软件。该系统采用Keil C51的uVision2。它基于Windows开发平台，将编辑、编译、链接和调试集成于一个环境中。uVision2包含一个高效编辑器、一个项目管理器和一个MAKE工具。可以灵活地对C51编译器、BL51连接器和As1编译器和编译环境设置。主程序流程图如上图3所示。
4.结语
该设计以AT89S52单片机和GSM短信报警模块为核心，设计了一种适合家庭用的防盗防火系统。在对硬件进行设计，軟件编程后，对该系统进行了调试。对系统发送和接收短消息电路模块进行了调试，系统可以针对警情正常运行，实现自动报警。 [科]
【参考文献】
[1]王海燕.家庭智能防盗防火报警系统的研究[D].无锡：江南大学，2008.
[2]陈雷，丁晓明，李强.GSM短消息系统在远程数据采集中的应用.中国数据通信，2003，（3）：58-61.
[3]李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[4]宁武，唐晓宇，闫晓金.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导[M].北京：电子工业出版社，2009.