摘 要

生活水平的提高和生活方式的改变，使得人们越来越重视住宅安全问题，防火防盗更是其中的根本。传统的住宅安防系统已经不能满足人们的需要，智能化住宅却是近些年来研究的热点，它能为人们提供安全舒适的生活环境。

本文将致力于设计一套高效可靠、性价比高的的的智能化住宅防火防盗报警系统，为人们的生活提供安全保障。设计中采用了STC89C52单片机系统、无线GSM短信模块及传感器技术，并采用模块化的设计思想，将复杂的系统进行模块化的设计，使得设计思路简单化，最后将各个模块进行组合来达到所需要的防火防盗报警的目的，主要包括传感模块、键盘模块、主控模块和报警模块等，提高了系统的可靠性与安全性。本文设计的智能化防火防盗系统，在实现了防火防盗的基本功能的基础上，还实现了远程报警及控制功能，具有很好的应用前景。

关键词：智能化 防火防盗 GSM 模块化

Abstract

The improvement of living standards and lifestyle changes have made people pay more and more attention to housing safety issues, and fire prevention and burglary is the root of them. The traditional residential security system can no longer meet people's needs. The intelligent house is a hot spot in recent years, which can provide people with a safe and comfortable living environment.

This article will focus on designing an intelligent, reliable, cost-effective intelligent residential fire alarm system to provide security for people's lives. The design adopts STC89C52 single-chip microcomputer system, wireless GSM short message module and sensor technology, and adopts modular design idea to modularize the design of complex system, which makes the design idea simple. Finally, each module is combined to achieve the required The purpose of the fire alarm is mainly including the sensing module, the keyboard module, the main control module and the alarm module, which improves the reliability and safety of the system. The intelligent fire prevention and anti-theft system designed in this paper realizes the remote alarm and control functions on the basis of realizing the basic functions of fire prevention and theft, and has a good application prospect.

Key words：Intelligent；fire prevention and anti-theft；GSM；modular

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究目的和意义 2

1.3 国内外研究现状 2

第2章 系统总体方案设计 5

2.1 系统的基本组成 5

2.2 系统的工作原理 6

第3章 系统的硬件设计 7

3.1 防盗传感模块的设计 7

3.2 防火传感模块的设计 9

3.2.1 温度监测部分 9

3.2.2 烟雾监测部分 11

3.3 报警模块的设计 13

3.4 显示模块设计 13

3.4 GSM短信模块的设计 14

3.5 键盘模块设计 15

3.6 单片机模块的设计 16

第4章 系统的软件设计 17

4.1 主程序设计 17

4.2 LCD显示子程序 18

4.3 读温度子程序 19

4.4 收发短信子程序 20

4.5 串口中断子程序 20

第5章 系统仿真调试 22

第6章 总结 24

参考文献 25

附录A 仿真图 26

附录B 收发短信源程序 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1 引言

现在，现代建筑都朝着智能化方向迅猛发展，住宅智能化已然成为现代住宅建筑发展的方向，大量的智能化建筑出现在人们的视野里。那么什么是住宅智能化？住宅智能化就是在以住宅为平台的基础上，安装相关建筑设备、网络通信和信息家电等设备，利用这些设备为住户提供信息服务与管理功能，营造高效、安闲且环保的居住环境。为了达到营造安全舒适的家居环境的目的，住宅智能化对现代建筑技术计算机网络通讯技术及综合布线技术等技术进行了综合统筹管理，在科技的发展中实现了智能化^[7]。

安全是一个永久的话题，特别是现在人们的生活越来越好，人们的安全意识也越来越高，除了追求豪华的装修，人们也希望自己的生活安全健康。出门在外我们的安全由自己负责，可是我们不可能时刻都去关注住宅安全，而家又是我们生活重要的部分，很多贵重物品也都放在家里，为了保障家的安全，我们需要求助于科技。在这一基础上智能化住宅得到了发展。住宅最需要注意的就是防火和防盗，智能化住宅实行自动化监控管理，防火防盗系统使用烟雾、温度、可燃气体探测器、红外或微波等类型的探测器对家庭环境进行监控，将温度、烟雾、可燃气体浓度等数据交给电脑处理，电脑处理后可以发出报警信号，并采取报警、灭火等措施。防火防盗系统与计算机相连，计算机系统就能代替人对防盗报警系统进行集中控制和管理。

农村人口向城市迁移，这一现象使得农村人口越来也少而，城市人口却日益增多，城市变得拥挤，城市里高楼大厦拔地而起，城市社区的经济建设快速发展。城市外来人口增多，城市社会成分逐渐变得复杂，人际关系开始淡化，以前的热情不在，邻居间不再那么互帮互助、团结，这使得个人、个体户在犯罪分子面前变得有些孤立无援。在农村，剩下了许多留守儿童和孤寡老人，在犯罪分子面前他们也是弱势的，再加上农村的防盗设施本来差，住房安全问题显而易见。农村人口大量涌入城市虽然促进了城市的经济发展，但是同时也带来了许多的治安问题，比如偷盗、人室抢劫等，这些情况在郊外和农村这种情况更加严重，这也不是靠治安就能解决的，我们在加强安全常识的同时也需要加强住房的安全等级，安装安防设施加强住房的安全等级。于是为了防止这些恶劣性事件的再次发生，居民们采取一些传统的安防措施，比如安装铁门等等，但是都没有多大的效果。像防盗网、防盗窗这些传统的机械式家居防卫已经不再适用于当今社会，在实际使用过程中暴露出许多问题，比如：影响楼房美观，市容整洁；阻碍了消防员进入火灾救援通道；不仅不能起到有效防范作用，反而给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。现在我们可以看到，越来越多的家庭或者小区都安装了摄像头，这是住宅智能化的体现，但是却不能很好的起到报警作用。

现在家庭对家用电器和天然气的使用越来越频繁，但是这些往往都是引起住宅火宅的源头，为了安全的使用他们，享受科技为我们带来的生活的便利，在注意用电安全和小心使用天然气的同时，我们需要一套可靠的防火系统来保护我们，一旦系统检测到温度过高或者检测到煤气泄漏，我们就能收到消息并在第一时间采取措施，将火灾的幼苗扼杀，这也就是智能家居的工作了。智能化住宅报警系统能够对家居的安全环境进行实时监控，火宅、偷盗等安全事故发生时，系统就会发出相应的报警信息，使得住户能够及时采取措施对所发生的事故进行处理，有效减小甚至避免不必要的财产损失，消除可能对人身造成安全事故的安全隐患。智能化家居对人们的安全有很好的保障，智能化的家居概念得到了推广，电子信息产业也快速渗透了人们的生活领域，实现家居信息化、网络化、智能化已成为家居系统发展的新趋势。

1.2 研究目的和意义

住宅安全的重要性不言而喻，而最重要的就是防火和防盗，智能化住宅能够为我们提供安全的保障，在我们工作和学习的时候替我们守护我们的家园。本文研究的主要目的是面向智能住宅的防火和防盗两项功能，在实现防火防盗基本功能的同时，减小报销支出，设计一套高效可靠、价格亲民的防火防盗系统。

本文主要运用模块化的设计思想，将整个防火防盗系统分为以下几个模块进行设计，主要有传感模块、键盘模块、主控模块以及报警模块。其中报警模块包括了声光报警和短信报警，GSM短信模块使短信远程报警功能得以实现。本文研究的内容主要就是对系统软硬件进行设计，仿真调试各模块的协同工作能力。

1.3 国内外研究现状

近年来，在智能化家居的潮流中，智能化技术不局限于公共建筑，而向小区智能化发展，我国智能化小区建设发展迅速，全国各地陆续建造出了一些高科技智能化的小区，其中有些甚至具有国际水平，比较典型的有南京的聚福园、上海的怡东花园等小区。在大连市华乐一环海花园，所有的住宅全部安装了一套包括幕帘式电子栅窗、智能门禁管理、紧急呼救和误报自解除功能四个功能的安防系统。室内装有的震动探测器，如果门被破坏，所产生的震动可以被检测到，另外还有红外微波双鉴式探测器可以检测是否有人闯入室内，两个探测器将信号传给报警控制器。系统报警控制器是以MCU为核心，隔断时间就设置新密码有利于提高安全性，可以使用遥控器对系统进行控制，更好的实现了人机交互，系统报警包括声光报警和直接电话线给110发送报警信号。系统中还配备有充电电池，在断电或电源被破坏时系统也能够正常工作，此时自检系统自动向中央计算机报警，系统具有极高的安全性和可靠性。总的来说这是一套科技含量较高、功能较齐全的家庭安防系统，虽然功能强大，但是因为价格问题，这套安防系统目前也就只能被富人使用。在未来是否能够全面实现住宅智能化，居民小区是否能更好地保证人们的生活安全还不知道，但是我相信这一天并不会很遥远。总之,目前国内的智能化小区建设水平的明显进步是值得我们肯定的，但还没有达到真正的建设智能化,所谓的“智能化”目前也只是一种炒作，在技术上还远远达不到要求，甚至盲目照搬智能大厦那一套，忽视了提高生活质量方面的智能化发展，只注重电视监控、楼宇对讲等园区智能化，同时物业和社区服务也没能跟上智能化小区的发展。美国、日本、德国、新加坡等发达国家在智能化住宅小区方面发展迅速，己经逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护几大功能为一体的安全保障行业，已成规模的安全体系是国内所不能比拟的。智能化住宅得到发展，在技术和成本方面都有所突破，2013年日本第一个智能化小区建成，包括65栋住房，面向平民销售，智能化住宅不再是富人专属，开始走向全民化。

智能化住宅的核心还是智能化技术的应用，智能化小区的建设需要与我国数字化、信息化建设相适应，在硬件设施的基础上建设好用于通信的数字信息平台和用于物业管理和设备控制的控制管理平台，应用现代集成建造系统技术实现全方的小区智能化。物联网技术和智能化小区一样有着非常好的发展趋势和应用前景，将两者结合是新的尝试，也使得物联网技术在小区智能化里发挥出了重要作用。物联网的架构中包含了用于信息采集传递的传感网和用于信息传输的互联网。无线传感器网络技术用于连接物理信息、网络，在智能化小区建设中一般采用树状无线传感器，这种网络结构保障了信息的基础可靠，借助嵌入式技术，能对感知过的信息进行集成，实现数据实时传输，对信息进行有效处理。无线传感器网络结构包括传感器和作为核心的无线频射芯片TIZCC3530，处理、管理和转发数据时，主要由协调器完成，通过通电复位或者路由器获取协调器节点实现与网络的连接，协调器和PC机进行串口连接后通过超级终端实现命令的发送和数据显示。除此以外，射频技术能够很好地识别个体信息，对于车辆和人口动态管理有着重大意义。

现在介绍一种国外比较先进的智能化住宅实时监控系统。从智能化住宅方便舒适，但这都是建立在安全的基础上，实时监控是智能化住宅的安防方面重要的部分。这套家庭安全实时监控嵌入式系统基于ZigBee协议，无线传感节点基于ZigBee协议连接到基于BeagleBoard的单板计算机。该系统针对的主要还是火灾预警和入侵报警，当计算机的监视管理系统发现有烟雾产生或者住宅被入侵时，系统会向手机发送报警短信，同时在固定持续时间内捕捉实时视频，视频会通过文件传输协议FTP上传到服务器便于后续的检索工作。无线传感器网络中有包含有多个传感器节点，每个传感器节点言包括几个部分：带有内部天线的无线电接收器或与外部天线的连接；微处理器，用于连接传感器和驱动蜂鸣器报警电路。针对防盗防火，传感器节点有被动红外节点和火灾报警节点。各节点通过基于ZigBee无线收发模块XBEE与微处理器进行信息的交流，其中设有控制其他节点之间通信的主节点即网络协调器，网络协调器与计算机的管理监控系统连接，其他节点的传感器数据都是通过转发给主节点再被计算机采集。监控管理系统的管理部分有短信报警、摄像头源、视频文件上传等，摄像头则是采用通过固定通用串行总线的网络摄像头，平时处于关闭状态，当有人入侵时捕获30S的实时视频。假设设传感器节点分布在各处，对微处理器进行编程，当某传感器节点检测到报警信号，微处理器通过无线收发模块向计算机发送唯一序号，这样我们就可以知道是哪个节点发生报警，也可以就知道了在哪个地方因为什么原因产生了报警。

和国外发达国家相比，我国智能化小区在技术方面还是略有落后，很多所谓的“智能化小区”只是一种炒作，老百姓所能购买得起的智能化住宅只是虚有其表，并不能起到很好的安全防范作用。同时因全国各地经济水平差异较大，智能化住宅小区在各省市发展程度差别也很大，大部分居民住宅的主要防盗措施依旧简陋，还是仅限于防盗窗、防盗门等。此外，由于国情，国内外的研究发现侧重方面也不同:欧美等地区侧重于住宅智能化(利用计算机技术及人工智能对家居进行的智能化)，而国内侧重于小区智能化(利用管理监察系统装置对小区管理进行的智能化)。

另一方面，中国建筑的发展过于注重外观和排除，而不注意节约能源，带来了很大的污染，随着绿色环保的建筑理念也被推广开来，智能化小区建设应越来越贴近“可持续化发展”的国策，未来智能化小区也必定被应用于环保与节能。

第2章 系统总体方案设计

2.1 系统的基本组成

智能化住宅防火防盗系统的设计最基本的还是实现其可靠的防火防盗功能，在此基础上，我们还需要考虑经济性，设计出价格亲民的可靠实用的系统。运用模块化的设计思想，将整个防火防盗系统分为多个模块进行设计，主要有传感模块、键盘模块、主控模块和报警模块，可以在经费充足的情况下添加其他模块和功能。

传感模块可以细分为温度传感模块、烟雾传感模块以及热释电红外传感模块。温度传感模块和烟雾传感模块组成了防火传感模块，即我们通过监测温度和空气中可燃气体、烟雾的浓度来判断是否发生火灾。热释电红外传感模块可以检测到人体红外线，作为防盗传感模块。键盘模块我们拟采用靠应用程序识别的非编码键盘。通过键盘模块，我们可以进行控制系统状态、改变报警阈值等动作。此次设计中我们采用单片机对系统进行控制，主控模块即为单片机模块。报警模块在此次设计包括蜂鸣器报警和LED灯报警组成的的声光报警和短信报警，短信报警通过GSM短信模块得以现实，GSM短信模块用于向住户发送短信和接收短信，还能实现远程控制功能。此外，为了丰富智能化防火防盗系统的功能，我们还需要显示模块，将传感模块所监测到的数据显示出来，而且可以在系统报警时用文字显示报警，并提示报警原因。

根据上面的分析，我们知道了系统的基本组成，接下来就可以绘制系统组成框图，构成一个完整的系统，分析系统工作原理。根据各模块功能，我们分别对各模块进行硬件选型和电路设计，为了系统的可靠性选型时应格外注意各传感器精确度。通过仿真软件proteus对系统设计进行整体仿真验证各模块的协同工作能力和本次设计的可行性。本次的系统设计组成框图如图2.1所示：

图2.1 系统组成框图

STC89C52

烟雾传感模块

热释电红外传感模块

键盘模块

报警模块

显示模块

电源

GSM短信模块

温度传感模块

2.2 系统的工作原理

平时我们在家的时候常需要在家里走动，如果被热释电红外传感模块检测到系统也会进行不必要的报警，这时我们可以选择将系统设置成不设防状态，当出门工作或者晚上睡觉时再将系统设置成设防状态，来对室内环境进行监测。在设防之前我们可以通过键盘模块对温度和可燃气体浓度的报警阈值进行设置。对于防盗模块，安装在监测点处的红外探头将人体辐射的红外光谱转化成电信号，当检测到一定强度的电信号，表示有人入侵住宅，传感器模块将电信号传给单片机，单片机进行判断处理之后发出报警信号，系统进行声光报警和短信报警，短信报警由GSM短信模块实现，由于GSM模块与单片机是相互通信的，所以用户可以通过给GSM模块发送短信的方式来发送指令控制系统。对于防火模块来说，烟雾传感器模块和热释电红外传感模块分别监测空气中可燃气体浓度和温度并将数值传给单片机，单片机对传来的数据进行数据转换后与设定的报警阈值进行比较，当检测到的烟雾浓度或者温度数值大于设定阈值的时候，单片机发出报警信号启动报警。同时，显示模块可以实时显示当前温度和烟雾浓度，报警时也可以显示是由什么原因引起的报警。报警之后也是通过键盘模块取消设防，系统不再报警，显示屏只显示当前温度和烟雾浓度。

第3章 系统的硬件设计

3.1 防盗传感模块的设计

热释电红外传感器，简称PIR，被广泛应用于防盗报警。热释电红外线传感器基于热释电效应工作，主要是由锆钛酸铅系陶瓷等高热电系数的材料制成，材料随温度变化释放出电荷。它能在不接触人体的情况下，检测人体辐射的红外线能量的变化，并通过电路将电荷信号转换成电压信号输出，在实际使用时很方便，不需要提供额外的红外辐射光源。如果将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，比如我们所需要的防盗防火报警电路，但实际设计时是将电压信号作为单片机的输入信号。人体辐射的红外线中心波长为9~10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20um范围内，人体辐射的红外线波长是在检测范围内的。为了只检测到人体红外辐射，在传感器顶端开设一个装有带通滤光片的窗口，滤光片，通过人体辐射波长的光而吸收其它波长的红外线，这样便可以用来专门探测人体辐射。一个探测器内装入两个热释探测元件，将两个探测元件以反极性串联，就可以消除环境和由于自身温度变化而产生的干扰。辐射通过部分镜面聚焦，被热释电元吸收，有人入侵住宅移动时，两片热释电元所接收到的热量是有差异的，热释电效应释放电荷信号不同，不能相互抵消，经电阻转化为电压信号。

菲涅耳透镜放在热释感应传感器前面，起到聚焦作用，将人体红外辐射折射（反射）在探测元件上，提高了红外传感器的热电转换效力，增加了感应角度范围，加长探测距离；同时将探测区域分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的人体在明区到暗区移动，辐射到探测元件上的能量变化，即温度变化，使热释电红外传感器上产生变化的热释红外信号，之后转化为变化的电信号。

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