CN104123819A

CN104123819A - 一种基于单片机的防火防盗报警系统

Info

Publication number: CN104123819A
Application number: CN201410389888.2A
Authority: CN
Inventors: 李琳; 王晓东
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2014-10-29

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的防火防盗报警系统，包括检测模块、控制模块和无线通信模块，所述的控制模块包括单片机，所述的无线通信模块包括长距离无线通信模块和短距离无线通信模块；所述的检测模块分别将检测的信息通过短距离无线通信模块与控制模块进行实时的通信和数据交换，控制模块对整个系统是否要进入警报状态做出判断后，通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知。本发明的优点在于：通过短距离无线通信模块将检测模块接收到的环境信息与控制模块进行实时的通信和数据交换，减少网点间布线的复杂性；通过向用户手机发送报警通知及报警解除通知，用户实时了解室内状况。

Description

一种基于单片机的防火防盗报警系统

技术领域

本发明涉及一种安全防盗技术领域的安全系统，尤其涉及一种基于单片机的防火防盗报警系统。

背景技术

在我国，住宅安全防范报警系统己成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。

我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足;居民安全意识有待增强，安全防范系统也急需普及。

目前我们针对智能防火防盗系统的设计比较杂乱，必然会存在一些设计缺陷。比如采集环境数据的传输过程中使用有线传输，但是一般系统的网点比较多，布线比较复杂，实际应用起来不方便，成本比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种布线简单、使用方便的基于单片机的防火防盗报警系统。

本发明提出的技术方案为：

一种基于单片机的防火防盗报警系统，包括检测模块、控制模块和无线通信模块，所述的控制模块包括单片机，所述的无线通信模块包括长距离无线通信模块和短距离无线通信模块；所述的检测模块分别将检测的信息通过短距离无线通信模块与控制模块进行实时的通信和数据交换，控制模块对整个系统是否要进入警报状态做出判断后，通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知。。

作为本发明的改进，所述的通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知的具体方式为：如果进入警报状态，系统会每隔一定时间通过长距离无线通信模块以短信的方式发送提示信息到用户的手机上，直到室内环境正常，系统解除警报状态，发送系统警报解除信息后，停止发送信息。

作为本发明的改进，所述的检测模块包括超声波传感器和温度传感器，所述的超声波传感器通过超声波探头探测到门窗的距离发生变化来判断门窗是否被打开，所述的温度传感器是弥补超声波速度随温度变化而不同的不足作温度补偿检测。

作为本发明的改进，超声波测距的实现方式为：系统上电之后，控制模块首先会给超声波的发射头一个发射命令，当发射头接到指令后就会向外发射8个40KHz的方波信号，与此同时，模块的接收头开始检测是否有收到来自外界的40KHz的方波信号，当监测到有信号返回时，单片机的IO口会输出一个高电平，然后控制模块计算这个高电平的持续时间，根据这个时间以及由环境温度计算出来的超声波当前传输速度计算出本次测量的距离值，并不断的循环此过程。

作为本发明的改进，所述的检测模块还包括实时监测环境温湿度的温湿度传感器和实时监测环境烟雾浓度的烟雾传感器，在控制模块上设置室内合理的温湿度及烟雾浓度范围，超过这个区间的上限时系统报警。

作为本发明的改进，所述的检测模块还包括实时监测门窗开关状态的红外光电传感器，其由一个红外发射管和一个红外接收管组成，发射管发射红外线，在没有障碍物的情况下接收头接收到红外线，若接收头未接收到红外线则表示有人进入。

作为本发明的改进，还包括动作模块，控制模块对接受到的报警信号进行判断后，对相应的动作模块发出动作指令。

作为本发明的改进，所述的动作模块包括蜂鸣器以及采用三极管驱动蜂鸣器进行鸣叫报警的驱动电路，烟雾超标时控制模块接收到低电平信号传送至三极管，蜂鸣器鸣叫报警。

作为本发明的改进，所述的动作模块包括电灯、电风扇及继电器控制电路通断的防盗电路，防盗电路通过继电器控制室内电灯、电风扇的电路通断，门窗被打开时控制模块将接收到低电平信号传送至防盗电路，继电器闭合，室内电灯、电风扇开始工作。

作为本发明的改进，所述的控制模块的主控芯片为STC89C52单片机，所述的STC89C52单片机引出了所有40个引脚，并设计了4个独立的非自锁按键以及4个单独的+5V电源接口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）通过短距离无线通信模块将从机接收到的环境信息与单片机主机进行实时的通信和数据交换，减少了网点间布线的复杂性，实际应用较为方便，成本低；

2）单片机主机接收到环境数据进行判断后通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知，用户在外就能知道室内实时的安全状况。

附图说明

图1为本发明实施例的系统框图。

图2为本发明实施例的系统流程图。

图3为本发明实施例的超声波测距流程图。

图4为本发明实施例的超声波接收电路图。

图5为本发明实施例的烟雾传感器电路图。

图6为本发明的三极管驱动电路图。

图7为本发明的nRF24L01硬件接口电路设计图。

图8为本发明的TC35 模块的最小系统电路。

图9为本发明的单片机的引脚外引电路图。

图10为本发明的单片机独立的非自锁按键的电路图。

图11为本发明的单片机的单独的外接电源接口电路图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施方式对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1所示，一种基于单片机的防火防盗报警系统包括检测模块、控制模块、无线通信模块以及动作模块。控制模块包括单片机（本实施例中采用STC89C52单片机，其硬件接口电路设计图如图7所示），无线通信模块包括长距离无线通信模块（本实施例选用nrf24l01模块，使用方便，功耗低）和短距离无线通信模块（本实施例选用TC35模块，价格较低，其最小系统电路如图8所示）；检测模块分别将检测的信息通过短距离无线通信模块与控制模块进行实时的通信和数据交换，控制模块对整个系统是否要进入警报状态做出判断后，通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知。动作模块为可选模块，控制模块对接受到的报警信号进行判断后，对相应的动作模块发出动作指令。

本实施例中，如图1所示，检测模块采用了5种检测传感器：超声波传感器用来检测距离的变化，温度传感器主要用来做超声波测距的补偿，温湿度传感器用来实时监测环境的温湿度，烟雾传感器用来实时监测环境的烟雾浓度，红外光电传感器用于实时监测门窗的开关状态，所有的传感器组合在一起共同监测环境的变化。当出现异常情况时，系统会进行报警，直到环境恢复正常状态。

从硬件上看，本系统由1个主机与5个从机组成。主机包括控制模块与长距离无线通信模块，5个传感器所在的电路板分别设置成5个从机，每个从机的状态都能够通过短距离无线通信模块与主机进行实时的通信和数据交换。

整个系统的实现流程如图2所示，整个系统通电后，各个监测点的监测电路都开始工作，采集周围环境中的各种参数值，然后分别计算出所对应的温度值，湿度值，距离值等等，然后把这些数据发送到主机平台上，主机对整个系统各个网点传输过来的数据进行分析，然后判断目前的环境是否需要报警，如果需要进入警报状态，系统会马上发送短信通知用户室内的具体状况，如果主机判断不用进入警报状态，则继续系统循环。整个系统中的各个网点的监测任务一直在执行，直到系统断电。

超声波传感器通过超声波探头探测到门窗的距离发生变化来判断门窗是否被打开，所述的温度传感器是弥补超声波速度随温度变化而不同的不足作温度补偿检测。超声波测距流程如图3所示，系统上电之后，控制模块首先会给超声波的发射头一个发射命令，当发射头接到指令后就会向外发射8个40KHz的方波信号，与此同时，模块的接收头开始检测是否有收到来自外界的40KHz的方波信号，当监测到有信号返回时，单片机的IO口会输出一个高电平，然后控制模块计算这个高电平的持续时间，根据这个时间以及由环境温度计算出来的超声波当前传输速度计算出本次测量的距离值，并不断的循环此过程。如图4所示为超声波接收电路：当接收控制芯片CX20106J4接收到40KHz频率的信号时，进行处理使超声波传感器产生谐振。通过7号引脚向单片机的P32口发送一个低电平，进入中断程序，由单片机计算所测距离。

本实施例烟雾传感器采用MQ-2 型，烟雾传感器电路图如图5所示，LM393 是双电压比较器集成电路，LM393的1号管脚接单片机的P16口，当烟雾浓度超标时，单片机的P16口能收到一个低电平信号，蜂鸣器叫。将图5所示的电路是设计成一个模块后的管脚分配情况如下表所示。模块在气体浓度未超过设定阈值时，D0口输出高电平，当气体影响超过设定阈值时，模块数字接口D0输出低电平。数字量输出D0 可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境气体。

管脚	名称	用途
			1	VCC 5V	工作电压
2	GND	外接GND
			3	DO	小板数字开关输出接口
4	AO	小板模拟量输出接口

当系统上电之后，需要等待传感器预热2分钟，预热完成后，单片机直接检测传感器的D0口的电平情况，如果是高电平，说明环境中的烟雾浓度值在允许的数值区间，不报警，如果单片机检测到D0口的电平突然变为低电平，说明此时环境中的烟雾浓度已经超出了设定的区间的上限值，系统会报警。

本实施例温湿度传感器采用DHT11型，系统上电之后，DHT11马上开始采集环境中的温度以及湿度的相关参数，把采集到的数据传给单片机，然后单片机把具体的温度和湿度值计算出来，最后模块会把刚刚计算得到的温度和湿度值都显示出来，并不断的循环此过程。

红外光电传感器采用普通的5mm红外发射管和接受管，且为对射式设计。系统上电之后，发射管发射红外线，在没有障碍物的情况下接收头接收到红外线，若接收头未接收到红外线则表示有人进入。

本实施例中，动作模块包括防火动作模块与防盗动作模块。其中，防火动作模块包括蜂鸣器以及采用三极管驱动蜂鸣器进行鸣叫报警的驱动电路，烟雾超标时控制模块接收到低电平信号传送至三极管，蜂鸣器鸣叫报警。三极管采用8550型，如图6所示。8550三极管是一种低电压，大电流，小信号的PNP型硅三极管。采用TO-92的封装。8550集电极-基极电压：-40V ，工作温度：-55℃ ～150℃。当P16口是低电平时，蜂鸣器响，为高电平时不响。

本实施例中，防盗动作模块包括电灯、电风扇及继电器控制电路通断的防盗电路，防盗电路通过继电器控制室内电灯、电风扇的电路通断，门窗被打开时控制模块将接收到低电平信号传送至防盗电路，继电器闭合，室内电灯、电风扇开始工作。防盗电路采用继电器控制外部电路的通断，电路采用光耦隔离来提高工作的稳定性。

本实施例中，使用双电源供电，即USB供电和电源直接供电，电源直接供电需经过LM7805和AMS1117两块稳压芯片得到+5V的电压和+3.3V的电压。

本实施例中，还可以设计一显示模块，以实时显示室内的烟雾浓度、温度、湿度等。本实施例中采用1602。

本实施例中最小系统平台的设计还考虑到了方便以后用在别的开发项目上的兼容性问题，专门引出了单片机的所有40个引脚，同时还设计了4个独立的非自锁按键以及4个单独的+5V电源接口，方便用户在此平台上进行二次开发：

（1）引脚外引电路如图9所示：单片的40个引脚都单独引出；

（2） 4个独立的非自锁按键的电路如图10所示：连接单片机的P24口至P27口；

（3） 4个单独的外接电源接口电路如图11所示：都是+5V直流输出，配有4个对应的地。

本实施例防火防盗系统主要具有以下功能：

（1）实时显示室内的烟雾浓度，如果烟雾浓度超标就报警（蜂鸣器叫），直到烟雾浓度降到阈值以下就停止报警动作。

（2）实时监测门窗的开关状态，如果是处于关闭状态，不报警，如果门窗被打开，监测网络报警，并且采取相应的控制措施。

（3）实时监测室内多点的温度情况，将各个点的温度无线传输到一台主机上，完成多对一点的通信。

（4）实时将室内的温湿度及烟雾浓度情况通过无线通信技术用短信发送至用户手机，设置室内合理的温湿度及烟雾浓度范围，超过这个区间的上限时系统会报警，并发送一条短信到用户的手机上，通知用户室内的温湿度及烟雾浓度已经超标。如果温湿度及烟雾浓度一直不能恢复到允许的范围，短信会不停的发送。当温湿度及烟雾浓度变化到允许的温湿度及烟雾浓度区间的时候，会解除警报，同时用户会收到一条解除警报的短信提示。

（5）实时监测室内的温湿度，并将数据通过无线通信方式发送至主机。

以上所述仅是本发明的优选方式，本发明的保护范围并不限于以上所述。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于单片机的防火防盗报警系统，包括检测模块、控制模块和无线通信模块，其特征在于：所述的控制模块包括一主单片机及多个从单片机，所述的无线通信模块包括长距离无线通信模块和短距离无线通信模块；主单片机与长距离无线通信模块设置成主机，检测模块与相应的单片机设置成从机，所述的检测模块分别与各单片机从机连接，将检测的信息传送到单片机从机上，通过短距离无线通信模块将从机接收到的环境信息与单片机主机进行实时的通信和数据交换，主单片机对整个系统是否要进入警报状态做出判断后，通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的通过长距离无线通信模块向用户手机客户端发送报警通知及报警解除通知的具体方式为：如果进入警报状态，主单片机会每隔一定时间通过长距离无线通信模块以短信的方式发送提示信息到用户的手机上，直到室内环境正常，系统解除警报状态，发送系统警报解除信息后，停止发送信息。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的检测模块包括超声波传感器和温度传感器，所述的超声波传感器通过超声波探头探测到门窗的距离发生变化来判断门窗是否被打开，所述的温度传感器是弥补超声波速度随温度变化而不同的不足作温度补偿检测。

4. 根据权利要求3所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：超声波测距的实现方式为：系统上电之后，控制模块首先会给超声波的发射头一个发射命令，当发射头接到指令后就会向外发射8个40KHz的方波信号，与此同时，模块的接收头开始检测是否有收到来自外界的40KHz的方波信号，当监测到有信号返回时，单片机的IO口会输出一个高电平，然后控制模块计算这个高电平的持续时间，根据这个时间以及由环境温度计算出来的超声波当前传输速度计算出本次测量的距离值，并不断的循环此过程。

5. 根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的检测模块还包括实时监测环境温湿度的温湿度传感器和实时监测环境烟雾浓度的烟雾传感器，在控制模块上设置室内合理的温湿度及烟雾浓度范围，超过这个区间的上限时系统报警。

6. 根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的检测模块还包括实时监测门窗开关状态的红外光电传感器，其由一个红外发射管和一个红外接收管组成，发射管发射红外线，在没有障碍物的情况下接收头接收到红外线，若接收头未接收到红外线则表示有人进入。

7. 根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：还包括动作模块，控制模块对接受到的报警信号进行判断后，对相应的动作模块发出动作指令。

8. 根据权利要求7所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的动作模块包括蜂鸣器以及采用三极管驱动蜂鸣器进行鸣叫报警的驱动电路，烟雾超标时控制模块接收到低电平信号传送至三极管，蜂鸣器鸣叫报警。

9. 根据权利要求7所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的动作模块包括电灯、电风扇及继电器控制电路通断的防盗电路，防盗电路通过继电器控制室内电灯、电风扇的电路通断，门窗被打开时控制模块将接收到低电平信号传送至防盗电路，继电器闭合，室内电灯、电风扇开始工作。

10. 根据权利要求1所述的基于单片机的防火防盗报警系统，其特征在于：所述的控制模块的主单片机为STC89C52单片机，所述的STC89C52单片机引出了所有40个引脚，并设计了4个独立的非自锁按键以及4个单独的+5V电源接口。