基于单片机的家用智能防火防盗报警器的设计.doc

基于单片机的家用智能防火防盗报警器的设计摘 要随着人们安全防范意识的提高，家用防火防盗报警系统将会有非常广阔的发展空间本文设计的防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，它将电子探测、智能控制和通讯技术相结合，从而形成一个两级联网通讯的防盗、防火报警系统该系统硬件部分主要由传感器检测电路部分、主控单元电路、DTMF拨号电路、语音报警电路、键盘接口电路、显示电路、忙音和回铃音检测电路等7大部分组成软件部分包括主程序、检测报警子程序、拨号子程序、语音处理子程序、按键子程序、显示子程序等该系统采用多传感器设计思想，综合应用了温度探测器、光电感烟探测器和一氧化碳探测器进行防火探测，并应用红外探测器与微波探测器组成的双鉴探测器进行防盗探测，解决了传统单一探测器的误报率和漏报率高的问题，增加了系统的可靠性和抗干扰能力关键词：单片机 防火防盗 报警器 家用探测器目 录一、家用智能防火防盗报警系统的设计背景 1二、家用智能防火防盗报警系统的总体结构 1三、家用智能防火防盗报警系统的硬件设计 2（一）防火探测器的设计 2（二）防盗探测器的设计 5（三）主控单元电路设计 6（四）自动拨号报警电路设计 6（五）语音报警电路设计 7（六）键盘接口及显示电路设计 7四、家用智能防火防盗系统的软件设计 8（一）系统主程序设计 8（二）检测报警模块程序设计 9（三）拨号模块程序设计 10（四）语音模块程序设计 11（五）按键模块程序设计 11（六）显示模块程序设计 13设计小结 15参考文献 16致 谢 17附录一：程序代码清单 18一、家用智能防火防盗报警系统的设计背景报警设备对于保护人们的生命和财产安全至关重要。

目前防盗报警产品在我国的普及率只有20%，与欧美等发达国家高达70%的普及率相比，我国防盗报警产品市场的发展才刚刚起步，尤其在家庭安防报警系统方面的认可度和普及率更低随着人们安全防范意识的提高，会有更多的人选用家庭安防报警产品，可以预见家庭安防报警系统将会有非常广阔的发展空间现有的家庭安防报警系统按使用场所可以分为联网型和单户型两大类联网型家庭安防报警系统由多个小型报警系统经过联网组成社区型的安防报警中心，报警中心一般使用报警接收机、计算机系统和打印机设备等当报警事件发生时，报警点的数据显示在电子地图的相应位置，同时计算机系统可以调出报警点的配置和现场各种数据资料，供警情处理人员快速判断和处理联网型家庭安防报警系统主要应用于新建小区，而且需要用户普遍接受该系统用户端自动报警器安装于居民住宅，用于对居民住宅各个不同部位的不同类型探测智能化住宅防盗防火报警系统器(红外、微波、光电感烟、温度、一氧化碳)进行监测与控制，并对从各个探测器采集来的数据进行处理一旦有人非法入室、室内起火、煤气泄漏等情况发生时，与之相对应的报警探测器立即将相应的报警信号（探测器的编号）加密后传送给报警主机，报警主机对报警信号进行解码和判断，得出报警类型，确认无误后，通过家中的线路自动拨号报警，并与中央控制器建立联系，将相关信息传送至中央控制器中。

随着现代电子技术、计算机技术、通信技术、传感技术和制造业技术等的迅速发展，有关家庭安防报警方面的产品也愈来愈丰富近年来国内外已有如博世、霍尼韦尔、艾礼富科立信、联腾、宏泰等多家品牌公司开发研制出了一系列的家庭安防报警产品，它们可以通过有线或无线的方式完成一些报警和求助等功能，并且进行了比较成功的应用例如上海联腾公司的报警主机LT-B2102/ZX1具有语音远程报警功能，包括支持通过公用网或GSM二、家用智能防火防盗报警系统的总体结构本防盗防火报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和通讯技术相结合，从而形成一个两级联网通讯的防盗、防火报警系统图1是智能防火防盗报警系统的总体结构图，主要由7大部分组成:传感器检测电路部分，主控单元电路，DTMF拨号电路，语音报警电路，键盘接口电路及显示电路，忙音、回铃音检测电路该智能报警系统可以实现如下功能:89C51单片机对双音多频(DTMF)编、译码器的控制，使住宅通过网实现与相关部门之间的数据交换， DTMF拨号电路与89C51单片机通过网络完成住宅与外部的联络当探测器检测到意外情况后，就发出报警电平信号到主控制部分89C51单片机处，单片机通过接口电路对读取的电平进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向线路拨出号码，与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到线路，实现语音报警，拨号完成接听回铃声后，模拟挂机，从而完成向区域控制中心的单位保卫部门、110/119报警台机或用户发出呼叫信号，告知对方住宅被盗或有火灾发生。

报警系统在拨号报警的同时启动现场报警器，进行事件的现场光（LED）报警，并启动语音电路，播放相应警情的语音提示音系统不需要另外占用线路，当有报警信号时，报警享有线路的优先权光电感烟火灾探测器温度探测器远红外线防盗探测器微波防盗探测器CO探测器主控单片机89C51忙音、回音铃检测电路键盘接口电路及显示电路看门狗电路语音报警电路DTMF拨号电路计算机接口电路去线到区域控制中心图1家庭防火防盗报警系统功能框图本系统还配置有应急按键，当家庭出现紧急情况时可通过报警主机键盘上的应急按键直接拨号报警三、家用智能防火防盗报警系统的硬件设计（一）防火探测器的设计防火探测器是由温度探测、光电感烟探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性复合型火灾探测器原理如图2所示温度探测器光电感烟探测器CO气体探测器预处理神经网络MCU单片机Alert图2 复合型火灾探测器原理示意图由于单元探测技术所采用的单一参数火灾探测器(包括阈值触发式和模拟量式)对火灾特征信号响应灵敏度的不均匀性，导致它对实际火灾的探测能力受到了限制，尤其是用于对家庭住宅火情的准确探知更是尤为重要。

因此，报警系统中对火灾信号的检测采用多传感器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经单片机进行综合判断，在软件设计中加入了神经网络智能算法，仿真实现了多元同步智能探测神经网络算法处理己实现，本系统中只取用其处理后的报警信号进行自动拨号报警处理实际上，响应各种不同类型的火灾，通常使用不同类型的火灾传感器，它们有不同侧重的检测对象光电感烟探测器不仅可探测一般火情，对阴燃火尤其有极好的探测效果，主要用于火情早期各种燃烧的烟雾颗粒进行探测，这一点就弥补了感温探测器对阴燃火不敏感，响应速度慢以及不能区分是火灾的热还是空调或烹饪蒸气的热等缺点；但温度与光电感烟探测器都不能区分有些烟雾究竟是火灾的烟还是烹饪蒸汽或香烟的烟雾，由此，在设计中增加了C0探测部分，可以探知早期火灾烟雾中的C0成分，这样就大大降低了各种环境因素的干扰，提高了报警的可信度下面分别介绍三种传感器的电路设计1.温度探测器温度探测器使用数字温度传感器DS1820，它只有三个引脚，是将温度传感器和信号调理电路集成在一块芯片中，节省了外围硬件，应用非常方便DS1820的测温原理是利用温敏振荡器的频率随温度变化的关系，把温度信号直接转换为串行数字信号，通过内部计数器对受温度影响的振荡器周期的计数可实现温度测量。

2.光电感烟探测器整个电路主要分为红外线脉冲发射部分和接收部分，一旦发生火灾，烟雾中的细微颗粒将对红外线脉冲发生漫反射，并变换成相应的电信号，该信号由运放交流放大后经比较器送单片机处理并报警电路原理如图3所示555振荡电路红外发射管光电接受三极管比较电路运算放大电路U图3 光电感烟探测器原理图红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出比较器的反相端接电阻器和可调电阻器，这样就可以根据探测器所需要的不同灵敏度来调节比较电位3.CO气体探测器CO气体探测器是采用MGS1100一氧化碳传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点在信号采集的同时加以温度补偿，最后利用MCU单片机进行实时控制和特性修正防火探测器电路由上述三种传感器组成，克服了环境因素的干扰单片机进行处理时可采用多循环检测，在达到了规定检测次数(如20次)，并且每次均检测到了烟雾信号和CO气体信号，测量温度也超出报警温度上限时，MCU发出火灾报警信号，否则认为没有火灾发生二）防盗探测器的设计防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器。

双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与非门处理后送单片机，即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时，自动报警器才会响应盗情报警信号，否则不报警较之以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图4所示热释电红外探测器微波探测器74LS00与非门用户端自动报警器AT89C51Alarm0图4 双鉴探测器原理示意图实验发现，在红外探测器中，通过菲涅尔透镜的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报，从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点但红外探测器对环境温度的变化比较敏感，而微波探测器所检测的只是活动的目标，所以对于如果只是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰，降低了报警信号误报的发生率下面详细介绍本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程1.热释电红外线探测器在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的热释电红外线防盗探测器中的检测元件是BISS0001，该器件是CMOS数模混合专用集成电路，多用为红外专用芯片，它具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。

另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器2.微波防盗探测器微波防盗探测器是由MOS场效应管C3355、电阻和电容组成的高频振荡电路，电路产生微波信号后经过人或物体反射和原信号产生频移，微小的频移信号经过放大处理后输出报警信号报警范围实测为7～8m，可有效地进行实时探测防盗探测器电路是由以上两种类型探测器组成，在单片机内部进行信号处理时，将探测到的红外和微波两种信号进行“与”运算，即只有同时检测到两个传感器端口信号时，主机才会发出盗情报警信号，否则不报警三）主控单元电路设计MCU微处理器对双音多频(DTMF)编、译码器的控制，使住宅通过网实现与相关部门之间的数据交换；微处理器对各传感器的信号检测和控制MCU通过对接口电路的读取，并向单位保卫科、110/119报警台单位机或个人传呼机发出呼叫信号，告之对方住宅被盗本系统与机并联，只在报警期间占用线路，报警结束后系统与线路脱离，不影响机的正常使用当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控制部分主机控制部分对该电平信号进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向线路拨出双音多频信号(号码)，与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到线路，实现语音报警，拨号完成后，模拟挂机。

四）自动拨号报警电路设计自动拨号报警电路如图5所示，系统使用MK8870型DTMF拨号专用芯片，该。