智能家居远程报警器的设计与制作

    杨子江

    摘 要：智能家居远程报警器，目前是物联网领域中实现智能家居的重要一环，该报警器具有防盗、防火、声光报警、短信提醒、定时布防撤防等功能。智能家居远程报警器在布防模式下，通过红外探测传感器检测人员是否进入，通过烟雾传感器的使用监测火灾的情况，如果出现险情，可实现声光报警，并能通过GSM模块实现远程报警，也可将本设计应用在单片机课程教学中。

    关键词：物联网；智能家居；报警

    中图分类号：TP277 文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.014

    1 设计功能

    本次任务是通过STM32单片机和多种传感器、电子模块实现智能家居报警器的设计与制作，以偷盗人员、火灾为主要监控对象，要求报警器系统各项功能可正常运行，报警及时，安全可靠。智能家居远程报警器如图1所示。

    2 方案论证

    2.1 主控系统

    方案一：

    STC89C51单片机，运行时间较长，比较稳定操作简单，但其I/O口较少，无法实现过多的功能。且需要使用外部模块来配合单片机使用。

    方案二：

    STM32开发系统运行速度快，核心模块较多，l/O口较多，方便连接，工作频率快。STM32开发系统选择STM32F103ZET6芯片作为处理器，并且核心板模块带有最小外围电路，同时该核心板包括了RTC实时时钟电路。STM32开发系统如图2所示。

    综上，方案二符合我们的要求。

    2.2 红外传感器

    方案一：

    光电开关。光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。物体不限于金属，所有能反射光线（或者对光线有遮挡作用）的物体均可以被检测。但是它的体积较大，不易安装。

    方案二：

    HC-SR501人体红外感应模块，它是基于红外线技术的自动控制模块，采用LHI778探头，灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应设备，它的体积较小，工作状态稳定，感应距离可调，安装方便简单。人体红外传感器如图3所示。

    综上，我们选用方案二。

    2.3 烟雾传感器

    市面上有多种有害气体传感器可供选择，比如：MQ-2传感器（烟雾）、MQ-3传感器（酒精气体）、MQ-4传感器（甲烷、天然气传感器）、MQ-7传感器（一氧化碳）、MQ-8传感器（氢气），以上传感器价格低廉，工作简单，敏感度可调，体积小，应用非常方便。

    火灾所产生的有害气体中虽然成分复杂，但是火灾所产生的烟雾最多，而且对人体伤害最大，所以在所有传感器中我们采用MQ-2烟雾传感器，该传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。

    2.4 通信模块

    方案一：

    SIM900A模块是ALIENTEK推出的一款高性能工业级 GSM/GPRS模块 （开发版），接口丰富，功能完善，尤其适用于需要语言、短信、GPRS数据服务的各种领域。该模块支持RS232串口和 LVTTL串口，并带硬件流控制。支持5～24 V的超宽工作范围，使得本模块可以非常方便与产品进行连接，从而给产品提供包括语音、短信和GPRS数据传输等功能。

    方案二：

    正点原子无线串口通信模块，具有工作功耗低、组网节点多、抗干扰性能好、通信稳定的特点，但是远距离的数据传输受限，且需要多个模块间进行通信级联，不够方便。

    综上，我们选用方案一。

    2.5 声光报警系统

    方案一：

    使用普通LED和蜂鸣器，成本低廉，实现功能简单，现象明显。

    方案二：

    工业声光报警器，体积过大，不易应用，价格昂贵，音量过高（110 dB）且音量不可调。

    综上，我们选用方案一。

    2.6 液晶显示模块

    方案一：

    1602液晶显示屏，价格低廉，应用简单，也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此它不能很好地显示图形。

    12864液晶显示屏，带中文字库的128×64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字和128个16*8点ASCII字符集，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。12864液晶屏如图4所示。

    由于方案一里的1602顯示屏只能显示字母、数字、符号，不能显示汉字和图形，所以我们选择方案二。

    2.7 键盘输入模块

    方案一：

    微动开关键盘，是在电路板上焊接16个微动开关和多个插针制作而成，成本低、应用广泛。

    方案二：

    薄膜矩阵键盘，接插线方便，可配合多种开发系统使用，可实现20个按键扫描、独立输入，且不易损坏。键盘如图5所示。

    结合本设计要求，所需键位较多，所以我们选择方案二。

    3 硬件控制框图

    4 测试结果

    （1）通过矩阵键盘面板的选择，可以实现主人模式的切换，实现定时布防、撤防的设定，实现具体检测项的开关。

    （2）主人模式下才可以操作智能家居远程报警控制器系统，非主人模式下，无权限操作系统，首次进入主人模式，需要设定密码，再次进入主人模式时，需要密码验证。

    （3）定时布防、撤防功能，可选择布防、撤防选项。若设置布防选项，则在该时间段进行布防；若设置撤防选项，则在该时间段进行撤防。

    （4）检测功能的选择，包括人员进入室内检测和烟雾气体检测两项，可选择具体检测功能。

    （5）报警设置可实现以下功能：不同险情下，声音报警不同；不同险情下，灯光报警闪烁频率不同。

    参考文献：

    [1] 宋雪松，李东明，崔长胜.手把手教你学51单片机[M].北京：清华大学出版社，2014.

    [2] 贾海瀛.传感器技术与应用[M].北京：高等教育出版社，2015.