论文总字数：15791字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 设计概述 1

1.3 防火防盗报警器的国内外现状 1

1.4 防火防盗报警器的发展趋势 2

1.5 设计任务分析 2

第二章 方案论证 4

2.1 主控制器选择与论证 4

2.2. 烟雾传感器选择与论证 4

2.3 温度传感器选择与论证 6

2.4 红外感应部分选择与论证 6

2.5 GSM模块选择与论证 7

2.6 无线收发模块选择与论证 7

第三章 系统总体设计 8

3.1 系统结构框图 8

3.2 各功能模块硬件电路 8

3.2.1 STC89C52单片机 8

3.2.2 MQ-2烟雾传感器 9

3.2.3 DSl8B20温度传感器 9

3.2.4 红外热释电传感器 10

3.2.5 nrF24L01无线收发模块 10

3.2.6 LCD显示模块 12

3.2.7 按键模块 12

3.2.8 电源模块 13

第四章 系统软件的设计 14

4.1 系统主程序设计及流程图 14

4.2 无线收发模块程序设计及流程图 14

4.3 SIM模块AT指令设置 15

第五章 实验数据与结果分析 17

第六章 总结与评价 18

致谢 19

参考文献 20

附件一：实物图 21

附件二：总体原理图设计 22

基于51单片机的无线防火防盗报警系统

陈轶林

，China

Abstract:The design of the main focus on the production of a low cost, simple and convenient fire alarm device for families, warehouses and other small occasions. The design of sensor and single-chip microcomputer as the core design of a fire alarm devices, with other devices can achieve sound and light alarm, SMS notification function papers mainly according to fire anti-theft alarm system for the various components and functions of a detailed introduction and explanation and on the interface between the main control circuit and peripheral circuit connection, and system software design are focus on analysis and explanation.

Key words:Alarm; single chip microcomputer; sensor; infrared; wireless

1. 绪论

1.1 课题背景

伴随当下科学技术水平的迅速发展，各式各样不同种类的设备仪器广泛的运用于社会生产及各行各业人们的工作生活中。随之而来的就是各种各样的安全隐患，其中火情及盗窃的隐患一直是人们关注的焦点。 为了规避火情及盗窃的隐患，需要我们对固定地点场合实现实时准确的检测，从而能在第一时间发现并采取有效措施进行预防，避免此险情的出现。基于这样的背景前提之下，类似于本设计的研究正成为相关技术领域的研究重点。

1.2 设计概述

随着科学技术的进步及整个电子行业的不断发展，单片机的运用已经广泛涉及各行各业的社会生产及生活。为了满足各式各样的不同需求，市面上的单片机类型也不断向多样化发展。单片机通俗来说就是一个微处理器，而处理器作为各类电子设备的核心，必须满足价格低廉，体积轻便的要求。在本设计中的无线防火防盗报警系统则使用STC89C52单片机来作为控制器，而该系统的组成不仅离不开单片机的控制^[1]，同时还需要有相应的传感器进行配合，通过温度，烟雾，及红外传感器采集相关的数据，再由单片机根据采集到的数据进行相关命令的下达，配合其他器件实现报警功能，防患于未然最大程度的保障财务和人自身的安全。

1.3 防火防盗报警器的国内外现状

烟雾传感器的起源最早可以追溯到上个世纪三十年代，相关的研究最早是从海外开始的。随着长期以来人们安全意识的发展改变以及不断扩大的市场需求等各方面原因，在多种因素的刺激下，烟雾传感器相关领域的研究取得了巨大的发展。在传感器工业生产中的产品质量不断提高，并具体表现在其集成度、体积、精度灵敏度等不同方面。基于这样的有利条件烟雾检测设备的市场逐渐被拓宽，根据相关统计，从上世纪末到本世纪初烟雾传感设备的使用以每年超过25%的增速不断增长。

防火防盗报警器在我国的研究最早可以追溯到上个世纪70年代初，伴随近些年相关产业的不断发展，其相关产品种类不断丰富，适用场合也不再局限于单一的大型高危场所，为了满足不同的市场需求越来越多的报警器适用于各类小型场所。不经如此由于科学技术水平的提高，其报警装置的传感器在灵敏度及稳定性方面也相较于最初的产品有了显著的提升。

防火报警器的原理大多是通过检测被测地点可燃气体的浓度和温度的实时数据情况判断是否报警，而根据其适用类型基本可以将其分为民用型和工业型两种。

(1) 民用火灾防火防盗报警器

顾名思义，民用型防火防盗报警器一般运用于家庭厨房，小型仓库等小范围的场合。由于安置场合的大小一般较小，所以要求此类报警器的体积足够小，一旦火情发生传感器检测到烟雾浓度超过设定上限，便用特定方式实现报警，常规的报警方式有声光报警，短信报警等。

(2) 工业用防火防盗报警器及有毒有害防火防盗报警器

工业用防火防盗报警器及有毒有害防火防盗报警器的差异主要其中在二者的传感器探头上，其工作原理及适用场合都十分的相似。工业用燃气报警器及有毒防火防盗报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器^[2]。

常规的几种仪器中，检漏仪最为常见。如是其名称，工作人员通常运用它来进行常规的燃气巡检与查漏工作，这也决定了该仪器必须足够轻的便。当仪器置于可燃气体泄漏的环境下，检漏仪则会显示出气体浓度一旦超过某特定的数值便进行相应的声光报警。

不同于检漏仪，探测器以及控制器通常被固定安置在特定的某处。其中探测器一般被置于存在高危险隐患且需要实时监控的工业区域，而控制器则通常安置在控制室，值班室等处。探测器通过屏蔽电缆与控制室的控制器相连接从而将数据又探测器端传输到控制端，当检测到的特定参数超过事先设置的报警上限后，控制器接收到相应数据进而控制其他装置实现声光报警等一系列的应急措施。

1.4 防火防盗报警器的发展趋势

20世纪以来，人类进入科学技术水平以及社会经济水平得到了飞速的发展，在市场需求及科学技术水平的双重推动之下，与电子、计算机、通信技术相关的产业也迅速发展起来并紧密联系。而人们对对当下的火灾盗窃报警技术也有了新的要求，现代防火防盗报警技术不仅要求报警器的体积不断缩小，精度更加准确同时还要具备更加多样的功能，向智能化，网络化甚至区域化的方向发展靠近。

现如今伴随社会的进步与人们安全意识的提高，市场对防火防盗报警器的功能需求也再不断刷新，普通的报警器已经不再能满足人们对设备更加智能化，网络化，多样化的要求。智能化方面的要求主要涉及系统在收集到相关信息后的智能处理，要求尽可能的向人的思维靠近，从而迅速给出准确可靠合理的应急办法，当下这方面的发展空间较大。而网络化则是要求报警系统通过通信协议与其他系统中断建立数据的连接，实现信息的实时共享从而真正实现对数据的远程监控。多样化的要求则体现在对同一数据实现多重检测方式，也就是用不同的方式对统一数据指标进行采集，再由系统进行综合分析从而提高系统的可靠性。

1.5 设计任务分析

本篇论文是防火防盗报警器的研制：

(1)设计系统的整体结构，对其各部分组成及功能的实现作详细规划。

(2)选取51系列的STC89C52单片机作为系统的控制器，在传统报警器的结构基础之上，通过对硬件电路的补充从而使得系统功能更加多样化。系统硬件电路主要分为数据收集、声音报警电路、状态指示灯电路、LCD1602液晶显示电路，GSM发送模块部分^[3]。

(3)系统的软件编制。按照软件实现的功能，主要分为主程序、初始化子程序、浓度显示子程序、报警子程序、报警限值设置子程序，短信报警子程序。在程序的编写过程中，加入了详细的文字注释，便于后期的改进与维护^[4]。

(4)硬件电路和软件的综合调试。

第二章 方案论证

2.1 主控制器选择与论证

单片机是防火防盗报警系统的控制核心，系统需要通过它来接收传感器采集的信号并控制数据的显示，完成相应的报警程序的启动。单片机作为本设计的核心控制单元需要满足以下几点条件：首先为了能实时有效的检测并在险情发生后第一时间通知用户实现报警，从而将损失降低到最低。这就要求单片机能快速的对传感器采集的相关数据进行处理，并做出相应判断是否启动报警程序。其次，报警器的小型化要求其处理器也必须具备相应的优点，同时考虑到防火防盗报警器的成本，在选择单片机的时候价格低廉也是必须满足的条件。综上，在保障报警器的准确性的基础上，选择单片机的同时必须考虑到体积，成本等因素。

2.2 烟雾传感器选择与论证

为了实现防火防盗报警器的火灾预警功能，烟雾传感器采集的数据便是判断火情隐患的重要关键。烟雾传感器的工作原理是随着周围环境中的相关气体浓度的增大，其探测原件的电导率发生改变。利用此性质将相关参数的变化转换为电信号的改变，再由控制单元处理相关数据判断传感器所处环境的具体情况，实现实时监测与险情报警。不难看出，提高报警器准确性的关键就在于提高烟雾传感器的灵敏度。换言之想要提高报警器的可靠性就必须选择好相应的烟雾传感器。

MQ-2半导体传感器是一种N型半导体气敏原件，该原件主要以环境中的金属氧化物二氧化锡(SnO2)为主体，且具有导电率低的特点 。MQ-2半导体传感器在暴露在充斥烟雾气体的环境下时，伴随空气中的烟雾浓度的升高它传导电流的能力也随之提高，换言之半导体的电导率随之发生了变化，因此利用电导率的变化配合相应的电路，便可以轻易实现气体浓度信号向电信号的转化。MQ-2半导体传感器是目前市场上运用最为广泛的一种烟雾气体传感器，与普通的半导体传感器相比它能够在存在干扰的条件下准确稳定的的输出信号，且具有较长的使用寿命以及较高的灵敏度。

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