系统简介
随着社会的快速发展和人们物质生活水平的不断进步，人们对生活质量的要求越来越高。在室内安整日益受到重视的本日，以室内安全理念为基础的家居产品也渐渐走进我们的生活。本系统是由单片机系统、数据信息收罗模块、LCD显示模块、报警电路和GSM通信模块构成，是一个对家庭住宅进行基本情况及安防监测的模型系统。其中包括对监测区域内的人体感应、温度、湿度、可燃气体浓度、火情进行及时监测，当被测区域发生各种突发性变乱时，室内蜂鸣器报警，系统通过GSM模块向预先设置的手机发送信息，以便用户及时做出应对措施。用户也可以通过GSM模块查询室内及时信息。本系统在开发软件KeilC51中进行程序编写，仿真软件Proteus中进行分析调试，通过进行联合仿真实验，实现了室内安全监测系统的基本功能。可以或许有用包管利用者的人身和产业安全，具有较高的实用价值。
关键词：室内安全；单片机；安全监测；报警
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
我国经济社会的快速发展，使得人民物质生活水平得到显著进步。随着人们生活质量的进步，越来越多的人意识室内安全问题的重要性。人们的绝大多数时间都是在外工作学习，最担心的事变就是家中无人时，一些突发性危险变乱的发生，比如家中失火、可燃性气体泄漏、盗贼入室等，不能及时获悉情况并对其进行有用的应急处理措施。另一方面，我国庞大的生齿数目亦对我国社会治安形势发出了更为严肃的挑衅,社会治安、安全防范等各种问题也不容忽视。
在当今的社会生活中，室内安全问题简直须要引起我们每个人的注意。缘故原由许多，比如现在社会的生活压力越来越大，人们的多数时间都是在外面辛苦打拼，在室内生活的时间很少，只有晚上很晚的时候才可以或许竣事一天的工作学习回到家中。部分家庭偶然候只能由老人独自留在家里,另有一些家庭以致把年龄很小的儿童独自在家里。当老人孩子独自在家，他们一个年迈、一个幼小，发生突发性危险变乱时，多数情况都是无法做出有用应对措施或是发现的很是迟缓，让人担心，以是安装一个室内安全监测系统就能有用地防止和淘汰危险的发生。或是可以及时地联系我们,让危害止于始。另外另有一种特殊情况就是我们家人无人时，小偷或者其他非法分子给我们家庭造成危害时，若是能及时发现，便可以敏捷做出合理有用的应对措施。对个人的产业安全起到一个保护作用，也是一种资助社会和国家安定的行为。鉴于上述种种缘故原由，室内安全监测系统的计划安装是非常有须要的。
随着科技的发展进步以及人们的生活节奏加快,对于生活情况的要求也渐渐进步,开始有各种多样的智能化产品出现日常生活中。随着我国数字化和互联网络的发展，智能化，网络化，便捷化的头脑浪潮正在改变着人们的头脑，这是一种社会发展的趋势。计划安装室内安全监测系统符合智能化家居建设的浪潮，它适应和对应着社会发展的要求，有望成为新时代住宅的建设理念。
1.2 国内外研究现状
国外对室内安全监测系统的研究发展起步较早。大约在二十世纪七八十年代。天下上第一座现代化意义上的智能安全大厦，名叫“都市办公大楼”，是1984年对位于美国康涅狄格州福德市旧金山金融大厦进行重新计划改建成的。这栋现代化智能安全大厦的建成，标志着人类对室内安全问题研究发展的起步。接着法国，英国，韩国，日本，澳大利亚等发达国家陆续推出了自己的智能安全产品。
国内对室内安全监测系统的计划安装发展起步较晚，1999年之前，只有少数房地产开发商在开发自己公司的高档楼盘时会安装防盗报警系统。2000年以后，由于渐渐显现的社会治安问题，一些一线发达城市开始对小区的防盗报警以及室内安全监测方面开始进行大力发展。但是在防盗报警以及室内安全这些方面我们国家也一直没有较高的遍及率。
2011年左右，随着互联网技术的敏捷发展兴起，出现了大量的创新型科技公司，这些公司主要借助移动互联网头脑发展研究的解决室内安全问题的智能家居项目，通过开发创建基于无线通信技术的智能家居项目，逐步发展形成了一个市场。由于这个新型市场的发展前景广阔，国外的许多大型科技公司都看到了这个市场的发展潜力，苹果、谷歌等众多互联网科技公司纷纷通过收购这些创新性科技公司，从而进入这个市场。国内的互联网科技公司也纷纷通过创建自己的平台，进入这个市场，发展属于自己公司的智能家居项目，在这方面做的成熟的有华为、小米等公司。
2019年，也就是中国商用5G的元年。随5G时代到来，室内安全监测系统已经开始突破有线系统的传统布线方式约束,通过5G网络毗连，并继承向无线控制方向发展前进，这可为我们提供一个更快、更稳固、更轻易安装和维护的室内安全监测系统。随着新时代互联网技术的发展，人与物数字化技术的进步,有助于进一步突破传统智能家居行业信息孤岛,有用地将生产、服务、消费、管理精密毗连,促进产业升级。
国外对于室内安全监测系统的研究发展已经相当成熟。西欧等许多发达国家国都在室内安全监测这个领域有自己的特色。日本注重实用性，过细周到是日本产品的特色；欧洲注重节能环保；美国的技术领先，操纵人性化；总的来说国内发展水平要低于国外，但中国更加注重安防监测性能方面的研究，符合日益加强的安全意识,符合国内社会发展的需求。在安全监测领域，中国企业或许能探索出一条有自己特色的门路。
1.3 主要研究内容
本文主要研究基于单片机的室内安全监测系统计划,先通过分别对硬件电路和软件系统进行计划,末了通过仿真实验，到达计划目的。主要计划内容有可燃性气体泄漏、室内失火，温湿度检测以及入室偷窃等方面的监测。该计划主要由单片机、数据信息收罗模块、GSM模块、液晶显示模块、及时时钟模块、报警模块构成。可以或许实现有突发危险情况时，蜂鸣器室内发声，并通过GSM模块的短信功能向预设联系人发送信息，实现险情报警。
本系统计划的核心控制单元计划利用AT89C52单片机，利用LCDl602液晶显示屏，在室内主要活动区域显示系统信息。利用人体红外热释电传感器、红外光检测型火光报警器、可燃气体探测器、DHT11湿度传感器对室内监测区域进行信息收集,利用DS1302及时时钟芯片来纪录警情发生时间，采用蜂鸣器进行报警,并通过GSM模块的短信功能进行信息报警。
系统的报警功能是通过单片机接收到传感器的报警信号后，单片机内部的中断功能来实现的。报警功能主要的表现方式是及时时钟芯片来纪录警情发生的时间,蜂鸣器发出声响,GSM模块向房主发送报警信息。
1.4 内容安排如下
第一章绪论，内容为课题的背景及意义、国内外研究现状、主要研究内容和论文布局安排。第二章系统方案计划，包括系统方案计划及框图和各模块方案计划。
第三章系统硬件电路计划与分析，包括元器件的选择、介绍及电路毗连图。第四章系统软件计划，主要包括主程序模块和子程序模块的介绍。
第五章系统调试与分析，主要包括对系统调试内容的分析、软硬件计划部分内容的分析及利用软件的简单介绍和系统调试仿真。
第六章总结与展望，对论文进行总结并指出计划存在的不足与改进。
2 系统方案计划
2.1 系统方案及框图
本系统计划布局框图如图2-1：
图2-1系统框图
3 系统硬件电路计划分析
3.1 核心控制单元计划
本系统计划的主控芯片为AT89C52型单片机，是室内监测系统的核心部分,可以毗连硬件各模块，实现本系统计划的功能。
（1）AT89C52单片机概述AT89C52是一种8位低电压微控制器，芯片包含8K只读存储器（ROM）和256位随机存取存储器（RAM），采用ATMEL高精度非易失性存储技术生产。其布局框图如图3-1所示。
图3-1AT89C52布局框图
（2）AT89C52单片机的功能特性
AT89C52单片机（图3-2）由一个可以或许进行反复擦写的Flash存储器和一个现今社会广泛利用的微处理器构成。由于该单片机闪存的特性，利用AT89C52单片机进行系统计划开发，可以有用降低开发成本。
（3）AT89C52单片机引脚功能与封装AT89C52单片机的功能引脚主要由电源、可与外界毗连的晶体滤波器和多功能输入输出口，操控及初始化构成。
其封装引脚图如图3-3所示。
图3-2ATC89C52单片机
4 系统软件计划
4.1 系统主程序计划
本系统计划主要包含有火警检测、可燃性气体检测、人体非正常入室检测、以及温湿度检测，各传感器收罗的数据信息发送给核心控制器，判定是否须要进行报警，如需报警处理，则单片机会将报警信息分别发送给蜂鸣器和GSM模块。蜂鸣器发声，GSM模块发送报警信息给户主，户主也可以通过发送信息查询室内情况。程序流程图图4-1
图4-1系统主程序流程图
4.2 数据信息收罗模块软件计划
人体热释电在家中无人时，程序启动，检测到有人非正常状态进入室内，会反馈信息到核心控制器，核心控制器控制发送报警信息，蜂鸣器报警，GSM模块发送警情信息给户主。（如图4-2）
图4-2非正常入室报警子程序流程图
可燃气体探测器及时发挥作用，收罗的信息凌驾系统预设阈值时，核心控制器控制发送报警信息，蜂鸣器报警，GSM模块发送警情信息给户主。系统流程图4-3：
图4-3可燃气体泄露报警子程序流程图
火光中会开释出一种独特的红外信号,火光传感器通过对检测区域内红外光信号的检测进行失火检测。当室内失火时，将信息传送给单片机，通过单片机控制各子程序模块进行报警。系统流程图4-4：
图4-4失火报警子程序流程图
温湿度传感器通过对室内的温湿度进行监测，对炎天室内高温中暑以及室内自来水等管道老化造成的危害进行监测。通过对室内温度和湿度的监测设置报警范围，起到防护作品。系统流程图4-5：
图4-5温湿度报警子程序流程图
4.4 GSM模块软件计划
GSM通信模块选择采用的TC35i通信模块，该模块利用人数多、功能齐全，是向用户传输信息的核心部分，短信可以提示的信息有温湿度、人体非正常突入；失火；可燃气体泄露。当系统判定到为有警情时，将信息被发送到系统预先设置好的联系人。程序流程图（如图4-7所示）。
系统初始化启动过程中，单片机与GSM设定为串口通信方式，波特率设置GSM模块初始化各种参数和标志位，由于本系统计划只须要利用GSM通信模块的短信功能，以是须要设置在文本模式中的设置标签界说功能，实现对我们想收到的信息的内容。
图4-7GSM程序流程图
编程是可以根据TC35I的AT控制指令，在程序界说阶段完成SIM卡的读取操纵，设定户主电话号码以及差别传感器报警信息的字符串内容。
5 系统调试与分析
5.1 系统调试内容
室内安全监测系统在日常利用中，是一套规模庞大并且全面对室内情况进行监控的系统,以是要充实考虑到整套住宅的各个方面,对于传感器的测量范围以及测量精度都有严酷且差别的要求。对应差别类型的房屋构造，系统的布局计划也都会做出相应的调整,以是本次系统计划就是制作一套简易模型化的室内安全监测系统。简单地将系统中所涉及的各个传感器和模块进行了组合,以此模仿在实际生活中室内中遇到各类突发状态时,查验一下我们计划制作的这套系统反应速度及应对策略。
计划一套基于单片机的智能控制系统，主要由软件计划调试、硬件计划调试及仿真实验三个部分构成,起首要计划好标准化的系统流程图,在正式开始研究和制作系统的硬件电路之前,我们必须对方案做一个简单的计划,通过仿真实验的情势,先用PROTEUS毗连好电路原理图,在KEIL软件上编写好模仿程序,对系统可行性做一个实验测试。
通过仿真实验验证了系统的可行性，开始硬件电路的计划制作调试，对硬件电路的计划制作，起首须要在对各模块利用的传感器进行风雅的选择，然后对电路布局进行周到的盘算测量。在对硬件部分进行调试时，须要对预先计划好的的各个模块进行单独毗连和调试，调试及格之后，才可以毗连加入主电路，在对计划好的整个硬件系统进行总体测试前，肯定要确保各模块都可以正常工作，要对其进行单独的测试。
在我们对硬件各个模块进行单独的调试工作过程时,各模块对应的软件程序也应该完成。对系统的计划工作刚刚开始进行时，就要针对这些软件程序进行计划修改，软件程序的调试修改一直贯穿在整个系统计划中。末了进行整合阶段的软件调试工作，这一步也是最难最复杂的。
当各个模块的电路全部被接入到主控制电路后,须要将整合好的程序完成烧录,开始对整个系统各模块之间协同运行工作的能力进行了测试和调整,并最终在完成对系统的调试,到此整个系统的计划和制作全部完成,之后即是进一步对系统的功能进行优化。
5.2系统计划仿真调试
5.2.1 硬件计划仿真
硬件部分的计划仿真利用软件PROTEUS，天下上唯一集成电路仿真软件、PCB计划软件和模仿软件仿真软件合一的EDA工具软件。。
我们对本系统计划利用的元器件主要有单片机AT89C52、人体红外热释电传感器、可燃气体探测器、红外光检测型火光报警传感器、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏、DS1302时钟芯片、TC35i模块以及5V直流型蜂鸣器。
由于软件PROTEUS中没有人体红外热释电传感器，可燃气体探测器，红外光检测型火光报警传感器及TC35i模块。硬件部分计划利用ADC0832模块来替换人体红外热释电传感器，通过检测滑动变阻器的电压值来模仿可燃气体在氛围中的百分比。用ADC0832模块来替换可燃气体探测器，当检测到的值小于128时将红外标志位清0表现没人，否则将标志位置1。用ADC0832模块来替换红外光检测型火光报警传感器，当检测到的值小于128时将火警标志位清0表现没有火警，否则将标志位置1，表现发生火警。用仿真软件里面的模仿终端来代替TC35i模块。硬件电路毗连如图（5-1）
图5-1硬件电路毗连图
5.2.2 软件程序调试
软件部分程序我们使KeilC51来进行编程，是一款很好的开发工具，KeilC51主要通过C语言进行程序编写。Keil提供了一套完整的开发软件，包括c编译器、宏汇编、插件、库管理、强大的模仿调试器等完整开发方案，这些组件由集成开发情况组合在一起。
起首，对各模块进行编程，并与PROTEUS软件进行联合仿真测试，完成对各模块程序的改进。末了，完成对单片机的源代码编写，生成hex文件，烧录进单片机中。完成软件程序部分的调试工作。部分程序截图（图5-2）
图5-2部分程序截图
5.2.3 系统调试仿真
完成了对硬件部分和软件程序部分的计划调试，将KeilC51软件生成的hex文件烧录进电路的核心控制器单片机里，对本次系统计划进行总体仿真实验，对计划的系统进行各种情况状态的模仿，计划的系统可以实现系统正常运行，单一的温度、湿度、火警、红外、非正常入室触发报警系统及多种险情同事发生触发报警系统，触发报警信息的上限修改，LCD显示信息切换，短信查询室内及时信息等功能，通过模仿各种情境查看系统可否正常运行，来验证计划系统的可行性。系统调试仿真随机其中选取了几种进行验证。
(1)系统无警情正常运行。
系统正常运行时，各模块传感器正常运行，对室内监测区域进行信息收集，单片机对传感器收罗信息进行险情评估，室内主活动区域的LCD显示屏显示时间信息，也可通过主活动区域设置的按钮切换显示信息，切换信息显示分别时间、温湿度及红外火警可燃气泄漏三种切换显示模式，图内的黑框是模仿用户手机，系统正常运行时无险情信息发送。仿真实验如图5-3。
图5-3无报警信息防真实验图
(2)温湿度报警模块
我对其设置温度凌驾40摄氏度、相对湿度凌驾80％便进行报警。主要防止室内温度过高对家人造成伤害，湿度过高可能会发生的水管老化漏水以及其它漏水情况造成产业损害。报警方式有LCD显示报警信息，室内蜂鸣器发声以及发送报警信息给用户，图中黑框内的信息便是向预设的联系人发送的报警信息。
单独的温度过高或相对湿度过高都会触发报警，图5-4是温湿度同时超出阈值，触发系统报警功能的仿真图。
图5-4温湿度报警实验仿真图
6 总结与展望
6.1 总结
通过这次的毕业计划，我在计划过程中学习了室内安全以及智能家居等方面的专业知识，了解了许多从前学习生活中没有打仗学习过的专业知识，并且把所学习到的相关专业知识运用到了实际操纵中,使我的能力得到了巨大提拔。本次系统计划中所利用到的各种传感器和技术在当前社会都已经很成熟和完善。当室内发生某种突发情况时,警情信息可以被传感器敏捷地收罗到,然后及时将这些警情信息传输并发送到微控制器,微控制器将警情信息通过GSM网络发送给预先为设置好的联系人,全部的过程只有短短几秒,却可以或许做到让我们及时准确地了解住宅内部可能发生的具体信息,让我们快速做出相应的解决对策,以防给我们的生命产业安全造成不可估量的损害。
硬件计划方面，我计划制作了五个单元模块，分别是核心控制单元的单片机模块、控制收发信息的无线通讯单元GSM模块、收集信息单元的数据信息收罗模块、进行信息显示单元的LCD显示模块以及报警单元的蜂鸣器报警模块，如果住宅内发生突发性变乱时，室内的数据信息收罗模块可以敏捷的收罗到信息，然后马上将信息传输给核心控制单元，LCD液晶显示屏会显示具体的报警信息，蜂鸣器报警模块会发出报警声音，GSM通信模块会给系统预设的联系人发送报警信息。以便户主可以及时做出合理有用地应对措施。
在实际生活中,一套成熟完善的室内安全监测系统,是集传感器、微型盘算机、自动检测技术、无线网络通信技术、盘算机控制于一体的产品,通过先进的智能化方式进行管理,解决室内安全问题。在当今时代快节奏的生活中,人们对于室内安全这方面越来越重视,已经有越来越多人通过移动终端开始对家中所有变乱都进行了检测和自动化的控制。
可以说室内安全和智能家居这一新概念是时代技术发展下的新产物,是现代社会人们不断改善和进步的物质生活，和社会经济飞速发展下的产物,室内安全及智能家居的高效性可以资助现代社会的人们在繁忙的工作和生活中，可以或许随时随地查看家中的情况,改善了现代人的生活压力。
虽然中国在这方面还处于发展状态，和发达国家相比还存在着不小的差距。但随着我们的高速发展，经过我们的努力，中国会奋起直追，走活着界的前沿。
6.2 存在的不足与改进
本次计划的系统是模仿模型系统,完全通过有线毗连的方式进行电路毗连，这种毗连方式在实际应用中可行性并不高。当今社会室内面积有大有小,室内布局越来越复杂，完全通过有线毗连的方式将会给室内的雅观性带来较大的影响,这种完全通过有线毗连的方式只可以或许在房子计划装修阶段通过预设线材的方式安装利用，才具有可行性和实用性。但如果线路出现老化无法利用,维护也就存在巨大的困难,以是本次计划的系统若想进一步走向市场,这项问题须要及时解决的。从现今社会的发展情况来看,通过无线毗连所有的传感器和监测模块已经成为一种必然趋势,主控监测界面采用了通过手机系统制作独立的APP，对屋内每一个传感器的状态进行随时随地的监测,只要手机有信号,就可以通过数据网络,来查看家中情况。
由于本次计划的主要目的是验证室内安全监测系统远程监控的可行性,以是本系统计划制作过程中的利用到的各个传感器模块,采用的都是精度相对较低,成本相对较低的传感器,体积尺寸,功耗以及监控范围等各方面都存在着很大的不实用性,如果将该监测系统完善改造成一个成熟的产品,我们须要对系统各个模块所利用到的元器件进行进一步优化,从功耗、灵敏度、误差分析、体积各个环节等方面进行进一步调整和测试,作为面向社会大众发售的成熟产品,外包装也不能像现在一样，须要增加须要的外包装,增加雅观性。
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