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基于GSM的家庭安全防护系统
发布时间:2017-11-30 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]摘要：设计一款家用安全防护系统，能对家庭中燃气泄露、火灾和盗窃等突发事件进行实时监测和信息传输。系统由主机和从机两部分组成，红外遥控开关控制整个系统的开闭，通过从机单片机实时地采集和处理燃气、烟雾、人员入室等事故信息，并由NRF24L01无线模块发送给主机；主机通过NRF24L01接收事故信号，处理后将报警信息通过GSM通讯模块以短信形式第一时间发送至用户手机。系统具有成本低康、功耗低、操作简单等特点，应用前景广阔。
关键词：单片机；NRF24L01无线模块；GSM模块；安全智能居家
随着差模电感器电子技术的飞速发展，报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化方向发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别在于分机与主机、分机与用户之间进行通讯的方式。手机作为信息爆炸时代的产物已经成为人们日常最为便利的通讯工具。据悉，我国手机用户已达7．4亿，手机使用成本特别是短信息成本逐渐降低。如果能把报警装置以短消息的形式与手机之间建立远程控制，人们会在第一时间收到消息，并做出迅速反应，大大减少悲剧的发生。本文基于此思想设计了一种基于GSM网络的新型家庭安全检测系统，可通过手机实时接收到故障及报警信息。
1 总体结构与工作原理
该系统以广泛使用的GSM网络为通信媒介，用于家庭安防，可实时检测室内气体(燃气，烟雾)浓度以及人体移动情况，实现防火，防气体泄漏和防盗等功能。该装置由主机和分机两部分组成，从机用于检测家庭室内燃气、烟雾浓度和是否有人员进入室内，并负责把检测信息无线传送给主机，主机对信息进行实时判断和处理，若有异常情况，则通过GSM网络将报警信息以短信形式通知用户。
系统总体结构如图1所示。主机和从机系统均采用51兼容内核的STC单片机作为控制器。从机系统由控制器、普敏烟雾气体传感器、人体红外传感器、A／D转换器、NRF24L01无线模块等模块组成。普敏烟雾气体传感器内部是一个气敏电阻，当&三脚电感ldquo;功率电感闻”到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，燃气达列一定浓度，即电阻达到一定水平时，绕行电感传感器就发出报警信号。人体红外传感器模块采用双元探头，探头的窗口为长
方形，双元位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时，红外光谱到达双元的时间、距离有差异，差值越大；感应越灵敏。如果有人体在其感应范围内活动。其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。以上的报警和信号变化经单片机采集、数据分析后，由无线模块将相关信息发送至主机，交与主机做进一步处理。主机主要由控制器、遥控开关、稳压电源、EEPROM、液晶显示器、键盘、GSM手机模块TC35及NRF24L01无线模块组成。
2 系统硬件电路设计
2.1 从机
1)气体传感器：半导体普敏型气体传感器MQ-2具有广泛探测范围、高灵敏度、快速恢复响应、寿命长及驱动电路简单等特点，适用于液化气，甲烷，丙烷，丁烷及烟雾的检测。此传感器有两个电压输入，加热电压和电路电压，本方案均采用直流5 V。传感器基本工作原理是在传感器内炉丝加热后传感器阻值塑封电感会随外部气体的浓度而变化，阻值变化范围3～30 kΩ，基本工作电路如图2所示。该传感器用于家庭安防中检测燃气的泄露，极大程度地减免了意外发生。
图2中ADIN接A／D输入端口，监测气体浓度变化通过负载R3上的分压值来体现。由于本方案对A／D精度要求不高，故采用8位单通道逐次逼近式A／D转换器ADC0804。
2)红外传感器：人体红外感应模块HC-SR501，感应角度≤100度，感应距离≤7 m，灵敏度高，可靠性强，可通过调节负载电位器调节其灵敏度。该模块可以检测到房间里人的存在，进而通过短信告知用户，以防失窃等事故发生。用户配置有遥控，可根据需要对主机进行设置，屏蔽其功能，以防误报。
3)通讯模块：NRF2401无线模块为工作在2.4～2.5GHzISM频段的无线收发模块，其传输距离约100m，低电压(1．9～3．6 V)，低功耗，可直接与单片机IO口连接。发射模式下无线发射速率1Mbps或2Mbps，抗干扰能力强。模块内置硬件CRC检错和点对多点通信控制，并有自动应答和无应答自动再发射功能，内部寄存器可设置发射无回应重复发射次数，若超过该值则产生中断由IRQ引脚输出，发送或接受完毕后也产生中断由IRQ输出，可避免单片机查询，节约单片机资源及简化程序设计。模块与控制器间采用SPI总线接口通信，用以配置及读写数据，数据率取决于单片机的接口速度，以单片机的低速接口写入数据后高速发射，以实现低功率，同时减少数据无线传输时间，增强抗干扰性。由于51单片机无专用SPI总线接口，故采用通用IO口模拟。连接电路如图3所示。除VCC、GND及IRQ外，其余引脚均与单片机通用IO口连接，用于SPI串行通讯；IRQ与单片机的外部中断引脚连接。第四代SIMPLE SWITCHER开关稳压器产品介绍美国国家半导体推出了除”简单易用”外，还能提供多种输出电流的第四代SIMPLESWITCHER 产品组。本产品组具有良好的功能及设计自由度，支持设计工程师们使用它们设计出所需要的尺寸、EMI及输入精确
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