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基于AT89C52单片机的GSM上报智能家居报警温度烟雾防盗系统

news 来源：原创 2025/9/21 1:41:06

点击链接获取Keil源码与Project Backups仿真图：
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功能介绍：
1、功能：具有温度、烟雾、入侵报警功能，采用LCD1602液晶显示屏实时显示温度值与烟雾值；使用DS18B20温度传感器模拟温度检测，MQ-2烟雾传感器检测烟雾浓度，使用ADC0832实现模数转换；温度与烟雾阈值可设置，当超过阈值时声光电进行报警，可通过按键手动报警记取消报警；按键模拟红外线入侵检测系统；串口模式利用GSM模块将测得的温度值与烟雾浓度实时发送到用户设备中，实现远程监控。
2、压缩包构造：代码与仿真常见问题、Keil源码程序、Proteus仿真图、原理图、参考文档、功能介绍、仿真代码运行、焊接事项、免费PPT模版、元件清单、串口调试助手、使用前必读。
3、仿真构造：AT89C52，LCD液晶显示器，3指示灯，串口模块，声光报警模块，按键模块。
4、代码文件：代码580行左右有注释，文档5000字左右。
C+27
部分参考设计如下：
摘要
随着经济的发展，城市居民住宅小区的大量崛起和人们生活水平的不断提高，人们在家庭住宅的观念上逐步发生变化。人们不仅需要宽敞、豪华的住宅，同时也希有一个安全、放心的生活空间。安全,就是有一个快速、有效、连动的防火、防盗、防爆的安防体系；同时要求家庭人员、社区管理中心及其有关单位部门都能及时获得相关信息并采取相应措施。这些都要求家庭不再是一个孤立场所，而是一个能与外界进行信息交流的单元。
智能家居以住宅为平台，将建筑、网络通信、信息家电、管理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是一个多功能的系统，包括家庭内部的安全防范、家居布线系统、家电控制、远程的视频监控系统等。家居智能化设计包括传感器的检测，信号的传递，结果处理等。但现在仍未普及，而且目前智能家居的国际标准未成热，因此智能家居监控系统仍然存在广阔的发展空间。
自此，本文设计出一套基于52单片机的智能家居安防系统。本系统具有采集现场信息，并将信息分析处理，结果通过短信的方式传递到预设的电话号码上。本系统还能显示险情种类信息的功能，并且能够在现场对火灾进行铃声报警的功能。智能家居安防系统是以家庭住宅为平台，融合了计算机技术，网络通信技术和自动控制等技术，将与家庭生活相关的各种应用子系统有机的结合在一起，为人们提供更加舒适、高效、便捷、安全的现代居住环境。新的智能型家庭安防报警系统在感应端主要通过磁红外、温度、煤气、玻璃破碎等探测器来感应异常的变化，当感应器感应到异常情况时，自动地把警情发送至相关部门和人员，以便得到及时的处理，减少人员伤亡和财产损失。

关键词：温度传感器；烟雾传感器；红外传感器；智能安防

目录
第一章前言 1
1.1研究背景意义 1
1.2设计要求 1
第二章整体方案设计 3
2.1系统组成及结构 3
2.2模块方案选择 3
2.2.1温度检测模块 3
2.2.2煤气泄漏、烟雾检测模块 4
2.2.3外人闯入模块 4
2.2.4无线通信模块 5
第三章传感器工作原理分析 6
3.1温度传感器DS18B20 6
3.2气体传感器MQ-2 6
3.3磁控开关 7
第四章硬件电路设计 9
4.1单片机最小系统 9
4.2温度检测模块 9
4.3烟雾检测模块 10
4.4外人闯入模块 11
4.5 系统总原理图 12
第五章软件仿真及调试 12
5.1系统程序流程图 12
5.2温度检测模块仿真与调试 13
5.4外人闯入模块仿真与调试 14
第六章设计总结及改进思路 16
参考文献 17
附录：系统电路图 18

第一章前言
1.1研究背景意义
智能家居是在以原有传统住宅为基础，添加了网络通信、智控家电、大规模传感网络等模块设施的新型居住环境。这种新型家居环境的特点是集服务、系统控制、设施为一体，优点是舒适便捷、安全环保。系统既包含分布家居各个部位和设备上的传感器网络系统，还包括中央控制系统、计算机网络系统和网络通信系统。用户通过手机、电脑等终端设备以及网络通信系统实现对室内家电进行本地或远程控制。智能家居系统通常可以实现监控功能：室内烟雾、煤气检测及门窗监控等；远程控制功能：开闭家电、远程收水电费等。智能家居具有可定制性，即可根据不同客户的家居需求、预算及住房条件来设计不同的设计方案。
在20世纪80年代初，在美国业内就提出了Smart Home的概念，即智能家居的原型。然而在很长一段时间内没有具体的建筑案例问世。直到1984年，在建设美国康涅狄格州（Connecticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，美国联合科技公司（United Technologies Building System）把建筑设备信息化、智控化应用于这项工程，才出现了第一项的“智能化建筑”工程，由此将智能家居行业的发展和需求推到了全世界面前。
经济的飞速发展使人们对家居环境的要求日趋上涨与当前智能家居所产生的发展瓶颈形成尖锐的矛盾，将迫切地驱使智能家居技术有进一步的飞跃。本课题的实际意义就在于通过对智能家居控制系统的了解及基础应用，有助于读者的智能家居概念启蒙和深入理解，激发读者对智能家居控制系统的研究兴趣。其次，从工程意义上讲，本文所介绍的基于52控制器的和NRF24L01网络通信控制的家居环境监测及家居电器开关控制系统是在一定程度可用于实践的，以此来满足人们生活的多样化需要，提升人们的生活质量。

1.2设计要求
以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。
（1）设计必须实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的全部检测；
（2）;

第二章整体方案设计
2.1系统组成及结构
本设计通过温度检测模块、烟雾检测模块、外人闯入模块、煤气泄漏模块等四个模块实时检测当前环境，经A/D转换后送至单片机，并通过显示模块实时显示当前环境状况。当触发报警模块后，单片机通过无线通信将报警信息实时传至用户手机。具体结构框图如图2.1所示。

图2.1 系统结构图
2.2模块方案选择
2.2.1温度检测模块
方案一：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。便于单片机处理及控制，节省硬件电路。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。该芯片的物理化学性质稳定，线性性能好，在0至100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C52构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到控制器。每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组件传感网络。
方案二：通过使用PCF8591芯片，首先检测多组热敏电阻电压与温度的对应关系，通过MATLAB或者Excel列表绘图拟合出热敏电阻电压与温度的对应函数关系，进而通过编写程序得出一般情况，即在任意对应的电压下都有对应的温度。使之显示在LCD1602液晶显示器上。
因DS18B20采用数字量输出，可以直接连接到单片机的I/O口上，而不需要D/A转换电路，且DS18B20相较于热敏电阻更加灵敏，分辨率更高。故本设计采用方案一。
2.2.2煤气泄漏、烟雾检测模块
方案一：采用电离式烟雾传感器NAP-07。此传感器根据计算机模拟最佳性能设计的单元式结构，此电离室专用于烟感探测器。其所有材料采用高耐腐蚀材料，安全性能达到GB C6464标准。除此之外，其平衡电离度小，满足模拟量烟感探测器使用要求。
方案二：采用气MQ-2型烟雾传感器，它是由二氧化锡半导体气敏材料构成，属于表面离子式N型半导体。当处于200～300℃温度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到该烟雾的调制而变化，就会引起表面电导率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。
本设计采用方案二中的MQ-2型烟雾传感器。一方面它可以同时检测煤气和烟雾，能够同时满足设计中的两项要求，这样选择可以节约成本，简化电路。另一方面，MQ-2相较于NAP-07更加流行，其相关资料也较多，使用起来比较方便。
2.2.3外人闯入模块
方案一：采用HC-SR501 人体红外感应模块。HC-SR501人体红外感应模块是基于红外线技术的自动控制产品。灵敏度高、可靠性强、超低功耗，超低电压工作模式。广泛应用于各类自动感应电器设备,尤其是干电池供电的自动控制产品。
方案二：利用门窗磁报警模块,门窗磁探测器用无线门磁,由一块永磁体和门磁主体(内部有一个常开型的干簧管)两部分组成。簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。
因干簧管性价比较高，故本设计采用方案二。
2.2.4无线通信模块
方案一：采用蓝牙技术。蓝牙技术主要分为BT3.0+HS和4.0版本中加入的BLE标准。在轻家居领域，主要讨论BLE部分。低功耗蓝牙技术是低成本，远距离，可互操作的鲁棒性无线技术，工作在2.4G频段。BLE采用可变连接时间间隔，几毫米到几秒，利用快速的连接方式，拥有极低的运行好待机功耗。
方案二：采用nRF24L01无线模块。nRF24L01无线模块是采用挪威NORDIC公司的nRF24L01 2.4G无线收发IC设计的一款高性能 2.4G无线收发模块，采用GFSK调制，工作在2400-2483M的国际通用ISM频段，最高调制速度可达2MBPS。nRF24L01无线模块集成了所有频射协议在高速信号处理的部分。模块大小32×15.2mm，2.54mm间距的双排插针接口，使用内置PCB天线设计，开阔地1MBPS速率下，收发10个字节的数据量测试距离最远约为70M左右。
由于蓝牙技术协议较复杂，功耗较高、成本较高，抗干扰能力不强，信息安全性差，使其不太适用于要求低成本、低功耗的工业控制和将网络，并制约其进一步发展和大规模应用。相反，nRF24L01在本设计中具有低成本、稳定的显著特点，故本设计采用nRF24L01无线模块作为各模块与主机进行通讯的工具。

第三章传感器工作原理分析
3.1温度传感器DS18B20
DS18B20数字温度计提供9-12位摄氏温度测量而且有一个由高低电平触发的可编程的不因电源消失而改变的报警功能。DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央处理器和DS18B20之间仅需一条连接线。它的测温范围为-55_{+125℃，并且在-10}+85℃精度为±5℃。除此之外，DS18B20能直接从单线通讯线上汲取能量，除去了对外部电源的需求。其电路图如图3-1所示，引脚说明如表3-1所示。

图3-1 DS18B20电路图
引脚符号说明
1 GND 接地
2 DQ 数据输入/输出引脚
3 VDD 可选的VDD引脚

表3-1 引脚说明
3.2气体传感器MQ-2
MQ-2气体传感器是一款适合多种应用的低成本传感器。它所使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增大而增大。现实应用中，可以使用简单的电路将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，也可以对天然气和其他可燃蒸气进行检测。其电路图如图3-2所示，引脚说明如表3-2所示。

图3-2 MQ-2电路图

引脚符号说明
1 VCC 电源正极
2 GND 电源地
3 D0 数字量输出口，检测到烟雾时输出高电平
4 A0 模拟量输出口，输出模拟电压，电压越低，烟雾浓度越大
表3-2 引脚说明
3.3磁控开关
常见的磁控开关，通俗地也叫干簧管。它由二部分组成：一个是磁铁，另一个是磁感应触头。当该触头接近磁铁时触头内的小铁板便带动触头闭合。相反离开时触头就会马上断开.干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体。平时，玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等（在安防系统中主要用于门磁、窗磁的制作），同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”。
它的使用也是特别简单的。比如用在门窗上：可将磁控开关的二半分别固定在门或者窗的开合缝处，当门窗关上时，磁控开关就闭合，反之便断开。由此就可以对门窗进行监控了。干簧管安装在被保护的门框、窗框上，永久磁铁安装在对应位置的门或窗扇上，安装应隐蔽，避免被破坏。干簧管与永久磁铁的安装间距一般以5mm左右为宜，安装时要避免猛烈冲击，防止舌簧管受损，普通的磁控开关不适用于钢铁门窗，因为钢铁门窗会使磁铁磁性减弱，缩短使用寿命。必须安装时，要采用专用的磁控开关。

第四章硬件电路设计
4.1单片机最小系统
单片机最小系统如下图4-1所示，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生52单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。
52内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右，该电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶体的振荡频率为12MHz。

图4-1 单片机最小系统
4.2温度检测模块
温度检测硬件电路如图4-2所示，采用DS18B20温度传感器检测当前温度，通过单片机读取传感器中的温度，让后将温度显示在LCD1602上，通过设置温度的方位通过温度和声光报警，从而可以实现超温或者低温报警的功能。

图4-2 温度检测电路
4.3烟雾检测模块
烟雾检测电路如图4-3所示。单片机控制系统由于系统对实时性、精确性和可靠性要求非常高，系统采用单片机作为现场控制器，完成对煤气（烟雾）浓度信号采集、运算、控制和以及及时发出报警信息。本系统采用多点采集，当气体浓度大于某一具体的数值时，系统会自动报警。
监控系统的工作原理是利用半导体气敏传感器MQ-2将煤气（烟雾）浓度变换为模拟电压信号，此模拟电压送到A/D转换器，变换成数字量送CPU进行数据分析。并将数据通过数码管显示，当空气中的煤气（烟雾）浓度达到设定值时，报警启动。

图4-3 烟雾检测电路
4.4外人闯入模块
入侵探测采用磁控开关，利用永磁铁和干簧管两部分组成然后利用相对应的关系实现入侵报警的检测。但主人进入家门的时按下S1时，不论磁控开关如何动作都不会出发报警电路。当主人离开家门时主人合上开关S1后，当有陌生人主动打开此门时，将触发报警电路，采用光报警方式。

图4-4 外人闯入模块电路图

4.5 系统总原理图
整个系统含有52单片机最小系统，LCD1602显示电路，烟雾检测电路，声光报警电路，无线通讯电路，温度检测电路，红外检测电路。

第五章软件仿真及调试
5.1系统程序流程图

参考文献
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[2]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京:高等教育出版社,2016.
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[5]吴建平. 传感器原理及其应用[M]. 北京：机械工业出版社,2012.
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[7]赵建.智能家庭监控系统的设计[D].西南交通大学,2010.
[8]李徐迎.基于单片机的多点无损温度监控系统[D].上海交通大学,2014.
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