基于AT89C51单片机和传感器实现家庭安全报警系统的设计
作者：刘玉儒，张鲁华
家庭安全报警系统家庭安防报警功能是智能家居系统的重要功能，同家庭的各种传感器、功能键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系，是家庭安防体系的“大脑”。报警功能包括防火、防盗、煤气泄露报警及紧急求助等功能，报警系统采用先进智能型控制网络技术、由微机管理控制，实现对匪情、盗窃、火灾、煤气、紧急求助等意外事故的自动报警。然而市场上出现的各类家庭安全报警系统功能虽较齐全，但并不完善，明显的不足之处就是报警号码都是预先存入，而且没有提供人机交互功能，用户如因特殊情况需更换报警电话号码时往往无能为力，其设计显然不够人性化，也给用户带来了诸多不便。明显的不足之处就是报警号码都是预先存入，而且没有提供人机交互功能，用户如因特殊情况需更换报警电话号码时往往无能为力。
1、系统硬件设计
本系统硬件部分采用AT89C51单片机作为控制中心，并且配有警情采集电路、报警驱动电路、双音多频（DTMF）收发电路、摘机检测电路、语音报警电路、键盘接口及LED各种电路用来显示监测的内容。
警情采集电路当采集到警情信号时，单片机立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时由双音多频收发电路通过电话网络拨打报警号码向外界报警，当摘、挂机检测电路检测到被呼叫方摘机后，单片机接通语音报警电路，通过事先录制好的语音信号告知对方与警情相关的信息，对方挂机后，模拟挂机，完成自动报警。键盘接口及LED显示电路负责使用者对报警信息的显示、修改与存储，它由8×8键盘、8位8段数码管及HD7279A控制电路组成，HD7279A通过定时查询键盘和AT89C51进行通信，实现人机交互。保安中心可以通过监控管理软件实时监测各种系统状态，可以对报警系统进行双向控制，还可以与公安局报警中心联网并自动报警，构成多级联网报警系统。
家庭报警系统的硬件设计主要由报警主机、前端感应器、遥控器和警铃组成。
家庭安防系统前端感应器控制的重点应是犯罪分子侵入家庭主要途径门和窗。住户可以在入户门上安装门磁感应器，报警锁等。在每套房的窗口或阳台安装主动红外感应探头玻璃破碎感应器等。由于撬门、撬窗引起的感应器磁场破坏、玻璃振动、破碎或盗匪进入时造成的主动红外线被阻断都会引起系统的报警。对于安全要求较高的部位或主要通道可以安装红外探头。红外探头是通过探测人体的温度和物体移动来确定非法侵入，安全性更高。
1.1 警情采集电路
警情采集电路负责各类警情信号的采集，并向AT89C51单片机发送信息。警情采集电路构成的主要原件，如下所示：
（1）烟雾传感器。烟雾传感器MQ-2可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测；
（2）温度传感器。温度传感器DS18B20体积小，集成了温度传感器和信号调理电路，使用方便；
（3）防盗检测器。人体热释电红外传感器SGP102能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，在信号输出端输出一个脉冲使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。
1.2 双音多频收发电路
MT8870是MITEL公司生产的DTMF解码器，为CMOS电路，DIP封装。它具有DTMF信号分离滤波和译码功能，可直接与MCS-51系列单片机接口。图2为MT8870和AT89C51的接口电路。
输入的DTMF信号经MT8870解调后，在STD端产生一个控制输出信号，该信号与单片机AT89C51的外部中断输入端INT1相连。当该信号发生由1到0的跳变时引发中断，单片机响应中断后，使MT8870的TOE端产生一个高电平脉冲信号，该信号使MT8870的数据输出端Q0~Q3由原来的高阻状态变为与当前输入的双音频信号相对应的二进制编码，单片机通过P1口将该二进制数读入并识别出键值保存在RAM中。
1.3 语音报警电路
语音报警电路主要由语音电路、译码器和电子开关组成，如图3所示。
APR9600芯片采用模拟存储技术，噪音低，不怕断电，可以反复录放。当出现报警时，单片机通过P2.2~P2.4控制电子开关实现按键操作，启动相应的录音段，放出相应的语音报警信息，并且可以根据需要循环播放，播放次数由用户自行设置。
1.4 键盘接口及LED显示电路
HD7279A可同时驱动8个共阴式数码管动态显示，也可同时连接多达64键的矩阵键盘。与传统的键盘显示器件8279相比，HD7279A外围元件数目少，单片即可完成LED显示和键盘接口的全部功能，简化了电路设计，而且和AT89C51相连只需4根线（CS、CLK、DATA、KEY），仅仅使用单片机的P1.4～P1.7口，大大节省了CPU的端口资源。由于HD7279A内部含有消除按键抖动电路，这样就可以使工作过程的程序变的更加简单。如图4所示的接口电路来了解运行的方法。
P1.4/CS是HD7279A的片选线，P1.5/CLK是单片机产生的控制同步时钟，P1.6/DATA是命令数据输出/输入线，P1.7/KEY是按键有效输出端。CLK时钟频率约100 kHz，由单片机编程延时决定。在CLK的同步时钟作用下，控制命令、显示数据以及采用查询方式读取键盘键值代码数据等均由DATA端输入/输出［3-5］。
2、 系统软件设计
本系统硬件功能均由软件控制实现，针对系统硬件特点，软件控制分警情采集和键盘查询与显示两大模块。其中警情采集又分声光报警和电话报警两部分。主程序负责对系统进行初始化，使之进入工作状态，键盘查询及显示程序响应用户的信息输入与显示，警情采集程序通过调用相应子程序实现自动报警。图5和图6分别为软件主程序流程图和键盘查询与显示程序流程图，警情采集程序流程如图7所示。
本系统的设计主要是为了社区和居民的安全，在居民区、公司、银行、办公区、库房等场所设计系统，让周围的市民更加放心的居住，系统的安全系统的研究考虑到了由于各种的因素，更加的安全的保护市民的财产，让不怀好心的人没有乘虚而入的机会。这样就实现了研发这个系统的主要目的。
