项目编号：mcuclub-111
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总字数：16000＋
摘 要
随着电子技术、计算机技术和网络通信技术的迅猛发展，各种家用电器也得到了广泛应用，在物质生活丰富多彩的同时也带来了巨大的火灾隐患。另外当前以防盗锁和防盗门为主的防盗方式虽然有一定的防盗作用，但也增加了火灾发生时居民的逃跑难度，还会使住宅不美观。虽然防火防盗报警系统随着科学技术的发展已经由人工操作阶段进入到智能化时代，但目前大多数防火防盗报警系统结构复杂、成本高，不适用于居民住宅区、办公室等小型防火单位。GSM无线网络因其技术成熟、覆盖面广的特点，利用GSM网络技术的无线控制系统被运用于各个领域。基于单片机的GSM无线防火防盗报警系统正是本课题的研究内容。在系统的硬件设计中，采用STC89C52单片机为报警系统的主控制器，对报警系统各部分的硬件电路进行设计，主要包括单片机系统电路设计、GSM模块电路设计、按键电路设计、DS18B20温度传感器电路设计、MQ-2烟雾传感器电路设计等；软件设计中，根据报警系统的功能需求，对各模块的处理流程进行设计。最终通过系统的调试，包括各个模块独立测试和联调，基本上实现了报警系统的远程防火防盗的功能。本文所设计的运行可靠、操作简单的防火防盗报警系统，具备防偷盗、防火灾等功能。试验表明该智能火灾控制系统结构简单、使用方便、报警准确，能够使用户及时了解家里的各种安全信息，使家庭的财产安全得到更大的保证，具有一定的理论意义和实际应用价值。
关键字：防火防盗系统；GSM；单片机
ABSTRACT
With the rapid development of electronic technology, computer technology and network communication technology, a variety of household appliances have been widely used, in the material life is rich and colorful at the same time has brought a huge fire hazard. In addition, the current anti-theft lock and anti-theft door based anti-theft way although there is a certain anti-theft effect, but also increase the difficulty of escape residents when the fire occurs, but also make the residence is not beautiful. Although the fire prevention and theft alarm system with the development of science and technology has entered the intelligent era by manual operation stage, but at present most of the fire prevention and theft alarm system complex structure, high cost, is not suitable for residential areas, offices and other small fire units. Because of its mature technology and wide coverage, wireless control system using GSM network technology has been used in various fields. GSM wireless fire prevention and theft alarm system based on SCM is the research content of this topic. In the hardware design of the system, STC89C52 single chip microcomputer is used as the main controller of the alarm system, and the hardware circuit of each part of the alarm system is designed, which mainly includes the circuit design of single chip microcomputer system, GSM module circuit design, key circuit design, DS18B20 temperature sensor circuit design, MQ-2 smoke sensor circuit design, etc. In the software design, according to the functional requirements of the alarm system, the processing flow of each module is designed. Finally through the system debugging, including each module independent test and joint adjustment, basically achieved the alarm system remote fire prevention and theft function. In this paper, the design of reliable operation, simple operation of the fire alarm system, with anti-theft, anti-fire and other functions. The test shows that the intelligent fire control system is simple in structure, convenient in use, accurate in alarm, and can make users timely understand all kinds of safety information at home, so as to ensure the safety of family property, which has a certain theoretical significance and practical application value.
KEYWORDS：Fireproo fingand security system;GSM; Single Chip Microcomputer
目 录
第 1章 绪论
第2章 方案设计与器件选择
第三章 硬件设计
第四章 软件设计
第五章 仿真测试
第六章硬件设计
第七章 论文总结
参考文献
致谢
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
当前，信息科技发展日新月异，这极大的提升了居民的生活水平，一个显著的例子就是大多数家庭都开始使用高端家用电器。然而，居民经济条件在逐渐提高的时候，许多不安全隐患也威胁着居民的日常生活。随着居民物质生活变得多姿多彩，液化气和煤气进入了千家万户，形形色色的家电也得到了普及，这些社会发展的产物也带来了巨大的火灾隐患。
万一突发大火，随之而来的是对居民产生严重生命伤害和财物损害。而且由于很多犯罪分子利用大多数居民防盗观念不强实施违法犯罪活动，这使得居民十分忧虑自身财物安全。之前的住宅环境已经不能满足居民的需求，他们转而对住宅和所属小区渐渐提出更多要求。因此，为了避免火灾带来的损失，就必须对这些情况下的火灾情形进行报警监测。当前人们亟待解决的一个重要问题是对住户密度大的居民区的火情和盗情进行即时探测和预防警报，以便防患于未然。基于此需求，自动报警系统在日常生活中展现的重要性与日俱增。然而，偷盗等人造的破坏活动和家用电器状态不正常以及燃气泄漏等非人造的灾害等都会给住户财物和人身安全带来威胁。
现在，线缆形式传送线路被大多数分布式报警消防系统所采纳。这是一种工程浩大、安装调试繁琐、资金投入大的连接方式。尤其是当今很多大型公共场合(大商场、酒店、博物馆、图书馆、办公楼和档案馆等)对外在美观程度提出很多要求，在墙体中隐藏线路电缆的设备安装方式工程浩大，会严重增加资金和人力物力投入。基于此，当前市面上的报警系统只适合用在有限场合，比如大公司的关键部门机构等。众所周知，现在社会上的双职工家庭越来越多，这种家庭的表现是工作时间家中没人，通过装备防盗窗、防盗门的方式来防范盗贼，这种基于机械设备的防盗方式会在实际用的时候暴露出很多缺陷，其一是防盗时间短，住户长时间不在家时防盗效果不好；其二就是这种防盗容易被破解并影响美观；其三是就是火灾基于GSM的远程防火防盗报警系统2发生时不方便用户逃生。基于这些原因，当前已有几十个城市制定相关法律来减少防盗金属网的使用。在欧美等发达国家，安防系统的使用程度已经达到80%，中国的相似安防产品普及率却不到20%[1]，这巨大的反差说明我国这方面产品社会认可度很低，市场也只处于起步阶段。因此我们需要采用新方法和新产品提供一个更可靠的住宅环境。所以，现在摆在社会大众面前的一个难以回避并亟待解决的严峻问题就是怎样强化家庭住宅的防盗防火报警系统，使之更具智能化；如何综合目前居民对住宅安全防范的需求和采用现代科学技术(特别是信息和计算机技术)来预防违法犯罪。
1.2 国内外研究现状
虽然我国的安防报警相关产品随着科技发展正变得越来越丰富多彩，但相对于欧美国家，还存在着极大差距。当前普通住户家里的最重要防盗设施仅仅是防盗门和防盗窗。现在市场上许多生产厂商大肆宣传自身产品具有防火防盗双重功能，然而根据行业内专业人士的解释，严格意义上说国家在防火防盗产品并未制定严格标准。
早在2004和2006年，四川和上海制订了各自针对防火防盗门的地方标准，但这些标准随着2008年强制性防盗门标准和防火门标准的实行，几乎作废了。
目前在中国，以一线城市为例，如北京、上海牵头，近期逐渐形成一股智能化住宅的热潮。当前小区在建设部和公安部的要求下都必须要求有安全防范系统。当然，家庭层面的安防自身用途就决定了不会像企业和政府等安防项目那样规模宏大。也正是基于此，通常在乎产品性价比的住户极少在住宅安防系统上花费大笔资金，这也就解释了为何进口品牌做的很高端，却一直以来都未能打开国内市场的原因。值得一提的是，关于防火防盗报警系统[2]含义的界定，当前国内和国外并未达成统一意见，表现在定义五花八门。
在国内科技工作者认为人们是为了实现一定目的和获得更佳工作效果才实现防盗防火警报系统。一流的安防系统，以位于大连市华乐一个环海花园的住宅为例，采用不间断的相对独立的电源供电，这样可以保证在发生断电时候，系统把提示和警报信息发送到中心。中心计算机会详细记录下每户住宅的安防系统设防与否的信息，在室内重要位置装置了震动探测器、红外微波双鉴式探测器及报警主机这三种重要设备[3]。主机功能最为引人注目，它可以进行输入信号接受分析、新密码设置、声光警报和凭借电话线发送信息至用户手机。为保证系统在电源被破坏或断电时工作正常，系统还配备了备用充电电池。需要注意的是，这些系统也有美中不足，具体表现在对用户和操作人员的知识储备(特别是计算机)要求较高，价格高昂且存在较高的误报率。MD.Zisman是美国相关领域的知名教授，他对防火防盗报警系统定义如下：防火防盗报警系统是一种组合了计算机技术、通讯技术、系统科学形成的一项综合技术，因此这项综合技术十分重要，特别是在有效处理办公业务等工作方面。这些年来国外的霍尼韦尔、艾礼富科立信、博世等知名公司已开发研制出能够凭借无线或者有线形式达到求救和报警功能的安防产品，并已成功应用。
德国西门子公司推出了GuartoEasy新型安全防范体系[4]，这是和住户自身需求相结合的防范分散型小型建筑和小区住宅安全的典范之作。该产品具有如下特点：把音频监听对讲、火情监测、报警防盗、有害毒气监测、视频监控等诸多报警模式有机整合；采纳总线式结构；区域防范全方位；满足安防系统暴露线最短原则。由于采用适配器接通了电压触点等多种信息，该产品可以连上震动探测器、火灾温度探测器、防盗探测器，因此能够应付种种突发情况和事件。同时，由于线路设计上连接中继器被探测延深线路通过，该产品具有更好的环境适应性[5]。
创始于1981年的ITI公司是现今美国规模第一的无线警报系统的公司，具体表现在其超过一亿美元的年销售额和占北美市面上90%以上的无线警报需求份额。我国的相关质检中心已经对其无线火情警报系统颁发了合格资质[6]。它还是一种科技含量很高的无线保安系统，具体表现在这种系统既可以用作火灾警报系统，又可以用作安保系统。ITI创始人享有十来个专利，最特别的是他创造了主动式数字拨号器和全监测式第一代无线警报体系。其实，美国的无线系统在1983年之前并不可靠，但ITI在采纳了数码传送鉴别技术等各种一般仅为军方使用的技术后，使得无线报警方法突破瓶颈并显著提升抗干扰性。最终，ITI在1983年推出第一代可靠性堪比有线的无线警报系统，并在随后的数十年时间在业界遥遥领先，当前，该公司的第三代和第四代正在推出。现在我国市面上占大部分份额的防火防盗报警系统都是外国公司推出的产品，无论在技术和资金上这些厂商都具备极强的优势，这些优势无疑会对我国的厂商形成极大碾压从而阻碍它们的发展。因为我们知道，国内无论防火防盗报警产品还是厂商发展都是极为短暂的，它们在二十一世纪特别是2004年后才逐渐起步，然而与以上国外知名厂家相比，它们企业规模和投资规模还是存在明显差距。在保护民众财物不受损害这个领域，防火防盗报警装置正扮演着越来越重要的角色。
据统计，我国的防盗防火报警装置使用范围相对而言是很窄的，而对于使用率高达80%的发达国家而言，存在着极大落差。因为中国的防火防盗报警行当刚开始不久，显然比不上国外，必将引起居民对住宅安防系统的认可度低，普及率自然也不会得到提高。目前在海内外，在拍摄监视、红外光等基础上研究设计出来的各种防盗报警系统装备发展中具有以下特点：被动化、单一化、复杂化、多元化、人工化、综合化。而且这些防火防盗报警系统的功能在逐渐提升，可靠性也在逐渐提高。
1.3 研究内容与本文结构安排
本文主要完成的是利用51单片机研究一种价格低廉、性能稳定、便于安装、智能化、投资少的报警系统。立足于GSM网络，该系统可以胜任远距离防火防盗的任务，系统能够在用户不在家时检测室内的异常状况。系统的运作机理是由检测装置检测到火情报警、入侵报警等信号，然后发出报警短信告知住宅的主人有危险发生，利用GSM网络，用户在接受短信通知时可根据提示信息进行相应的灭火、故障排除等操作；同时客户也可主动查询室内状态，并且每个系统可捆绑多个号码。当出现状况时能够报警并且能够通过短信通知用户，使用户能够在第一时间知晓室内情况。
具体工作安排如下：第一章：论述了本课题的背景、研究目的、研究意义和研究现状，了解了目前国内外防火防盗报警系统的发展并对其优缺点进行比较，最终确定本课题的解决方案，设计一种易安装低价可靠智能化且投入少的报警系统。
第二章：主要介绍GSM网络体系知识和短信息业务的概况。包括GSM网络的体系结构、短信息的特点及工作原理。确定以GSM作为系统的通信平台。
第三章：主要是系统的硬件设计部分。根据第一章的需求对系统所需元器件选型，并以单片机为核心的控制模块及外围电路进行原理图设计。
第四章：根据各模块的硬件电路设计，设计各个模块的运行流程框图，编写各独立模块的相应代码。
第五章：完成系统的软硬件设计后，对系统进行调试。对各个模块及整个系统调试发现问题并解决。
第六章：总结本课题所做工作，分析系统的优点与存在的问题，对今后的工作提出了进一步的建议和设想。