基于Arduino家居安装报警系统设计顾帅李明东史振君

基于Arduino家居安装报警系统设计顾帅李明东史振君
发布时间：2023-06-02T01:31:13.722Z 来源：《中国科技信息》2023年6期作者：顾帅李明东史振君[导读] 随着经济的增长，人们生活水平的提高,人们追求更高品质的生活。

在生活节奏比较快的今天,人们在家居上更喜欢智能化、人性化,都渴望拥有舒适安全智能的居住环境。

以Arduino控制板为核心的火灾报警器可以实现语音报警、温度浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

本报警器电路结构简单、可维护
性好。

由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非常普遍的意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。

宿州学院信息工程学院安徽宿州 234000
摘要：随着经济的增长，人们生活水平的提高,人们追求更高品质的生活。

在生活节奏比较快的今天,人们在家居上更喜欢智能化、人性化,都渴望拥有舒适安全智能的居住环境。

以Arduino控制板为核心的火灾报警器可以实现语音报警、温度浓度显示、报警限设置、延时报警等功能。

是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的火灾报警器，具有一定的实用价值。

本报警器电路结构简单、可维护性好。

由于实现了对普通环境中烟雾浓度和温度的实时监控，因此具有非常普遍的意义，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。

采用Arduino为系统核心，GSM无线通信模块，实现监控功能。

关键词：Arduino控制板；报警器；家居安防
1. 项目研究内容
我国在室内环境监测和报警研究上起步较晚，但是这些年随着一些环境问题的暴露，对这方面的研究论文逐年上升。

但是这些研究普遍局限于采用哪些设备和传输技术，并未结合环境质量评估系统对监测到的数据进行深入的处理。

很多大型建筑中存在着环境参数没有实时采集的问题，导致空调系统无法根据参数变化调节管道的排风量从而造成资源浪费。

为此，利用无线传感器网络和嵌入式相关技术设计一套系统，用于对大型建筑的环境参数采集和监测。

系统以S3C44B0X作为微处理器，对传感器采集数据进行计算和分析，并通过SIM300模块将数据远程传输心。

该系统可监控预警室内火灾和煤气泄漏等情况。

在ATmega328p单片机上实现了室内环境监测。

智能小车搭载传感器模块对室内可燃性烟雾气体浓度、温度、湿度等相关参数进行采集，并无线传输到服务器，用户便可以实时查看数据。

2、系统总体功能设计
2.1系统总体设计
家居报警系统包含居家参数检测功能、双重报警功能、居家环境参数显示功能、状态和参数设置功能等4个方面。

以及Arduino和GSM 为核心的家居安防报警系统根据需要实现的主要功能。

烟雾检测模块采用MQ-2烟雾检测和MQ-5煤气检测模块组合而成。

MQ-2是气敏式烟雾传感器,是常用家庭的气体泄漏装置,其作用是将采集到的烟雾信号发送到Arduino上让其分析判断。

MQ-5是煤气传感器,其作用是将采集到的煤气信号发送到Arduino上让其分析判断。

MQ 系列对可燃气体与其电导率之间的关系,Rs/R。

在MQ烟雾传感器灵敏度图中表示的是在氢气浓度为1000ppm时的R0电阻与实时电阻Rs的比值，可燃气体浓度越浓,传感器的实时阻值会发生变化，实时减小，通过设计转换电路后,将阻值的变化转换成一个与烟雾浓度对应的电信号后,单片机进行采集实现检测。

热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。

主要由多个元件组成,其中包括电晶体硅窗口、引脚等。

在顶端增加带有滤光功能的镜片,可以隔断光线的干扰。

人体辐射的红外线波长约为l0um,而防盗报警系统中的传感器过滤片厚度为8-14μum。

在波长的检测范围内,热释电红外传感器可以检测到人体的辐射。

2.2硬件设计
Arduino是一款以A VR单片机为核心的高集成、积木式的嵌人式开发平台。

Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境,通过控制马达、灯光和其他的装置来反馈和影响环境。

本设计中检测家居温湿度模块,通过直接调用DHTII库文件,只需要对Arduino的某一个引脚用来接受温度数据便可实现对数据的直接读取，非常简单方便。

Arduino通过外部结构来实现对数据进行读取,并通过CSM与手机进行通信。

LCD1602液晶屏是用于温度烟雾和人体等三个检测传感器的显示。

Arduino单片机的2到9的8个引脚和LCD的数据口B0到B7进行连接,将检测数据处理后发送到LCD1602液晶屏显示。

Arduino单片机的10到12三个引脚与RS、RW以及EN使能引脚连接,按照数据传送时序对LCD控制,实现显示功能,同时VO引脚串接一个阻值为2K点阵上拉后,对液晶的显示亮度进行控制。

如果传感器检测到某个参数有异常,实现的功能是检测到有异常后在室内通过声音和灯光闪烁的形式报警提示有异常状况发生。

烟雾浓度异常、温度异常亦或人体检测异常时,输出低电平使驱动管导通,有源蜂鸣器发出声音，LED也会跟随一起闪烁。

烟雾和煤气检测都是用的MQ系列传感器,检测原理和电路-样。

最为核心的为处于2脚和5脚之间相连接的一根电阻丝,在不同类型气体以及浓度值作用下，半导体材料构成的电阻值会发生改变来输出与浓度值对应的电压。

本设计采用一款在Arduino自带AD模块,直接读取烟雾模拟电信号,实现厨房煤气数据读取,采用A3模拟引脚一根单片机引脚线即可实现，对于节省引脚资源也意义重大。

选择的热释电人体检测电路,其内部的感应模块感应到有人后,输出一个3.3到5V的电压。

当没有人移动的时候，输出为0V,读取对应引脚的状态就可以直接实现对盗窃是否异常进行判断。

选择的GSMSIM800C无线模块，Arduino单片机接收到数据集后,在内部对数据进行判断有异常时,通过GSM的电话卡直接发送短信手到机上，实现无线报警功能。

Arduino单片机的串口发送TXD引脚与SIM800C的RXD接收引脚连接，Arduino单片机的串口接收引脚RXD与SIM800C的TXD发送引脚连接,通过串口对SIM800进行发送指令以及接受指令控制,SIM800通过内部设置好的电话卡进行短信发送和接受。

2.3软件设计
在程序设计中主要包括系统运行的控制主程序以及调用的其他子程序,防火防盗上电后，主程序开始运行，实现对引脚，显示参数,报警界限值进行初始化等功能，然后循环进行执行扫描按键程序，调用显示程序，检测参数数值是否异常程序。

先进行初始化操作，主要时单片机引脚、设备和相关参数的初始化，设置初始烟雾报警界限值，将数据写人单片机对应的存储器中,设置GSM短信电话号码,对其分配变量名称后，按照顺序存在对应的寄存器中。

初始化完成后,根据读取的按键值对寄存器内部初始化存储的数据修改。

实时读取检测火A灾的烟雾和温度数值以及与热释电连接的引脚状态,对家庭火灾和盗窃异常状况进行检测，如果检测到三个参数中的最少一个发生异常就进行报警。

3.无线报警系统
无线报警主要是以串口中断的形式进行控制的,当烟雾传感器、温度传感器以及人体传感器检测到有异常之后,Arduino单片机将发送标志位置1.给GSM发送一个指令,调取在内存中设置好的电话号码和短信内容后,将数据发送给对应电话号码的手机,实现无线提醒功能。

4.结语
家居报警系统已并非是传统意义上的简单的报警设备，而是融入了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器的应用等各领域知识。

伴随着科学技术的不断进步，家居报警系统会得到更快的发展。

随着经济和城市建设的快速发展，火灾隐患也大大的增加，市场迫切需要一种容量大、可靠性高、使用简单的火灾报警系统。

自动报警系统就是为了满足这一需求而研制出的，并且其自身的技术水平也在随着人们需求的不断地提高，在功能、结构、形式等方面不断地完善。

项目支持：“宿州学院资助省级大学生创新创业训练计划项目，项目名称：基于Arduino家居安装报警系统设计”；2021 年度宿州学院重点科研项目，项目编号：2021yzd08。