德州学院 机电工程系 2013届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 2.2.2 主控单元
主控单元作为系统的控制中心，负责通过无线模块接收各个检测单元的信息，对信息进行处理，发现报警信息发出相应的报警，并及时通知用户进行处理。主控单元可以完成GSM网络短信报警，声光报警，LED屏幕显示，键盘控制等处理任务。
采用GSM短信模块来发送接收短消息,从而实现对家居安全的监控。选用多种传感器采集家居信息,运用信息融合技术,获得较为可靠的报警信息。业主接到报警信息后,回复短信以控制和处理现场情况,达到保证家居安全和防盗的目的。系统结构简单，安装调试简单，使用方便[5]。。 2.2.3 探测器
探测器是用来检测室内的各种环境信息的，这些环境信息被发送给主控单元，以便主控单元及时根据信息做出处理。传感器是探测器的核心部件，根据探测警情的不同，不同类型、不同原理的传感器构成了不同的探测器，该系统涉及的探测器主要有以下几类：
(1)火灾探测器
火灾探测器主要安装在厨房，它采用的是烟雾传感器和温湿度传感器相结合的探测方式。烟雾传感器主要有离子式烟雾传感器和光电式烟雾传感器两种，该系统选用的是离子式烟雾传感器。离子式烟雾传感器内部含有放射源镅241，这种传感器内外电离室的电流、电压在正常情况下是稳定的。有火灾发生时，电离室在电场的作用下电离出正、负两种离子，两种离子各自向正负两极移动，内部的电流、电压发生改变，产生报警信号。温湿度传感器能将环境的温度和湿度转化成模拟量信号，这些模拟量信号在自身处理芯片的作用下转换成可以被单片机处理的数字量信号。火灾发生时，室内的温度和湿度都会很短的时间内急剧升高，综合温度和湿度条件能够防止烟雾传感器由于外部干扰而造成误报。
(2)漏水探测器
漏水探测器主要安装于卫生间，它的工作原理主要是利用了水的导电特性，探测器两个探头安装在离地面略高的地方，分别连接单片机的一个I/O引脚和GND引脚，当有漏水的情况发生时，水面高于探头的安放高度，探测器的两个探头接通，单片机的I/O引脚的电平被置低，产生报警信号。
(3)防盗探测器
防盗探测器安装于窗户的上方，探测部分主要由热释电和红外传感器组成。当有歹徒从窗而入时，热释电和红外激光传感器就能够同时产生报警信号，两种传感器的结合使用能够防止小动物或意外情况而引起的误报。热释电传感器的重要组成成分是压电陶瓷类电
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德州学院 机电工程系 2013届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 介质，这种介质在电极化后能保持极化状态，称为自发极化。自发极化随温度升高而减小，在居里点温度降为零。因此，当这种材料受到红外辐射而温度升高时，表面电荷将减少，相当于释放了一部分电荷，故称为热释电。将释放的电荷经放大器可转换为电压输出，从而产生报警信号。当辐射继续作用于热释电元件， 使其表面电荷达到平衡时，便不再释放电荷。因此，热释电传感器不能探测恒定的红外辐射。
红外探测器采用的是光电开关，光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
(4)煤气泄漏探测器
煤气主要由氢、甲烷、一氧化碳、乙烯等成分组成，天然气主要由甲烷、乙烷、丙烷等成分组成。可见在两种气体中，甲烷都是它们的重要组成成分，通过对甲烷含量的检测就可以确定是否发生煤气、天然气的泄漏。
甲烷传感器将与甲烷浓度有关的信息转换成模拟量信号，这些模拟量信号可以通过A/D芯片转换成数字量信号，发送给单片机，单片机根据数字量的大小就可以获得室内的甲烷含量，进而计算出煤气，天然气的浓度，从而可以达到检测及报警的目的。
(5)甲醛含量探测器
甲醛被普遍认为是室内环境第一杀手，它的释放期一般为3-15年，其危害对人体尤其是婴幼儿、孕期妇女、老人和慢性病患者甚为严重。甲醛主要存在于地板，装修板材、家具、地毯、油漆及胶水中，人们很容易忽视它的存在，但它对人们的健康会造成十分严重的危害。
甲醛传感器采用的是Dart sensor公司生产的电化学式甲醛气体传感器HCHO。这种传感器是从呼吸式酒精传感器基础上开发出来的，适合于绝大多数的环境（-20℃~+50℃）监测使用（如有特殊介绍，可应用于更高的温度中）。这款传感器设计构造简单，以很少的部件使得其成本得到降低，它并不需要电源激励，仅仅在信号的处理和显示时需要电能，所以仅仅一个简单的小电池单元即可。 2.2.4 通信设备
本系统的主要采用无线通信方式，这样就避免了复杂的线路铺设，既美观又方便。主控单元与各子单元是采用无线模块24L01进行通信，有效范围为60米，完全满足家庭使用的需要。主控单元与用户通信采用的是GSM（移动手机网络）的方式，报警系统能够将
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德州学院 机电工程系 2013届 机械设计制造及其自动化专业 毕业论文（设计） 家中的情况以短信的方式发送给用户，用户也可以通过发送短信控制家中系统的运行。
2.2 居家安全报警系统的功能及工作原理
该系统的主控单元可以放置在客厅，检测单元可以安装于住宅的不同房间。例如，火灾检测单元安装在厨房，漏水检测单元可以安装在卫生间，防盗报警检测单元安装在门窗的上方，煤气泄漏检测单元安装在厨房，甲醛含量检测单元放置在客厅或卧室。放置在不同位置的检测单元将信息通过无线设备实时的发送给主控单元，一旦发生起火，水管漏水，入室盗窃，煤气泄漏等意外情况，主控单元就会马上接收到报警信号，接着主控单元会对报警信号进行判断和处理，得出报警类型，进行声光报警，并通过GSM网路通知用户。
该居家安全报警系统主要有六大功能：手机网络智能报警，当检测到家中出现意外情况时，通过短信进行报警；能够监测家庭中的煤气或天然气的浓度，发现煤气泄漏，及时报警；具有智能防盗功能，当有盗贼进入时，立即进行报警，及时通知警方和户主；智能火灾报警，家中出现火灾时立即进行报警，减少财产的损失；智能防水检测功能，发现家中漏水，及时关闭总阀，并短信通知主人，避免损失；可以通过遥控器实现系统的控制，使用方便，操作简单。
3居家安全报警系统的硬件设计
3.1主控单元的设计
主控制器主要由电源、GSM通信模块、无线通信模块、显示设备、按键、遥控器几部分组成，组成结构如图3所示。
DC5V电源GSM移动网络通信模块显示设备 12864液晶主控制芯片STC89C52无线通信设备24L014×4输入按键接收器遥控器声光报警设备LED灯、蜂鸣器
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图3 主控单元系统图
电源部分使用的是AC220/DC5V电源模块，电源变压后再通过稳压芯片稳压，最终得到稳定5V电压输送给单片机及其它用电设备。
显示设备使用的是12864液晶，12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，带中文字库的12864液晶每屏可显示4行8列共32个16×16点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个16×8点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。通过液晶实现对室内外温度、湿度、光照强度、系统工作状态等的显示,方便人们实时了解系统的工作状态。显示液晶的基本电路如图4所示。
图4液晶显示连接电路图
GSM移动网络通信模块选用的是西门子公司的TC35模块，这是是一款双频900/1800MHZ高度集成的GSM模块，它易于集成，性价比高，有良好的产品质量和性能的保证，系统通过它同用户的手机进行短信通信，方便快捷。
该GSM模块可传输语音和数据信号,通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。自动波特率为1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息), 可进行发短信，打电话。该模块扩展电路如图5所示，特征说明如下。
信息传送内容：语音和数据 电源：单电源 3.3V ～ 5.5V
频段：双频GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+)
发射功率：2W （GSM900MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1）
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SIM 卡连接方式： 外接
天线： 由天线连接器连接外部天线 通话模式: 300mA (典型值.)
图5 TC35外围扩展电路图
无线通信设备采用的是24L01无线模块，最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强。可使用的频道高达126 个，满足多点通信和跳频通信需要，内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制；低功耗1.9 - 3.6V 工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA；内置2.4Ghz 天线，体积小巧；模块可软件设地址，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便。与51系列单片机P0口连接时候，需要加10K的上拉电阻,与其余口连接不需要。其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机IO口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压。如果是3.3V的，可以直接和RF2401模块的IO口线连接。比如AVR系列单片机如果是5V 的，一般串接2K 的电阻。
键盘用于主控单元基本参数的设置，也可以通过SAA3010T遥控对其参数进行设置，遥控接收器使用的是HS0038，与单片机的连接电路如6图所示。
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