基于单片机的智能安防系统设计（32基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22024-03M-LW
设计摘要：
本设计是基于32单片机的智能安防系统。系统主要包括烟雾和温度传感器、人体红外传感器、显示屏和按键控制功能。首先，通过烟雾和温度传感器实时监测环境中的火灾情况。一旦检测到烟雾或者温度超过安全阈值，系统会发出警报信号，提醒用户可能发生火灾，并且采取相应的应急措施。这样可以大大提高火灾的检测率，有效减少火灾对人身财产的威胁。其次，通过人体红外传感器检测进入监控区域的人员。当系统处于安防状态时，如果有人靠近安防区域，人体红外传感器会检测到人体红外辐射，并发出警报。这个功能可以帮助用户及时发现有可疑人员进入，起到有效的防盗和防护作用。同时，在显示屏上实时显示当前的温度、烟雾浓度和系统状态。用户可以方便地了解环境的温度和烟雾浓度情况，以及系统当前是否处于安防状态。显示屏的清晰界面和直观数据展示，方便用户掌握当前的安全状况。最后，在设计中还考虑了按键控制功能。用户可以通过按键来设置安防状态、设定温度和烟雾浓度阈值。这样用户可以根据具体需求，自主进行系统参数的调整和配置，以满足不同场景下的安全要求。
总之，该设计的智能安防系统通过火灾检测、人员监测、信息显示和按键控制四大功能模块的协作，提供了一个全面的安防解决方案。该系统具有可靠性高、功能强大、操作简便等特点，能够有效预防火灾和保护人身财产安全，适用于家庭、办公室等多种场所的安全防护需求。
关键词：单片机；智能安防；阈值报警
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源供电的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 MQ-2烟雾传感器
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 温度检测实物测试
5.3 设置温度和烟雾阈值实物测试
5.4 自动报警实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示检测测试
6.3设置阈值测试
6.4手动切换安防状态测试
6.5安防报警测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
当前社会安全意识不断提高，人们对于家庭和办公场所的安全防护需求日益增加。火灾作为一种常见的安全风险，给人身财产带来巨大威胁，因此需要一种智能化的安防系统来及时检测和预防火灾。同时，盗窃和入侵事件也时有发生，所以人们需要一种可靠的安全警告系统来提供及时的监控和报警功能。因此，本设计旨在基于32基础版单片机，设计一种智能安防系统，以满足人们对于家庭和办公场所安全防护的需求。
本设计是通过集成烟雾和温度传感器、人体红外传感器、显示屏和按键控制功能，构建一个全面的智能安防系统。首先，通过烟雾和温度传感器实现对火灾的实时检测，能够快速发现火灾迹象并采取相应的应急措施，有效避免火灾对人身和财产造成的损失。同时，人体红外传感器能够及时检测进入监控区域的人员，从而提供安全监控和防盗功能。显示屏能够实时显示温度、烟雾浓度和系统状态，方便用户了解当前环境的安全状况。按键控制功能使用户可以根据具体需求自主设置系统参数，提高系统的灵活性和适应性。
该设计的意义在于提供一种可靠且智能化的安防系统，能够有效预防火灾和保护人身财产安全。首先，通过火灾检测功能，能够实时监测环境中的温度和烟雾浓度，一旦超过安全阈值就会发出警报信号，及时提示用户可能发生火灾，能够最大程度减少火灾带来的伤害。其次，人体红外传感器能够及时检测到进入监控区域的人员，从而保障家庭和办公场所的安全。此外，系统的信息显示功能使用户能够清晰了解环境的温度和烟雾浓度情况，以及系统的工作状态，提供及时有效的参考和决策依据。最后，按键控制功能使用户可以根据需要灵活调整系统参数，适应不同场景下的安全要求。
综上所述，基于32基础版单片机的智能安防系统设计具有重要的现实意义和应用价值。通过该设计能够提高火灾和盗窃的检测率，及时发出警报信号，提醒用户可能发生的危险情况，有效保护人身和财产安全。该系统还具有操作简便、稳定可靠等特点，适用于家庭、办公室等多种场所，为人们提供安全可靠的保障。
1.2 国内外研究现状
在国内，智能安防系统的发展也取得了显著的进展。中国的物联网技术和人工智能技术发展迅速，为智能安防系统的创新和应用提供了良好的技术基础。国内的企业和研究机构积极投入到智能安防领域的研发和应用中，推出了一系列具有自主知识产权的智能安防产品。例如，海康威视、大华股份等公司在视频监控领域具有较高的市场份额和技术实力，其产品在国内外市场上都享有较高的声誉。此外，国内的高校和科研机构也在智能安防技术方面取得了一些重要的研究成果，为智能安防系统的发展提供了技术支持。
寇为刚，郑克诚（2018）研究了基于STM32单片机的智能家庭安防系统,其采用STM32F103ZET6单片机作为核心控制单元,对室内的温湿度,光照强度,空气质量进行实时采样,根据设定的阈值,控制电器驱动模块确保室内空气环境清新干净;对非法入侵,可燃气体泄漏等不安全问题及时通过远程通信模块通知住户并及时自动报警,实现家庭安全防盗报警[1]。
乔凌霄，张佳琦等（2019）设计了一种基于单片机的智能安防报警系统.该设计由硬件电路设计和软件设计两大块组成.硬件电路由状态指示灯,单片机STC89C52最小系统,蜂鸣器报警模块和DYP-ME003人体红外传感器模块组成.软件设计由单片机C语言软件开发系统Keil进行程序编写,对其系统进行优化,实现了实时监控,现场远程报警等功能.对系统进行了测试,结果表明,系统工作稳定可靠,对居家环境能进行有效监控和报警,具有误报率低,操作简单,易于实现的优点[2]。
为进一步提高安防系统的实用性,提高用户的使用感受,郭向东（2022）在门禁模块,引入人脸检测模块对人脸识别系统进行优化改进,以提高人脸识别的速率和精准度;在系统结构部分,将系统设计为可扩展和拆分的结构,以适应更多用户的防火防盗报警需求.经过软硬件设计,安装布局设计,获得智能防火防盗报警系统具有较高的人脸识别速率精度,扩展性.最后,通过仿真验证该系统的运行性能.仿真结果证明,该智能防火防盗报警系统能够实现人脸识别,在环境出现异常时,能够及时发送短信通知用户,且能够控制电器对异常状况作出初步控制[3]。
在国外，智能安防系统已经成为许多国家和地区的重点研究领域。美国、德国、日本等发达国家在智能安防技术方面处于领先地位。这些国家的企业和研究机构在智能安防领的亚马逊和谷歌等科技巨头推出了智能家居安防系统，通过人工智能和云计算技术实现对家庭安全的智能化管理。德国的西门子、ABB等公司在工业安防领域取得了重要突破，推出了一系列智能监控和报警设备。日本的松下、索尼等公司在视频监控和人脸识别技术方面具有较高的研发水平。
Rahman M R , Barai A , Bairagi A K ,et al（2019）简要介绍了一些先进的家庭安全系统，该系统使用辐射受激发射（LASER）探测器，烟雾探测器和伺服电机控制窗户的光放大，这些系统通过检测盗窃，火灾泄漏和控制窗户来取代传统的安全系统，使家庭安全不在家期间。他们所提出的系统比传统的安全更现代、更可靠[4]。
Souaihia M , Taleb R , Chakrar Z ,et al.（2020）家庭安全系统保护房主及其财产免受火灾或煤气泄漏等危害。但是，智能家居安全可以提供其他好处，例如提醒房主，以便他们可以验证问题。作为研究的一部分，我们选择设计和建造安全系统（致命的气体和消防）和家庭自动化（温度和“水”水平）。目的是自动调节房屋的温度和水位，并扑灭火灾和气体提取物。因此，PIC16F877A微控制器用于创建一个电子板，该板获取多传感器单元提供的数据，并相应地向执行器发出命令[5]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能安防系统，系统软件由STM32F03最小单片机，DS18B20测温控制模块，人体红外模块，烟雾传感器和蜂鸣器，并具有功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、烟雾和温度传感器检测是否发生火灾
2、人体红外检测人员，当处于安防状态进行报警
3、显示屏显示温度、烟雾浓度和当前状态
4、可通过按键控制是否设置安防状态、设置温度和烟雾浓度阈值
