编号：
M22024-02C-LW
设计摘要：
本设计基于51单片机的智能安防系统。系统主要由烟雾传感器、温度传感器、人体红外传感器、显示屏和按键控制组成。通过这些模块的协同工作，实现了对火灾和人员的实时监测与报警。首先，烟雾传感器和温度传感器用于检测火灾的发生情况。当传感器检测到烟雾或温度超过设定的阈值时，系统将判断为火灾并触发报警机制。其次，人体红外传感器用于检测人员。当系统处于安防状态时，如有人靠近，人体红外传感器会检测到并触发报警。这样可以有效地避免陌生人闯入或不法入侵。此外，系统还配备了显示屏，可以实时显示当前的温度、烟雾浓度以及系统的状态。用户可以通过按键进行设置，包括是否设置安防状态、设置温度和烟雾浓度的阈值等。这样用户可以根据实际需求来调整系统的参数，增加了系统的可定制性。当发生火灾或检测到人员时，系统会通过4G通信模块发送短信给用户，及时通知他们发生的危险情况。这样无论用户是否在现场，都能迅速收到警报信息，采取相应的措施。
综上所述，该基于51单片机和4G通信模块的智能安防系统实现了对火灾和人员的实时监测与报警。它具备高灵敏度、快速响应和准确性好的特点，为用户提供了可靠的安全保障。通过科技手段的应用，可以更好地保护人们的生命财产安全，提升社会安全水平。
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 电源方案的选择
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 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 人体红外模块
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
随着城市化进程的加快，人口密集区域的安全问题日益凸显。火灾和入侵是常见的安全隐患，给人们的生命财产安全带来严重威胁。传统的安防手段已经无法满足现代社会对安全的需求，因此需要开发智能化的安防系统来提供更强大、更精确的监测和报警功能。
本设计的目的是利用现代科技手段，结合51单片机和4G通信模块，构建一个智能安防系统，实现对火灾和人员的实时监测与报警。通过烟雾传感器和温度传感器检测火灾情况，人体红外传感器检测人员活动，以及显示屏和按键控制等功能。该系统设计的功能实现具有重要意义，首先能够提供可靠的火灾检测和报警功能，有效地预警火灾风险，及时采取措施避免火灾发生或扩大，最大程度地保护人们的生命安全和财产安全。其次，通过人体红外传感器的使用，系统可以及时察觉到陌生人员或不法入侵，为社区、办公场所等提供更好的安全保障，有效防止潜在的犯罪行为。此外，实时显示环境信息的显示屏和灵活设置的按键控制，使得系统具备较高的实用性和可定制性，能够适应不同场景的需求。最后，利用4G通信模块，当发生火灾或检测到人员时，系统能够即时向用户发送短信警报，无论用户是否在现场，都能够迅速得知危险情况，做出相应的处理，从而提高了反应速度和处置效率。
综上所述，基于51单片机和4G通信模块的智能安防系统在火灾、入侵等安全隐患的监测和报警方面具有重要的应用价值。通过此设计的实现，不仅可以有效提升社会公共安全水平，保护人们的生命和财产安全，还为建设安全、和谐的社会环境作出积极的贡献。
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STC89C52最小单片机，DS18B20测温控制模块，人体红外模块，烟雾传感器和ADC0832，4G模块和蜂鸣器，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
5、当发生火灾时，或者检测到人时，通过4G发送短信给用户
