2 研究方案设计
本系统设计采用STC89C51单片机作为微处理器。采用单片机技术，单片机对于智能家居而言就是人的大脑，这里采用单片机主要是为了单片机的CMOS化，即低功耗化[10]。传感器模块有温度传感器DS18B20，可以对温度进行检测，防止火灾的发生，有人体红外传感器，可以在用户出门后对人体进行检测，防止盗贼入内，有烟雾传感器模块MQ-2，可以对有毒气体浓度进行检测，防止有毒气体的泄漏。通过设定一个警报阈值后，如果传感器数值超过阈值，则通过声光报警模块进行报警，声光报警模块包括了LED警报灯和蜂鸣器警报器，在警报的时候由GSM模块向手机自动发送警报短信。当前温度值，烟雾浓度值，是否检测到有人也可以在OLED屏幕上显示出来。除此之外，当用户想要远程控制警报系统关闭时，也可以通过GSM模块接收用户手机发出的短信，通过软件设置可以完成指令，实现一定的远程控制功能。设计框图如图1所示。
图1
3 硬件设计
3.1 单片机的最小系统
STC89C51单片机的最小系统包括复位电路，晶振电路，电源。电源部分为单片机提供稳定的电压。可靠的时钟信号由晶振电路提供。复位电路为单片机提供初始化功能，由电解电容并联一个开关组成。当复位按键按下时，可以为复位引脚提供至少长达2个机器周期以上的高电平，从而达到复位功能的实现。EA反引脚接5V电源，使得单片机可以正常进行访问内部程序存储器ROM。VCC接5V电源，GND接地。单片机的最小系统如图2所示。闲置引脚被引出来之后留作备用。
图2
3.2 传感器模块
3.2.1 温度传感器模块
本设计采用温度传感器DS18B20来对温度进行检测。DS18B20是一款常用的高精度数字测量芯片。它的检测范围较宽，分辨率较高，内部由ROM,警报触发器，寄存器，温度传感器组成[11]。DS18B20具有三个引脚，其中 DO引脚为数字输出引脚，需要外接一个上拉电阻。另外，由于需要检测实时的温度，及时提醒需要警报，本温度传感器DS18B20采用外部电源供电方式，相对数据总线供电而言，测量速度较快。温度传感器模块接线电路图如图3所示。
图3
3.2.2 红外传感器模块
本设计红外传感模块采用HC-SR501集成电路。HC-SR501具有输出高电平的特性。并且由于这个特性，该模块能够更好的和大部分电路模块相连，而不需要经过转化。红外传感器模块与单片机连线如图4所示。感应范围如图5所示。红外传感器模块外置电路并联一个LED灯，当有人经过被传感器感应到时，输出高电平，点亮LED灯。注意，如果这里测出P1.4引脚的电压为3.7V以下，需要加一个三极管构成的外置驱动电路，将电压拉到4.3V,否则可能因为电平不稳地导致单片机识别不出高低电平。
图4
4 软件设计
4.1主程序流程
主程序流程就是在用户按下警报开启按钮外出后，系统一直循环检测是否接收到警报信号。如果中端口接收到低电平，就表明确实有警情。这时候相应的传感器数值超过阈值，标志位就会变成1，否则标志位仍然为0。如果标志位为0，则跳转到初始化的下一步，这样一直循环，直到标志位变为1。如果标志位为1，则调用相应的中断子程序，将警报信息通过GSM以短信的形式发送到用户的手机上。发送完毕后又会跳转到显初始化的下一步，如此循环。此时用户在外，可以通过短信远程控制警报系统关停。主程序流程如图11所示。
图11
5 系统测试
5.1 模块测试
5.1.1 传感器的测试和OLED屏幕测试
检测环境为室内，当时体感温度为29摄氏度。检测到初始时OLED显示温度为28.87（单位摄氏度），具有1.13摄氏度的偏差。烟雾浓度为31，红外传感器显示有人，OLED屏幕此时显示正常。这些内容均在OLED屏幕上显示出来。测试如图14所示。
图14
当温度传感器靠近热源时（这里用手捂住温度传感器的方式）。温度显示34摄氏度，测试正常。当烟雾传感器靠近有毒气体时（这里采用打火机对着烟雾传感器MQ-2不打火只放气测试），浓度显示124。测试结果如图15所示。
图15
当单独检测红外传感器电压时，人的手靠近则为三点多伏特，当静止不动的时候，电压变化为零伏特。OLED屏幕上，显示“有人”自动变为“没人”。
5.1.2 GSM模块发送短信测试
GSM模块采用CUS2中英文发送模式发送一条中文短信“单片机课设”（转化成Unicode码为“53557247 673A8BFE8BBE”），到手机（手机号码也需要转化成Unicode码）。大概一分钟后手机接收到短信。测试如图16所示。
图16
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