基于單片機的智能安防控制系統設計

魏文晟　陳程程　楊濤　葉遠翔　于方浩洋　李佳明

摘 要：本文介紹了基于STC89C52RC單片機的智能安防控制系統的設計方案。整個控制系統具有對室內進行紅外檢測和光照強度檢測，并根據檢測到的室內環境中狀態的變化量信息自動控制各相應執行機構進行工作，并且在斷電情況下，提供后備電源，保證路由器的正常工作。該系統主要應用于家庭、學校宿舍等場合，經過反復驗證，具有智能、功耗低，工作可靠性高等特點。

關鍵字：單片機 照明 傳感器 GSM 路由器

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）08-0-02

引言

當下人們對財產安全的防護工作越來越重視，同時當我們日常生活中出現突發狀況需要盡快采取措施去解決。因此，本文介紹了基于STC89C52RC單片機的智能安防控制系統的設計方案，該系統主要分為四大模塊：主控單元模塊；紅外報警模塊；光強控制模塊；移動電源模塊。主控單元模塊采用STC89C52RC單片機作為整體系統的控制核心。紅外報警模塊采用紅外避障傳感器進行檢測，采用SIM900A發送短信報警。光強控制模塊采用GY30光強傳感器對室內環境狀態進行檢測，根據實時檢測結果自動控制室內相應繼電器的工作狀態，包括語音芯片、路由器和燈泡，從而提供穩定的WIFI信號，啟動聲控照明功能。移動電源模塊主要是在突發情況下提供穩定供電電源，確保系統整體運行平穩、可靠，防止數據丟失。該控制系統價格經濟，具有廣泛的應用價值和市場前景。

一、系統實現方案設計

該控制系統主要應用于各類宿舍和普通家庭等場合，主要功能需求包括智能防盜、節能、斷電保護這三大類型。基于此原因，本課題經過反復研究驗證，制定出基于STC89C52RC單片機的智能安防控制系統的整體設計方案。該設計方案通過各式傳感器對室內環境狀態進行檢測，傳感器把這些模擬量信號轉化成數字量信號，將數據信息傳送給單片機進行數據處理，單片機將這些參數通過與用戶設定的閾值對比判斷，然后對執行機構發出控制指令，從而控制執行機構的相應動作，實現對室內整體情況的檢測，在用戶需要的情況下提供WIFI信號和聲控照明功能。一旦有外來入侵，該系統經過檢測，向用戶發送短信報警。遇到斷電等緊急事件時，移動電源提供可靠供電電源，防止信息丟失，減少用戶損失。該控制系統基本組成方框圖如圖1所示。

二、系統硬件電路設計

1.傳感器的選取

1.1紅外避障傳感器

紅外避障傳感器對外界環境所在的光線條件相對比較敏感，具有一組紅外線發射管和一組紅外接收管，通過紅外發射管發射出紅外線，此紅外線具有固定頻率，當發射方向檢測到物體（反射面）時，紅外線被物體反射回來，由紅外接收裝置接收，所接收的信號通過后期電路進行處理之后，芯片上對應的指示燈點亮，在此同時，信號輸出端口OUT端輸出低電平的數字信號，檢測距離可通過調節旋鈕進行修改，有效檢測范圍：2～30cm，（測試請到光線暗的地方距離范圍會長一些），電壓一般在3.3V-5V內。該傳感器具有探測距離可調節、干擾小、裝配簡單、使用方便等優點。紅外傳感器電路原理圖如圖2中標注所示。

1.2 光強傳感器

GY30型傳感器 是一種通過串行通信的集成芯片。此類型芯片可以根據環境的檢測數值來進行處理，將光照強度轉換成數字信號。它支持串口通信，接近普通人視覺的光照感應程度，靈敏度較高，檢測值通過SDA引腳傳送到單片機的P1.1引腳，通過編程對外界環境的光線強度進行設置，本次課題所設置的初始值為10Lx。原理圖如圖2標注所示。

2.單片機的選擇

本系統采用STC89C52RC作為主控單元，它是由STC公司生產的一種8位機，內部ROM存儲器大小為8KB，TC89C52是51系列的增強版，支持2種軟件進行程序編寫。在本系統中，主要利用單片機的P0口、P1口和P3.2外部中斷0進行電路的搭接，P0口和P3.2作為輸入，采集信息，P0口作為輸出控制外設，完成本課題所要求的具體工作。

3.ASR MO8-B 語音芯片

ASR MO8-B芯片是一種非特定人語音識別芯片，該芯片支持三大識別檢測模式：循環模式：持續檢測周圍聲音，直至識別成功；口令檢測模式：通過兩個指令來控制一個動作，通過兩個指令模塊即可識別；按鈕檢測模式：按一次按鈕8秒內講出指令才能識別，8秒過后要重新按按鈕才能識別。支持雙串口和IO口雙輸出。識別距離為三米左右，可外接麥克風。

4.四路繼電器

串口內置3.3V到5V轉換電路，輸入輸出兼容3.3V和5V電平。內置過流保護，防反接保護。帶常開、常閉接點。4路250V 10A大電流繼電器（被控電壓為0-250V都可以），驅動能力強，帶LED指示燈。支持級聯功能。內置3.3V穩壓輸出，可供3.3V系統使用。可選藍牙無線串口或者射頻無線串口模塊接入，實現PC或者手機無線控制。與ASR M08-A語音識別模塊接入，實現語音識別控制。

5.SIM900A芯片

SIM900A模塊是一款尺寸小巧、高度集成化的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，采用ARM926EJ-S架構，性能強，通過用戶手機號碼的設置，來服務于不同人群。應用場合廣泛，例如：家庭、商場、企業等。尺寸型號：24*24*3mm。功耗低：待機模式電流低于18mA、sleep模式低于2mA。供電范圍寬：3.2～4.8V。支持頻段：GSM/GPRS 900/1800MHz。語音編碼：支持半速率、全速率、增強型速率。

三、系統的軟件設計

該控制系統主程序主要包括硬件初始化程序、延時程序、復位程序、各類傳感器檢測子程序等。硬件初始化程序主要用于初始化外圍設備，設置I/O口，初始化時鐘晶振等。延時程序主要用于各個模塊的定時需要。各類傳感器子程序主要是控制傳感器啟動，進行數據檢測、數據處理以及數據發送。復位程序用于設置按鍵來重置系統，解決系統運行過程中出現的程序跑飛等突發問題。最終通過主程序對子程序的調用及子程序間的相互調用實現系統的智能化控制功能。

1.軟件流程圖

以光強檢測控制聲控照明為例，程序流程圖如圖3所示。52單片機接收到GY30光強傳感器檢測的數據后與單片機內部閾值對比判斷，如小于閾值，啟動語音芯片，同時路由器工作提供WIFI信號，如果大于閾值，則返回到傳感器中繼續進行檢測。當啟動語音芯片工作后，如接收到外界的正確語音指令，芯片控制四路繼電器吸合，燈泡就會點亮；如果接收到錯誤語音指令，語音芯片不響應。

四、系統調試

整體系統硬件搭建、調試無誤后，軟件程序采用C語音編譯無誤之后，必須要對實物進行軟、硬件聯調，檢查設計功能是否實現。首先，對紅外檢測報警模塊和光強檢測聲控照明模塊分模塊進行調試。兩個模塊調試后可實現其對應的功能后，在單片機中將兩個模塊、中的程序進行綜合，進行系統的聯調，在聯調中保證系統功能達到良好的兼容。經過聯調后，該系統實現本課題所要求的各項功能。

五、結語

本智能控制系統功能強大，當室內無人時紅外檢測自動報警功能保障人們的財產安全；當出現緊急斷電情況下，為保證人們能夠繼續正常工作和生活自動提供WIFI和照明功能。該課題設計新穎，系統方案科學、智能、可靠，方便簡潔，應用范圍廣泛。切實解決人們日常生活中的“痛點”問題，具有良好的市場前景。

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作者簡介：魏文晟（1996.4-），男，天津科技大學應用文理學院測控技術與儀器專業大三學生。endprint