基于CAN總線的智慧家居安防系統(tǒng)研究

1　引言

國內(nèi)的家庭智能報警系統(tǒng)經(jīng)過了多年的發(fā)展，它的智能化程度也越來越高。在社區(qū)里的每一個居住單元安置一臺主機(jī)，住戶可以在合適的位置安裝紅外線探測器，煙霧探測器，煤氣探測器，等報警感知設(shè)備及緊急按鈕，報警主機(jī)通過can總線與社區(qū)管理服務(wù)中心的電腦相連接，能夠立即對信息進(jìn)行處理。若發(fā)生入室盜竊、搶劫、燃汽泄露，火災(zāi)等事故，探頭就會馬上探測到并由報警系統(tǒng)立刻報警；系統(tǒng)還會立即發(fā)送報警信息；報警中心接收到信息后馬上進(jìn)行分析處理，快速判別警報類型、事故發(fā)生地點、哪家住戶，并采取相應(yīng)解救措施；該系統(tǒng)一旦有任何被破壞的現(xiàn)象也會立刻報警。總之，無論何時，你在何地，該系統(tǒng)都能保護(hù)家人，財產(chǎn)的安全。

2　研究內(nèi)容

我國的家居安防體系需要大力發(fā)展和諧小區(qū)建設(shè)，需要建立并完善和諧小區(qū)安防報警網(wǎng)絡(luò)體系。如何解決在當(dāng)前每一個住戶經(jīng)濟(jì)承受能力有限的情況下，建立滿足需求的家庭只能安防系統(tǒng)，是當(dāng)前急需解決的課題。該方案是建立在考慮這些因素，可行的實施方案設(shè)計。家庭防盜竊報警系統(tǒng)要求，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，對安全問題越來越重視，采用各種措施來確保生命財產(chǎn)安全。根據(jù)以上分析，本設(shè)計選用了單片機(jī)AT89C51。對于應(yīng)用區(qū)域：每一個住戶可以實現(xiàn)：家里沒有人時，可把家庭智能安防系統(tǒng)設(shè)置成工作狀態(tài)，使所有的探測器都工作起來。當(dāng)有人非法闖入時，探頭探測到，發(fā)出警報，同時立即向報警中心發(fā)出信號，然后向當(dāng)?shù)毓膊块T發(fā)出報警。人在家時，把系統(tǒng)設(shè)置成駐守布防狀態(tài)，當(dāng)有人非法進(jìn)入時，系統(tǒng)馬上發(fā)出警報；若有其他特別情況，如疾病等殼按緊急按鈕報警。

3　系統(tǒng)搭建整體設(shè)計方案

3.1　系統(tǒng)設(shè)計框圖

圖1　系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

3.2　硬件模塊

報警器硬件由溫度探測器、煙霧探測器、煤氣探測器、紅外線探測器，鍵盤顯示模塊以及單片機(jī)與can總線模塊組成。

4　硬件單元電路設(shè)計

4.1　DS18B20溫度傳感器應(yīng)用電路

溫度傳感器采用ds18b20，輸出信號為數(shù)字信號，可以直接與單片機(jī)相連，如圖2所示：

4.2　煙霧傳感器MQ-2應(yīng)用電路

MQ-2是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體，當(dāng)MQ-2處于200到300攝氏度時，二氧化錫媳婦空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，是二氧化錫中的電子密度減少，導(dǎo)致電阻增大，當(dāng)和煙霧接觸式就會引起表面電導(dǎo)率的變化，從而獲得煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，電導(dǎo)率越大，輸出電阻越低。輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543AIN1相連。MQ-2應(yīng)用電路如圖3所示：

圖2　DS18B20電路

圖3　MQ-2應(yīng)用電路

4.3　煤氣傳感器TP-1.1A應(yīng)用電路

TP-1.1A是采用納米級SnO2進(jìn)行合理的半導(dǎo)體摻雜，以微珠結(jié)構(gòu)制成的非加熱、低功耗、對甲烷高度靈敏的可燃?xì)怏w傳感器。TP-1.1A應(yīng)用電路如圖4所示：

圖4　TP-1.1A應(yīng)用電路

假設(shè)加在傳感器上的電壓VI，輸出電壓VO，傳感器的信號通過其負(fù)載電阻R的電壓變化獲得。傳感器電阻變化可以通過公式：RS=(VI-VO)?R/VO得到。

4.4　熱電釋紅外傳感器RE200B

RE200B應(yīng)用電路如圖5所示：

BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。

4.5　AT89C51與TLC2543接口電路

TLC2543與AT89C51接口電路圖如圖6所示：

圖5　RE200B應(yīng)用電路

圖6　TLC2543與AT89C51接口電路圖

TLC2543可以與AT89C51直接相接，其15至19引腳與單片機(jī)的I/O相接，這里分別選用P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4口。

4.6　AT89C51與光報警接口電路

AT89C51與光報警接口電路如圖7所示：

圖7　AT89C51與光報警接口電路圖

四個發(fā)光二極管連接到AT89C51 P1.4到P1.7口。P1.4 ～ P1.7口控制燈都正常的信號燈，煤氣燈，火災(zāi)燈和防盜燈。當(dāng)報警發(fā)生時，對應(yīng)的發(fā)光二極管亮。例如，當(dāng)進(jìn)行煤氣報警時，P1.5口的發(fā)光二極管就會亮。

4.7　AT89C51與can總線接口電路

AT89C51與can總線接口電路圖如圖8所示：

5　軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件設(shè)計主要是收集四個報警傳感器的報警信號，然后通過發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光意味著有一個報警傳感器報警。住戶能夠參考自己家庭的具體情況來布置報警的限度，通過顯示鍵盤來實現(xiàn)。單片機(jī)將傳輸?shù)缴衔粰C(jī)信號通過CAN總線傳輸，并顯示在電腦上。整個程序由初始化模塊，信號采集模塊，發(fā)送接收模塊，鍵盤顯示模塊，報警模塊組成，其主程序的流程圖如圖9所示：

圖8　AT89C51與can總線接口電路圖

圖9　主程序的流程圖

6　結(jié)束語

基于CAN總線的家庭智能安防系統(tǒng)主要以方便，廉價，可靠和實用為目的，主要對象時家庭，采用TLC2543的數(shù)據(jù)采集，采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，通過簡單的鍵盤設(shè)置，共陽極四數(shù)字顯示，由發(fā)光二極管報警。同時，此系統(tǒng)與另外一個同學(xué)的小區(qū)網(wǎng)站組合成一個完整的系統(tǒng)，能在小區(qū)網(wǎng)站上實現(xiàn)安防實時監(jiān)控。