基于單片機(jī)的家居安全控制系統(tǒng)

王籃儀　羅通

【摘 要】隨著GSM網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信技術(shù)的飛速普及和快速發(fā)展，以及新技術(shù)和新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了非常重要的地位，使用GSM網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸媒介的無(wú)線智能監(jiān)控系統(tǒng)，是一種非常有效的方法，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋無(wú)縫，基于GSM網(wǎng)絡(luò)為家庭系統(tǒng)提供了大量的開(kāi)發(fā)空間。系統(tǒng)采用ST89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，結(jié)合溫度傳感器，人體紅外線傳感器模塊，火焰?zhèn)鞲衅鳎瑹熿F/可燃性傳感器，RFID射頻識(shí)別模塊的應(yīng)用，通過(guò)微控制器控制各種功能模塊，以實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境的監(jiān)控。系統(tǒng)性能可靠，成本低，可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代住宅。

【關(guān)鍵詞】GSM網(wǎng)絡(luò)；家庭系統(tǒng)；ST89C52；RFID

中圖分類號(hào)： TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0275-002

Home Safety Control System Based on SCM

WANG Lan-yi LUO Tong

（Sanya University， Hainan， Sanya 572022， China）

【Abstract】With the rapid popularization and rapid development of GSM network and mobile communication technology， as well as the development and application of new technologies and new services， it has reached a very important position. The wireless intelligent monitoring system using GSM network as an information transmission medium is a A very effective method， GSM network coverage is seamless， based on GSM network provides a lot of room for the development of home systems. The system uses the ST89C52 microcontroller as the system control core， combines the application of temperature sensors， human body infrared sensor modules， flame sensors， smoke/flammable sensors， and RFID radio frequency identification modules to control various functional modules through a microcontroller to achieve home environment monitoring. . The system has reliable performance and low cost and can be widely used in modern houses.

【Key words】GSM network； Home system； ST89C52； RFID

0 引言

自從進(jìn)入21世界新時(shí)代，科技在不斷地改革，不斷地發(fā)展和更新，“互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代”，“大數(shù)據(jù)時(shí)代”，“智能化時(shí)代”，“計(jì)算機(jī)技術(shù)”等已經(jīng)得到普遍應(yīng)用于生活中的各個(gè)領(lǐng)域，并且運(yùn)行的速度越來(lái)越快，傳感應(yīng)用以及通信技術(shù)也與互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)，運(yùn)用到智能化領(lǐng)域中發(fā)展。

傳感器可以說(shuō)是人類的感官的伸展，現(xiàn)在的許多傳感器都能應(yīng)用在人能想到的任何一個(gè)地方。正是因?yàn)閭鞲衅鲬?yīng)用技術(shù)的成熟，很多企業(yè)都應(yīng)用傳感器技術(shù)結(jié)合通訊技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)制造智能化產(chǎn)品，比如家電系統(tǒng)，它能夠感應(yīng)識(shí)別周圍的環(huán)境的微小變化，從而做出智能變化。自19世界開(kāi)始，無(wú)線電，電報(bào)，電話的相繼出現(xiàn)，人類就步入了快速通訊時(shí)代，全球移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，4G以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建立，使得全球范圍內(nèi)的可以方便快捷遠(yuǎn)距離信傳輸和交流。正是這三大信息技術(shù)的快速成熟和應(yīng)用，促使如今智能家用電器的產(chǎn)生和發(fā)展。

活在新時(shí)代的人們消費(fèi)能力和對(duì)生活質(zhì)量的要求提升了一個(gè)新高度，開(kāi)始尋找綠色能源，安全便利，家居環(huán)境系統(tǒng)智能。越來(lái)越多的消費(fèi)者在選擇購(gòu)買(mǎi)家用電器時(shí)，通常會(huì)選擇更高層次的智能家電，人們希望他們所購(gòu)買(mǎi)的家用電器可以根據(jù)家庭環(huán)境的變化，自動(dòng)改變自己的運(yùn)營(yíng)狀況，家用電器和人們可以有信息交流，總之，現(xiàn)在傳統(tǒng)家電已經(jīng)無(wú)法滿足人們了。相比之下智能家電能滿足人們的需求，它具有很多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。比如自動(dòng)化，控制式多元化，能夠遠(yuǎn)程控制，甚至通過(guò)模式識(shí)別手勢(shì)控制和語(yǔ)音控制。比如研究的智能家電系統(tǒng)為例，它能感知周圍環(huán)境的溫度，溫度太高或太低都會(huì)發(fā)短信通知戶主，戶主可以通過(guò)發(fā)短信開(kāi)啟繼電器控制空調(diào)開(kāi)與關(guān)，除此之外，設(shè)計(jì)中的智能家電控制系統(tǒng)還能夠包括其他的功用，例如省電節(jié)能，保護(hù)家庭等。使用者只需要通過(guò)手機(jī)發(fā)送指定格式的短信就可以無(wú)論在任何地方隨時(shí)地對(duì)家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、通信的短信內(nèi)容的格式設(shè)置的十分簡(jiǎn)單和人性化，易于使用。

1 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計(jì)基于手機(jī)遙控系統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)，采用GSM短信模塊將微控制器ST89C52作為控制核心，結(jié)合人體紅外，溫度，火焰，煙霧/可燃?xì)怏w，RFID射頻識(shí)別模塊等常用傳感器的應(yīng)用為家庭環(huán)境遠(yuǎn)距離監(jiān)控，信息反饋和遙控，實(shí)現(xiàn)遙控功能。只需通過(guò)手機(jī)終端發(fā)送相關(guān)的短信就可以控制相關(guān)的家用電器，操作起來(lái)簡(jiǎn)易。

系統(tǒng)主要是由STC89C52微控制器及其他集成電路，有繼電器電路，人體紅外，火焰，煙感，溫度等傳感器的電路和電源七部分組成。首先，溫度傳感器先作初始化，做出溫度的收集，將收集到的數(shù)據(jù)值傳輸?shù)轿⒖刂破魃希又晌⒖刂破鱽?lái)處理收到值，并且把收到值傳輸?shù)斤@示模塊，當(dāng)溫度值高于設(shè)定溫度溫度時(shí)，微控制器控制蜂鳴器將會(huì)發(fā)出警告聲音，而且利用GSM短信模塊向匹配的手機(jī)用戶傳送消息提醒，使用者利用編輯相關(guān)指令到GSM短信模塊，經(jīng)過(guò)GSM模塊處理后，微控制器能夠馬上做出反應(yīng)控制家用電器，達(dá)到遠(yuǎn)程控制電器工作的目的，并且RFID射頻識(shí)別模塊，微控制器上的人體紅外傳感器，火焰?zhèn)鞲衅鳎瑹熿F傳感器將在家庭環(huán)境中進(jìn)行信息收集，異常情況下會(huì)發(fā)短信通知手機(jī)用戶。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主控單元采用ST89C52系列單片機(jī)，ST89C52是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘、機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低能耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但是速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250k/s，即25萬(wàn)次/秒）[1]，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。但是一片單片機(jī)無(wú)法正常工作，必須要選擇其最小的工作系統(tǒng)。常用的單片機(jī)最小工作系統(tǒng)除了單片機(jī)本身以外還應(yīng)該包括單片機(jī)的起振電路，單片機(jī)的復(fù)位電路兩部分，以及下載燒錄電路。

無(wú)線傳輸選擇 GSM通訊，GSM全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。在歐洲興起并迅速擴(kuò)大，到現(xiàn)在，全球已經(jīng)超多100多個(gè)國(guó)家使用GSM技術(shù)。在我國(guó)，GSM通信行業(yè)包含中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商。而且目前的GSM移動(dòng)通訊系統(tǒng)在現(xiàn)在依然是使用最廣泛的全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)。

溫度傳感器選用DS18B20，DS18B20是DALLAS半導(dǎo)體公司近日推出的一種改良型智能溫度傳感器。主要以下幾個(gè)特點(diǎn)：體積小，僅僅只有三個(gè)引腳；測(cè)量溫度精確并且測(cè)量的范圍廣泛；多個(gè)DS18B20能夠并聯(lián)連接到三條或2條線路，CPU只需用一根的端口線就可以與許多DS18B20通信，可以達(dá)到牽一發(fā)動(dòng)全身的效果，也可以省下不少的連接線。像DS1820，同樣DS18B20還支持溫度范圍為？-54度到+124度，其溫度范圍-11度到+86度的“線路總線”精度為0.5度。DS18B20的精度較差為±0.2℃？。現(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的直接傳輸，巨大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。

火焰?zhèn)鞲衅髦饕霉饷綦娮璧奶匦裕饷綦娮鑼?duì)各種各樣的光波段的光波效果都不一樣，尤其紅外波最為準(zhǔn)確。遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅髦饕獪y(cè)量在七百納米到一千納米的紅外波段，外部的紅外線強(qiáng)度越強(qiáng)，得出的數(shù)據(jù)值就越小；紅外光線強(qiáng)度越弱，得出的數(shù)據(jù)值就越大。

射頻識(shí)別模塊選用MFRC522芯片，MFRC522是應(yīng)用于非直接接觸式通信中常用的一款芯片，該芯片具有高集成度的讀寫(xiě)卡芯片的特點(diǎn)，具有低電壓、成本低廉、體積小等一系列的特點(diǎn)，在市場(chǎng)上有著十分廣泛的應(yīng)用。射頻卡具有識(shí)別快速，攜帶方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)大大增強(qiáng)了該模塊的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中軟件設(shè)計(jì)重要的是串口通訊部分，首先設(shè)置單片機(jī)的串行口，包括波特率、工作方式等，再根據(jù)手機(jī)模塊的AT指令，手機(jī)用戶可以撥打電話號(hào)碼查詢當(dāng)前的實(shí)時(shí)的室內(nèi)溫度，而且還能夠發(fā)送命令，通過(guò)發(fā)短信息的形式傳送到微控制器上，微控制器來(lái)控制著繼電器，在硬件電路的基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)幾個(gè)傳感器的輸出信號(hào)和射頻識(shí)別模塊，從而判斷系統(tǒng)是否處于煤氣泄漏、火災(zāi)或者盜賊入室等情況，使智能化的家居風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

4 總結(jié)

當(dāng)今我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)人消費(fèi)能力和對(duì)生活質(zhì)量的要求提升了一個(gè)高度。人們想要獲得智慧的家居水平，在過(guò)去幾年中，智能家居在中國(guó)乃至全世界都有直線增長(zhǎng)的增長(zhǎng)速度。幾年來(lái)，市場(chǎng)不斷涌現(xiàn)出智能家居監(jiān)控產(chǎn)品，品種多樣，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要趨勢(shì)，智能化，集成化，成本低廉。在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，是以人們需求為導(dǎo)向，以現(xiàn)在科技研究狀況作為為背景，以學(xué)習(xí)知識(shí)，應(yīng)用知識(shí)為目的，從實(shí)用角度出發(fā)設(shè)計(jì)中的智能家用電器系統(tǒng)對(duì)家用電器以及對(duì)家居的監(jiān)控與控制。

當(dāng)今快速緊張的生活節(jié)奏，對(duì)上班一族來(lái)說(shuō)在家里有一個(gè)智能，舒適的環(huán)境是多么重要。直到現(xiàn)在，基本上每家每戶都有家用電器，但是絕大多數(shù)的家電使用方式都是很單一的，不能夠滿足現(xiàn)在人們的需求。而隨著移動(dòng)終端在大眾化手機(jī)中的發(fā)展，應(yīng)用將有廣闊市場(chǎng)前景，因此現(xiàn)有通信線路對(duì)家用設(shè)備的使用或電氣控制已成為未來(lái)家居自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。手機(jī)終端控制家用電器有很多好處，人們可以不受地方的遠(yuǎn)近，天氣的好壞，隨時(shí)隨地監(jiān)控家居安全。

由于本設(shè)計(jì)是基于簡(jiǎn)單、高效、實(shí)用的思想原則進(jìn)行的，所采用的芯片和模塊性價(jià)比很高，有很高的實(shí)用價(jià)值。設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)和GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了家電遙控和監(jiān)控。本系統(tǒng)采用集成電路，可以起到省錢(qián)，也可以大大地提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不僅能夠用于住宅，還能夠用于倉(cāng)庫(kù)，工廠，花棚等遠(yuǎn)程遙控，具有成本低，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，安全穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱梅梅.智能小車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2012.