基于51單片機的家庭智能安全防護設計

黃 潔，王青青，劉富楊，李 杰，楊文耀

（重慶市高校新型儲能器件及應用工程研究中心，重慶文理學院，重慶 402160）

1 項目背景

隨著生活水平的提高和科技的發展，智能家居逐漸走入了人們的生活，使得人們的生活更加便利且安全。本項目擬基于51系列單片機為核心的智能化管理，在硬件上實施全方位、立體的人體探測。在設防的前提下，能夠與手機聯通，進行實時監控。

2 系統設計

2.1 系統方案

本設計是由按鍵裝置、人體感應系統、手機通信模塊以及實時監控系統組成的。設計流程如圖1所示。

2.2 硬件電路設計

本設計的仿真圖如圖2所示。

2.2.1 單片機最小系統設計

本設計采用的單片機最小系統由單片機、晶振電路、復位電路組成。其中，單片機采用stc89c52，只讀存儲器ROM是可擦除的，所以可多次燒錄程序，方便人們使用[1-2]。

2.2.2 人體感應模塊

本設計中人體感應模塊主要采用熱釋電紅外傳感器HC-SR501，能檢測到人體所發出的紅外線，從而輸出電信號。每個傳感器中有兩個電極性相反的熱釋電元，可以抑制本身溫度的升高所帶來的干擾[3-4]。

當有人進入其感應范圍時，人體所產生的輻射被熱釋電元接收，產生信號。電荷信號由圖3中場效應管放大再穩壓之后使輸出變為高電位，在經過NPN的轉化后輸出變為低電平，使單片機退出低功耗狀態，開始工作。人離開時則輸出高電平。

圖1 設計流程

圖2 仿真圖

2.2.3 通信模塊

本設計中通信模塊使用SIM900A，一個采用SMT封裝的雙頻GSM模塊。SIM900A是TTL電平接口，可直接與單片機連接，無需轉換器。電路如圖3所示，其中RXD數據接收信號線用于接收來自單片機的數據。SIM900A除了需要與SIM卡座連接以形成完整的GSM 終端外不需要作任何的信號處理[5-6]。

圖3 電路原理

2.2.4 監控模塊

本設計中監控模塊核心使用無線WiFi芯片—海思3518，是一款民用的soc芯片。使用時要求軟件配置與硬件設計匹配，不使用的引腳配置為GPIO輸出狀態懸空。鏡頭則是采用OV9712版，100萬像素。設定其原始分辨率為1 080 P，但可在APP中設置為720 P或480 P。整個監控模塊較為穩定，延時短、功耗低[7]。

2.3 軟件電路設計

設計流程如圖4所示。先用keil uvision4編寫程序，編譯直至無誤，再用Proteus進行仿真，最后用stc-isp將程序燒錄進單片機中。

筆者因2017協同育人項目，在華清遠見教育集團在線教育平臺進行學習，嘗試將C語言編程應用到單片機中。

3 系統測試

3.1 系統測試方法

先為每個模塊所要實現的功能編寫程序，測試其是否能夠正常工作，再去整體地進行測試，具體有以下幾個步驟。

（1）按下布防鍵，紅外傳感器感應是否有人。當感應到有人入侵時，紅燈亮；無人時繼續工作。（2）當紅外傳感器檢測到有人后，通過GSM模塊向程序中所設定好的手機號碼發送短信，此時黃燈亮。（3）手機收到短信后，通過APP打開攝像頭進行實時監控。（4）整合所有程序，進行最終調試。

3.2 系統測試過程及結果

本設計的實物如圖5所示。首先將編寫好的程序燒錄進單片機，通電后按下布防鍵，使其進入布防狀態。當有人經過時，熱釋電紅外傳感器感應到人體，紅燈亮。隨后黃燈亮，與此同時GSM模塊向手機發送短信。手機接收到報警短信后，打開APP，通過攝像頭監控實時狀況。

圖4 流程示意

圖5 實物

根據上述測試得出：（1）由于受熱釋電紅外傳感器本身的性質影響，當環境溫度較高時探測的靈敏度下降。（2）由于采用的OV9712版鏡頭本身性質，此款設計不帶夜視功能，且使用遠程手機端監控時流量消耗較大。

4 結語

本次設計利用了單片機系統經濟、可靠、功能強大的特點，實現了家庭智能安全防護的控制。但本設計仍有很多地方不足，需要改進。