基于單片機智能家居設(shè)計

袁志強

摘? 要：文章提出了一種基于AT89S51單片機的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)具有室內(nèi)煤氣以及煙霧的檢測、家庭室內(nèi)防盜等功能。文章詳細分析了系統(tǒng)的總體設(shè)計，詳盡分析并設(shè)計了煤氣傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、人體紅外感應(yīng)傳感器模塊、報警模塊等各硬件部分，并利用PROTUES軟件進行了系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果證明：系統(tǒng)具有成本低、效率高、操作方便等優(yōu)點，達到了預(yù)期設(shè)計的效果。

關(guān)鍵詞：單片機;智能家居;傳感器

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0082-02

引言

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的進步與發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了巨大的變化，更加偏向于智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化，人們已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)簡單的住宅居住空間，于是符合網(wǎng)絡(luò)時代潮流的新型智能家居產(chǎn)業(yè)逐漸興盛起來。智能家居是以住宅為平臺，采用先進的傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、自動控制技術(shù)組建一個人性化的智能家居系統(tǒng)，滿足人們舒適、快節(jié)奏、高效的生活需求[1-6]。本文結(jié)合單片機接口技術(shù)以及串行通信技術(shù)設(shè)計了智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有的功能是：當(dāng)煤氣傳感器模塊、人體紅外感應(yīng)傳感器模塊感應(yīng)到數(shù)據(jù)或者煙霧傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)超過設(shè)置的額定值時，報警指示燈亮，并通過蜂鳴器發(fā)出警報，通過GSM模塊傳到遠程的手機終端，再由手機終端對智能家居系統(tǒng)進行控制。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計主要由AT89S51單片機、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、遠程傳輸模塊等部分組成。室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是設(shè)計的重要部分，包括煤氣傳感器模塊、人體紅外感應(yīng)傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊，是對室內(nèi)環(huán)境進行實時監(jiān)測，當(dāng)人體紅外感應(yīng)傳感器模塊或煙霧傳感器模塊檢測到數(shù)據(jù)、煙霧傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)超過設(shè)置的額定值時，觸發(fā)報警模塊，報警數(shù)據(jù)通過GSM模塊傳輸?shù)绞謾C終端，手機終端再由GSM模塊把控制信號反饋到控制終端。系統(tǒng)總體方框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由煤氣傳感器模塊、人體紅外感應(yīng)傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊等部分組成。

煤氣傳感器采用半導(dǎo)體氣敏式煤氣傳感器MQ-5，該傳感器的工作原理是傳感器所處環(huán)境中存在煤氣時，傳感器的電導(dǎo)率會隨空氣中煤氣濃度的變化而變化，再將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號。煤氣傳感器輸出的模擬信號值較小，先需要接一個放大電路將信號放大，然后再接一個模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號接單片機的P1口。MQ-5具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性優(yōu)異、壽命長、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，非常適合煤氣泄露監(jiān)測。

人體紅外感應(yīng)傳感器采用人體紅外傳感器HC-SR501，該傳感器的工作原理是人體恒定的37攝氏度體溫發(fā)射的10UM左右的紅外線通過傳感器的菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上，紅外感應(yīng)源上的熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測處理后就會變成相應(yīng)變化的電流、電壓。紅外感應(yīng)傳感器輸出較簡單，直接與單片機的P0.0接口連接即可。

煙霧傳感器采用離子式MQ-2型煙霧傳感器，離子式煙霧傳感器工作原理是傳感器的內(nèi)外電離室裝有放射源镅241，產(chǎn)生的正、負離子在電場的作用下各自向正負電極移動，正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的，當(dāng)有煙霧竄逃外電離室，就會干擾正、負離子的正常運動，電流、電壓也隨著發(fā)生變化。煙霧傳感器輸出的是模擬量，需要接入模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC0809再與單片機P2口連接。MQ-2具有價格低、嵌入低功耗CMOS微處理器、手動測試與復(fù)位、性能穩(wěn)定，具有獨立/聯(lián)網(wǎng)/無線輸出等優(yōu)點。非常適合家用火災(zāi)防范設(shè)計。

報警模塊采用蜂鳴音報警電路，蜂鳴器報警電路是設(shè)計采用壓電式的蜂鳴器，與單片機的P0.1接口連接，單片機的輸出值經(jīng)過驅(qū)動器的放大，蜂鳴器就發(fā)出聲音;壓電式的蜂鳴器大約需10mA的電流，可以采用一個晶體的三極管來驅(qū)動，如圖2所示：在圖中，P0.1接晶體管的基極。當(dāng)P0.1輸出的是高電平，晶體管就導(dǎo)通，壓電式的蜂鳴器的兩端獲得大約5V電壓時鳴叫。當(dāng)P0.1輸出的是低電平，三極管就截止，蜂鳴器也停止發(fā)出聲音。

2.2 遠程傳輸模塊設(shè)計

遠程傳輸模塊采用GSM模塊，它是一個類似于手機的通訊模塊，包含了手機的短信、通信等功能，通過使用AT指令可以與手機直接進行通信。GSM模塊的UART口與單片機的相對應(yīng)的串口連接，手機通過GSM模塊對溫度、煙霧以及紅外信號進行接收并將反饋信號發(fā)送到室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)控制端。

3 軟件設(shè)計

智能家居中的各個傳感器對家居的模擬數(shù)據(jù)量進行收集、檢測，采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器傳輸給主控單片機，主控單片機向報警模塊發(fā)出報警信號，同時通過GSM模塊向手機終端發(fā)送相關(guān)信息，手機終端再通過GSM模塊把反饋信息傳輸給控制終端。單片機采集數(shù)據(jù)程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)束語

論文提出了一種低成本、實用、可靠、操作方便的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方案，系統(tǒng)的軟件程序經(jīng)過編譯軟件KeilC51反復(fù)調(diào)試，并通過仿真軟件PROTUES進行過仿真，達到了預(yù)期滿意的效果。但不足的是該設(shè)計方案還處于仿真階段，還未進行實物論證，后續(xù)還需要完善。

參考文獻：

[1]戴宇培，張鈺，劉云飛.智能家居和樓宇的實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017（2）：49-52+69.

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