基于单片机的智能家居安防系统设计

智能家居安防系统的基本设置指南 #生活技巧# #数码产品使用技巧# #智能家居控制策略#

目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 3
1 控制系统方案设计 6
1.1 设计要求 6
1.2 总控制方案设计 6
1.3 单片机方案设计及工作原理 6
1.4 GSM模块方案设计及工作原理 7
1.5 烟雾检测方案设计及工作原理 8
1.6 温度检测方案设计及工作原理 9
1.7人体探测方案设计及工作原理 9
2 硬件设计 11
2.1 主电路设计 11
2.2 GSM模块电路设计 11
2.3 烟雾检测电路设计 12
2.4 温度检测电路设计 13
3 软件设计 15
3.1 系统主程序设计 15
3.2 显示子程序设计 16
3.3 GSM模块子程序设计 16
4 系统调试 18
4.1 系统调试 18
4.2 调试过程 18
4.3 调试中遇到的问题 19
5 软件仿真 21
5.1软件仿真图 21
5.2软件仿真详解 21
结 论 24
参考文献 25
附录1 原理图 27
附录2 源程序清单 28
致 谢 44

摘 要
为了应对目前人们提出的对生活越来越智能的要求，在提高生活品质的同时降低意外事件发生对用户造成的经济损失或其他损失。针对日常生活中经常发生的火灾，失窃，电力资源浪费等生活问题，本设计正是在这种需求背景下展开研究。基于单片机的智能家居安防系统设计集成了防可燃气体烟雾泄露 、防外来人员入侵、防火、智能控制家电等功能，可实现自动检测、声光报警、远程查询、远程报警、远程控制等。
以STC89C52单片机为核心器件，再加上电阻，电容，晶体振荡器等器件，构成了单片机的最小系统。以及其它智能探测器组成的检测模块，在监测到灾情时只输出报警信号开关量，单片机处理器自动控制GSM接口电路。根据险情类别，自动向用户手机发送短信报警，当用户在家遇到灾情或其他情况时，亦可通过求救按钮向外界发出报警信息。
本设计具有成本较低，功能实用，灵活多样，简便有效等特点，有效的降低了用户住宅遇到和发生险情及其他意外事件的风险，有效的避免了因险情及其他意外事件造成的经济及其他损失，将居民损失降到最小，同时也将提高用户的生活品质水平。

关键词：安防系统； 智能家居； 单片机； GSM模块； 远程报警

Abstract

In response to the current demand for more and more intelligent living, while improving the quality of life, reduce the economic loss or other loss caused by accidents to users. In order to solve the daily problems such as fire, theft and waste of electricity, This design is in this kind of demand background to carry out the research. The design of intelligent home security system based on single chip microcomputer integrates the functions of preventing the leakage of combustible gas smoke and preventing the invasion of foreign personnel. It can realize the automatic detection of sound and light alarm, remote inquiry, remote alarm and remote control.
Using STC89C52 single chip microcomputer as the core device, with resistance and capacitance crystal vibration and other devices, constitute a single chip microcomputer minimum system. And other detection module composed of intelligent detector，only the alarm signal switch quantity is output when the disaster situation is detected, and the single chip processor automatically controls the GSM interface circuit. According to the type of dangerous situation, it will automatically send a text message to the user’s mobile phone to alarm. When the user encounters a disaster or other situations at home, he/she can also send an alarm message to the outside world through the distress button.
This design has lower cost, functional practical, flexible, simple and effective characteristics, effectively reduce the user home encounter and the risk of danger and other accidents, effectively avoid the because of the danger and other accidents caused by the economic and other losses, the inhabitants to minimize losses, at the same time, it will improve the level of the user’s quality of life.

Keywords: Security System; Home automation; Single chip microcomputer; GSM; Remote alarm;

引 言
如今，人们的生活水平越来越好，人们对自身安全和保护的认识也在不断提升，同时人们对生活质量的要求也在不断提高，这都对住宅的安全与智能提出了更高的要求。就传统住宅而言，人们仅关注居住舒适性和遮风挡雨，当下人们更希望住宅在一定程度上可以像手机一样智能，可以与用户互动，可以远程控制，甚至可以让住宅“自动”采取某些措施，使得用户的居住环境更加舒适，便捷和安全。
目前市场对于智能家居安防系统的期待值越来越高，安全问题从古至今一直被人们放在首位，是一个重中之重的话题，随着科技的进步不仅使得人们对智能生活产生了极大的渴望，也对安防问题产生了新的思考，人们希望享受到科技的进步为居家生活带来的优质体验的同时，也更加的安全，于是对智能家居安防系统也提出了极高的要求。
为了应对目前人们提出的对生活越来越智能的要求，在提高生活品质的同时降低意外事件发生对用户造成的经济损失或其他损失。针对日常生活中经常发生的火灾，失窃，电力资源浪费等生活问题，基于单片机的智能家居安防系统设计（下称本设计）正是在这种需求背景下展开研究。本设计将有效的解决这些问题，在处理完这些问题之后，不仅可为居民生活提供一层保障，更将使得人们的居家生活变得更加的便利。
1970年后，电子技术融入贯通了人类社会的各个领域，电子技术的发展也带动了生产力的进步，人均生产力的提升和科技的发展形成了突飞猛进的势态，电子科技产品的进步也日益明显。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化[1]~[2]。本设计正是基于目前的这种形势，顺应人们的意愿而提出的。
当然通信手段也获得了巨大的进步，通信网络由最初的GPRS，经由科技的发展不断升级为2G、3G、4G甚至是目前逐渐普及的5G通信手段，由最初的有线控制也逐渐发展到无线Wi-Fi控制，物联网局域网控制，科技及通信手段的进步都造就了今天的智能家居技术的不断升级，5G基站的越来越多，5G手机的普及，更造就了无人超市甚至无人汽车，无疑的是，无论将这些科技手段贯彻融入到哪一领域，都将使该领域产生翻天覆地的变化。
针对目前国内外对智能家居安防系统研究的现状，可以总结出以下俩个方面：一、作为一个闭环系统，即仅可在系统内进行响应及反馈，无法将信息传递到外界，简单来说就是当检测到“灾情”或“盗情”时，虽然可以实现声光报警，但无法与外界取得联系，即使灵敏度再高，报警反馈做的再好，无法做到与外界的沟通，那么也将无济于事，就实用性来说这种系统是失败的。二、拥有较为完善的通讯功能，但是对于智能控制或报警的准确性做的不理想，由于某些不确定因素极其容易发出假“报警”，或者发生无信号无法发出报警信息的情况，这样的系统无疑也是一种失败的系统。
当我们准确的定位到这些“劣势”的时候，可以说我们的设计已经成功了一半，由此便抛出了本设计首要解决的问题。
本设计首要解决的问题就是通讯问题，通讯问题一旦得到妥善的解决，便可完成系统与用户之间的交互，包括系统通过温度传感器，烟雾传感器，人体红外传感器采集到的数据可通过SIM800L GSM模块来向用户传递信息，也可以实现用户通过该模块来传递指令到系统进行一些交互操作，例如获取温度信息，以及通过控制继电器的断开与闭合来间接实现对其他家电的控制；
要解决的第二件事是收集温度数据。温度传感器是收集温度数据温度测量电路中，为达到温度感测效果多数情况下采用热敏电阻之类的元器件，它的工作原理是利用到了其会随着温度的变化而改变的电路中的电压或电流的特性。根据感温效应，测得变化值，首先对其进行A / D信号转换，然后使用单片机对这些数据进行处理，最终在显示电路上显示测得的温度[3]。
其次是需对烟雾传感器进行选择，传感器的首要责任就是可以较为灵敏的检测可燃气体，因为日常生活使用，可燃气体会散播在室内空气中，如果灵敏度不够或报警参数设置过高可能会达不到报警的需求；当室内可燃气体浓度已足够大的时候已经为时已晚，同时也不能太过于灵敏或者报警参数设置的过低，因为空气内成分较为复杂，存在微量的可燃气体，太灵敏可能会导致误报警，造成预期之外的影响。
最后是对显示电路的设计以及人体红外感应模块电路的设计，显示电路在系统开机时应显示GSM模块的注册网络状态，正式进入系统后显示当前温度传感器采集到的数据以及设定的报警温度值，当按下“温度加”、“温度减”按键时可对报警温度阈值进行调节。人体红外感应模块电路的设计，在按动设防开关后，应该在一定合理范围内检测到人体时第一时间发出报警信号，既盗情灯和报警灯同时亮起，蜂鸣器上电发出报警声，并在发出时联动GSM模块向用户发出报警信息，完成这一系列的动作后关闭盗情灯和报警灯，蜂鸣器停止报警，再次检测到有人时应当重复完成以上动作。
得益于近年来，电子技术的如同洪水猛兽般的发展，使得单片机以及GSM模块对于本设计展现了其不可或缺的价值，本文列举了五个章节的内容来详细介绍“基于单片机的智能家居安防系统的设计”：
（1）第一章：控制方案设计；
（2）第二章：硬件设计；
（3）第三章：软件设计；
（4）第四章：系统调试；
（5）第五章：软件仿真
在本文的最后对本设计进行总结并向我的俩位指导老师致谢。

1 控制系统方案设计
1.1 设计要求
（1）进入系统后，液晶屏实时显示当前温度传感器所测温度值以及当前设置温度传感器报警阈值，通过“温度加”及“温度减”来对温度报警的阈值来进行调节。
（2）如所测温度值达到报警阈值后，系统启动声光报警，并发送英文报警短信到用户手机。
（3）用户开始设防之后，红外人体模块检测到有人时，系统启动声光报警，并发送英文报警短信到用户手机。
（4）如可燃气体/烟雾传感器检测到可燃气体/烟雾时，系统启动声光报警，并发送英文报警短信到用户手机。
（5）如用户需了解屋内当前温度值时，通过任意手机拨打电话，系统自动挂断电话，并回复屋内当前温度值。
（6）用户可通过手机编辑短信发送到手机模块的方式，控制继电器闭合与断开，利用LED灯的亮与灭，表示家用电器开启与关闭。
1.2 总控制方案设计
以STC89C52单片机作为系统的“心脏”，加上电阻、电容、晶振等器件的加持，组成最小系统[4]。以及其它智能探测器组成的检测模块，在监测到灾情时只输出报警信号开关量，单片机处理器自动控制GSM接口电路。根据险情类别，自动向用户手机发送短信报警，当用户在家遇到灾情或其他情况时，亦可通过求救按钮向外界发出报警信息。总控制框图如图1.1所示。
1.3 单片机方案设计及工作原理
方案一：采用32位的LPC2138作为控制CPU，LPC2138采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核的ARM芯片，拥有RDI标准接口、同步Flash刷新技术以及影射寄存器窗口等三项国内ARM仿真器设计最领先的3种技术，内部PLL锁相环倍频可以得到更高的CPU处理速度，硬件自带的AD、DA、捕获、匹配以及同步与异步的通信方式更方便用户的编程设计，并且可以达到很高的实时性，但是价格较昂贵[5]。
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