袁志強(qiáng)

摘? 要：文章提出了一種基于AT89S51單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有室內(nèi)煤氣以及煙霧的檢測(cè)、家庭室內(nèi)防盜等功能。文章詳細(xì)分析了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，詳盡分析并設(shè)計(jì)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(bào)警模塊等各硬件部分，并利用PROTUES軟件進(jìn)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(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能家居;傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0082-02

引言

隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的進(jìn)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(jiǎn)單的住宅居住空間，于是符合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代潮流的新型智能家居產(chǎn)業(yè)逐漸興盛起來(lái)。智能家居是以住宅為平臺(tái)，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)組建一個(gè)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(jī)接口技術(shù)以及串行通信技術(shù)設(shè)計(jì)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(guò)設(shè)置的額定值時(shí)，報(bào)警指示燈亮，并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，通過(guò)GSM模塊傳到遠(yuǎn)程的手機(jī)終端，再由手機(jī)終端對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行控制。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由AT89S51單片機(jī)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)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(jì)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(bào)警模塊，是對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)人體紅外感應(yīng)傳感器模塊或煙霧傳感器模塊檢測(cè)到數(shù)據(jù)、煙霧傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)置的額定值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警模塊，報(bào)警數(shù)據(jù)通過(guò)GSM模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)終端，手機(jī)終端再由GSM模塊把控制信號(hào)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(jì)

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

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(bào)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(shí)，傳感器的電導(dǎo)率會(huì)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(hào)。煤氣傳感器輸出的模擬信號(hào)值較小，先需要接一個(gè)放大電路將信號(hào)放大，然后再接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)接單片機(jī)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(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合煤氣泄露監(jiān)測(cè)。

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(guò)傳感器的菲泥爾濾光片增強(qiáng)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(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測(cè)處理后就會(huì)變成相應(yīng)變化的電流、電壓。紅外感應(yīng)傳感器輸出較簡(jiǎn)單，直接與單片機(jī)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(fù)離子在電場(chǎng)的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng)，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(huì)干擾正、負(fù)離子的正常運(yùn)動(dòng)，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(jī)P2口連接。MQ-2具有價(jià)格低、嵌入低功耗CMOS微處理器、手動(dòng)測(cè)試與復(fù)位、性能穩(wěn)定，具有獨(dú)立/聯(lián)網(wǎng)/無(wú)線輸出等優(yōu)點(diǎn)。非常適合家用火災(zāi)防范設(shè)計(jì)。

報(bào)警模塊采用蜂鳴音報(bào)警電路，蜂鳴器報(bào)警電路是設(shè)計(jì)采用壓電式的蜂鳴器，與單片機(jī)的P0.1接口連接，單片機(jī)的輸出值經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)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(gè)晶體的三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)，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(shí)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(yuǎn)程傳輸模塊設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程傳輸模塊采用GSM模塊，它是一個(gè)類(lèi)似于手機(jī)的通訊模塊，包含了手機(jī)的短信、通信等功能，通過(guò)使用AT指令可以與手機(jī)直接進(jìn)行通信。GSM模塊的UART口與單片機(jī)的相對(duì)應(yīng)的串口連接，手機(jī)通過(guò)GSM模塊對(duì)溫度、煙霧以及紅外信號(hào)進(jìn)行接收并將反饋信號(hào)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(jì)

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

4 結(jié)束語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)：

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