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基于单片机的智能家居安防系统设计

news 2025/7/21 6:44:13

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

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]。
在这里插入图片描述图1.1系统总体框图
2 硬件设计
2.1 主电路设计
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有60K 在系统可编程Flash 存储器器、中央处理器、程序存储器（Flash）、数据存储器（RAM）、EEPROM、定时/计数器、I/O接口、UART接口和中断系统、SPI接口、高速A/D转换模块、PWM（或捕捉/比较单元）以及硬件看门狗、电源监控、片内RC振荡器等模块[12]。
本系统设计主要应用的是A/D转换模块、SPI接口、定时/计数器、I/O接口等功能模块。具体原理图如图2.1所示。

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图2.1单片机主电路原理图

2.2 GSM模块电路设计
用户和单片机的通讯功能的实现，依赖于SIM800L GSM模块自身配置的通讯接口。系统方案中的短信控制，接收报警短信，打电话查询当前温度值，只要保证网络信号畅通都可以轻松地实现。3.3~5.5V是SIM800L模块的工作电压，根据其工作频段的不同（900MHz和1800MHz），功耗也有所不同分别为2w(900M)和1w(1800M)[13]。
系统短信的发送与接收和自动挂断电话，利用到的是AT命令集接收口，当接到电话时将自动挂断电话并回复当前温度值得短信，仅通过40引脚的ZIF连接器,即可实现多项例如电源连接、控制信号的双向传输等复杂功能[14]。其原理图如图2.2所示。
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图2.2 SIM800L GSM模块电路原理图
2.3 烟雾检测电路设计
上文已对MQ-2传感器进行了简介。MQ-传感器的结构和外形如图2.3所示，MQ-2传感器由于对不同种类，不同浓度的气体会有不同的电阻值，因此在使用该传感器时，要对灵敏度的进行调整[15]。其原理图如图2.4所示：
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图2.3 MQ-2传感器内部结构图
3 软件设计
3.1 系统主程序设计
本设计的软件部分是以单片机的程序作为核心，其他子程序依照主程序来进行设计，整个系统的运行是主程序与各子程序之间的相互配合来完成的。程序首先需要完成各部分的初始化，然后对是否需要对报警电话号码进行调整的判断，然后通过读取各传感器所采集数据来判断是否有报警，在然后根据判断发送报警，如果没有报警则返回[18]~[19]。流程图如图3.1所示。
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图3.1主程序流程图
4 系统调试
4.1 系统调试
最后一步需进行系统调试[20]，所有的元器件及传感器依照原理图进行焊接之后进行通电测试，当然相对于不是很复杂的电路采用这种方式是最直接便捷的，但是不利于发现问题，如焊接错误需浪费更多的时间寻找，所以本设计采用的调试方法为在安装的过程中进行调试，就是把电路分成各个模块，以模块为单位进行安装和调试。调试成功的电路板图片如下图4.1所示。
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