智能家居安全防范系統(tǒng)設計*

高見芳

（湖南科技職業(yè)學院電子信息工程與技術系，湖南長沙 410118）

智能家居安全防范系統(tǒng)設計*

高見芳

（湖南科技職業(yè)學院電子信息工程與技術系，湖南長沙 410118）

通過TI公司的MSP430F149實現(xiàn)智能家居安全防范系統(tǒng)的溫度監(jiān)測、煙霧監(jiān)測、紅外監(jiān)測及自動報警等幾個功能.該系統(tǒng)從硬件設計和系統(tǒng)軟件兩個方面進行設計，硬件部分包括：溫度、紅外、煙霧檢測電路和報警電路；而軟件部分則是通過初始化程序、反饋型號處理的應用程序設計、鏈接命令文件的編寫來實現(xiàn)相關功能.該系統(tǒng)具有體積小、功耗低、集成度高、可靠性高、功能易擴展、處理能力強等特點.

智能家居；自動報警；MSP430F149；DS18B20；MQ－2

智能家居，又稱智能建筑，它是利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術，結(jié)合人的個性需求，對家居進行網(wǎng)絡化、智能化管理，實現(xiàn)更安全、更方便、更舒適的居家生活環(huán)境［1］.智能家居主要包括安全防范系統(tǒng)、家用電器自動控制系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)和家居燈光控制系統(tǒng).本文基于MSP430F149［2－8］單片機設計一款智能家居安全防范系統(tǒng).

1 系統(tǒng)整體設計

本文采用MSP430F149為核心安全防范系統(tǒng)（見圖1），它包括溫度采集電路、紅外采集電路、煙霧檢測電路等家居信息采集電路，LCD液晶顯示電路和報警電路.該系統(tǒng)通過串口通信線與PC機相連，實現(xiàn)與PC機的通信.

圖1 系統(tǒng)整體設計方框圖

1.1 硬件電路設計

1.1.1 MSP430F149的CPU結(jié)構(gòu)及功能

MSP430F149的CPU結(jié)構(gòu)如圖2所示.主要包含下列模塊：時鐘電路、看門狗定時器、定時器＿A、定時器＿B、6個8位并行端口（其中P1、P2具有中斷功能）、模擬比較器COMPARATOR＿A、12位A／D轉(zhuǎn)換器、2通道串行通信接口（通過軟件選擇UART／SPI模式）、1個硬件乘法器、1個Flash以及2KB的RAM.

圖2 MSP430F149的CPU結(jié)構(gòu)

1.1.2 MSP430F149最小系統(tǒng)

該單片機芯片組成的最小系統(tǒng)包括電源電路、晶振電路和復位電路.其中電源電路采用雙電源供電方式，見圖3.一路是＋5V，另一路是＋3.3V.＋5V是通過開關電源獲得，它是給外圍模塊電路供電；＋3.3V通過LM1117－3.3V［3］芯片穩(wěn)壓得到3.3V電壓，它給CPU內(nèi)核和芯片3.3V的外設供電.

圖3 雙電源供電電路

該電路具有電源輸出的紋波系數(shù)小，能降低對整個系統(tǒng)的干擾等特點.

1.1.3 串口通信電路

該系統(tǒng)采用RS－232通信協(xié)議的串口通信電路，實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與上位機的通信處理.由于單片機與上位機進行通信時接口電平不同，采用MAX3232［9］來完成接口電平的轉(zhuǎn)換.具體的RS－232電路圖如圖4所示.從圖中可以看出，在管腳C1－、C2＋、C2－、V＋和V－分別放置0.1μF的電容實現(xiàn)充電作用，滿足相應的充電泵的要求.管腳T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分別是232轉(zhuǎn)換的輸入／輸出腳，實現(xiàn)單片機的TTL電平與上位機的接口電平的轉(zhuǎn)換.考慮到減小電源的干擾，還需要在芯片的電源輸入管腳加一個0.1μF（C15）的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾.實際調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，連接到單片機的兩個端口應該加接4.7k左右的上拉電阻，以防止單片機I／O口在Floating狀態(tài)時產(chǎn)生大量的不確定電平，造成串口接收到大量的亂碼.

圖4 RS－232接口電路連接圖

1.1.4 信號采集電路

（1）紅外傳感器電路

紅外傳感器主要實現(xiàn)該系統(tǒng)的防盜報警功能，采用HS0038B紅外熱釋電模塊，采集侵入人員的紅外信息，經(jīng)IR腳送到單片機處理，通過蜂鳴器發(fā)出聲音進行報警.圖5為紅外傳感器采集電路.

圖5 紅外采集電路圖

（2）溫度傳感器電路

本電路采用DS18B20［10］，它是美國DALLAS公司生產(chǎn)的“一線總線”接口的數(shù)字化傳感器，具有微型化、低功耗、抗干擾能力強、易與微處理器接口等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供微處理器接收處理.該電路通過對溫度信息的采集轉(zhuǎn)換，經(jīng)2腳送到單片機處理，再由LCD顯示.若溫度信號超過一個設定值則會由蜂鳴器發(fā)出報警聲，并進行溫度的調(diào)節(jié).溫度傳感器電路如圖6所示.

圖6 溫度傳感器電路

（3）煙霧傳感器電路和液晶顯示模塊

采用MQ－2煙霧傳感器，它具有較寬的濃度范圍，對可燃氣體有良好的靈敏度，特別對家庭有毒氣體如液化氣、丙烷、氫氣等的泄漏靈敏度較高，并且氣體檢測器驅(qū)動電路簡單.該電路圖如圖7所示.

圖7 煙霧傳感器電路

LCD顯示模塊采用市面上現(xiàn)有的1602液晶顯示模塊，它具有功耗低、價格便宜等特點.

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 MSP430集成開發(fā)環(huán)境

該單片機采用IAR公司的MSP430集成開發(fā)環(huán)境Embedded Workbench，它能夠提供20余類不同架構(gòu)的MCU，提供風格統(tǒng)一、編譯高效、使用方便的軟件開發(fā)工具.只要通過相應的環(huán)境設置，用戶可以高效地對項目進行建立、編輯、編譯、連接和調(diào)試.

該集成開發(fā)環(huán)境還包括一個仿真環(huán)境（C－SPY），便于仿真驗證.硬件仿真方式是在目標硬件系統(tǒng)的真實環(huán)境中進行調(diào)試，除了驗證程序，還可以檢驗目標系統(tǒng)的硬件設計性能.主機將代碼通過JTAG仿真器下載到目標系統(tǒng)的flash中運行.從Project下拉列表中選擇Download and Debug項，或者點擊工具欄上的按鍵，在窗口中央出現(xiàn)消息框提示信息：Initializing→Erasingmain and infomemory→Downloading ap-plication.將代碼下載到目標系統(tǒng)，啟動C－SPY調(diào)試器顯示.

在工作區(qū)中已經(jīng)打開的窗口保留在調(diào)試器，另外還有一系列調(diào)試器專用窗口.在調(diào)試過程中暫時不用的窗口可以關閉（工程窗口不能關閉，否則將會關閉所有窗口），需要打開其他窗口則點擊View菜單選擇.常用窗口有：源程序窗口、監(jiān)視窗口（Watch）、局部變量窗口（Local）、堆棧調(diào)用窗口（Call Stack）、匯編窗口（Disassembly）、寄存器窗口（Register）及存儲器窗口（Memory）.

2.2 程序設計

該系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)對溫度、紅外及煙霧信息采集、處理、報警，其程序流程圖如圖8所示.該系統(tǒng)通過3種傳感器對溫度、紅外和煙霧信號進行采集，處理后與設定值進行比較，判斷是否為異常，若正常則繼續(xù)采集相關信息，若異常則進行數(shù)據(jù)處理，并通過蜂鳴器進行報警.

圖8 自動報警系統(tǒng)流程圖

主程序部分還包括：顯示程序、DS18B20讀取的11bit溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成液晶顯示的溫度數(shù)字程序、延時程序和蜂鳴報警程序.

通過將程序進行編輯、編譯、連接、調(diào)試和仿真等過程能夠?qū)崿F(xiàn)溫度檢測、紅外檢測、煙霧檢測及報警功能.

3 結(jié)論

通過實驗證明，利用單片機MSP430F149設計的智能家居安全防范系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)安全防范功能，達到預期的效果.

［1］崔迪.嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設計［D］.大連：大連理工大學碩士學位論文，2012.

［2］秦龍.MSP430單片機實例精講［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

［3］LM1117－3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)手冊說明書［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／7d43bd8fcc22bcd126ff0cac.html，2005.

［4］呂敏，陳仁文，董菁.基于MSP430單片機的低功耗實時無線網(wǎng)絡技術［J］.科學技術與工程，2012，（4）：804－808.

［5］曹磊.MSP430單片機C程序設計與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007.

［6］沈建華，楊艷琴，翟驍曙.MSP430系列16位超低功耗單片機實踐與系統(tǒng)設計［M］.北京：清華大學出版社，2005.

［7］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

［8］魏小龍.MSP430系列單片機接口技術及系統(tǒng)設計實例［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2002.

［9］MAX3232中文資料［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／897ab57ca26925c52cc5bfc2.html，2007.

［10］DS18B20中文資料［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／bfff6c3683c4bb4cf7ecd152.html，2008.

（責任編校：晴川）

Design of Intelligent Household Security System

GAO Jianfang
（Department of Electronic information＆Technology，Hunan Science＆Technology Vocational College，Changsha Hunan 410118，China）

Based on MSP430F149 from TI company，the study realizes an intelligenthousehold security system，with functions of temperaturemonitoring，smokemonitoring，infrared monitoring and automatic alarm.The design of the system is consist of hardware part and software part.The hardware part includes temperature，infrared，smoke detection circuitand alarm circuit.The software part realizes related functions through designing application programs and writing links command files of the initialization program and feedback type processing.The system is of small volume，low power consumption，high integration，high reliability，easy extension function and strong processing capacity，etc.

smart home；autoalarm；MSP430F149；DS18B20；MQ－2

TN98

A

1008－4681（2014）05－0053－03

2014－06－09

湖南科技職業(yè)學院院級應用技術一般課題（批準號：KJ13212）.

高見芳（1975－），男，湖南郴州人，湖南科技職業(yè)學院電子信息工程與技術系講師，碩士.研究方向：數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢測.