家居安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李志成 胡金良 趙水英

摘 要：本設(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于單片機(jī)AT89S51為控制核心，外接傳感器采集環(huán)境變量的數(shù)據(jù)進(jìn)入單片機(jī)中進(jìn)行處理，例如加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器和紅外傳感器。系統(tǒng)的基本外設(shè)還包括GSM模塊、矩陣鍵盤、LCD液晶顯示器。各個(gè)模塊都有著重要的作用。利用GSM模塊可以綁定用戶手機(jī)號，對家居進(jìn)行監(jiān)控；利用矩陣鍵盤和LCD顯示器是可以通過矩陣鍵盤輸入數(shù)據(jù)，LCD顯示器可以顯示系統(tǒng)工作情況，方便用戶觀察。系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)涉及單片機(jī)原理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、無線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)等多科學(xué)領(lǐng)域，來完成系統(tǒng)對家居智能控制的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能家居；無線通訊

0 引言

隨著人們生活的進(jìn)步，很多人對自己所居住的場所的安全性提出了更高的要求，這也給了我們解決問題提供了機(jī)會。目前主要的家居安全問題包括兩方面，一是家用電器、燃?xì)膺@類安全問題，這些設(shè)備的運(yùn)行一旦發(fā)生意外，可能引發(fā)火災(zāi)，其后果將是不堪設(shè)想的；二是當(dāng)我們外出工作或在夜間時(shí)，我們不得不防備那些不速之客，來保證我們家庭的財(cái)產(chǎn)安全。目前，國內(nèi)的小區(qū)內(nèi)基本上都安裝了監(jiān)控設(shè)備，但這只能起到監(jiān)控作用；部分小區(qū)安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，這在一定程度上保障了居民的財(cái)產(chǎn)和公共設(shè)施的安全，但這些設(shè)備也很容易被屏蔽。所以在這種情況下，家居安全監(jiān)控系統(tǒng)對家居的安全和財(cái)產(chǎn)的保護(hù)作用就顯得尤為重要。

1 硬件

1.1 硬件設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件方面包括電源、輸入矩陣鍵盤、LCD液晶顯示器、GSM通信模塊、各類傳感器和處理數(shù)據(jù)的核心單片機(jī)AT89S51。電源部分采用的是市場上很容易得到的穩(wěn)壓芯片，來為各個(gè)模塊供電，其效果也是得到了很多用戶的認(rèn)可，為各模塊穩(wěn)定工作提供了保障。矩陣鍵盤和LCD顯示器作為系統(tǒng)的輸入輸出部分，用戶可以利用鍵盤對系統(tǒng)做一些個(gè)性化設(shè)置和通過LCD顯示器觀察系統(tǒng)的工作情況。GSM通信模塊是用戶可以綁定手機(jī)號來對系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且系統(tǒng)檢測到異常情況發(fā)生時(shí)可以對手機(jī)發(fā)送報(bào)告來告知用戶，方便了人們的生活。傳感器是用來檢測外部環(huán)境發(fā)生的變化產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，判斷是否有異常情況發(fā)生。

1.2 電源部分

AT89C51需要5V電壓供電，而GSM需要3.4～4.2V供電，包括其他模塊，有需要不同電壓供電的，設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路就顯得很有必要。電源電路采用市電供電，首先采用變壓器將市電220V交流電轉(zhuǎn)化為12V；然后用橋式整流方式對12V交流電進(jìn)行整流，整流出+12V和-12V直流電；再采用穩(wěn)壓管進(jìn)行穩(wěn)壓，如利用LM7805穩(wěn)壓管輸出5V電，利用AMS1117穩(wěn)壓芯片輸出3.3V電等。

1.3 無線組網(wǎng)

采用無線組網(wǎng)技術(shù)是因?yàn)?，ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立能和無線組網(wǎng)很好的契合。在目前，一般來講組網(wǎng)技術(shù)有無線組網(wǎng)和有線組網(wǎng)這兩種技術(shù)，這兩種組網(wǎng)技術(shù)都被廣泛應(yīng)用于我們的生活中。有線組網(wǎng)技術(shù)，即是用實(shí)體的線路組成的電路網(wǎng)絡(luò)，如生活中的以太網(wǎng)線、電力線和電話線等，但是其本身也存在著一些缺點(diǎn)，如布線和維護(hù)比較繁瑣、不容易擴(kuò)展、傳輸距離受限、不美觀等。在目前的家居生活中，無線組網(wǎng)技術(shù)有著更廣闊的前景，其容易安裝和維護(hù)、不需要布線、擴(kuò)展性強(qiáng)和不影響家居美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)。

無線組網(wǎng)技術(shù)在本設(shè)計(jì)中也得到應(yīng)用。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中信息量不大，所以在信息發(fā)送和采集方面對速率要求不高，一般情況下速率為10kbit/s ～ 20kbit/s即可達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。

2 數(shù)據(jù)通訊部分

2.1 ZigBee傳輸協(xié)議

在本項(xiàng)目內(nèi)部通信中需要傳送的數(shù)據(jù)包括：控制命令數(shù)據(jù)和間斷的環(huán)境數(shù)據(jù)，這兩種數(shù)據(jù)量都比較小，對于傳輸?shù)乃俣纫蟛⒉桓摺１驹O(shè)計(jì)用的無線通信技術(shù)是ZigBee協(xié)議通信技術(shù)，而不采用藍(lán)牙和Wifi技術(shù)的主要原因是其功耗高，并且傳輸性能不是很穩(wěn)定。相比較于它們，ZigBee傳輸協(xié)議就具有傳輸性可靠，使用起來復(fù)雜度不高，低成本、省電、短延時(shí)及高保密性等特點(diǎn)，很適合于本設(shè)計(jì)。此外，還采用了星型拓?fù)湮锫?lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其控制簡單，并且發(fā)生故障時(shí)可以及時(shí)診斷加以隔離。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與無線的內(nèi)部通信結(jié)合可以避免線路安裝的劣勢，并且具有傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 GSM通信模塊

GSM通信模塊可以接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行PDU解碼，通過使用AT命令將編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文字報(bào)告?zhèn)鬏斀o遠(yuǎn)程手機(jī)用戶；也可以接收并識別手機(jī)用戶發(fā)來的命令，生成指令發(fā)送給單片機(jī)來執(zhí)行命令。這樣用戶可以進(jìn)行一些個(gè)性化的操作，方便了我們的生活。

3 小結(jié)

就目前國內(nèi)的市場來看，這種家居安全監(jiān)控系統(tǒng)潛力很大。在用戶使用方面，其能方便人們生活，帶來更高的生活享受；在家居安全方面，它的監(jiān)控系統(tǒng)足以能使我們防患于未然；在制作成本及風(fēng)險(xiǎn)方面，它的制作成本較低，而產(chǎn)品的性價(jià)比高，正是由于這，所以它的市場風(fēng)險(xiǎn)也是較低的?？偟膩碚f，家居安全監(jiān)控系統(tǒng)還是很值得我們?nèi)パ邪l(fā)的。

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（作者單位：宿州學(xué)院 機(jī)械與電子工程學(xué)院）