基于STC12C5A60S2的家庭智能安防系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

葉長青 陳虎 曾陳萍 王雪

(西昌學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，四川西昌 615000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，人均收入的不斷提高，人們的自我防護意識也在不斷的增強，特別是當(dāng)前微處理技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)計一款安裝簡單、成本低廉、功能強大、可靠性高的家庭智能安防系統(tǒng)，具有強烈的現(xiàn)實意義和巨大的市場需求。

本設(shè)計采用傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)、無線通信技術(shù)以及計算機技術(shù)，設(shè)計了一款具備可選擇在家模式和離家模式的火災(zāi)及煙霧報警觸發(fā)，防盜報警觸發(fā)[1-2]，家居環(huán)境溫濕度顯示以及能夠通過手機APP實現(xiàn)燈光5檔調(diào)節(jié)及控制的家庭智能安防系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

家庭智能安防系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。在本設(shè)計中采用了模塊化設(shè)計，外部環(huán)境模塊包括了煙霧傳感器模塊、人體熱釋紅外傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊，外部控制電路包括了按鍵輸入電路，短信報警、手機APP顯示、LCD顯示、聲光報警以及電燈控制等功能。單片機芯片通過傳感器進行外部環(huán)境信息采集及實時處理，并通過手機藍牙或者按鍵電路實現(xiàn)主人在家模式及離家模式的設(shè)置，離家模式下通過人體熱釋紅外傳感器檢測有無外人進入，如果檢測到外人進入屋內(nèi)則通過GSM模塊進行短信通知并發(fā)出聲光報警，同時通過煙霧傳感器實時檢測家中有無煙霧、有毒有害氣體，如檢測到家中發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏則通過GSM模塊進行短信通知并發(fā)出煙霧報警，最后溫濕度傳感器通過LCD進行實時顯示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該硬件電路采用模塊化電路設(shè)計，主要由主控電路模塊、各傳感器電路模塊及控制電路模塊組成，具體如圖2所示。

按鍵電路主要是用于模式的手動切換以及關(guān)閉人體熱釋傳感器模塊，包括了兩個按鍵作為模式切換按鍵和關(guān)閉紅外傳感器。

通過LED與蜂鳴器組合實現(xiàn)聲光報警功能，該電路用以實現(xiàn)傳感器模塊檢測到家中有陌生人闖入或家中發(fā)生可燃氣體泄露時的聲光報警。

燈光調(diào)節(jié)電路主要借助無線藍牙傳輸模塊通過手機APP達到控制家中燈光的目的，特別是使用單片機的脈沖調(diào)制(PWM)來實現(xiàn)燈光亮度調(diào)節(jié)的功能。

顯示電路選擇LCD1602模塊進行，該模塊具有控制簡單、成本低廉的優(yōu)勢，同時還可增加可調(diào)電阻電路用于調(diào)節(jié)顯示器背光亮度。

該電路采用HC-05無線藍牙傳輸模塊以及GSM模塊分別實現(xiàn)與手機APP連接以及防火防盜的報警功能。HC-05無線藍牙模塊具有功耗低、傳輸安全性強、耐用性高的特點[3]。GSM模塊具備傳輸效率高、覆蓋面廣的特點[4]。

本電路中采用DHT11溫濕度傳感器模塊檢測家庭環(huán)境中的溫濕度，該模塊自帶已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出溫濕度傳感器，具備品質(zhì)好、相應(yīng)迅速、抗干擾能力強的優(yōu)點，且該模塊具備體積小、功耗低、信號傳輸距離遠的特點[5]。

本電路選用HC-SR501人體熱紅外傳感器檢測有無小偷進入家中，該傳感器具有可靠性高、抗干擾能力強、功耗低、檢測距離可調(diào)等特點。

該電路選用MQ-02可燃氣體傳感器作為家庭可燃氣體泄露的檢測模塊，該傳感器具有壽命長、價格便宜、驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，能夠根據(jù)氣體濃度不同導(dǎo)致電導(dǎo)率改變的原理實現(xiàn)檢測。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先在主控程序中完成各個模塊的初始化工作，包括串口、顯示模塊、中斷、定時器等。然后讀取溫濕度模塊、煙霧濃度模塊、人體熱釋紅外檢測模塊、藍牙模塊以及按鍵模塊，通過將溫濕度值、模式選擇、煙霧傳感器數(shù)值等信息顯示在液晶屏幕上。最后系統(tǒng)依次等待各個模塊的響應(yīng)，一旦人體熱釋紅外傳感器模塊或煙霧傳感器模塊檢測有異常，單片機就會執(zhí)行聲光報警和發(fā)送短信的操作，不同的報警包含特定的短信內(nèi)容。

4 系統(tǒng)測試

按照電路原理圖以及程序設(shè)計流程圖分別采用Altium Designer和Proteus進行電路版制作和系統(tǒng)調(diào)試，最終調(diào)試完畢進行電路焊接，最終實物電路如圖4所示。

圖2 電路設(shè)計原理圖

在該電路中，給系統(tǒng)通電完成初始化后，在液晶顯示模塊出現(xiàn)第一行H表示環(huán)境濕度，T表示環(huán)境溫度，第二行Fire表示火災(zāi)情況，其中Y為發(fā)生火災(zāi)，N為未發(fā)生火災(zāi)，Steal表示盜竊情況，其中Y為發(fā)生盜竊，N為沒有發(fā)生盜竊，此時*表示人體熱紅外傳感器已打開，x表示人體熱紅外傳感器已關(guān)閉。手機端通過APP控制在家/離家模式切換，電燈開關(guān)以及燈光亮度調(diào)節(jié)。電路正常工作時，當(dāng)煙霧傳感器檢測到家中發(fā)生可燃氣體泄露或火災(zāi)，以及有外人進入住宅時，將會發(fā)出聲光報警和短信提醒，短信通知如圖5所示。

圖3 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖

圖4 家庭智能安防系統(tǒng)實物圖

圖5 短信通知

5 結(jié)論

本設(shè)計實現(xiàn)了基于STC12C5A60S2單片機的家庭智能安防系統(tǒng)，DHT11采集室內(nèi)溫濕度、HC-SR501傳感器感知有無外人進入屋內(nèi)、MQ-02傳感器感知火災(zāi)發(fā)生，同時無線藍牙模塊實現(xiàn)了系統(tǒng)在家模式和離家模式的切換，所有傳感器采集的信號傳輸?shù)絾纹瑱C進行處理，通過LCD1602顯示屏顯示室內(nèi)溫濕度、有無火災(zāi)、有無外人闖入。當(dāng)發(fā)生非法入侵和火災(zāi)時，本系統(tǒng)能夠發(fā)生聲光報警，并通過GSM通信模塊發(fā)送短信提醒。通過實驗驗證，本系統(tǒng)具有安全性強、可靠性高、性價比高的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)家庭防火防盜以及開關(guān)智能控制的功能，增強了當(dāng)代社會居民的生活體驗，真正將技術(shù)應(yīng)用于生活，改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>