（ 虎居客服熱線： 400-016-8257 ） 隨著現(xiàn)代電子通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平的快速提高, 人們對家居安全和家居品質(zhì)提出了越來越高的要求, 因此設(shè)計(jì)簡單實(shí)用、功能強(qiáng)大的智能家居防火防盜系統(tǒng)意義重大. 本文基于 STC89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套智能家居防火防盜系統(tǒng), 該系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出危險(xiǎn)警報(bào), 提醒用戶迅速對突發(fā)情況采取有效措施, 從而及時(shí)有效地保證人身安全, Zui大程度地降低財(cái)產(chǎn)損失.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、中心控制器 STC89C51、聲光報(bào)警模塊、環(huán)境數(shù)據(jù)顯示模塊和按鍵控制模塊六個(gè)模塊組成. 系統(tǒng)可根據(jù)收到的特定指令獲取數(shù)據(jù)處理模塊和傳感器采集的信息, 此外, 系統(tǒng)自帶的液晶屏能夠準(zhǔn)確地顯示環(huán)境數(shù)據(jù). 同時(shí), 用戶還可根據(jù)實(shí)際需要, 通過對獨(dú)立按鍵設(shè)置警戒值進(jìn)行布防、撤防等. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由信號采集、中心控制、信號處理、環(huán)境數(shù)據(jù)顯示、外部功能管理及報(bào)警等六大部分組成. 利用傳感器采集外部環(huán)境信號, 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊后傳入 STC89C51 單片機(jī), 從而實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境信息的識(shí)別與處理. 通過獨(dú)立鍵盤預(yù)設(shè)警戒值, 使數(shù)據(jù)在液晶屏幕上得到顯示. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路圖

2.1 信息采集部分

利用 DS18B20 溫度傳感器(測溫范圍在 0~95 )) ℃ 、MQ-2 煙霧傳感器和紅外熱釋電傳感器對溫度、煙霧濃度等外部環(huán)境信號進(jìn)行采集 , 并將這些信息通過適當(dāng)?shù)胤糯蠓€(wěn)定處理傳遞給CPU. 以上傳感器具有穩(wěn)定性強(qiáng)、測量精度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn).

2.2 中心控制和信號處理部分

STC89C51 主控芯片分別通過其 P1.0 腳、P1.2～P1.5 腳以及 P2.3 腳完成對三個(gè)傳感電路的控制, 其中煙霧傳感電路部分還應(yīng)包括 ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路, 以達(dá)到單片機(jī)對氣體信號濃度的識(shí)別.

2.3 環(huán)境數(shù)據(jù)顯示部分

液晶顯示電路部分使用的是 LCD1602 液晶顯示器, 它是一種Zui常用的平面超薄顯示設(shè)備, 有兩行可進(jìn)行顯示, 每一行可顯示 16 個(gè)字符, 符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中液晶顯示屏的性能要求. 此時(shí)液晶芯片要經(jīng)過主程序初始化后, 再調(diào)用一個(gè) 10ms 的延時(shí)函數(shù). 單片機(jī)以 10ms 為一周期, 處理從溫度傳感器、煙霧傳感器發(fā)送過來的信息, 經(jīng)過 10ms 后將通過電路處理的信息反饋在顯示器上 .

2.4 外部功能管理及警報(bào)部分

單片機(jī)電源可由外部或內(nèi)部供給, 但兩種供電方式不可同時(shí)運(yùn)行, 若外部電源一旦被切斷, 為了維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行, 內(nèi)部電源將立刻啟動(dòng)自動(dòng)供給. 警報(bào)電路部分采用蜂鳴器外加 LED 燈以實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能.

預(yù)先對系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警溫度值和煙霧濃度值, 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí), 溫度或煙霧濃度超出報(bào)警值, 單片機(jī)將發(fā)送高電平信號給報(bào)警電路, 蜂鳴器發(fā)生鳴叫, 同時(shí) LED 燈亮起, 自動(dòng)報(bào)警功能得到實(shí)現(xiàn). 這套方案是由繼電器產(chǎn)生電磁場吸引和斷開開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的. 在操作報(bào)警系統(tǒng)工作時(shí), 按鍵電路是人機(jī)交互的一個(gè)核心. 其中S1: 設(shè)置/保存; S2: 加/布防; S3: 減/撤防.

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分主要包含數(shù)據(jù)處理和顯示模塊. 以STC89C51 單片機(jī)為核心, 利用三個(gè)傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理, 經(jīng)過單片機(jī)程序處理后將數(shù)據(jù)信號與預(yù)設(shè)的警界值進(jìn)行比較. 若這些信號超出預(yù)設(shè)的警界值, 單片機(jī)將發(fā)送命令給報(bào)警電路進(jìn)行聲光報(bào)警, 同時(shí)LCD1602 液晶將其數(shù)據(jù)顯示出來. 人工交互的功能 [4] , 主要是采用按鍵來控制, 如預(yù)設(shè)環(huán)境警戒值和布防、撤防. 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖.

軟件設(shè)計(jì)主要子模塊介紹:

(1) 數(shù)據(jù)處理模塊

信號處理模塊的程序主要包含: 初始化模塊、接收傳感器采集的數(shù)據(jù)模塊、選擇放大信號模塊、啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊四個(gè)模塊. 當(dāng)程序開始工作時(shí), 首先對系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行

初始化, 然后對環(huán)境進(jìn)行檢測, 經(jīng)傳感器和 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換處理后將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī), 再進(jìn)行相應(yīng)的判斷和比較.

(2) 顯示模塊

顯示部分程序要進(jìn)行初始化的顯示、環(huán)境實(shí)測數(shù)據(jù)的顯示、預(yù)設(shè)警戒值的顯示以及布防、撤防的標(biāo)志顯示. 其中, 警戒值和布防/撤防均通過按鍵來進(jìn)行控制, 由此實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作.

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 模擬作品制作

(1) 將液晶模塊、Zui小系統(tǒng)模塊、傳感器模塊等焊接好以后, 對系統(tǒng)通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與調(diào)試. 制作的智能家居防火防盜系統(tǒng)上電后顯示.

(2)  當(dāng)系統(tǒng)接上電源并按下復(fù)位鍵后, 若按下鍵 3, 系統(tǒng)開啟設(shè)防, 防盜系統(tǒng)開始工作. 一旦有不法分子入侵時(shí), 接收器收到的紅外信號發(fā)生改變,單片機(jī)將發(fā)送報(bào)警信號給報(bào)警電路模塊和顯示電路模塊. 此時(shí), 顯示電路啟動(dòng), 環(huán)境的溫度、煙霧濃度在液晶屏上得到顯示, 同時(shí)報(bào)警電路啟動(dòng), 聲光報(bào)警功能得以實(shí)現(xiàn). 紅外熱釋電報(bào)警圖.

(3) 焊接時(shí)采用洞洞板, 將所有元器件整理完后, 根據(jù) AD 中的原理圖先把單片機(jī)Zui小系統(tǒng)焊接完成并成功上電, 接著焊接液晶模塊, 結(jié)合液晶模塊和 CPU 模塊考慮整體布局, 每做完一個(gè)模塊就立刻測試其顯示情況, 并針對所出現(xiàn)的問題制定相應(yīng)措施, 在確定電路的準(zhǔn)確性后將作品完成.

4.2 功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下:

(1) 利用 MQ-2 煙霧傳感器和溫度傳感器 DS18D20, 實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測;

(2) 利用三個(gè)按鍵, 實(shí)現(xiàn)環(huán)境警戒值的設(shè)置;

(3) 利用 LCD1602 液晶顯示當(dāng)前溫度、煙霧濃度數(shù)值, 實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的顯示;

(4) 利用蜂鳴器和 LED, 實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警.

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度傳感器能將測量誤差控制在±1℃內(nèi), 擁有較高的度; 通過三個(gè)獨(dú)立按鍵的控制, 能夠預(yù)設(shè)環(huán)境的警戒值和布防/撤防; 在進(jìn)行布防過程中有一定時(shí)間的過渡階段, 需要根據(jù)實(shí)際情況對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試修改以降低誤報(bào)率; 當(dāng)檢測到環(huán)境中的溫度和煙霧濃度超過預(yù)設(shè)的警戒值時(shí), 系統(tǒng)電路板上的蜂鳴器將發(fā)出警報(bào)聲, 相應(yīng)顏色的 LED 燈將被點(diǎn)亮, 從而實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能.

4.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果評價(jià)

對系統(tǒng)功能進(jìn)行了分析、拓展和延伸, 其根本目的是使市面大部分家居系統(tǒng)都能夠?qū)崿F(xiàn)智能化, 具有自動(dòng)防火、防盜、報(bào)警等功能. 通過實(shí)驗(yàn)仿真和對硬件、軟件部分進(jìn)行調(diào)試, 基本達(dá)到了系統(tǒng)防火、防盜的功能要求, 可實(shí)現(xiàn)對家居智能化管控要求. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本吻合, 表明該設(shè)備在技術(shù)上有一定智能性和可靠性 .

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