（虎居）随着现代电子通信技术的蓬勃发展以及经济水平的快速提高, 人们对家居安全和家居品质提出了越来越高的要求, 因此设计简单实用、功能强大的智能家居防火防盗系统意义重大. 本文基于 STC89C51单片机设计了一套智能家居防火防盗系统, 该系统能及时发出危险警报, 提醒用户迅速对突发情况采取有效措施, 从而及时有效地保证人身安全, 大程度地降低财产损失.

1 系统总体设计

该系统由信号采集模块、处理模块、中心控制器STC89C51、声光报警模块、环境显示模块和按键控制模块六个模块组成. 系统可根据收到的特定指令获取处理模块和传感器采集的信息, 此外, 系统自带的液晶屏能够准确地显示环境. 同时, 用户还可根据实际需要, 通过对独立按键设置警戒值进行布防、撤防等. 系统总体设计框图

2 系统硬件设计

系统硬件主要由信号采集、中心控制、信号处理、环境显示、外部功能管理及报警等六大部分组成. 利用传感器采集外部环境信号, 经过处理模块后传入 STC89C51 单片机, 从而实现对周围环境信息的识别与处理. 通过独立键盘预设警戒值, 使在液晶屏幕上得到显示. 系统硬件设计电路图

2.1 信息采集部分

利用DS18B20 温度传感器(测温范围在 0~95 )) ℃ 、MQ-2 烟雾传感器和红外热释电传感器对温度、烟雾浓度等外部环境信号进行采集 , 并将这些信息通过适当地放大稳定处理传递给CPU. 以上传感器具有稳定性强、测量精度高、价格低廉等优点.

2.2 中心控制和信号处理部分

STC89C51 主控芯片分别通过其 P1.0 脚、P1.2～P1.5 脚以及 P2.3 脚完成对三个传感电路的控制, 其中烟雾传感电路部分还应包括 ADC0832 模数转换电路, 以达到单片机对气体信号浓度的识别.

2.3 环境显示部分

液晶显示电路部分使用的是LCD1602 液晶显示器, 它是一种常用的平面超薄显示设备, 有两行可进行显示, 每一行可显示 16 个字符, 符合系统设计中液晶显示屏的性能要求. 此时液晶芯片要经过主程序初始化后, 再调用一个 10ms 的延时函数. 单片机以 10ms 为一周期, 处理从温度传感器、烟雾传感器发送过来的信息, 经过 10ms 后将通过电路处理的信息反馈在显示器上 .

2.4 外部功能管理及警报部分

单片机电源可由外部或内部供给, 但两种供电方式不可同时运行, 若外部电源一旦被切断, 为了维护系统正常运行, 内部电源将立刻启动自动供给. 警报电路部分采用蜂鸣器外加 LED 灯以实现报警功能.

预先对系统设定报警温度值和烟雾浓度值, 当发生火灾时, 温度或烟雾浓度超出报警值, 单片机将发送高电平信号给报警电路, 蜂鸣器发生鸣叫, 同时 LED 灯亮起, 自动报警功能得到实现. 这套方案是由继电器产生电磁场吸引和断开开关来实现的. 在操作报警系统工作时, 按键电路是人机交互的一个核心. 其中S1: 设置/保存; S2: 加/布防; S3: 减/撤防.

3 系统软件设计

系统软件部分主要包含处理和显示模块. 以STC89C51 单片机为核心, 利用三个传感器和模数转换芯片实现的采集和处理, 经过单片机程序处理后将信号与预设的警界值进行比较. 若这些信号超出预设的警界值, 单片机将发送命令给报警电路进行声光报警, 同时LCD1602 液晶将其显示出来. 人工交互的功能 [4] , 主要是采用按键来控制, 如预设环境警戒值和布防、撤防. 系统程序设计流程图.

软件设计主要子模块介绍:

(1) 处理模块

信号处理模块的程序主要包含: 初始化模块、接收传感器采集的模块、选择放大信号模块、启动模数转换模块四个模块. 当程序开始工作时, 首先对系统的各个模块进行

初始化, 然后对环境进行检测, 经传感器和 A/D 转换器转换处理后将传送给单片机, 再进行相应的判断和比较.

(2) 显示模块

显示部分程序要进行初始化的显示、环境实测的显示、预设警戒值的显示以及布防、撤防的标志显示. 其中, 警戒值和布防/撤防均通过按键来进行控制, 由此实现人机交互操作.

4 系统功能实现

4.1 模拟作品制作

(1) 将液晶模块、小系统模块、传感器模块等焊接好以后, 对系统通电进行实验与调试. 制作的智能家居防火防盗系统上电后显示.

(2) 当系统接上电源并按下复位键后, 若按下键 3, 系统开启设防, 防盗系统开始工作. 一旦有不法分子入侵时, 收到的红外信号发生改变,单片机将发送报警信号给报警电路模块和显示电路模块. 此时, 显示电路启动, 环境的温度、烟雾浓度在液晶屏上得到显示, 同时报警电路启动, 声光报警功能得以实现. 红外热释电报警图.

(3) 焊接时采用洞洞板, 将所有元器件整理完后, 根据 AD 中的原理图先把单片机小系统焊接完成并成功上电, 接着焊接液晶模块, 结合液晶模块和 CPU 模块考虑整体布局, 每做完一个模块就立刻测试其显示情况, 并针对所出现的问题制定相应措施, 在确定电路的准确性后将作品完成.

4.2 功能实现

本系统实现的主要功能如下:

(1) 利用 MQ-2 烟雾传感器和温度传感器 DS18D20, 实现环境的检测;

(2) 利用三个按键, 实现环境警戒值的设置;

(3) 利用 LCD1602 液晶显示当前温度、烟雾浓度数值, 实现环境的显示;

(4) 利用蜂鸣器和 LED, 实现声光报警.

本系统设计的温度传感器能将测量误差控制在±1℃内, 拥有较高的精确度; 通过三个独立按键的控制, 能够预设环境的警戒值和布防/撤防; 在进行布防过程中有一定时间的过渡阶段, 需要根据实际情况对系统进行调试以降低误报率; 当检测到环境中的温度和烟雾浓度超过预设的警戒值时, 系统电路板上的蜂鸣器将发出警报声, 相应颜色的 LED 灯将被点亮, 从而实现声光报警功能.

4.3 系统实现效果评价

对系统功能进行了分析、拓展和延伸, 其根本目的是使市面大部分家居系统都能够实现智能化, 具有自动防火、防盗、报警等功能. 通过实验仿真和对硬件、软件部分进行调试, 基本达到了系统防火、防盗的功能要求, 可实现对家居智能化管控要求. 实验结果与理论分析基本吻合, 表明该设备在技术上有一定智能性和可靠性 .

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