基于單片機的智能家居環境監測系統

劉丹妮 蔡逸凡

摘要：本系統以單片機為構造核心，由煙霧傳感器、人體紅外傳感器、煤氣傳感器構成的室內環境監控系統。上述的傳感器都會設定一個標準值，當他們處于工作狀態時所采集的數據超過設定值，意味著危險或許正在悄然逼近，他們將會觸發報警器，報警數據通過GSM模塊傳輸到手機終端，手機終端再由GSM模塊把控制信號反饋到控制終端。

關鍵字：單片機、煤氣傳感器、紅外感應、煙霧傳感器

1、引言

隨著社會的穩步向前，科技的日益發達，人們對生活水平的要求也越來越高，對生活越來越追求便利、快捷和安全。天然氣以為他的方便與價格優勢走進千家萬戶，現在可以說天然氣的普及率已經相當之高;但是凡事有利必有弊，網上關于煤氣泄漏、不規范使用天然氣造成危險的事屢見不鮮。

雖然現在的安全措施可以說是比較完善了，可以做到基本大人在家的時候不會出現什么危險，就算出現危險觸發警報也可以有效的避開;但是當家里只有小孩或者老人呢？小孩對這些東西本來就是不了解，且天然氣的開關等一般都比較高，如果家長忘記關掉小孩子也不會關閉閥門，而老人嗅覺方面本就不大靈敏可能聞不出什么，一旦觸發警報老人可能因為緊張或者收到驚嚇從而導致引發心腦血管方面的疾病。

除了上述風險之外還有發生火災亦或是心懷不軌的陌生人，這些都對我們的幸福生活構成了威脅。這就是我設計此產品的原因。

2、系統方案設計

下圖所示為整個的智能家居環境檢測系統的大概構述圖，位于各個房間的傳感器會將他們所收集到的數據傳回主控芯片，然后主控芯片會判斷他們收集到的數值是否超過設定值，以此來決定是否觸發警報，并通過GSM網絡來告知戶主。即使戶主不在家，以可通過短信輕松得知家里的信息。

智能家居在我們的生活當中，可以代替人不在家的時候，依然為用戶帶來舒適先進且安全的智能生活。例如：因空氣中的一氧化碳超標，就可以觸發警報裝置并且通過短信提醒用戶。

本設計采用了基于單片機為主控芯片，利用單片機靈活的編程設計和豐富的IO端口，及其控制的準確性來實現智能家居環境的遠程監控，主要由室內環境監控系統、遠程傳輸模塊等部分組成。室內環境監控系統是設計的重要部分，包括煤氣傳感器模塊、人體紅外感應傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊，是對室內環境進行實時監測，當人體紅外感應傳感器模塊或煙霧傳感器模塊檢測到數據、煙霧傳感器模塊采集的數據超過設置的額定值時，觸發報警模塊，報警數據通過GSM（Global System for Mobile Communications的簡稱，中文為全球移動通訊系統，俗稱"全球通"，是一種起源于歐洲的移動通信技術標準，是第二代移動通信技術，其開發目的是讓全球各地可以共同使用一個移動電話網絡標準）模塊傳輸到手機終端，手機終端再由GSM模塊把控制信號反饋到控制終端。

3、系統硬件設計

本產品需要一些對特定危險情況進行特殊感應的傳感器有煤氣、煙霧、人體紅外，來構成傳感器單元。從而進行進一步的數據采集和分析

3.1煤氣傳感器電路

MQ-5是一款集氣敏式和半導體于一體的煤氣傳感器，該傳感器具有敏捷性高、響應速度快、穩定性強、壽命長、電路簡單等特點。他會根據室內的一氧化碳濃度來改變自身的電導率從而達到影響傳遞電流電壓的功能。但是MQ-5輸出的電導率較小于是需要外接一個放大電路將輸出的信號放大。然后再接一個ADC0809將傳遞出的電信號轉化成數字信號。

3.2紅外傳感器電路

紅外傳感器是采用一款基于紅外線技術從而進行自控的傳感器HC-SR501 ，紅外感應的輸出較為簡單直接將人體體溫所發射出的一種紅外線，通過傳感器之后將會被增強至紅外感應源上，該感應源受到人體溫度散發出的紅外線輻射后會失去電荷的平衡，從而達到一種警報的目的。當然前提是經過后面的放大電路，和上面的MQ-5一樣他們所發出的電信號不夠大，都需要放大裝置來將這些信號轉化且放大。

3.3煙霧傳感器電路

MQ-2是一款對于電離子較為敏感的離子式煙霧傳感器，因為其對于電離子較為敏感所以當電離室內的離子不穩定時將會導致所觸發的電流與電壓的不穩定。這種情況只有當由煙霧試圖逃離電離室時才會干擾到正常移動的正、負離子。

煙霧傳感器MQ-2具有價格低廉、性能穩定、獨立聯網、無限輸出等優點，但是缺點也很顯而易見那就是輸出的信號不夠大，依然需要外接一臺數模轉化器ADC0909來放大信號并將電信號轉化成數字信號。報警模塊采用的蜂鳴器報警電路，此電路與單片機相連接當信號經過放大器時，蜂鳴器就會動作，于是我們在報警器電路上加一個三極管，三極管將會提供驅動電路的電流，然后根據基極的高低電平來選擇動作類型，高電平時將會動作，反之輸出低電平將會不動作或者是停止發出聲音。

智能家居為了帶給人們舒適、便利服務的同時，安全也必不可少。所以他的程序設計方面較為復雜，需要統合各傳感器與主芯片之間的聯系，整理程序使其在使用起來的時候流暢不卡頓。

4、總結語

科技的發展使人們的生活更加豐富多彩，人們隨著經濟水平的日益增長對生活的要求也有了新的目標：便捷、舒適、安全、可靠。人們對更好生活的向往催促著智能家居的發展，因為智能家居不僅有效的為生活做出便利也為生活提供了安全保障。

在智能家居的整套體系里，除了大家日常的對于火災煙霧或是甲烷氣體等有害物質的防護外，還對入室搶劫或是圖謀不軌的陌生人進入家中做到了預防和警報。智能家居中重要的就是他的通信和安保系統了，不僅對于高收入家庭來說具有意義，對于平常的老百姓更加具有意義，現在的手機、天然氣等東西的不斷普及，相對來說老百姓的壓力將會進一步減少，這就對于價格來說是件好事。此次設計將單片機和GSM網絡整合在一起合理的運用了資源，運用的速度更加快捷、覆蓋的面積更加廣闊。且這些功能都具有分時段分時間的功能，正好響應了國家的節能政策和理念。每個人每天的生活和工作都要按部就班的進行，此次產品的引入將會使人們在上班之余減少對家里的擔心和困擾，給其在本來就壓力大的工作中帶來心靈上的放松和解脫。

參考文獻

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