家居安全監控系統的設計

李志成 胡金良 趙水英

摘 要：本設計系統是基于單片機AT89S51為控制核心，外接傳感器采集環境變量的數據進入單片機中進行處理，例如加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器和紅外傳感器。系統的基本外設還包括GSM模塊、矩陣鍵盤、LCD液晶顯示器。各個模塊都有著重要的作用。利用GSM模塊可以綁定用戶手機號，對家居進行監控；利用矩陣鍵盤和LCD顯示器是可以通過矩陣鍵盤輸入數據，LCD顯示器可以顯示系統工作情況，方便用戶觀察。系統的研究設計涉及單片機原理技術、自動控制技術、無線通信技術和傳感器技術等多科學領域，來完成系統對家居智能控制的任務。

關鍵詞：單片機；智能家居；無線通訊

0 引言

隨著人們生活的進步，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會。目前主要的家居安全問題包括兩方面，一是家用電器、燃氣這類安全問題，這些設備的運行一旦發生意外，可能引發火災，其后果將是不堪設想的；二是當我們外出工作或在夜間時，我們不得不防備那些不速之客，來保證我們家庭的財產安全。目前，國內的小區內基本上都安裝了監控設備，但這只能起到監控作用；部分小區安裝了智能報警系統，這在一定程度上保障了居民的財產和公共設施的安全，但這些設備也很容易被屏蔽。所以在這種情況下，家居安全監控系統對家居的安全和財產的保護作用就顯得尤為重要。

1 硬件

1.1 硬件設計方案

本設計系統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據的核心單片機AT89S51。電源部分采用的是市場上很容易得到的穩壓芯片，來為各個模塊供電，其效果也是得到了很多用戶的認可，為各模塊穩定工作提供了保障。矩陣鍵盤和LCD顯示器作為系統的輸入輸出部分，用戶可以利用鍵盤對系統做一些個性化設置和通過LCD顯示器觀察系統的工作情況。GSM通信模塊是用戶可以綁定手機號來對系統進行控制，并且系統檢測到異常情況發生時可以對手機發送報告來告知用戶，方便了人們的生活。傳感器是用來檢測外部環境發生的變化產生數據輸入到單片機中進行處理，判斷是否有異常情況發生。

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，設計一個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交流電轉化為12V；然后用橋式整流方式對12V交流電進行整流，整流出+12V和-12V直流電；再采用穩壓管進行穩壓，如利用LM7805穩壓管輸出5V電，利用AMS1117穩壓芯片輸出3.3V電等。

1.3 無線組網

采用無線組網技術是因為，ZigBee無線傳感網絡的建立能和無線組網很好的契合。在目前，一般來講組網技術有無線組網和有線組網這兩種技術，這兩種組網技術都被廣泛應用于我們的生活中。有線組網技術，即是用實體的線路組成的電路網絡，如生活中的以太網線、電力線和電話線等，但是其本身也存在著一些缺點，如布線和維護比較繁瑣、不容易擴展、傳輸距離受限、不美觀等。在目前的家居生活中，無線組網技術有著更廣闊的前景，其容易安裝和維護、不需要布線、擴展性強和不影響家居美觀等諸多優點。

無線組網技術在本設計中也得到應用。因為本設計中信息量不大，所以在信息發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即可達到本設計的要求。

2 數據通訊部分

2.1 ZigBee傳輸協議

在本項目內部通信中需要傳送的數據包括：控制命令數據和間斷的環境數據，這兩種數據量都比較小，對于傳輸的速度要求并不高。本設計用的無線通信技術是ZigBee協議通信技術，而不采用藍牙和Wifi技術的主要原因是其功耗高，并且傳輸性能不是很穩定。相比較于它們，ZigBee傳輸協議就具有傳輸性可靠，使用起來復雜度不高，低成本、省電、短延時及高保密性等特點，很適合于本設計。此外，還采用了星型拓撲物聯網結構，其控制簡單，并且發生故障時可以及時診斷加以隔離。星型拓撲結構與無線的內部通信結合可以避免線路安裝的劣勢，并且具有傳輸距離遠的優點。

2.2 GSM通信模塊

GSM通信模塊可以接收各個節點傳輸來的數據進行PDU解碼，通過使用AT命令將編碼數據轉換成文字報告傳輸給遠程手機用戶；也可以接收并識別手機用戶發來的命令，生成指令發送給單片機來執行命令。這樣用戶可以進行一些個性化的操作，方便了我們的生活。

3 小結

就目前國內的市場來看，這種家居安全監控系統潛力很大。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，它的監控系統足以能使我們防患于未然；在制作成本及風險方面，它的制作成本較低，而產品的性價比高，正是由于這，所以它的市場風險也是較低的。總的來說，家居安全監控系統還是很值得我們去研發的。

參考文獻

[1]張毅剛，彭喜源，譚曉的.MCS-51單片機應用設計（第二版）[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1997：8-22.

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[3]宋輝.智能家庭網絡的研究[J].沿海企業與科技，2005，（9）：151-152.

（作者單位：宿州學院 機械與電子工程學院）