基于DSP TMS320F2812的智能家庭監控系統設計與制作

作者/徐敏、梁亞清，江蘇信息職業技術學院

基于DSP TMS320F2812的智能家庭監控系統設計與制作

作者/徐敏、梁亞清，江蘇信息職業技術學院

本設計以TI公司的TMS320F2812作為主控制芯片，輔以傳感器外圍電路，實現了一個智能家庭監控系統，對室內溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體進行檢測和處理，監測結果由液晶顯示屏顯示，當檢測物理量超出設定值時，啟動報警，并打開相應的執行模塊。經調試驗證，本系統運行正常，能夠有效地監控室內環境，各物理量直觀地顯示在液晶顯示屏上，達到了系統設計要求。

DSP TMS320F2812；溫度；濕度；光照強度；可燃性氣體；MS12864液晶顯示屏

引言

隨著國民經濟與人民生活水平的不斷提高，人們對住宅環境的要求不斷提高，人們越來越希望自己的生活環境舒適、安全、節能。本文設計了一款低成本的監測室內溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體濃度的系統，以為人們提供一個舒適安全的居住環境。

1.系統總體設計

本設計采用DSP(TMS320F2812)為主控芯片，結合外圍電路，組成智能家庭監控系統。系統硬件電路主要由TMS320F2812及其外圍溫度檢測電路、濕度檢測電路等組成。DSP主控制器循環檢測溫度、濕度、光照強度、氣體濃度的值，并且在液晶屏上顯示出來，當溫度、濕度、氣體濃度超過閾值則啟動風扇，低于閾值則風扇不動作，當光照強度低于設定閾值則LED燈被點亮，高于閾值則熄滅。系統設計框圖如圖1所示。

圖1 系統設計框圖

2.系統硬件電路設計

■2.1 主控制器

主控制器選用TI公司的高性能32位信號處理器TMS320F2812，它能夠在一個周期內完成32×32位的乘法累加運算，或兩個16×16位乘法累加運算。它的中斷延遲時間短，能滿足實時控制的需要。此外，它具有高度集成高速、低功耗、易于開發等優點，特別適用于高性能數字控制和通訊等領域[1]。主控制器最小系統圖如圖2所示[2]。

圖2 主控制器最小系統圖

■2.2 溫度檢測電路

溫度檢測電路主要實現對環境溫度的檢測，本設計采用PT100鉑電阻作為溫度傳感器。溫度檢測電路連接圖如圖3所示，其主要由運算放大器LM358構成電壓跟隨器、PT100和R14構成的分壓電路構成，通過分壓檢測PT100的阻值，由運放構成電壓跟隨器，提高測量點電壓驅動能力最后將檢測電壓送到DSP的模數轉換單元進行處理。

圖3 溫度檢測電路

■2.3 濕度檢測電路

濕度檢測電路主要實現對家居環境濕度的檢測，本設計采用HIH–4000系列濕度傳感器里的HIH–4000–03。由其構成的濕度檢測電路如圖4所示。HIH–4000–03為電壓輸出型濕度傳感器，輸出兩個電阻R11、R16起分壓作用，LM358運算放大器構成電壓跟隨器，將濕度轉換成檢測電壓送到DSP的模數轉換單元進行處理。

圖4 濕度檢測電路

圖5 光照強度檢測電路

■2.4 光照強度檢測電路

光照強度檢測電路主要實現對家居環境中光照強度的檢測，本設計采用光敏電阻作為光照檢測傳感器。光照強度檢測電路連接圖如圖5所示，其主要由運算放大器構成電壓跟隨器、光敏電阻R18和R21構成分壓電路構成，通過分壓檢測光敏電阻R18的阻值，由運放構成電壓跟隨器，提高測量點電壓驅動能力，最后光照強度轉換成將檢測電壓送到DSP的模數轉換單元進行處理。

■2.5 可燃性氣體檢測電路

圖6 可燃性氣體檢測電路

國內煤氣的使用非常普遍，為了防止煤氣中毒事件發生，加強煤氣檢測是非常重要的。本設計采用MQ–9氣體傳感器實現室內煤氣一氧化碳的檢測[3]。封裝好的MQ–9有六只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。可燃性氣體檢測電路連接圖如圖6所示。MQ–9傳感器相當于一個電阻與R25串聯，氣體濃度增加傳感器電阻減小。

■2.6 報警電路

當檢測到的物理量超過或低于設定的閾值時，報警電路發出聲音報警，方便用戶做進一步處理。其電路連接圖如圖7所示，采用蜂鳴器報警。

圖7 報警電路

圖8 風扇驅動電路

■2.7 執行電路

本設計有兩個執行電路：風扇電路和LED驅動電路。當溫度、濕度以及可燃性氣體濃度超過設定閾值時，則啟動風扇驅動電路[4]；當光照強度低于設定閾值時，則啟動照明裝置，光照強度高于閾值時，則LED燈熄滅。電路連接圖如圖8和圖9所示。

圖9 LED驅動電路

3.系統軟件設計

■3.1 系統流程圖

系統軟件主要由主程序和子程序等組成。主程序完成系統初始化、中斷設置等功能；子程序完成濕度、溫度、氣體濃度以及光照強度的檢測和顯示。主程序流程圖如圖10所示，子程序流程圖如圖11所示。

圖10 主程序流程圖

圖11 子程序流程圖

■3.2 系統程序設計

本設計是基于 uCOS–II操作系統，采用C語言編程實現的，主要包括main()主程序、系統外部中斷程序、顯示子程序、采樣子程序等幾個部分構成。經調試后，程序運行情況穩定，顯示結果如圖12所示。

圖12 顯示結果

4. 結論

本設計能夠正常檢測室內溫度、濕度、亮度以及可燃氣體濃度，當物理量超過設定閾值時會自動報警，并打開風扇通風，實現自動調節；在亮度低于設定閾值時系統自動報警并打開照明裝置，各檢測物理量直觀的顯示在液晶顯示屏上，達到了系統設計要求。本設計在今后可以進一步完善，采用模塊化電路實現，通過預留出的端口，通過改變傳感器模塊電路就可以方便地實現不同物理量的檢測，另外將無線通信引入進來，可實現真正意義上的智能家居控制。

＊ [1]徐科軍，張瀚，陳志淵.TMS320x2812xDSP原理與應用[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2006

＊ [2]陳光偉，向中凡. 基于TMS320F2812的最小系統設計[J],微型機與應用，2010.12(49)

＊ [3]譚長森.基于PT100型鉑熱電阻的測溫裝置設計[J]，工礦自動化，2012.3

＊ [4]羅中良，汪華斌，吳靜，劉剛. 基于ZigBee網絡的氣體監測報警系統設計[J]，計算機術與自動化，2011.12