基于CAN總線的智慧家居安防系統(tǒng)研究

1　引言

國(guó)內(nèi)的家庭智能報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，它的智能化程度也越來(lái)越高。在社區(qū)里的每一個(gè)居住單元安置一臺(tái)主機(jī)，住戶可以在合適的位置安裝紅外線探測(cè)器，煙霧探測(cè)器，煤氣探測(cè)器，等報(bào)警感知設(shè)備及緊急按鈕，報(bào)警主機(jī)通過(guò)can總線與社區(qū)管理服務(wù)中心的電腦相連接，能夠立即對(duì)信息進(jìn)行處理。若發(fā)生入室盜竊、搶劫、燃汽泄露，火災(zāi)等事故，探頭就會(huì)馬上探測(cè)到并由報(bào)警系統(tǒng)立刻報(bào)警；系統(tǒng)還會(huì)立即發(fā)送報(bào)警信息；報(bào)警中心接收到信息后馬上進(jìn)行分析處理，快速判別警報(bào)類(lèi)型、事故發(fā)生地點(diǎn)、哪家住戶，并采取相應(yīng)解救措施；該系統(tǒng)一旦有任何被破壞的現(xiàn)象也會(huì)立刻報(bào)警。總之，無(wú)論何時(shí)，你在何地，該系統(tǒng)都能保護(hù)家人，財(cái)產(chǎn)的安全。

2　研究?jī)?nèi)容

我國(guó)的家居安防體系需要大力發(fā)展和諧小區(qū)建設(shè)，需要建立并完善和諧小區(qū)安防報(bào)警網(wǎng)絡(luò)體系。如何解決在當(dāng)前每一個(gè)住戶經(jīng)濟(jì)承受能力有限的情況下，建立滿足需求的家庭只能安防系統(tǒng)，是當(dāng)前急需解決的課題。該方案是建立在考慮這些因素，可行的實(shí)施方案設(shè)計(jì)。家庭防盜竊報(bào)警系統(tǒng)要求，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，對(duì)安全問(wèn)題越來(lái)越重視，采用各種措施來(lái)確保生命財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)以上分析，本設(shè)計(jì)選用了單片機(jī)AT89C51。對(duì)于應(yīng)用區(qū)域：每一個(gè)住戶可以實(shí)現(xiàn)：家里沒(méi)有人時(shí)，可把家庭智能安防系統(tǒng)設(shè)置成工作狀態(tài)，使所有的探測(cè)器都工作起來(lái)。當(dāng)有人非法闖入時(shí)，探頭探測(cè)到，發(fā)出警報(bào)，同時(shí)立即向報(bào)警中心發(fā)出信號(hào)，然后向當(dāng)?shù)毓膊块T(mén)發(fā)出報(bào)警。人在家時(shí)，把系統(tǒng)設(shè)置成駐守布防狀態(tài)，當(dāng)有人非法進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)馬上發(fā)出警報(bào)；若有其他特別情況，如疾病等殼按緊急按鈕報(bào)警。

3　系統(tǒng)搭建整體設(shè)計(jì)方案

3.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

圖1　系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

3.2　硬件模塊

報(bào)警器硬件由溫度探測(cè)器、煙霧探測(cè)器、煤氣探測(cè)器、紅外線探測(cè)器，鍵盤(pán)顯示模塊以及單片機(jī)與can總線模塊組成。

4　硬件單元電路設(shè)計(jì)

4.1　DS18B20溫度傳感器應(yīng)用電路

溫度傳感器采用ds18b20，輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，可以直接與單片機(jī)相連，如圖2所示：

4.2　煙霧傳感器MQ-2應(yīng)用電路

MQ-2是二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體，當(dāng)MQ-2處于200到300攝氏度時(shí)，二氧化錫媳婦空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，是二氧化錫中的電子密度減少，導(dǎo)致電阻增大，當(dāng)和煙霧接觸式就會(huì)引起表面電導(dǎo)率的變化，從而獲得煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，電導(dǎo)率越大，輸出電阻越低。輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543AIN1相連。MQ-2應(yīng)用電路如圖3所示：

圖2　DS18B20電路

圖3　MQ-2應(yīng)用電路

4.3　煤氣傳感器TP-1.1A應(yīng)用電路

TP-1.1A是采用納米級(jí)SnO2進(jìn)行合理的半導(dǎo)體摻雜，以微珠結(jié)構(gòu)制成的非加熱、低功耗、對(duì)甲烷高度靈敏的可燃?xì)怏w傳感器。TP-1.1A應(yīng)用電路如圖4所示：

圖4　TP-1.1A應(yīng)用電路

假設(shè)加在傳感器上的電壓VI，輸出電壓VO，傳感器的信號(hào)通過(guò)其負(fù)載電阻R的電壓變化獲得。傳感器電阻變化可以通過(guò)公式：RS=(VI-VO)?R/VO得到。

4.4　熱電釋紅外傳感器RE200B

RE200B應(yīng)用電路如圖5所示：

BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)模混合專(zhuān)用集成電路。

4.5　AT89C51與TLC2543接口電路

TLC2543與AT89C51接口電路圖如圖6所示：

圖5　RE200B應(yīng)用電路

圖6　TLC2543與AT89C51接口電路圖

TLC2543可以與AT89C51直接相接，其15至19引腳與單片機(jī)的I/O相接，這里分別選用P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，P2.4口。

4.6　AT89C51與光報(bào)警接口電路

AT89C51與光報(bào)警接口電路如圖7所示：

圖7　AT89C51與光報(bào)警接口電路圖

四個(gè)發(fā)光二極管連接到AT89C51 P1.4到P1.7口。P1.4 ～ P1.7口控制燈都正常的信號(hào)燈，煤氣燈，火災(zāi)燈和防盜燈。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管亮。例如，當(dāng)進(jìn)行煤氣報(bào)警時(shí)，P1.5口的發(fā)光二極管就會(huì)亮。

4.7　AT89C51與can總線接口電路

AT89C51與can總線接口電路圖如圖8所示：

5　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要是收集四個(gè)報(bào)警傳感器的報(bào)警信號(hào)，然后通過(guò)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)光意味著有一個(gè)報(bào)警傳感器報(bào)警。住戶能夠參考自己家庭的具體情況來(lái)布置報(bào)警的限度，通過(guò)顯示鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)將傳輸?shù)缴衔粰C(jī)信號(hào)通過(guò)CAN總線傳輸，并顯示在電腦上。整個(gè)程序由初始化模塊，信號(hào)采集模塊，發(fā)送接收模塊，鍵盤(pán)顯示模塊，報(bào)警模塊組成，其主程序的流程圖如圖9所示：

圖8　AT89C51與can總線接口電路圖

圖9　主程序的流程圖

6　結(jié)束語(yǔ)

基于CAN總線的家庭智能安防系統(tǒng)主要以方便，廉價(jià)，可靠和實(shí)用為目的，主要對(duì)象時(shí)家庭，采用TLC2543的數(shù)據(jù)采集，采用AT89C51單片機(jī)作為控制器，通過(guò)簡(jiǎn)單的鍵盤(pán)設(shè)置，共陽(yáng)極四數(shù)字顯示，由發(fā)光二極管報(bào)警。同時(shí)，此系統(tǒng)與另外一個(gè)同學(xué)的小區(qū)網(wǎng)站組合成一個(gè)完整的系統(tǒng)，能在小區(qū)網(wǎng)站上實(shí)現(xiàn)安防實(shí)時(shí)監(jiān)控。