基于單片機智能家居設計

袁志強

摘? 要：文章提出了一種基于AT89S51單片機的智能家居系統的設計，該系統具有室內煤氣以及煙霧的檢測、家庭室內防盜等功能。文章詳細分析了系統的總體設計，詳盡分析并設計了煤氣傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、人體紅外感應傳感器模塊、報警模塊等各硬件部分，并利用PROTUES軟件進行了系統仿真。仿真結果證明：系統具有成本低、效率高、操作方便等優點，達到了預期設計的效果。

關鍵詞：單片機;智能家居;傳感器

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0082-02

引言

隨著現代電子信息技術的進步與發展，人們的生活方式發生了巨大的變化，更加偏向于智能化、人性化、網絡化，人們已經不再滿足于傳統簡單的住宅居住空間，于是符合網絡時代潮流的新型智能家居產業逐漸興盛起來。智能家居是以住宅為平臺，采用先進的傳感器技術、無線通信技術、自動控制技術組建一個人性化的智能家居系統，滿足人們舒適、快節奏、高效的生活需求[1-6]。本文結合單片機接口技術以及串行通信技術設計了智能家居系統，該系統具有的功能是：當煤氣傳感器模塊、人體紅外感應傳感器模塊感應到數據或者煙霧傳感器模塊采集的數據超過設置的額定值時，報警指示燈亮，并通過蜂鳴器發出警報，通過GSM模塊傳到遠程的手機終端，再由手機終端對智能家居系統進行控制。

1 系統總體設計

本設計主要由AT89S51單片機、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。系統總體方框圖如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 室內環境監控系統設計

室內環境監控系統由煤氣傳感器模塊、人體紅外感應傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊等部分組成。

煤氣傳感器采用半導體氣敏式煤氣傳感器MQ-5，該傳感器的工作原理是傳感器所處環境中存在煤氣時，傳感器的電導率會隨空氣中煤氣濃度的變化而變化，再將電導率的變化轉化成相應的電信號。煤氣傳感器輸出的模擬信號值較小，先需要接一個放大電路將信號放大，然后再接一個模數轉化器ADC0809將模擬信號轉數字信號接單片機的P1口。MQ-5具有靈敏度高、響應速度快、穩定性優異、壽命長、驅動電路簡單等優點，非常適合煤氣泄露監測。

人體紅外感應傳感器采用人體紅外傳感器HC-SR501，該傳感器的工作原理是人體恒定的37攝氏度體溫發射的10UM左右的紅外線通過傳感器的菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上，紅外感應源上的熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，經后續電路檢測處理后就會變成相應變化的電流、電壓。紅外感應傳感器輸出較簡單，直接與單片機的P0.0接口連接即可。

煙霧傳感器采用離子式MQ-2型煙霧傳感器，離子式煙霧傳感器工作原理是傳感器的內外電離室裝有放射源镅241，產生的正、負離子在電場的作用下各自向正負電極移動，正常的情況下，內外電離室的電流、電壓都是穩定的，當有煙霧竄逃外電離室，就會干擾正、負離子的正常運動，電流、電壓也隨著發生變化。煙霧傳感器輸出的是模擬量，需要接入模數轉化器ADC0809再與單片機P2口連接。MQ-2具有價格低、嵌入低功耗CMOS微處理器、手動測試與復位、性能穩定，具有獨立/聯網/無線輸出等優點。非常適合家用火災防范設計。

報警模塊采用蜂鳴音報警電路，蜂鳴器報警電路是設計采用壓電式的蜂鳴器，與單片機的P0.1接口連接，單片機的輸出值經過驅動器的放大，蜂鳴器就發出聲音;壓電式的蜂鳴器大約需10mA的電流，可以采用一個晶體的三極管來驅動，如圖2所示：在圖中，P0.1接晶體管的基極。當P0.1輸出的是高電平，晶體管就導通，壓電式的蜂鳴器的兩端獲得大約5V電壓時鳴叫。當P0.1輸出的是低電平，三極管就截止，蜂鳴器也停止發出聲音。

2.2 遠程傳輸模塊設計

遠程傳輸模塊采用GSM模塊，它是一個類似于手機的通訊模塊，包含了手機的短信、通信等功能，通過使用AT指令可以與手機直接進行通信。GSM模塊的UART口與單片機的相對應的串口連接，手機通過GSM模塊對溫度、煙霧以及紅外信號進行接收并將反饋信號發送到室內環境監控系統控制端。

3 軟件設計

智能家居中的各個傳感器對家居的模擬數據量進行收集、檢測，采集后的數據經過A/D轉換器傳輸給主控單片機，主控單片機向報警模塊發出報警信號，同時通過GSM模塊向手機終端發送相關信息，手機終端再通過GSM模塊把反饋信息傳輸給控制終端。單片機采集數據程序流程圖如圖3所示。

4 結束語

論文提出了一種低成本、實用、可靠、操作方便的智能家居系統的設計方案，系統的軟件程序經過編譯軟件KeilC51反復調試，并通過仿真軟件PROTUES進行過仿真，達到了預期滿意的效果。但不足的是該設計方案還處于仿真階段，還未進行實物論證，后續還需要完善。

參考文獻：

[1]戴宇培，張鈺，劉云飛.智能家居和樓宇的實時監控系統設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2017（2）：49-52+69.

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[4]盧林杰，秦會斌.基于STM8S103和WiFi的智能家居照明系統設計[J].電氣自動化，2014，36（3）：101-103.

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[6]劉德陽，溫宗周，薛冬旺，等.基于WiFi的智能家居中央控制系統設計[J].單片機與嵌入式系統應用，2018（8）：82-87.