智能家居中的安全防范系统设计样本.doc

智能家居安防系统能实时监控并防范家庭安全问题。 #生活知识# #家居生活# #居家生活哲学# #家居智能化#

1、 编号 毕业设计(论文) 智能家居中安全防范系统设计 Security system design and smart home 院（系）名称 电气工程学院 专业名称 自动化 学生姓名 学号 指导老师 崔连延 教授 6月22日 摘 要 伴随经济快速增加，快节奏生活状态使得大家越来越重视生活质量和品位。怎样建立一个高效率、低成本智能家居系

2、统已成为当今世界一个热点问题。现在，中国外多种类型智能家居产品越来越多，其中大部分是基于电话网安防控制系统。但在中国，家庭电话用户正逐步降低，且电话线路易被破坏，故这类产品有一定不足。伴随电信 GSM 网络覆盖范围宽广化、无缝化、和手机日益普及为基于 GSM 网络智能家居系统提供了巨大应用空间。 本文设计了一个基于GSM网络智能家居控制系统。本系统采取单片机为系统控制关键，对家庭中出现意外情况用多种传感器进行采集，经过GSM模块把采集到信息发送给管理人员，管理员依据收到信息发送相关指令给GSM模块来控制现场实施机构，完成意外情况排除。 关键词：智能家居；GSM模块；传感器；远程控制

3、 Abstract With the rapid economic growth, fast-paced living conditions make people more emphasis on the quality and taste of life. How to build a high-efficiency, low-cost smart home system has become a hot issue in today's world. Currently, various types of smart home produc

4、ts at home and abroad more and more, most of which are based on telephone network security control system. But in China, home phone users is gradually reduced, and the telephone lines susceptible to damage, so these products have some limitations. With Telecom GSM network coverage of a broad, seamle

5、ss, and the growing popularity of mobile phones offers great use of space-based smart home system GSM network. In this paper, the design of intelligent home control system based on GSM networks. The system uses STC microcontroller as the core system control for unexpected situations that appear in

6、 the family collection with a variety of sensors, via GSM module sends the collected information to managers, administrators send commands to the GSM module in accordance with the relevant information received actuator to control the scene complete exclusion of unforeseen circumstances. Keywords:

7、 intelligent home; GSM module; sensor; remote control 目 录 第1章 绪论1 1.1 研究目标和意义1 1.2 中国外发展情况2 1.3 发展趋势4 1.4 存在问题5 第2章 系统方案7 2.1.系统实现目标7 2.2.系统功效和结构7 2.2.1 主机结构和功效7 2.2.2 从机结构和功效8 第3章 系统硬件设计9 3.1 硬件电路设计9 3.2 系统控制器模块选择9 3.2.1 单片机最小系统设计9 3.2.2 单片机晶振电路11

8、 3.2.3 单片机复位电路11 3.3 单片机电源电路设计12 3.4 键盘电路设计13 3.5 热释电红外传感器电路设计14 3.5.1 热释电红外线原理和特征14 3.5.2 热释电红外传感器RE200B介绍14 3.5.3 热释电红外传感器电路设计15 3.6烟雾检测模块17 3.6.1 烟雾传感器NIS-09C介绍17 3.6.2 烟雾传感器电路设计方案18 3.7可燃气体泄漏传感器及其特征参数19 3.8声光报警模块20 3.9显示模块21 3.10通信模块21 3.10.1 TC35模块介绍21

9、 3.10.2 TC35模块和系统主机连接方法22 3.11 NRFCC1100无线收发模块23 3.11.1 模块性能及特点23 3.11.2 接口电路24 3.11.3 模块结构和引脚说明25 3.12信号处理电路25 3.12.1 信号放大调理电路25 第4章 系统软件部分27 4.1 主程序及中止程序步骤图27 4.2 短消息程序设计28 4.2.1 AT指令介绍28 4.2.2 PDU 编码规则30 4.2.3 短信模式设置31 4.2.4 短信发送方法31 4.3 SPI协议31 4.3.1

10、 SPI协议介绍31 第5章 结 论35 参 考 文 献36 致 谢38 附录Ⅰ39 附录Ⅱ56 附录Ⅲ57 第1章 绪论 1.1 研究目标和意义 伴随国民经济和科学技术水平提升，尤其是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术迅猛发展和提升，实现了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到大家生活方方面面，改变了大家生活习惯，提升了大家生活质量，家居安防系统也所以而产生。 现代社会，商品经济竞争日益猛烈，工作节

11、奏不停加紧。对于全身投入竞争大家，家务工作方面肯定力不从心，家务管理所以就显得尤为关键。家居安防控制器能够提供智能控制方案，使家庭主人在处理家务方面，既快捷又省力。还提供舒适健康环境，能够监视室内温度、湿度，同时还能够经过远程通讯，实时反馈家中情况，避免如火灾，偷窃造成经济和安全损失，使大家能够全身心地投入工作，从而提升生活质量。一切发明和发明全部是为了人类生活愈加方便和舒适。 住宅智能化控制开发和建设是二十一世纪发展肯定趋势。因为信息技术大力普及和应用，极大推进住宅小区智能化建设进程，更为住宅小区智能化提供了可靠技术保障，实施起来愈加轻易和简捷。智能信息家电及智能家居安防系统含有安全、方便

12、、高效、快捷、智能化、个性化独特魅力，它对于改善现代人类生活质量，发明舒适、安全、便利生活空间有着很关键意义。 中国家居安防开发相对于国外起步较晚，还未形成一定国家标准，所以很多企业开发出产品使用是自己组网技术和信息交换协议，相关键技术没有对外公开，技术复杂，不易掌握，有很多产品是针对特定环境开发产品，所以，限制了其使用范围，而且因为是少数几家企业约定技术，相关第三方产品缺乏，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，用户扩充系统很不方便，限制了其深入发展。还有系统成本太高，一般用户难以承受，所以也没能广泛推广使用。所以设计一个符合国情、符合国家规范集远程控制和当地控制为一体智能家居安防控制系统

13、含有很关键现实意义和深远历史意义。中国小区住户安全监控系统发展经历了从无到有、从简单到复杂过程，其智能化程度也越来越高。伴随中国社会经济和文化建设发展，社会公共安全受到大家越来越多关注，作为一个新型产业，安防产业发展很是迅猛，智能化安防技术发展已取得了一定成就。企业和小区住户安防需求日益凸现，数字化智能安防再次面临新发展契机。为了处理企业和小区住户安全防范等问题，多年来，建设部、公安部两部前后签署下达了多个相关关键文件，表明了强化建设企业和住宅小区智能化安全防范设施决心。 即便现代居民邻里常年极少往来,即便小区住户家庭生活稳密、封闭，在有小区住户安全监控系统情况下仍能在极大程度上保障小区住户

14、安全。不管何时何地，发生何种险情（如有些人入室偷窃、发生漏水漏电漏气或某户需要紧急求援等情况），在户主未觉察险情且得不到邻里或周围人员帮助时，基于单片机小区住户智能安全监控系统便会凸显它最大价值，比如，在小区每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求援，烟雾/煤气探头和瓦斯探头等报警探测设备，假如发生有些人闯进、起火烟雾或液化气泄漏等等很多险情时，系统便会触发报警，让户主、周围能够给帮助人或负责安防部门知晓情况，并做出对应处理，将险情造成损失减小到最小化。由此可见，不管白天黑夜，户主离家在外或是在家休息，基于单片机小区住户智能安全监控系统能够帮助大家在最没有

15、警觉性时提供极大安全保障。小区住户智能安全是如此关键，这也就是本课题设计这套系统意义和价值。 1.2 中国外发展情况 自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达国家前后提出了多种智能家居安防系统方案。家居安防在 美国、德国、新加坡、日本等国全部有广泛应用。 1998年5月新加坡举行“98亚洲家庭电器和电子消费品国际展览会”上，经过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式家庭智能化系统。它系统功效包含三表抄送功效、安防报警功效、可视对讲功效、监控中心功效、 家电控制功效、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功效、家庭智能控制面板、智

16、能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 ，新加坡有近30个小区约5000户家庭采取了这种家庭智能化系统，而美国安装住户高达4万户。，网络化家居建设带来了高达4500亿美元市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品价值，剩下部分则是软件和技术支持服务费用。现在，国外智能家居安防系统技术己日趋成熟，估计今年，50%以上新房将含有一定“智能型家居”功效。于此同时，因为技术日益标准化，这些新型智能家居安防系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元高端别墅廉价得多。 因为家居安防诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正开启也尚需时日，但并未能阻止企业去争食家居安防市场。即使每家企业策略各不相同，但它们全

17、部坚持同 样信念：山那边遍地是金。IBM企业迈克尔。凯罗斯克说：“这是个不容IBM企业忽略市场机会。” 在智能家居安防系统研发方面，美国及部分欧洲国家一直处于领先地位。多年来，以美国微软企业及摩托罗拉企业等为首一批国外著名企业，前后挤身于智能家居安放系统研发中。比如:微软企业开发“梦幻之家”、摩托罗拉企业开发“居所之门”、IBM企业开发“家庭主任”等均已日趋成熟技术强占家居市场。另外，日韩新等国龙头企业纷纷致力于家居智能化开发，对家居市场更是跃跃欲试。 现在市场上出现得智能家居安防控制系统关键有： （1）美国X-10系统，该系统是经过电力线作为网络平台，采取集中控制方法实现多个功效，现在

18、在中国应用极少，这套系统功效较为强大，但它临时不含有在中国市场推广条件。首先，它是基于美国电力环境设计，极难适应中国恶劣电力线环境；其次，它功效即使强大，不过针对西方消费习惯设计，难以满足中国消费者要求；最终，也是最为关键原因，它价格也是中国房地产品和一般消费难以接收。 （2）德国EIB系统，该系统采取是预埋总线及中央控制方法实现多种控制功效，现在在中国应用极少。究其原因，一个是其工程要求较为复杂、严格；其次，因为它需要进行线路预埋，所以关键用户对象是新建小区开发商，但它较高价格是这些开发商所难以承受，所以一直无法打开中国市场。 （3）新加坡8x系统，该系统采取预埋总线和集中控制方法实现多

19、种功效，同时，利用产品可对系统进行扩展。现在该系统在中国有少许应用。应该说8x系统最大优势在于系统较为成熟，是比较适合中国国情系统，在中国及东南亚市场有成功应用范例，但在系统架构、灵活性、价格等方面还难以满足要求。首先，BR采取预埋总线方法决定了它切入点只能是新建小区，对于旧房改造这一潜在巨大市场它无能为力；8x系统集中控制方法降低了用户可选择性，前期投入成本较高，而这正是房地产商最为关心问题。 20世纪90年代中后期，中国智能小区逐步兴起。中国智能化住宅和智能化小区建设，最初始于广州、深圳和上海等沿海开放城市，逐步向内地扩展。智能住宅在中国首次出现是在1997年。在建设部“97跨世纪住宅小

20、区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”开了全国智能住宅小区之先河。 1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程。为此，建设部住宅产业化促进中心前后颁布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设关键点和技术导则》等对智能小区建设加以指导，规范了智能化住宅小区建设中目标和标准，拟自起，用五年左右时间，组织实施全国智能化住宅小区系统示范工程，以此带动和促进中国智能化住宅小区建设。经过采取现代信息传输技术、网络技术和信息集成技术，进行精密设计，优化集成，精心建设和工程示范提升住宅高、新技术含量和居住环境水平，以

21、适应二十一世纪现代居住生活需要。 进入后，上六个月颁布了由信息产业部负责编制《建筑和建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-及《建筑和建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312-，下六个月，由建设部负责编制《智能建筑设计标准GB/T50314-，结束了多年来智能建筑设计处于无章可循，无标准可依情况，这无疑为中国智能建筑健康有序地发展奠定了基础。在8月建设部颁发了《建筑物防雷设计规范》GB50057-94局部修改条文，关键就是处理在建筑中大量电子产品防雷和预防浪涌对设备破坏问题。这为智能建筑多种电子设备安全提出了安全方法。 底，建设部住宅产业中心又在着手修改《全国智能化住

22、宅小区系统示范工程建设关键点和技术导则》己面世。法规性文件制订和修订，为智能建筑及智能化住宅小区建设和发展给出了依据和保障，伴随技术进步，很多新技术将应用到其中来。 到中国超出7096家庭将有Internet入网设备，有5096以上会有多台设备，从而产生共享访问Internet需求。建设部要求“到，大中城市中60%-80%住宅要实现智能化”。 1.3 发展趋势 智能家居数据采集终端是一个多功效技术综合系统，网络技术、无线通信技术和嵌入式系统广泛应用推进智能家居数据采集终端发展，从而真正实现家庭设备信息化、网络化和智能化。因为无线通信技术含有组网简单、维护方便、节能、效率高、安全性好、性

23、价比高等特点，智能家居数据采集终端无线化将是未来发展趋势之一。 对于未来智能家居数据采集终端发展，大致分为以下几点： 1、智能化 伴随计算机技术、传感技术和自动控制技术不停发展，智能家居环境控制系统应用将由简单以数据采集处理和监测为主，逐步转向以知识处理和应用为主。所以软件系统研制开发将不停深入完善，其中以教授系统为主智能管理系统已取得了不少研究结果，而且应用前景很宽广。 2、网络化 现在，网络技术己成为目前世界最有活力、发展最快高科技领域。网络通信技术发展促进了信息传输。网络化嵌入式无线智能家居数据采集终端是未来智能家居发展方向，它能够提供标准化接口和无线网络互连功效，而且能够

24、经过嵌入式通信协议使得系统能够脱离传统PC，从而智能家居行业也将跨入后“PC”时代。 3、分布式 分布式系统通常可分为上、下两层。上层关键用作系统管理，其它多种功效如测量和控制任务等，关键由下层完成。下层由很多各自独立功效单元组成，每个单元只完成一部分工作。面向对象分布式系统，每一个功效单元针对一个对象、每一根进线、每一根出线、每个传感器、接触器等全部可作为对象。 4、综合环境调控 所谓综合环境调整，就是以实现智能家居居住方便、安全、舒适目标，把家居环境参数，如光照、温度、湿度、一氧化碳浓度等进行监控，和对家电开关进行控制，从而实现真正意义上智能家居。 5、无线通信技术 未来家庭数

25、字设备将会经过无线技术连接起来，从而实现了家庭内每一个家用电器和设备全部能上网和互操作。经过无线技术构建独立家庭局域网，让“无线”自在舒适生活成为现实，并经过Internet或GPRS连接到外网，进而实现经过计算机、手机或PDA来远程监测和控制家庭中多种设备。其中nRF24L01是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHzISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功效模块，输出功率和通信频道可经过程序进行配置。芯片能耗很低，多个低功率工作模式，节能设计更方便。nRF24L01收发模式有ShockBurstTM收发模式和直接收发模式两种。在ShockBurstTM收发模式

26、下，nRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去；在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚通知微处理器数据发射完成，适适用于无线数据传输系统，使得整个数据采集终端变得灵活和简单易行，不像有线传输那样浪费大量人力和物力，而且系统抗干扰能力极强、寿命更长。 1.4 存在问题 数据采集处理不足。迄今为止，中国智能家居数据采集技术还关键停留在对家居环境监控上，多数是以安防和对讲为关键功效，而真正意义上灯光控制、家电控制、远程监控等功效并没实现。所以实现对家居环境状态进行有效监控，能够有效地节省小区务业管理人力资源，降低事故

27、发生率，确保居住方便、安全、舒适。 第2章 系统方案 2.1.系统实现目标 本课程设计要求在经过对基于单片机小区住户安全监控装置研究和设计中，熟悉和掌握各类传感器工作原理和应用，和各传感器电路设计，熟悉和掌握以单片机为关键监控系统组成和工作方法，提升对电子电路设计和制作能力，了解和掌握单片机系统程序设计和功效。 经过单片机控制多个传感器，实现对家中情况实时监测，并在有异常情况发生时，经过GSM模块立即发送到用户手机中。本设计采取模块化设计，整个系统由GSM模块、控制器模块、电源模块和传感器模块组成。单片机经过对传感器模块传送来信息进行判

28、定，假如信息异常，则进入对应中止，并经过GSM模块向用户发送报警信息。 2.2.系统功效和结构 2.2.1 主机结构和功效 本系统主机为系统主机，系统主机为可视对讲系统是一套现代化小康住宅服务方法，提供访客和住户之间双向可视通话，达成图像、语音双重识别从而增加安全可靠性，同时节省大量时间，提升了工作效率。更关键是，一旦住家内所安装门磁开头、红外报警探测器、烟雾探险测器等设备连接到可视对讲系统保全型室内机上以后，可视对讲系统就升级为一个安全技术防范网路，它能够和住宅小区物业管理中心或小区警卫有线或无线通讯，从而起到防盗、防灾、防煤气泄漏等安全保护作用，为屋主生命财产安全提供最大程度保障。

29、 图2.1 主机结构图 2.2.2 从机结构和功效 在家里采取了多个传感器键盘模块、LCD液晶屏、蜂鸣器模块、和NRFCC1100和主机进行通讯。 防盗功效：当热释电传感器监测到家有些人员进入时，蜂鸣器发出提醒，LED指示灯闪烁，要求进入人员输入密码。假如密码输入错误从机监测系统将会自动发出报警信号。蜂鸣器报警同时LED指示灯闪烁，发送短信提醒有些人员进入家了，请注意防盗。 防火功效：当物体燃烧时会有CO产生，所以当家里有火焰或CO产生时，从机监测系统将会自动发出报警信号，蜂鸣器报警同时LED灯闪烁，而且发送短信提醒。

30、 图2.2 从机结构图 第3章 系统硬件设计 3.1 硬件电路设计 硬件电路设计包含对单片机基础外围电路设计、采集信息传感器电路设计、声光报警电路设计和开关按键等电路设计。下面我们将对各个电路选择器件进行简略介绍，并从节省成本、设计合理和实用性等角度出发，对系统硬件电路进行了设计，并在本章中对每个部分电路具体设计方案进行了详尽叙述。 3.2 系统控制器模块选择 方案一：选择ATMEL企业AT89C51作为该系统微控制器。51单片机软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现多种算法和逻辑控制，成本低。但51单片机功耗较高、运行速度慢、储存空间小内存只有4Kb。

31、方案二:STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，含有 8K 在系统可编程Flash 存放器。在单芯片上，拥有灵巧8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。 方案三：选择msp430系列单片机作为该系统微控制器。msp430系列单片机数据处理速度快，耗能低，保密性能好，内存空间大，抗干扰性好，内部集成资源丰富，含有A/D转换等电路。 考虑到本系统软件编程较为复杂，对单片机性能、内存要求较高，本设计采取了方案三，选择msp430系列单片机作为该防火防盗系统微控制器。 3.2.1 单片机最小系统设计

32、 MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场一个16位超低功耗单片机，其中包含一系列部件，它们由MSP430单片机CPU，和针对不一样应用而提供外围模块组成。MSP430系列单片机含有16位RISC结构，运算能力较强，并含有丰富片内外设，含有很广泛应用范围。 MSP430F149单片机关键特征有以下几点： l 低电源电压范围：0～3.3V. l 超低功耗：2.5 @ 4KHz,2.2V；280 @ 1MHz,2.2V。 l 5种节电模式：LPM0～LPM4，其中LPM4耗电最省，仅为0.1。 l 从等候方法唤醒，时间小于6。 l 16位RISC结构，125

33、ns指令周期。 l 基础时钟模块配置：高速晶体（最高8MHz）；低速晶体（32KHz）；数字控制振荡器DCO。 l 配合外部期间可组成单斜边A/D转换器。 l 12位200kspsA/D转换器，自带采样保持。 l 内部温度传感器。 l 含有3个捕捉/比较寄存器16位定时器Timer_A，Timer_B。 l 两通道串行通信接口可用于异步或同时模式。 l 6个8位并行端口，且2个8位端口有中止能力。 l 硬件乘法器。 l 多达60KB Flash和2KB RAM。 l 串行在系统编程。 l 保密熔丝程序代码保护。

34、 图3.1 MSP430F149单片机 单片机工作是以时钟为基准，时钟电路就是用来为单片机提供时钟信号电路。时钟电路稳定运行是单片机系统稳定运行基础。所以时钟电路设计是单片机系统设计中一个关键步骤。MSP430系列大部分型号内部全部有两个石英晶体振荡器电路，假如要使用就需要外接石英晶体。其中LFTX1振荡器通常外接32768HZ时钟晶体，同时将所需两个小电容也集成在内部，这么能够降低系统成本，同时也可降低系统功耗。而XT2振荡器通常外接8MHZ高频晶振，此时两个引脚需要外接电容，电容大小依据晶体或谐振器特征来选择。 3.2.2 单片机晶振电路 单片机内部并没有晶振，需要外加晶振，在

35、内部振荡器协同下工作。将晶振和电容按图3.1中所表示连接，组成并联谐振回路，组成一个自激振荡器，向内部时钟电路提供振荡时钟[2]。单片机振荡器频率关键取决于所用晶振振荡频率，本设计中选择晶振约为12MHz，此时选择电容C1和C2约为30pF左右为宜。 图3.2所表示为单片机外部晶振电路 3.2.3 单片机复位电路 单片机复位电路是单片机外围电路关键组成部分之一，复位方法有上电自动复位和外部按键手动复位两种，单片机在时钟电路工作以后，RESET端保持接收2个机器周期高电平时就能够完成单片机复位操作[3]。比如本设计中选择晶振频率为12MHz，则RESET端应保持接

36、收高电平时间≥2μs，才能够完成复位。 设计中采取是外部手动按键复位电路，单片机复位电路图图3.3所表示。 图3.3 单片机复位电路 按下复位按钮时，经由电阻给电容充电，电容电压缓慢上升至VCC（若电容充电后电压没到VCC，芯片复位脚仍近似接低电平。），松开按钮时电容放电，从而使得复位电路接收到大于2个机器周期高电平，使得单片机成功复位。 3.3 单片机电源电路设计 单片机电源电路设计是单片机硬件系统中首先要考虑一个问题。单片机芯片及其外围接口电路芯片对电源供电要求是单片机电源电路设计基础。MSP430系列单片机在工作电压为+1.8～+3.6V之

37、间时均可正常工作，假如要进行Flash擦写操作则电源电压应保持在2.7V以上。通常电源电压为+3.3V。因为大部分数字系统全部采取+5V作为主供电系统，所以+3.3V电源通常全部是从主供电电源+5V经过调压电路得到，电源电路图3.4所表示。 因为MSP430F149单片机内部有A/D转换模块，数字电源和模拟电源需要分别供电，而且电源连接点旁路电容采取钽电容和瓷片电容并联方法，大大降低了噪声影响，提升了供电质量及A/D转换精度。在模拟地和数字地之间接入反向并联二极管时，以消除低于700mV电压差。或在模拟地和数字地之间接入一个10Ω电阻，以降低模拟地对数字地带来噪声干扰，为单片机稳定工作提供了

38、良好环境。 LM1117是一个低压差电压调整器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。它和国家半导体工业标准器件LM317有相同管脚排列。LM1117有可调电压版本，经过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）型号。 LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调整带隙参考电压以确保输出电压精度在±1%以内。LM1117系列含有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装。输出端需要一个最少10uF钽电容来改善瞬态响应和稳定性。

39、 图3.4 电源电路图 3.4 键盘电路设计 单片机键盘电路有两种形式，分别是独立式按键和行列扫描式按键，独立式按键通常应用在按键较少场所，当系统功效较多，按键数量较大时独立式按键就不能满足需要了，因为它有多个按键就需要多个I/O引脚，这对系统资源是较大浪费。因时需要使用行列扫描式键盘接口，能够经过少许I/O口线连接较多按键。在行列式扫描式按键上实现键盘关键有三个步骤：判定有没有按键被按下并消除抖动；键码识别；等候按下键盘松开，键盘连接电路图3.5所表示。 图3.5 键盘电路图

40、 3.5 热释电红外传感器电路设计 3.5.1 热释电红外线原理和特征 热释电红外线传感器发展于80年代，是一个新型高灵敏度探测元件，它能在检测到人体发射红外线后输出对应强度电信号，市场中常利用热释电红外传感器组成防入侵报警器或多种自动化节能装置。热释电红外传感器以非接触形式检测出人体辐射出红外线，产生电量改变，转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大就能够驱动多种控制电路。 热释电红外传感器是基于热电效应原理热电型红外传感器，它是由高热点系数材料制成探测元件，在探测器内部装两个探测元件，将这两个探测元件反相串联起来，从而抑制元件本身温度升高产生干扰。因为热电器件输出信号通常为电

41、荷信号，不能直接被其它器件所接收或使用，所以热释电红外传感器中装入了一个场效应管，利用场效应管实现阻抗变换，使其最终输出为电压信号。 人体辐射红外线中心波长约在9μm～10μm左右，而通常红外探测元件波长灵敏度在0.2μm～20μm范围内，所以需要在传感器顶端开设一个装有菲涅尔系列滤光镜片窗口，经过滤光片滤光后，探测元件能够接收辐射波长约在7μm～10μm范围内，滤光片将其它波长红外线给予吸收，装有菲涅尔滤光片热释电红外探测元件就刚好适合人体红外辐射探测，这么便形成了一个专门用作探测人体辐射红外探头，一旦有些人侵入检测区域，人体红外辐射经过滤光片滤波并聚焦，被热释电红外探头接收，误判率很低。

42、因为两片热释电元接收到热量不一样，电信号是不能被抵消，信号经处理后能够输出合适强度电压信号。 3.5.2 热释电红外传感器RE200B介绍 本设计选择RE200B是一款热释电红外传感器，这种传感器是由一个晶体材料做成，当这种晶体表面受到红外线照射时，会在晶体表面产生电荷，伴随光线对晶体照射改变，电荷量也会发生改变。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射红外线,并将其转变为电压信号，同时,它还能判别出运动生物和其它非生物。图3.7为热释电传感器RE200B实物图。 图3.6 热释电红外线传感器RE200B实物图 和大多热释电红外传感器一样，RE200B对

43、于不一样波长光线照射全部能产生不一样程度响应，所以我们看到RE200B封装中有一个像玻璃似小窗，这就是加了一块菲涅尔系列滤光镜片。经过这个菲涅尔系列滤光镜片能够限定晶体对特定波长光线产生响应，加菲涅尔系列滤光镜片后，RE200B通常接收波长在7μm～10μm，所以只接收靠近人体辐射红外线波长辐射。 表3.5中列出了热释电红外传感器RE200B关键特征和部分技术参数，参考这些参数可利用RE200B设计对应红外防盗电路。 表3.1 RE200B关键特征和部分技术参数 封装 TO-5式封装 工作电压 0.2V～1.0V（Rs=47kΩ） 电源电压 0.3V～1.5V（VD=5V，R

44、s=47kΩ） 输出信号 MIN 2.5 Vp-p（TYP 4.0 Vp-p） 探测视角 水平方向张角138° 垂直方向张角125° 3.5.3 热释电红外传感器电路设计 基于RE200B热释电红外传感器传感器电路图3.7所表示，参考图3.7对电路进行连接。 图3.7 热释电红外传感器电路图 日常生活中对射式红外传感器也常见来进行防盗监控设计。对射式红外传感器是利用当有障碍物阻断红外发射头发送至红外接收头红外线，从而红外接收头接收不到红外时输出电平改变，经过识别这个电平改变来设计防盗系统。而本设计是

45、利用热释电红外传感器RE200B进行防盗电路设计，来检测区域是否有些人闯进参数，我们之所以选择热释电红外传感器，而不选择对射式红外传感器来设计防盗监控，是因为，对射式传感器只要任意一个障碍物阻断红外线发送路径，就会产生电平改变，相反采取热释电红外传感器，利用人体本身波长特征，加上菲涅尔系列滤光镜片进行滤光，就能基础正确判定是否是人闯进，动物等其它物体闯进时产生电平和检测到人时电平存在着区分，误判率比较小。 图3.7中热释电红外传感器一端串联一个电阻再接到电源上，端口还经过连接一个电容接到地线，这么便组成一个降低射频干扰电路。一端接地，端口接负载电阻再接地。热释电红外线传感器输出电信号幅度和频

46、率关键取决于人体温度、探测背景、人和传感器距离、人移动速度和光学透镜系统焦距等。传感器输出经过阻容耦合后连到低噪声运放LM324，组成带通滤波和第一级放大电路反向输入端。再由电阻、电容耦合到第二级放大器反相输入端，进行深入滤波和放大。滤波上限截止频率为： f1==15.9Hz （3-1） 滤波下限截止频率为： f2==0.07Hz （3-2） 电路增益和频率是亲密相关，当输入信号频率为1Hz时，第一级放大增益约为： Au1= （3-3） 第二级放大增益为： A

47、u2= （3-4） 依据式（3-1）和式（3-2）计算得滤波后许可经过信号带宽为15.83Hz。依据式（3-3）和式（3-4）计算得放大后信号总增益约为66dB。经过放大后信号连接到LM339反相输入端，设置参考电压为3.8V，当被放大后输出信号大于3.8V时，比较器LM339输出电压为高点平，此时便表示电路检测到有些人移动。 3.6烟雾检测模块 3.6.1 烟雾传感器NIS-09C介绍 本设计选择烟雾传感器是NIS-09C烟雾传感器，这是一款离子式烟雾传感器，是日本NEMOTO企业设计新型烟雾传感器。NIS-09C离子式传感器工作方法及部分关键

48、指标参数以下： 检测方法： 离子式； 放射源： 镅241； 电源电压范围： 6.0V～18.0V； 温度： -40℃～+50℃； 经典电源电压： 9V； 输出电压： 5.6V±0.4V； 电流损耗： 27pA±3pA； 灵敏度： 0.6V±0.1V。 要利用此传感器设计良好烟雾传感器电路还需要了解部分NIS-09C烟雾传感器其它特征参数，下面将进行介绍。 NIS-09C灵敏度特征在表3.1中有所标识，该表是依据UL217标准制订（风速条件是0.1m

49、/s）。 表3.2 NIS-09C灵敏度特征 烟雾浓度（%） 输出电压（V） 误差（ΔV） 0 5.6±0.4 0 1 5.3±0.5 0.3±0.1 2 5.0±0.5 0.6±0.1 3 4.7±0.5 0.9±0.2 4 4.4±0.5 1.2±0.2 5 4.2±0.5 1.4±0.2 NIS-09C电源电压特征在表3.3中有所标识。 表3.3 NIS-09C电源电压特征（温度：25℃；湿度：60%RH） 电源电压（V） 输出电压（V） 6 3.3±0.3 9 5.6±0.4 12 8.0±0.7 15 10.0±

50、0.85 18 13.0±1.0 NIS-09C温度特征在表3.4中有所标识。 表3.4 NIS-09C温度特征（湿度：60%） 温度℃ 输出（V） 0 5.15±0.4 25 5.6±0.4 50 5.85±0.4 NIS-09C湿度特征在表3.5中有所标识。 表3.5 湿度特征（温度：25℃） 湿度（%C） 输出（V） 30 5.75±0.5 60 5.6±0.4 90 5.45±0.4 NIS-09C实物图图3.8所表示。 图3.8 NIS-09C实物图 3.6.2 烟雾传感器电路设计方案 烟雾传感器电

51、路是对所监控区域环境中烟雾浓度信息进行采集，经过合理方法将采集到放大调理和模数转换后才送单片机读取。参考上一节中对NIS-09C离子式烟雾传感器进行详尽叙述，利用NIS-09C烟雾传感器参数信息对烟雾传感器电路进行设计。 基于NIS-09C传感器烟雾传感器电路图图3.9所表示。 图3.9 基于NIS-09C传感器烟雾传感器电路图 图3.9中标识有“NIS-09C”字样芯片便是我们选择烟雾传感器传感器NIS-09C。将NIS-09C1脚和4脚接到+9V直流电源上，3脚接地。工作在+9V直流电压下时2脚将输出5.6V±0.4V电压，其电平大小足以给单片机读取，所以不

52、需要将烟雾传感器NIS-09C输出模拟信号进行放大，这也是为何选择次传感器进行设计关键原因。将采集到模拟信号转化成数字信号也是至关关键一步，通常对模拟信号到数字信号处理采取模数转换芯片结合软件来实现A/D转换，但针对本设计，。单片机读该高电平便表示读取到环境中烟雾浓度超出警戒线，发生了火灾，接着单片机将进行驱动声光报警等一系列操作。 3.7可燃气体泄漏传感器及其特征参数 本系统采取是MQ-2可燃气体传感器。以其优异稳定性，宽广测量范围，高灵敏度等特点被广泛利用于家庭，工厂气体泄漏监测装置。经过设置在厨房MQ-2可燃气体传感器，监视燃气管道、灶含有没有燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出报警

53、信号，并联动关闭燃气管道上电磁阀。 因MQ-2型气敏原件对不一样种类，不一样浓度气体有不一样阻值。所以在使用这类型气敏元件时，灵敏度调整是很关键。提议使用1000PPM氢气或1000PPM者丁烷校准传感 特征参数： 电源电压是6V（DC）， 输出电压是0.8+0.2V， 加热电压是5V， 加热功耗900mW。 工作环境：电源电压是6-12V（DC）， 温度：0-80℃， 保留温度：-10-70℃。 图3.10 MQ-2可燃气体传感器电路图 3.8声光报警模块 方案一：采取蜂鸣器和发光二极

54、管共同组成声光报警电路，这种方案材料轻易取得，而且廉价，占用I/O口资源较少。 方案二：采取ISD企业生产专业语音芯片ISD4004和发光二极管相配合方案。ISD4004语音芯片采取SPI总线进行操作，需要外加独立键盘进行录音，程序控制简单，占用I/O口资源较少，而且存放空间相对较大，价格廉价。 方案三：采取BMP5008系列语音模块和发光二极管相互组合方法。采取专用录音控制芯片（BLR3808）外加SPI接口NOR FLASH，能够取得从30秒－32分钟录音容量，且录音信息掉电后不会丢失。可外接多个音源录音，音质好，音量可调，可靠性和抗干扰性能强，操作简单，不过占用I/O

55、口资源相对较多，程序精简，但价格较贵。 综上考虑，考虑到从机I/O口资源相对担心，操作简单价格低廉原因，所以确定方案一为最好方法。 图3.11 蜂鸣器和发光二极管电路图 蜂鸣器是一个一体化结构电子讯响器，采取直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器电子产品中作发声器件。蜂鸣器关键分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）发光二极管关键部分是由P型半导体和N型半导体组成晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在一些

56、半导体材料PN结中，注入少数载流子和多数载流子复合时会把多出能量以光形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电式发光原理制作二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不一样颜色光线，光强弱和电流相关。 3.9显示模块 方案：采取带字库LCD显示。12864液晶能显示图形汉字，显示信息丰富。接口电路简单，能够和单片机直接相连，能够采取串行传输，节省了I/O口资源。LCD全汉字界面显示，使得显示内容丰富，易于人机交流。带汉字字库128X64

57、 是一个含有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多个接口方法，内部含有国家标准一级、二级简体 汉字字库点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符 集.利用该模块灵活接口方法和简单、方便操作指令，可组成全汉字人机交互图形界面。能够显示8×4 行16×16 点 阵汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块组成液晶显示方案和同类型图形点阵液晶 显示模块相比，不管硬件电路结构或显示程序全部要简练得多，且该模块价格也略低于相同点阵图形液晶模块。

58、 图3.12 12864液晶电路图 3.10通信模块 3.10.1 TC35模块介绍 TC35是西门子企业推出一个完整无线GSM模块，关键由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器、天线接口、SIM卡支架七部分组成。它能够快速、安全可靠地实现系统方案中数据传输、短消息服务（Short Message Service）。模块工作电压为3.3～4.8V。该模块有AT指令集接口，支持文本和PDU模式短消息第三组二类传真等。另外，该模块还含有电话簿功效、多方通话、漫游检测等功效。常见工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式

59、。经过独特40管脚ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号双向传输。基带处理器作为TC35关键，关键处理GSM终端内语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中全部模拟和数字功效。在不需要额外硬件电路前提下，可支持FR、HR和EFR语音编码。 图3.13 TC35实物图 3.10.2 TC35模块和系统主机连接方法 TC35模块关键经过串口和系统主机进行连接，从而系统主机实现对TC35模块控制。即使TC35串口提供了很多控制线，但因为考虑到设计接口简单性。对TC35模块通信控制能够经过软件来实现，采取软件实现控制含有使用灵活等特点，也很好

60、地避免了过多硬件信号检测。对于TC35其它管脚在不使用时候，假如该管脚为输出时，通常将该管脚悬空；假如该管脚为输入管脚，则需要将该管脚经过10Ω电阻上拉。另外因为/IGT管脚是控制TC35模块工作管脚，所以需要将该管脚上拉，而且将该管脚和单片机进行连接，从而能够经过单片机来控制TC35模块工作状态。在设计时需要考虑TC35模块电源管脚并连在一起，因为TC35是一个功效完全模块，所以这里不需要做任何信号处理和射频处理。另外，TC35模快IGT管脚是开启脚，和单片机ALE管脚相连接。系统加电后为使TC35i进入工作状态,必需在ALE管脚加一个大于100ms低脉冲,电平下降连续时间不可超出1ms。以

61、下为TC35模块接口设计。电路图3.14所表示。 主机 MAX232电平转换芯片 T C 3 5 模 块 电源 图3.14 系统主机和TC35I连接 3.11 NRFCC1100无线收发模块 3.11.1 模块性能及特点 NRFCC1100工作在433/868/915MHZISM频段由一个完全集成频率调制器、一个带调整器接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调整器组成。工作特点是自动产生前导码和CRC能够很轻易经过SPI接口进行编程配置，电流消耗低。

62、 从机传感器检测全部信号全部是经过NRFCC1100进行发送，使主机能够实时收到从机相关信息，当有火灾和偷窃发生时，NRFCC110向主机发送报警信号，使得紧急事件能够被立即处理，确保了宿舍人员是人身财物安全。无火灾和偷窃情况时，楼长能够经过NRFCC1100发送数据，查看每个宿舍情况，方便控制和管理。 (1) 433MHz无偿ISM频段免许可证使用 (2) 最高工作速率500kbps，支持2-FSK、GFSK和MSK调制方法 (3) 可软件修改波特率参数： 高波特率：愈加快数据传输速率 低波特率：更强抗干扰性和穿透能力 (4) 高灵敏度（1.2kbps下-

63、110dBm，1％数据包误码率） (5) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制 (6) 较低电流消耗（RX中，15.6mA，2.4kbps，433MHz） (7) 可编程控制输出功率，对全部支持频率可达+10dBm (8) 支持低功率电磁波激活功效 (9) 支持传输前自动清理信道访问（CCA），即载波侦听系统 (10) 快速频率变动合成器带来适宜频率跳跃系统 (11) 模块可软件设地址，软件编程很方便 (12) 标准DIP间距接口，便于嵌入式应用 (13) 单独64字节RX和TX数据FIFO 图3.13 NRFCC1

64、100无线收发模块 3.11.2 接口电路 图3.14 NRFCC1100无线收发模块接口电路 (1) VCC脚接电压范围为 1.9V-3.6V之间，不能在这个区间之外，超出 3.6V将会烧毁模块。推荐电压3.3V左右。 (2) 除电源VCC和接地端，其它脚全部能够直接和一般5V单片机IO口直 接相连，无需电平转换。当然对3V左右单片机愈加适用了。 (3) 硬件上面没有SPI单片机也能够控制本模块，用一般单片机IO 口模拟SPI不需要单片机真正串口介入，只需要一般单片机IO口就 能够了，当然用串口也能够了。 (4) 9脚，10脚为

65、接地脚,需要和母板逻辑地连接起来 (5) 排针间距为100mil,标准DIP插针，假如需要其它封装接口，比如 密脚插针，或其它形式接口，能够联络我们定做。 (6) 和51系列单片机P0口连接时候，需要加10K上拉电阻,和其它口 连接不需要。 (7) 其它系列单片机，假如是5V，请参考该系列单片机IO口输出 电流大小，假如超出10mA，需要串联电阻分压，不然轻易烧毁模块! 如 果是3.3V，能够直接和RF1100模块IO口线连接。 3.11.3 模块结构和引脚说明 CC1100 单片无线收发器工作在433/868/915MHZ ISM 频段由一个完全集成频率调制器一个

66、带解调器接收器一个功率放大器一个晶体震荡器和一个调整器组成。工作特点是自动产生前导码 和 CRC 能够很轻易经过SPI 接口进行编程配置，电流消耗低。 表3.6 CC1100引脚说明图 引脚编号 引脚名 引脚类型 描述 1,2 VCC 电源输入 1.9V-3.6V之间 3 SI 数字输入 连续配置接口，数据输入 4 SCLK 数字输入 连续配置接口，时钟输入 5 SO(GD01) 数字输出 连续配置接口，数据输出 当CSn为高时为可选通常输出脚 6 GDO2 数字输出 通常见途数字输出脚： 测试信号FIFO 状态信号时钟输出，从XOSC向下分割连续 输入TX数据 7 CSn 数字输入 连续配置接口，芯片选择 8 GDO0 通常见途数字输出脚：测试信号FIFO 状态信号时钟输出，从XOSC向下分割连续 输入TX数据,也用作原型/产品测试模 拟测试I/O 9,10 GND 地(模拟) 模拟接地 3.12信号处理电路 3.12.1 信号

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