基于單片機(jī)的智能安防控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏文晟　陳程程　楊濤　葉遠(yuǎn)翔　于方浩洋　李佳明

摘 要：本文介紹了基于STC89C52RC單片機(jī)的智能安防控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)控制系統(tǒng)具有對(duì)室內(nèi)進(jìn)行紅外檢測(cè)和光照強(qiáng)度檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)到的室內(nèi)環(huán)境中狀態(tài)的變化量信息自動(dòng)控制各相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，并且在斷電情況下，提供后備電源，保證路由器的正常工作。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于家庭、學(xué)校宿舍等場(chǎng)合，經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，具有智能、功耗低，工作可靠性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 照明 傳感器 GSM 路由器

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）08-0-02

引言

當(dāng)下人們對(duì)財(cái)產(chǎn)安全的防護(hù)工作越來越重視，同時(shí)當(dāng)我們?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)突發(fā)狀況需要盡快采取措施去解決。因此，本文介紹了基于STC89C52RC單片機(jī)的智能安防控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)主要分為四大模塊：主控單元模塊；紅外報(bào)警模塊；光強(qiáng)控制模塊；移動(dòng)電源模塊。主控單元模塊采用STC89C52RC單片機(jī)作為整體系統(tǒng)的控制核心。紅外報(bào)警模塊采用紅外避障傳感器進(jìn)行檢測(cè)，采用SIM900A發(fā)送短信報(bào)警。光強(qiáng)控制模塊采用GY30光強(qiáng)傳感器對(duì)室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)控制室內(nèi)相應(yīng)繼電器的工作狀態(tài)，包括語(yǔ)音芯片、路由器和燈泡，從而提供穩(wěn)定的WIFI信號(hào)，啟動(dòng)聲控照明功能。移動(dòng)電源模塊主要是在突發(fā)情況下提供穩(wěn)定供電電源，確保系統(tǒng)整體運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，防止數(shù)據(jù)丟失。該控制系統(tǒng)價(jià)格經(jīng)濟(jì)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。

一、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于各類宿舍和普通家庭等場(chǎng)合，主要功能需求包括智能防盜、節(jié)能、斷電保護(hù)這三大類型?；诖嗽?，本課題經(jīng)過反復(fù)研究驗(yàn)證，制定出基于STC89C52RC單片機(jī)的智能安防控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案通過各式傳感器對(duì)室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，傳感器把這些模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)，將數(shù)據(jù)信息傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)將這些參數(shù)通過與用戶設(shè)定的閾值對(duì)比判斷，然后對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)整體情況的檢測(cè)，在用戶需要的情況下提供WIFI信號(hào)和聲控照明功能。一旦有外來入侵，該系統(tǒng)經(jīng)過檢測(cè)，向用戶發(fā)送短信報(bào)警。遇到斷電等緊急事件時(shí)，移動(dòng)電源提供可靠供電電源，防止信息丟失，減少用戶損失。該控制系統(tǒng)基本組成方框圖如圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1.傳感器的選取

1.1紅外避障傳感器

紅外避障傳感器對(duì)外界環(huán)境所在的光線條件相對(duì)比較敏感，具有一組紅外線發(fā)射管和一組紅外接收管，通過紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外線，此紅外線具有固定頻率，當(dāng)發(fā)射方向檢測(cè)到物體（反射面）時(shí)，紅外線被物體反射回來，由紅外接收裝置接收，所接收的信號(hào)通過后期電路進(jìn)行處理之后，芯片上對(duì)應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮，在此同時(shí)，信號(hào)輸出端口OUT端輸出低電平的數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)距離可通過調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行修改，有效檢測(cè)范圍：2～30cm，（測(cè)試請(qǐng)到光線暗的地方距離范圍會(huì)長(zhǎng)一些），電壓一般在3.3V-5V內(nèi)。該傳感器具有探測(cè)距離可調(diào)節(jié)、干擾小、裝配簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。紅外傳感器電路原理圖如圖2中標(biāo)注所示。

1.2 光強(qiáng)傳感器

GY30型傳感器 是一種通過串行通信的集成芯片。此類型芯片可以根據(jù)環(huán)境的檢測(cè)數(shù)值來進(jìn)行處理，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。它支持串口通信，接近普通人視覺的光照感應(yīng)程度，靈敏度較高，檢測(cè)值通過SDA引腳傳送到單片機(jī)的P1.1引腳，通過編程對(duì)外界環(huán)境的光線強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)置，本次課題所設(shè)置的初始值為10Lx。原理圖如圖2標(biāo)注所示。

2.單片機(jī)的選擇

本系統(tǒng)采用STC89C52RC作為主控單元，它是由STC公司生產(chǎn)的一種8位機(jī)，內(nèi)部ROM存儲(chǔ)器大小為8KB，TC89C52是51系列的增強(qiáng)版，支持2種軟件進(jìn)行程序編寫。在本系統(tǒng)中，主要利用單片機(jī)的P0口、P1口和P3.2外部中斷0進(jìn)行電路的搭接，P0口和P3.2作為輸入，采集信息，P0口作為輸出控制外設(shè)，完成本課題所要求的具體工作。

3.ASR MO8-B 語(yǔ)音芯片

ASR MO8-B芯片是一種非特定人語(yǔ)音識(shí)別芯片，該芯片支持三大識(shí)別檢測(cè)模式：循環(huán)模式：持續(xù)檢測(cè)周圍聲音，直至識(shí)別成功；口令檢測(cè)模式：通過兩個(gè)指令來控制一個(gè)動(dòng)作，通過兩個(gè)指令模塊即可識(shí)別；按鈕檢測(cè)模式：按一次按鈕8秒內(nèi)講出指令才能識(shí)別，8秒過后要重新按按鈕才能識(shí)別。支持雙串口和IO口雙輸出。識(shí)別距離為三米左右，可外接麥克風(fēng)。

4.四路繼電器

串口內(nèi)置3.3V到5V轉(zhuǎn)換電路，輸入輸出兼容3.3V和5V電平。內(nèi)置過流保護(hù)，防反接保護(hù)。帶常開、常閉接點(diǎn)。4路250V 10A大電流繼電器（被控電壓為0-250V都可以），驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，帶LED指示燈。支持級(jí)聯(lián)功能。內(nèi)置3.3V穩(wěn)壓輸出，可供3.3V系統(tǒng)使用?？蛇x藍(lán)牙無(wú)線串口或者射頻無(wú)線串口模塊接入，實(shí)現(xiàn)PC或者手機(jī)無(wú)線控制。與ASR M08-A語(yǔ)音識(shí)別模塊接入，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別控制。

5.SIM900A芯片

SIM900A模塊是一款尺寸小巧、高度集成化的GSM/GPRS模塊，采用SMT封裝，采用ARM926EJ-S架構(gòu)，性能強(qiáng)，通過用戶手機(jī)號(hào)碼的設(shè)置，來服務(wù)于不同人群。應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，例如：家庭、商場(chǎng)、企業(yè)等。尺寸型號(hào)：24*24*3mm。功耗低：待機(jī)模式電流低于18mA、sleep模式低于2mA。供電范圍寬：3.2～4.8V。支持頻段：GSM/GPRS 900/1800MHz。語(yǔ)音編碼：支持半速率、全速率、增強(qiáng)型速率。

三、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)主程序主要包括硬件初始化程序、延時(shí)程序、復(fù)位程序、各類傳感器檢測(cè)子程序等。硬件初始化程序主要用于初始化外圍設(shè)備，設(shè)置I/O口，初始化時(shí)鐘晶振等。延時(shí)程序主要用于各個(gè)模塊的定時(shí)需要。各類傳感器子程序主要是控制傳感器啟動(dòng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)發(fā)送。復(fù)位程序用于設(shè)置按鍵來重置系統(tǒng)，解決系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的程序跑飛等突發(fā)問題。最終通過主程序?qū)ψ映绦虻恼{(diào)用及子程序間的相互調(diào)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制功能。

1.軟件流程圖

以光強(qiáng)檢測(cè)控制聲控照明為例，程序流程圖如圖3所示。52單片機(jī)接收到GY30光強(qiáng)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)后與單片機(jī)內(nèi)部閾值對(duì)比判斷，如小于閾值，啟動(dòng)語(yǔ)音芯片，同時(shí)路由器工作提供WIFI信號(hào)，如果大于閾值，則返回到傳感器中繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)啟動(dòng)語(yǔ)音芯片工作后，如接收到外界的正確語(yǔ)音指令，芯片控制四路繼電器吸合，燈泡就會(huì)點(diǎn)亮；如果接收到錯(cuò)誤語(yǔ)音指令，語(yǔ)音芯片不響應(yīng)。

四、系統(tǒng)調(diào)試

整體系統(tǒng)硬件搭建、調(diào)試無(wú)誤后，軟件程序采用C語(yǔ)音編譯無(wú)誤之后，必須要對(duì)實(shí)物進(jìn)行軟、硬件聯(lián)調(diào)，檢查設(shè)計(jì)功能是否實(shí)現(xiàn)。首先，對(duì)紅外檢測(cè)報(bào)警模塊和光強(qiáng)檢測(cè)聲控照明模塊分模塊進(jìn)行調(diào)試。兩個(gè)模塊調(diào)試后可實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的功能后，在單片機(jī)中將兩個(gè)模塊、中的程序進(jìn)行綜合，進(jìn)行系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，在聯(lián)調(diào)中保證系統(tǒng)功能達(dá)到良好的兼容。經(jīng)過聯(lián)調(diào)后，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本課題所要求的各項(xiàng)功能。

五、結(jié)語(yǔ)

本智能控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，當(dāng)室內(nèi)無(wú)人時(shí)紅外檢測(cè)自動(dòng)報(bào)警功能保障人們的財(cái)產(chǎn)安全；當(dāng)出現(xiàn)緊急斷電情況下，為保證人們能夠繼續(xù)正常工作和生活自動(dòng)提供WIFI和照明功能。該課題設(shè)計(jì)新穎，系統(tǒng)方案科學(xué)、智能、可靠，方便簡(jiǎn)潔，應(yīng)用范圍廣泛。切實(shí)解決人們?nèi)粘Ｉ钪械摹巴袋c(diǎn)”問題，具有良好的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：魏文晟（1996.4-），男，天津科技大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)大三學(xué)生。endprint