“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下的可交互式智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

舒壯壯　傅佳

摘要：針對(duì)家庭生活存在的各種安全隱患，本設(shè)計(jì)主要對(duì)檢測火源，可燃?xì)怏w與外部入侵警報(bào)等家用安全問題提出解決方案。設(shè)計(jì)使用STC89C52單片機(jī)控制，通過煙霧傳感器檢測是否有煙霧煤氣泄露、火焰?zhèn)鞲衅鳈z測是否失火、震動(dòng)傳感器檢測門是否非正常打開來判斷是否有人盜竊。通過GSM發(fā)送發(fā)短信通知主人家庭安全狀況進(jìn)行報(bào)警，并可人為通過短信控制系統(tǒng)的工作模式。

關(guān)鍵詞：家庭生活；STC89C52；無線報(bào)警

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.104

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是由無線GSM模塊和STC89C52RC單片機(jī)為中心的監(jiān)控單元組成，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)警告發(fā)聲、盜竊警報(bào)、煤氣泄漏警報(bào)、通過GSM電話模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警等多種功能為一體智能家居安防系統(tǒng)，具有設(shè)備安裝簡單，操作使用方便，報(bào)警及時(shí)快速等功能，適合一般家庭使用。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)以單片機(jī)作為主控芯片進(jìn)行，其中包含GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送及時(shí)消息模塊，能夠感知類似煤氣或者烯烴類可燃?xì)怏w的傳感器模塊，能夠檢測實(shí)時(shí)火焰的火源探測模塊。單片機(jī)能夠協(xié)同控制各個(gè)模塊工作，完成各自的功能，并在必要時(shí)，向指定手機(jī)發(fā)送短消息、撥打電話的方式來向該用戶發(fā)出警示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）傳感器使用合理性分析。

1）煙霧傳感器分析。二氧化錫（SnO₂）在干燥空氣不容易導(dǎo)電，因此導(dǎo)電率比較低，可以用來作為敏感氣體探測元件。又由于二氧化硅在原子結(jié)構(gòu)上屬于N型半導(dǎo)體，容易得到電子，在敏感氣體混入空氣中之后，容易受到氣體分子的影響，從而改變其物理特性。一般來講MQ-2氣體傳感器的探測范圍廣泛，可以檢測到的煙霧范圍為10010000ppm。將傳感器至于一般空氣環(huán)境中，當(dāng)空氣中混入煙霧或者可燃?xì)怏w時(shí)會(huì)改變空氣中氣體成分，從而影響傳感器器件的導(dǎo)電率，一旦導(dǎo)電率發(fā)生改變之后，就可以將這種變化轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)煙霧或者可燃?xì)怏w檢測的功能。

2）火焰?zhèn)鞲衅鞣治觥＠眠h(yuǎn)紅外探測器對(duì)紅外線敏感的原理，遠(yuǎn)紅外探頭可以將微小的紅外光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，然后通過電流信號(hào)的強(qiáng)弱變換，便可以得知火源的情況。本紅外檢測模塊的工作電壓為3.3V—5.7V，傳感器探頭檢測的角度為60度左右（注：是以探頭為中心，可以向左探測30度，向右探測30度）。由上述介紹可知它對(duì)火焰光譜較為靈敏，當(dāng)然傳感器靈敏度可通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3）震動(dòng)傳感器分析。主要結(jié)構(gòu)是在一個(gè)真空玻璃管中注入水銀和惰性氣體，并引出兩個(gè)電極進(jìn)行觸碰導(dǎo)電。水銀是作為一種特殊的可以流動(dòng)的金屬，正是利用其可以流動(dòng)且導(dǎo)電的特點(diǎn)，所以將其作為導(dǎo)電介質(zhì)，每當(dāng)開關(guān)受到外界觸碰或者抖動(dòng)之后，就會(huì)觸碰到兩個(gè)電極，相當(dāng)于開關(guān)接通，電路導(dǎo)電。水銀開關(guān)具有耐壓高、導(dǎo)電性好、結(jié)構(gòu)簡單、可通過電流大等優(yōu)點(diǎn)，滿足該設(shè)計(jì)要求。

4）GSM模塊合理性分析。A6模塊支持語音通話與SMS短信，兼容SIM800指令系統(tǒng)?？梢詫?shí)現(xiàn)語音通話和短信發(fā)送的功能。GSM通信是屬于2G通信業(yè)務(wù)，但是上網(wǎng)業(yè)務(wù)GPRS是屬于2.5G業(yè)務(wù)，上網(wǎng)速度相對(duì)于2G也得到了提升，該模塊是繼承了上述兩項(xiàng)業(yè)務(wù)對(duì)于一般的通信來講是肯定適用。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，可采用模塊化的程序框架。C語言的最大優(yōu)點(diǎn)是程序簡潔、執(zhí)行效率高、指令簡單、可讀性強(qiáng)、程序易于編寫和移植性能好。本設(shè)計(jì)采用C語言編寫。

4測試方案與測試結(jié)果

（1）硬件測試。用萬用表檢測，確定安裝和連線都沒有問題。對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)檢查接地引腳與電源引腳之間的電位，電壓表顯示電壓在5V～4.7V范圍內(nèi)，正常。檢查時(shí)鐘振蕩電路能否起振，通過一直按住復(fù)位鍵并用萬用表測量IO口的電壓，是高電平，起振正常。檢查制作PCB電路板過程中的短路、開路和錯(cuò)線等情況，通過實(shí)物板與原理圖相互對(duì)照檢查，正常。完成檢查。

（2）功能測試。1）自定義工作模式測試。該設(shè)計(jì)擁有4種工作模式。第一種為開機(jī)模式；第二種為開啟模式；第三種為報(bào)警工模式，當(dāng)用戶外出是可以選擇第三種模式，打開不同情況下的遠(yuǎn)程報(bào)警提示提示，以確保家庭安全；第四種為關(guān)閉模式，當(dāng)用戶在家是，可選擇第四種模式關(guān)閉系統(tǒng)，以免發(fā)生誤報(bào)。

①開機(jī)模式測試。將系統(tǒng)電源打開供電則處于開機(jī)模式。在設(shè)計(jì)附近點(diǎn)火、釋放可燃?xì)怏w產(chǎn)生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都只能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器不工作。②開啟模式測試。在開機(jī)模式的基礎(chǔ)上，按下切換工作模式按鍵將會(huì)使系統(tǒng)處于開啟模式。在設(shè)計(jì)附近點(diǎn)火、釋放可燃?xì)怏w產(chǎn)生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器報(bào)警。③報(bào)警模式測試。在開啟工作模式的基礎(chǔ)上，按下切換工作模式按鍵將會(huì)使系統(tǒng)處于報(bào)警工作模式。在設(shè)計(jì)附近點(diǎn)火、釋放可燃?xì)怏w產(chǎn)生煙霧或煤氣泄漏、有人侵入都能看到各傳感器燈亮，蜂鳴器報(bào)警并給指定號(hào)碼手機(jī)分別發(fā)送"Thief"、"Fire"、GAS"的短信以此提醒用戶。④關(guān)閉模式測試。用戶可以給系統(tǒng)發(fā)送短信"10086"，使系統(tǒng)進(jìn)入關(guān)閉模式，則系統(tǒng)關(guān)閉，不論怎樣手動(dòng)切換工作模式，系統(tǒng)都不再進(jìn)行報(bào)警。再次開啟系統(tǒng)需要指定手機(jī)給系統(tǒng)發(fā)送短信"10010"，重新開啟系統(tǒng)。

2）火災(zāi)報(bào)警測試。處于報(bào)警模式狀態(tài)下，在設(shè)計(jì)附近點(diǎn)火火焰?zhèn)鞲衅鳠袅?，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)且系統(tǒng)向制定手機(jī)發(fā)送“Fire”的短信提升。

3）煙霧報(bào)警測試。處于報(bào)警模式狀態(tài)下，在設(shè)計(jì)附近釋放可燃?xì)怏w產(chǎn)生煙霧或煤氣泄漏，煙霧傳感器燈亮，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。

4）防盜報(bào)警測試。處于報(bào)警模式狀態(tài)下，在設(shè)計(jì)附近有人侵入使得設(shè)計(jì)震動(dòng)、傾斜，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。