基于51單片機(jī)的家庭智能安全防護(hù)設(shè)計(jì)

黃 潔，王青青，劉富楊，李 杰，楊文耀

（重慶市高校新型儲(chǔ)能器件及應(yīng)用工程研究中心，重慶文理學(xué)院，重慶 402160）

1 項(xiàng)目背景

隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展，智能家居逐漸走入了人們的生活，使得人們的生活更加便利且安全。本項(xiàng)目擬基于51系列單片機(jī)為核心的智能化管理，在硬件上實(shí)施全方位、立體的人體探測(cè)。在設(shè)防的前提下，能夠與手機(jī)聯(lián)通，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)是由按鍵裝置、人體感應(yīng)系統(tǒng)、手機(jī)通信模塊以及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組成的。設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的仿真圖如圖2所示。

2.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成。其中，單片機(jī)采用stc89c52，只讀存儲(chǔ)器ROM是可擦除的，所以可多次燒錄程序，方便人們使用[1-2]。

2.2.2 人體感應(yīng)模塊

本設(shè)計(jì)中人體感應(yīng)模塊主要采用熱釋電紅外傳感器HC-SR501，能檢測(cè)到人體所發(fā)出的紅外線，從而輸出電信號(hào)。每個(gè)傳感器中有兩個(gè)電極性相反的熱釋電元，可以抑制本身溫度的升高所帶來(lái)的干擾[3-4]。

當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍時(shí)，人體所產(chǎn)生的輻射被熱釋電元接收，產(chǎn)生信號(hào)。電荷信號(hào)由圖3中場(chǎng)效應(yīng)管放大再穩(wěn)壓之后使輸出變?yōu)楦唠娢?，在?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化后輸出變?yōu)榈碗娖?，使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，開始工作。人離開時(shí)則輸出高電平。

圖1 設(shè)計(jì)流程

圖2 仿真圖

2.2.3 通信模塊

本設(shè)計(jì)中通信模塊使用SIM900A，一個(gè)采用SMT封裝的雙頻GSM模塊。SIM900A是TTL電平接口，可直接與單片機(jī)連接，無(wú)需轉(zhuǎn)換器。電路如圖3所示，其中RXD數(shù)據(jù)接收信號(hào)線用于接收來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)。SIM900A除了需要與SIM卡座連接以形成完整的GSM 終端外不需要作任何的信號(hào)處理[5-6]。

圖3 電路原理

2.2.4 監(jiān)控模塊

本設(shè)計(jì)中監(jiān)控模塊核心使用無(wú)線WiFi芯片—海思3518，是一款民用的soc芯片。使用時(shí)要求軟件配置與硬件設(shè)計(jì)匹配，不使用的引腳配置為GPIO輸出狀態(tài)懸空。鏡頭則是采用OV9712版，100萬(wàn)像素。設(shè)定其原始分辨率為1 080 P，但可在APP中設(shè)置為720 P或480 P。整個(gè)監(jiān)控模塊較為穩(wěn)定，延時(shí)短、功耗低[7]。

2.3 軟件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)流程如圖4所示。先用keil uvision4編寫程序，編譯直至無(wú)誤，再用Proteus進(jìn)行仿真，最后用stc-isp將程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中。

筆者因2017協(xié)同育人項(xiàng)目，在華清遠(yuǎn)見(jiàn)教育集團(tuán)在線教育平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，嘗試將C語(yǔ)言編程應(yīng)用到單片機(jī)中。

3 系統(tǒng)測(cè)試

3.1 系統(tǒng)測(cè)試方法

先為每個(gè)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能編寫程序，測(cè)試其是否能夠正常工作，再去整體地進(jìn)行測(cè)試，具體有以下幾個(gè)步驟。

（1）按下布防鍵，紅外傳感器感應(yīng)是否有人。當(dāng)感應(yīng)到有人入侵時(shí)，紅燈亮；無(wú)人時(shí)繼續(xù)工作。（2）當(dāng)紅外傳感器檢測(cè)到有人后，通過(guò)GSM模塊向程序中所設(shè)定好的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，此時(shí)黃燈亮。（3）手機(jī)收到短信后，通過(guò)APP打開攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。（4）整合所有程序，進(jìn)行最終調(diào)試。

3.2 系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程及結(jié)果

本設(shè)計(jì)的實(shí)物如圖5所示。首先將編寫好的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)，通電后按下布防鍵，使其進(jìn)入布防狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過(guò)時(shí)，熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到人體，紅燈亮。隨后黃燈亮，與此同時(shí)GSM模塊向手機(jī)發(fā)送短信。手機(jī)接收到報(bào)警短信后，打開APP，通過(guò)攝像頭監(jiān)控實(shí)時(shí)狀況。

圖4 流程示意

圖5 實(shí)物

根據(jù)上述測(cè)試得出：（1）由于受熱釋電紅外傳感器本身的性質(zhì)影響，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)探測(cè)的靈敏度下降。（2）由于采用的OV9712版鏡頭本身性質(zhì)，此款設(shè)計(jì)不帶夜視功能，且使用遠(yuǎn)程手機(jī)端監(jiān)控時(shí)流量消耗較大。

4 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)利用了單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了家庭智能安全防護(hù)的控制。但本設(shè)計(jì)仍有很多地方不足，需要改進(jìn)。