郭廣明,李 力,羅健立

(廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院, 510640)

基于高速微控制器C8051F330單片機(jī)的智能安防系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

郭廣明,李 力,羅健立

(廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院, 510640)

提出了一種以高速微控制器C8051F330單片機(jī)為主控中心，采用SIM900A通信，能遠(yuǎn)程實時監(jiān)控異常人員入侵、火災(zāi)、煤氣泄漏等的系統(tǒng)。該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、性能可靠、成本低，易于安裝維護(hù)。

高速微控制器;智能安防;GSM

0 引言

隨著計算機(jī)科技技術(shù)，通信的快速發(fā)展，人們對自己居住的環(huán)境也提出更高的要求，希望自己居住的地方是一個生活現(xiàn)代化、環(huán)境舒適化、安全化的生活空間。由此智能家居也逐漸走進(jìn)了人們的生活。智能安防是智能家居的重要組成，目前市場上最為常見的智能系統(tǒng)以被動的單向報警為主，且不能進(jìn)行遠(yuǎn)程布防，當(dāng)家中發(fā)生警情時，只是簡單的向外發(fā)聲報警，而并沒有對警情進(jìn)行急時的處理以減少生命和財產(chǎn)的損失，功能上存在很大的缺陷。

圖1 系統(tǒng)框架圖

為了加強智能安防的功能，滿足人民更高的需求，本文提出了一種基于C8051F330單片機(jī)與SIM900A網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的智能家庭安防系統(tǒng)的設(shè)計，該系統(tǒng)不僅可對家庭異常人員入侵、火災(zāi)、煤氣泄漏實行實時性的監(jiān)控，而且可以實現(xiàn)對多個重要的點進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)的采集，如有嚴(yán)重的警情，主控會實施報警功能并通過GSM模塊利用電信寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺通知戶主。這種方法采用的是單MCU的方式，不僅可以高速運行與處理各模塊，而且性能穩(wěn)定可靠、實用性高。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用高速8051微控制器內(nèi)核的C8051F330單片機(jī)作為主控制中心，實現(xiàn)各個模塊的協(xié)調(diào)工作，同時是各模塊與外界通訊的橋梁。人員異常入侵檢測模塊通過紅外感應(yīng)實現(xiàn)，火災(zāi)探測模塊通過煙霧傳感器實現(xiàn)，門禁模塊通過電子鎖的原理實現(xiàn)，對外通信模塊通過GSM實現(xiàn)。外加LCD液晶顯示屏、矩陣鍵盤和報警控制器等組合成整個智能安防系統(tǒng)。 （下圖是系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)）

2 微控制器

該系統(tǒng)采用的C8051F330單片機(jī)是一款速度強、內(nèi)外設(shè)配置齊全、存儲容量大的微控制器，它的系列器件使用的是Silicon Labs的專利CIP-51微控制器內(nèi)核，完全兼容8051，但它執(zhí)行指令的速度是8051的12倍，峰值可達(dá)25MIPS。它含有高精度和低頻率的內(nèi)部振蕩器，可以準(zhǔn)確、高速的處理數(shù)據(jù)，滿足運行多種協(xié)議的要求、而且具有豐富的外設(shè)配置和外設(shè)接口，其SPI接口允許與外設(shè)進(jìn)行高速的同步傳輸數(shù)據(jù)，這些外設(shè)包括：10位的DAC、ADC，溫度傳感器、EEPROM存儲器等。使用該控制器主要實現(xiàn)了對報警輸入輸出I/O的控制和對相關(guān)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。該控制器具有高性能、低成本、設(shè)計靈活等特點，適合用于多路開發(fā)。

3 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計

3.1 人員異常入侵檢測模塊

采用人體紅外感應(yīng)模塊DYP-ME003，該感應(yīng)模塊采用雙元探頭，當(dāng)有人體經(jīng)過時，紅外光譜與雙元的時間、距離就有差值，則會輸出一個紅外光譜信號，信號經(jīng)過晶體管放大后被輸出，輸出后經(jīng)BIS0001處理電路進(jìn)行相應(yīng)的處理，最終輸出一個高電平給該模塊的主控制器STC89C52，STC89C52接收到電平經(jīng)過處理、匹配后，如是異常會給端口發(fā)送固定的頻率使蜂鳴器工作，發(fā)出報警的聲音。

3.2 火災(zāi)探測模塊

通常發(fā)生火災(zāi)前期會產(chǎn)生大量煙霧，通過煙霧傳感器實現(xiàn)對煙霧的監(jiān)測，也是對火災(zāi)的監(jiān)測，該模塊中采用MQ-2氣體傳感器，其不僅對煙霧敏感，對其他大多數(shù)氣體的檢測也非常理想。它首先會把采集的模擬信號傳給ADC0808,經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化后，會把數(shù)字信號發(fā)給該模塊的主控制器STC89C52，STC89C52接收到數(shù)字信號經(jīng)過處理和比對后，會在LCD1602液晶屏上顯示該濃度并檢測是否超出預(yù)設(shè)的濃度，若超出預(yù)設(shè)值，則會輸出信號觸發(fā)蜂鳴器報警。

3.3 密碼門禁模塊

密碼門禁系統(tǒng)的核心部分是電子密碼鎖，電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路或是芯片工作，從而控制機(jī)械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。

本模塊主要也是完成密碼鎖的功能，通過4*4的矩陣鍵盤進(jìn)行模式的選擇，模式包括用戶模式和管理模式。用戶模式就是密碼輸入，如果3次之內(nèi)輸入密碼正確，本模塊的主控器AT89S51就會發(fā)出電頻使ULN2003驅(qū)動步進(jìn)機(jī)工作，從而打開門鎖并在LCD1602液晶顯示屏顯示成功打開門。相反輸入超過3次都不正確，則AT89S51就會做相應(yīng)的處理，完成報警功能。管理模式就是對密碼進(jìn)行修改，首先把舊密碼輸入進(jìn)行對比，對比成功后，再把新密碼存儲到24C02中，最后在LCD1602上顯示修改成功；反之，再次回到輸入狀態(tài)。（下圖是門禁系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖）

圖2 紅外模塊與單片機(jī)連接原理圖

圖3 門禁系統(tǒng)流程圖

3.4 對外通信模塊

本模塊采用由SIMCOM公司生產(chǎn)的新一代通信模塊SIM900A模塊，它可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)主站與外界用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸，短信服務(wù)。SIM900A使用串口通訊的方式和外部連接，通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，我們可以使用AT指令去控制其相應(yīng)的功能。通過杜邦線把模塊分別與電源、SIM卡、數(shù)據(jù)通信、狀態(tài)指示等相連接，模塊上電后，需3秒左右，網(wǎng)絡(luò)才得以連接，連接后，要保持高阻抗?fàn)顟B(tài)，才能保證模塊與用戶實時性的通訊。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用單片機(jī)作為主控制器。系統(tǒng)軟件包括各個模塊的初始化、人體紅外感應(yīng)處理模塊、煙霧傳感處理模塊、門禁處理模塊等。系統(tǒng)上電后，首先會給單片機(jī)串口、中斷和各個模塊等進(jìn)行初始化，然后不斷循環(huán)檢測是否有信號接收到，當(dāng)檢測到有信號后立刻進(jìn)入相應(yīng)的程序進(jìn)行處理。

紅外感應(yīng)模塊布防之后，緊接著會檢測有無人非法闖入，如有會進(jìn)入報警程序，啟動聲音報警器。與此同時，主控制器會通過GSM模塊向主人發(fā)送警情信息。

煙感模塊檢測到空氣的煙霧濃度超過預(yù)設(shè)值后同樣會進(jìn)入報警模式和向房主發(fā)送警情信息。

門禁模塊經(jīng)過初始化后就會進(jìn)入功能鍵的選擇，若選擇用戶模式，接著就會進(jìn)入密碼輸入的程序，輸入完成后就會進(jìn)入匹配程序，如正確，則最后進(jìn)入驅(qū)動開門的程序，如不正確，則會啟用報警模式并通知戶主。若選擇管理模式，就會兩次進(jìn)入輸入新密碼的程序，然后再進(jìn)行比對，若一樣，則修改成功，若不一樣，會再次回到輸入程序。

Design and Implementation of Intelligent Security System Based on High-Speed Microcontroller C8051F330

Guo Guangming,Li Li,Luo Jianli
(Guangdong Institute of Science and Technology,510640)

This paper presents a system, which is based on a high-speed microcontroller C8051F330 as its main control center,using SIM900A for communication,and with the function of remotely real-time monitor the abnormal personnel,fire,gas leakage and so on.The system has stable operation,reliable performance,low cost and easy installation and maintenance.

high-speed microcontroller;intelligent security;GSM

項目名稱：廣東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)計劃，項目編號：Yq2013177廣東省自然科學(xué)基金項目，項目編號：S2013010011519