作者/徐敏、梁亞清,江蘇信息職業(yè)技術學院
基于DSP TMS320F2812的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)設計與制作
作者/徐敏、梁亞清,江蘇信息職業(yè)技術學院
本設計以TI公司的TMS320F2812作為主控制芯片,輔以傳感器外圍電路,實現(xiàn)了一個智能家庭監(jiān)控系統(tǒng),對室內溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體進行檢測和處理,監(jiān)測結果由液晶顯示屏顯示,當檢測物理量超出設定值時,啟動報警,并打開相應的執(zhí)行模塊。經(jīng)調試驗證,本系統(tǒng)運行正常,能夠有效地監(jiān)控室內環(huán)境,各物理量直觀地顯示在液晶顯示屏上,達到了系統(tǒng)設計要求。
DSP TMS320F2812;溫度;濕度;光照強度;可燃性氣體;MS12864液晶顯示屏
隨著國民經(jīng)濟與人民生活水平的不斷提高,人們對住宅環(huán)境的要求不斷提高,人們越來越希望自己的生活環(huán)境舒適、安全、節(jié)能。本文設計了一款低成本的監(jiān)測室內溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體濃度的系統(tǒng),以為人們提供一個舒適安全的居住環(huán)境。
本設計采用DSP(TMS320F2812)為主控芯片,結合外圍電路,組成智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路主要由TMS320F2812及其外圍溫度檢測電路、濕度檢測電路等組成。DSP主控制器循環(huán)檢測溫度、濕度、光照強度、氣體濃度的值,并且在液晶屏上顯示出來,當溫度、濕度、氣體濃度超過閾值則啟動風扇,低于閾值則風扇不動作,當光照強度低于設定閾值則LED燈被點亮,高于閾值則熄滅。系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)設計框圖
主控制器選用TI公司的高性能32位信號處理器TMS320F2812,它能夠在一個周期內完成32×32位的乘法累加運算,或兩個16×16位乘法累加運算。它的中斷延遲時間短,能滿足實時控制的需要。此外,它具有高度集成高速、低功耗、易于開發(fā)等優(yōu)點,特別適用于高性能數(shù)字控制和通訊等領域[1]。主控制器最小系統(tǒng)圖如圖2所示[2]。
圖2 主控制器最小系統(tǒng)圖
溫度檢測電路主要實現(xiàn)對環(huán)境溫度的檢測,本設計采用PT100鉑電阻作為溫度傳感器。溫度檢測電路連接圖如圖3所示,其主要由運算放大器LM358構成電壓跟隨器、PT100和R14構成的分壓電路構成,通過分壓檢測PT100的阻值,由運放構成電壓跟隨器,提高測量點電壓驅動能力最后將檢測電壓送到DSP的模數(shù)轉換單元進行處理。
圖3 溫度檢測電路
濕度檢測電路主要實現(xiàn)對家居環(huán)境濕度的檢測,本設計采用HIH–4000系列濕度傳感器里的HIH–4000–03。由其構成的濕度檢測電路如圖4所示。HIH–4000–03為電壓輸出型濕度傳感器,輸出兩個電阻R11、R16起分壓作用,LM358運算放大器構成電壓跟隨器,將濕度轉換成檢測電壓送到DSP的模數(shù)轉換單元進行處理。
圖4 濕度檢測電路
圖5 光照強度檢測電路
光照強度檢測電路主要實現(xiàn)對家居環(huán)境中光照強度的檢測,本設計采用光敏電阻作為光照檢測傳感器。光照強度檢測電路連接圖如圖5所示,其主要由運算放大器構成電壓跟隨器、光敏電阻R18和R21構成分壓電路構成,通過分壓檢測光敏電阻R18的阻值,由運放構成電壓跟隨器,提高測量點電壓驅動能力,最后光照強度轉換成將檢測電壓送到DSP的模數(shù)轉換單元進行處理。
圖6 可燃性氣體檢測電路
國內煤氣的使用非常普遍,為了防止煤氣中毒事件發(fā)生,加強煤氣檢測是非常重要的。本設計采用MQ–9氣體傳感器實現(xiàn)室內煤氣一氧化碳的檢測[3]。封裝好的MQ–9有六只針狀管腳,其中4個用于信號取出,2個用于提供加熱電流。可燃性氣體檢測電路連接圖如圖6所示。MQ–9傳感器相當于一個電阻與R25串聯(lián),氣體濃度增加傳感器電阻減小。
當檢測到的物理量超過或低于設定的閾值時,報警電路發(fā)出聲音報警,方便用戶做進一步處理。其電路連接圖如圖7所示,采用蜂鳴器報警。
圖7 報警電路
圖8 風扇驅動電路
本設計有兩個執(zhí)行電路:風扇電路和LED驅動電路。當溫度、濕度以及可燃性氣體濃度超過設定閾值時,則啟動風扇驅動電路[4];當光照強度低于設定閾值時,則啟動照明裝置,光照強度高于閾值時,則LED燈熄滅。電路連接圖如圖8和圖9所示。
圖9 LED驅動電路
系統(tǒng)軟件主要由主程序和子程序等組成。主程序完成系統(tǒng)初始化、中斷設置等功能;子程序完成濕度、溫度、氣體濃度以及光照強度的檢測和顯示。主程序流程圖如圖10所示,子程序流程圖如圖11所示。
圖10 主程序流程圖
圖11 子程序流程圖
本設計是基于 uCOS–II操作系統(tǒng),采用C語言編程實現(xiàn)的,主要包括main()主程序、系統(tǒng)外部中斷程序、顯示子程序、采樣子程序等幾個部分構成。經(jīng)調試后,程序運行情況穩(wěn)定,顯示結果如圖12所示。
圖12 顯示結果
本設計能夠正常檢測室內溫度、濕度、亮度以及可燃氣體濃度,當物理量超過設定閾值時會自動報警,并打開風扇通風,實現(xiàn)自動調節(jié);在亮度低于設定閾值時系統(tǒng)自動報警并打開照明裝置,各檢測物理量直觀的顯示在液晶顯示屏上,達到了系統(tǒng)設計要求。本設計在今后可以進一步完善,采用模塊化電路實現(xiàn),通過預留出的端口,通過改變傳感器模塊電路就可以方便地實現(xiàn)不同物理量的檢測,另外將無線通信引入進來,可實現(xiàn)真正意義上的智能家居控制。
* [1]徐科軍,張瀚,陳志淵.TMS320x2812xDSP原理與應用[M],北京:北京航空航天大學出版社,2006
* [2]陳光偉,向中凡. 基于TMS320F2812的最小系統(tǒng)設計[J],微型機與應用,2010.12(49)
* [3]譚長森.基于PT100型鉑熱電阻的測溫裝置設計[J],工礦自動化,2012.3
* [4]羅中良,汪華斌,吳靜,劉剛. 基于ZigBee網(wǎng)絡的氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)設計[J],計算機術與自動化,2011.12