郭建軍 林麗君 陳紅斌* 王克強(qiáng) 蔡 肯 于鳳梅

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州510225）

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展具有與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)，人類生存于社會(huì)的多元化意味著衣食住行質(zhì)量的層次提高，人們?cè)谕夤ぷ鞯臅r(shí)間也是逐漸加長(zhǎng)。對(duì)于在外的人來(lái)說(shuō)可能最擔(dān)心的就是自己家中無(wú)人時(shí)，家中一些突發(fā)性的事件比如火災(zāi)、盜賊入室、可燃?xì)庑孤┑劝l(fā)生時(shí)，不能及時(shí)得知并進(jìn)行必要的搶救措施。另一方面，人口數(shù)目亦對(duì)社會(huì)的治安發(fā)出更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，社會(huì)治安、安全防范問(wèn)題接踵而來(lái)。為了極大程度減少此類突發(fā)事故對(duì)人們?cè)斐傻膿p失，第一時(shí)間得知家中發(fā)生什么事就顯得尤為重要了[1,2]。本系統(tǒng)在家庭的環(huán)境基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)單片機(jī)控制的遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，能在突發(fā)事件發(fā)生后極短時(shí)間通過(guò)無(wú)線通訊通知遠(yuǎn)方的房子主人，這樣房子主人就可以盡可能快地在事情發(fā)生后采取相應(yīng)的措施（報(bào)警或者通知鄰居等）來(lái)減少損失。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的組成包括硬件電路連接和軟件程序兩個(gè)方面。考慮現(xiàn)在家庭布局以及人們對(duì)家庭安全的重視程度，基于模塊化和可延伸化的設(shè)計(jì)理念，將本設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)初處理、信號(hào)無(wú)線傳輸、第二次處理、聲光報(bào)警、遠(yuǎn)程GSM發(fā)送短信等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器模塊、聲音觸發(fā)報(bào)警電路、單片機(jī)主控中心、LED 顯示電路及必要的控制按鈕構(gòu)成。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52 基本特征

STC89C52 是STC 公司旗下的一款功能完備、用途廣泛的單片機(jī)，基于該芯片的高性價(jià)比和簡(jiǎn)便的電路操作，只需添加簡(jiǎn)單的具體功能電路即可實(shí)現(xiàn)可觀的數(shù)據(jù)處理能力。本系統(tǒng)的從機(jī)模塊上實(shí)現(xiàn)的功能是檢測(cè)MQ-2 的電平變化來(lái)驅(qū)動(dòng)NRF24L01無(wú)線模塊發(fā)送具體的信息到主機(jī)上，用STC89C52 已足以滿足本設(shè)計(jì)該實(shí)現(xiàn)的效果。單片機(jī)最小電路是一個(gè)從機(jī)模塊的中央控制器，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)從機(jī)系統(tǒng)各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)有電源、STC89C52 單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等組成。STC89C52 單片機(jī)具有8K 可編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52 是升級(jí)版的MCS-51 類型內(nèi)核，但是又具備比該內(nèi)核更強(qiáng)大的芯片，使其能實(shí)現(xiàn)更多的功能。

2.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

蜂鳴器報(bào)警電路設(shè)計(jì)采用的是電磁式有源蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)與蜂鳴器報(bào)警電路相連的I/O 口被拉低時(shí)，三極管就會(huì)由截止變?yōu)閷?dǎo)通，電路因此而通路，蜂鳴器會(huì)啟動(dòng)。GSM模塊選擇較為廣泛使用的SIM800A，該模塊引腳按照指示與單片機(jī)連接運(yùn)用，VCC 可接5V 到18V 的電源，鑒于單片機(jī)5V 驅(qū)動(dòng)的GSM模塊可能出現(xiàn)電流達(dá)不到其運(yùn)行的最低要求，這里直接接入12V電源驅(qū)動(dòng)，GND 就接地端，RXD 接STC12A60S2 的P30 口，TXD接P31 口，電路可以實(shí)現(xiàn)GSM模塊和單片機(jī)的數(shù)據(jù)交流的功能

[3]。在實(shí)現(xiàn)雙方數(shù)據(jù)交流的途徑中，運(yùn)用單片機(jī)串口通訊來(lái)實(shí)現(xiàn)是最實(shí)用和最高效的方式。

2.3 NRF24L01 無(wú)線通訊模塊電路設(shè)計(jì)

無(wú)線模塊具備8 個(gè)引腳供給電路外接。一個(gè)電源引腳接到LM1117 電源模塊3.3V 的輸出端，一個(gè)接地端，六個(gè)輸出輸入引腳接單片機(jī)的P1 口，單片機(jī)通過(guò)P1 口對(duì)無(wú)線模塊進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

2.4 熱釋電紅外傳感器模塊電路

HC-SR501 人體感應(yīng)模塊是在紅外線技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)明的的被動(dòng)類型的模塊，擁有靈敏度高，工作電壓低等特點(diǎn)[4]。該模塊集成后有三個(gè)引腳可以外接。VCC 引腳直接和5V 電源連接，GND 指示引腳與地端連接，OUT 引腳則輸出電平來(lái)改變單片的I/O 口的狀態(tài)。當(dāng)有人在其感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，OUT 引腳輸出高電平，感應(yīng)范圍的人離開(kāi)則會(huì)自動(dòng)延時(shí)一小段時(shí)間關(guān)閉高電平，然后輸出相反的電平。在總設(shè)計(jì)中，由主機(jī)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)該模塊電平的變化，從而反映是否有人在模塊感應(yīng)范圍內(nèi)。

2.5 MQ-2 煙霧傳感器模塊電路

MQ-2 煙霧傳感器模塊內(nèi)部集成氣敏元件、比較器等芯片，具備兩種不同類型的數(shù)據(jù)輸出功能，從其引腳標(biāo)注可以看出是模擬數(shù)據(jù)輸出和TTL 電平數(shù)據(jù)輸出。本次設(shè)計(jì)中涉及到的功能只運(yùn)用到TTL 電平輸出。MQ-2 傳感器采用外部電源供電。TTL電平輸出線直接與P03 相連接。使用過(guò)程中，如MQ-2 處于有煙或者燃?xì)獾沫h(huán)境中，TTL 電平輸出端回輸出相應(yīng)的低電平被單片機(jī)檢測(cè)到。如果該傳感器處于正常無(wú)煙無(wú)燃?xì)獾沫h(huán)境，由于單片機(jī)的P03 口接一個(gè)電阻上拉電平，將提高檢測(cè)的可靠性。

2.6 電源3.3V 模塊電路

單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓為5V，而本設(shè)計(jì)用到的NRF24L01 射頻模塊的在電壓1.9 伏到3.6 伏才能正常使用。如果直接將射頻模塊接到5V 電壓上，很容易使得該器件不能正常工作或者燒壞。因此應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)個(gè)電路使得5V 降壓穩(wěn)定在NRF24L01 正常工作電壓范圍內(nèi)。LM1117 芯片可以實(shí)現(xiàn)降壓的功能，但由于LM1117 本身芯片的結(jié)構(gòu)原因難以在萬(wàn)能板上焊接，故而只能尋求另一種方法: 直接使用由LM1117 芯片和外圍電路及必要的器件集成的5V 轉(zhuǎn)3.3V 穩(wěn)壓模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)NRF24L01 的驅(qū)動(dòng)。

2.7 電源5V 模塊電路

主機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)在5V 的電壓環(huán)境下可以正常工作，然而查閱GSM 的使用手冊(cè)可以得知，GSM 要12V 才能驅(qū)動(dòng)它正常發(fā)送短信信息到手機(jī)上?？紤]到如果用電池的形式給GSM供電，輸出這種電壓的電池價(jià)格上比較昂貴。現(xiàn)結(jié)合家庭的環(huán)境，考慮到家用供電電源，使用一個(gè)220V 轉(zhuǎn)12V 的普通充電器給GSM供電，再將12V 的電壓經(jīng)LM7805 的降低電壓功能作用，維持到5V 左右保持單片機(jī)運(yùn)行。NRF24L01 的電源輸入還得考慮到，于是再用一個(gè)LM1117 電源模塊，為了方便電路的焊接，將LM7805 芯片和LM1117 電源模塊連接起來(lái)，達(dá)到輸入一個(gè)12V 輸入端，一個(gè)5V 輸出接口和一個(gè)3.3V 輸出端的效果。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用單片機(jī)來(lái)控制個(gè)模塊的協(xié)同運(yùn)作，運(yùn)用較為方便快捷的編程語(yǔ)言C 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)，編譯程序軟件采用Keil C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)程序燒錄的軟件是stc-isp-15xx-v6,操作簡(jiǎn)單，燒錄時(shí)間不長(zhǎng)。系統(tǒng)軟件主要負(fù)責(zé)不斷檢測(cè)與模塊連接引腳的電平，檢測(cè)到具體變化就發(fā)出聲光報(bào)警和通過(guò)NRF24L01 發(fā)送數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)GSM發(fā)送信息功能。

結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，基本功能是實(shí)現(xiàn)火災(zāi)燃?xì)忸悎?bào)警和盜賊入侵類報(bào)警，但是本系統(tǒng)還有進(jìn)步和不斷完善的潛力。基于單片機(jī)的家庭報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)突發(fā)性事件，并很快的用短信通知到遠(yuǎn)方的主人。但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，只有當(dāng)系統(tǒng)大部分功能完備后才能客觀的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。