韓博 李卓

（桂林理工大學，廣西 桂林 541006）

隨著我國改革開放政策取得巨大成功，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,帶動了科學技術(shù)的不斷前進,使得人們對自身的生存質(zhì)量和品質(zhì)提出了更高的要求。而家庭環(huán)境作為人們生活質(zhì)量的最具有代表性的體現(xiàn),智能家居系統(tǒng)也逐漸走進人們的視野。以前人們只追求溫飽問題，而現(xiàn)在，人們對于自己的生活質(zhì)量有了新的要求。比如：生活品質(zhì)、環(huán)境的舒適、住房安全等等。讓家居實現(xiàn)智能化，為人們提供更多的便利是當今社會發(fā)展的趨勢。為人們創(chuàng)造了一個安全、舒適、智能、便利、全自動化的生活環(huán)境，人們可以有更多的時間和精力去做其他的事情。所以智能家居的發(fā)展，對人們生活的質(zhì)量的提升有著非比尋常的意義[1]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

本智能家居自動化和安全系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機為核心處理器，利用WiFi 通信技術(shù)將傳感器和PC 端相結(jié)合組成的遠程控制系統(tǒng)。在相應(yīng)的節(jié)點上布置了溫濕度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、粉塵濃度傳感器、PM2.5 傳感器和人體紅外傳感器用于感測現(xiàn)場的信息[4]。本系統(tǒng)的硬件部分采用跟和IAR集成開發(fā)環(huán)境集成開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)，利用C 語言進行編程。本系統(tǒng)的軟件部分采用Microsoft Visual Studio Solution 集成開發(fā)平臺進行軟件開發(fā)。使用c 語言以及c#語言進行軟件部分的編程。系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 STC12C5A60S2 單片機

STC12C5A60S2 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期的單片機，其具有高速、低功耗以及超強抗干擾的性能，屬于新一代8051 單片機，它的令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但運行速度是傳統(tǒng)單片機8-12 倍。內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路，2路PWM，8 路高速10 位A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S)。單片機最小系統(tǒng)如下圖2 所示。

圖2 單片機最小系統(tǒng)

2.2 光敏電阻傳感器

光敏電阻傳感器分為三針型和四針型兩種，本系統(tǒng)選用四針型光敏電阻傳感器進行設(shè)計。該產(chǎn)品使用比較方便，其具有抗干擾能力強，波形好，驅(qū)動能力強的優(yōu)點，并自帶可調(diào)節(jié)電位器，可對檢驗光線亮度進行調(diào)節(jié)，擁有DO 數(shù)字開關(guān)量的輸出方式（0 和1）和AO 模擬量輸出（電壓）。具體的傳感器的采集信息的原理是通過光敏電阻中的電阻器來根據(jù)光照強度的升高，使得電阻值下降。量程：0～1000Lux/10～10 000 Lux 可選，測量精度：＜7%。四針型光敏電阻傳感器共有4 個引腳，分別是VCC、GND、AO 以及DO。VCC 代表電路的供電電壓，GND 代表電線接地端，AO 負責模擬信號輸出，DO 負責開關(guān)信號輸出，可與單片機相連[2]。光敏電阻傳感器的引腳圖如圖3 所示。

圖3 光敏電阻電路圖

2.3 人體紅外傳感器

本系統(tǒng)采用的是HC-SR501 型號的人體紅外傳感器，HC-SR501 是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778 探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式[3]，外罩菲涅耳透鏡隔離外界干擾并增加檢測距離，直流電壓5V 至20V 之間可正常工作，能夠輸出0V 至3V的高低電平，感應(yīng)范圍在7 米以內(nèi)，小于120 度錐角，可以調(diào)節(jié)封鎖時間及檢測距離。傳感器具體的實現(xiàn)原理是通過熱釋電原件當做一個紅外感應(yīng)源，當感知到人體溫度的變化時就會導(dǎo)致電荷失衡，并且會向外排放電荷，經(jīng)過電路檢測到以后就會發(fā)生報警。

HC-SR501 型號的人體紅外傳感器共有5 個可外接端口，包括電源正極，電源負極以及信號輸出端口OUT，其余兩個端口H 和L 可以設(shè)置觸發(fā)方式，分別代表了可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)，RT 是溫度補償電阻，CDS 是光敏電阻[4]。圖4 為人體紅外傳感器電路連接圖。

圖4 HC-SR501 人體紅外傳感器電路連接圖

2.4 WiFi 模塊

本課題設(shè)計采用的wifi 模塊具體型號為ESP8266，ESP8266模塊體積在11×10 毫米左右，工作電壓在3.3V，板載PCB天線，對于802.11 b/g/n 非常支持，工作的模式主要有AP，STA 以及混合三種工作模式，在控制的時候是用AT 來控制。內(nèi)置TCP/IP 協(xié)議棧，支持多路TCP Client 連接，支持Socket AT 指令、UART/GPIO 數(shù)據(jù)通信接口以及Smart Link 智能聯(lián)網(wǎng)功能，內(nèi)置32 位MCU，可兼作應(yīng)用處理器，適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計[5]。圖5WiFi 模塊的電路連接圖。

圖5 WIFI 模塊連接電路圖

2.5 溫濕度傳感器

本設(shè)計的溫濕度檢測模塊硬件采用的DHT11 溫濕度傳感器與STC12C5A60S2 單片機P3.7 口連接通信，適用于很多環(huán)境中。溫濕度傳感器的引腳連接圖如圖6 所示。

圖6 溫濕度檢測模塊連接電路圖

2.6 煙霧傳感器設(shè)計實現(xiàn)中對煙霧模塊硬件采用的是MQ-2 煙霧傳感器。在系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測與控制中，經(jīng)過比對選材，發(fā)現(xiàn)該型號MQ-2 煙霧傳感器可對液化氣、苯、氫氣、煙霧等進行探測，高靈敏度、簡單的驅(qū)動電路。通過單片機上標注的引腳口將MQ-2 煙霧傳感器的AO 引腳于P1.0 口相連進行通信。

2.7 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

本課題采用的檢測火焰的傳感器具體的原理是通過燃燒時火焰的不同輻射強度和波長為基礎(chǔ)，通過傳感器的紅外接收管接收光源信號，并經(jīng)過電壓電路比較，就可以相應(yīng)的輸出A/D數(shù)據(jù)。該傳感器可以檢測的火焰或者波長為760 納米-1100 納米范圍?；鹧?zhèn)鞲衅骶哂徐`敏度高、抗干擾性強的特征，在工作時不受日光、紅外熱輻射的影響傳輸距離長。經(jīng)過比對選材，最終火焰?zhèn)鞲衅黝愋瓦x擇TELESKY 型?；鹧?zhèn)鞲衅饕_圖如圖7所示。

圖7 火焰?zhèn)鞲衅饕_圖

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)PC 端設(shè)計主要包括底層傳感器對模擬家居環(huán)境中的溫濕度，光照強度，火焰煙霧，PM2.5，人體感應(yīng)等進行實時采集及上傳給上位機。當室內(nèi)PM2.5、CO 超標，檢測到有陌生人入侵，室內(nèi)火焰指數(shù)超標時，系統(tǒng)會及時進行處理，LED 燈亮起，蜂鳴器開始報警，同時管理人員也可以通過上位機上的執(zhí)行向系統(tǒng)終端下發(fā)命令，控制系統(tǒng)終端的蜂鳴器、LED 燈。同時管理員也可以通過上位機對LED 燈、蜂鳴器等自主操作。報警提示功能流程圖如圖8 所示。

圖8 報警提示功能軟件程序流程圖

4 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)是具有極大潛力的高科技消費型產(chǎn)品，在中國具有廣闊的市場空間。我們所提出的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)具有如下功能：

4.1 門禁功能：采用輸入密碼的方式，上位機設(shè)置密碼，根據(jù)按鍵矩陣的輸入值判斷密碼是否正確。若密碼正確，則LED 燈閃爍綠燈，表示開門狀態(tài)，若密碼失敗則LED 燈閃爍紅燈，表示需要重新輸入密碼。

4.2 環(huán)境監(jiān)測功能：溫濕度傳感器、煙霧傳感器感知周圍環(huán)境，若監(jiān)測到數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)值，LED 燈閃爍紅燈、蜂鳴器報警，上位機顯示數(shù)據(jù)并設(shè)置閾值。

4.3 智能感知功能：聲敏、光敏傳感器、人體紅外感應(yīng)傳感器來檢測周圍光線、是否有人，來決定是否開啟燈光。光敏先判斷是白天還是晚上，晚上在判斷聲敏有沒有人，最后人體紅外監(jiān)測有沒有人，如若有人則開燈。