基于物联网的智能室内安全系统设计.docx

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1、基于物联网的智能室内安全系统设计摘要：在当代社会信息化浪潮翻涌卷席下，现代科技的发展巨轮不断向前滚动，人们的日常生活与工作学习也越来越离不开信息科技。大大小小的科技产品中所体现的功能型、娱乐型和家居性都各有不同。而近现代，随着人们精神需求增加，生活质量也在逐步提高，甚至对此有更高要求。人们对于自家的安全性有更高的安全意识，家庭安全体现在哪，就人身和财产安全来说，防盗、防火、智能安防自然必不可少。如何将这些需求结合在一起并实现相对应的功能布防在一个系统上还可以进行网络连接，这是我所思考的。于是，联系此次课题我想我需要设计一种建立在网络基础上的可以帮助住户真正做到防火防盗和进行合理监控、管理和控制

2、的智能家居系统。使人们享受便捷的生活服务，增强生活体验感和舒适度。关键词：信息科技；智能安防；家居系统目录1绪论11.1 研究背景以及意义11.2 国内外研究现状11.3 论文的主要工作22方案选择42.1 单片机的选择42.2 防盗探测器的选择42.3 烟雾传感器的选择52.4 显示方案的选择53系统硬件设计63.1 整体方案设计63.2 STC12C5A60S2单片机介绍73.3 烟雾传感器的介绍93.4 1CD1602液晶显示器介绍114单元电路的设计164.1 最小系统电路164.2 烟雾检测模块电路164.3 空气质量检测模块电路174.4 DS18B20（温度）传感器模块电路174

3、.5 热释电红外传感模块电路174.6 液晶显示模块电路184.7 按键输入模块电路184.8 报警模块电路195软件设计205.1 主程序模块205.2 温度采集处理模块205.3 液晶程序模块225.4 烟雾采集处理模块236系统调试246.1 电路的调试246.2 调试方法246.3 程序调试和分析25结束语26参考文献27致谢错误!未定义书签。1绪论1.1 研究背景以及意义1. 1.1研究背景近年来，人们的物质生活水平伴随着科学技术的井喷和社会的鼎新进步而逐渐提升。正因为计算机、通信技术和云上技术的成熟，人们的工作生活方式与固有概念已然发生了深刻的转变。为了提高生活的质量，人们对居家生

4、活的便捷、舒适、安全等性能都产生了更高的要求。而传统家居已然被时代的浪花卷入海底，其板滞、落后逐渐为年轻人所唾弃。这也让广大厂商放弃停步不前，向物联网进发。智能家居将家居控制、环境检测、安全告警、网络通信等模块集合起来，为用户提供更舒适安全的居家体验，其智能化也为广大年轻人所追捧。112研究意义家居安全系统业是现代物联网时代，由电子、自动化、及通信技术相辅而成的产物。它可以自动控制管理家庭设备，时刻监控家居安全，对家庭环境的突然变化进行报警，即使身处异处也可以实现即刻管理，给用户提供安全、有效便捷的环境。家居智能化系统则为实现这些将家庭信息、通信设备、家用电器和安防系统通过有线和无线方式紧密连

5、接保持居住室的舒适。居住环境可发生质的改变,在现代家居设计针对舒适性和个人设计重视度较高的同时。加强家居安全设计的研究工作自然可以填补家居设计存在的缺陷，在给人们提供温馨安静的家居环境时也能提供安全保障，加强家居安全作用。1.2 国内外研究现状1984年，世界有一栋建筑在美国某州出现。本来它仅是一幢旧大楼，后经过计算机对内部设备进行改造控制，并反馈和提供信息化服务。从那以后某些发达国家已经观察到智能家居市场行业未来发展的缺口将会带来的巨大商业财富，所以在智能家居系统的研究中提供大量资源。1985年，“亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”在新加坡举办，展览会上，家庭智能系统功能多种多样，初具雏形

6、。据统计，到2013年，智能家居业务经济已达上亿，使得越来越多的国家开始着手研究智能家居控制。人工智能不断发展,在人类历史上留下不可磨灭的一笔。即使是在电影、电视和文学创作中，人们的梦想也离不开擅长的先进机器，因为它们提供了更有效的生活质量，提高了劳动生产率和社会生产力。与西方的知识产权领域研究相比，国内的研究起步则较晚开始，但已得到飞速发展的成效。自80年代开始引入智能家居概念至今，虽然不像一些发达国家那样对行业指定技术标准。但是在实践上，已经利用此概念进行建设智能化的住宅小区了。据悉，国家将投资上亿人民币用来将概念转变为现实。而某市建设的高达万数的网络社区已然发展起来。这必然促使智能化的建

7、设从小区向家庭化发展。但制约因素依然存在，由于政府在房地产行业的调控，地产经济泡沫化所导致的不景气对整个住宅业和相对应的电子设备行业有所打压，所以必然使得智能家居市场所面对的客户群体减少。但机遇与挑战并存，某些政策将会加大控制，给智能家居的发展带来全新机遇。近阶段，智能家居系统的主要方向在网络连接上，建立一个多模块综合管理平台。只要通过移动终端用户就可以和家中各类设备联系，足不出户也可以享受智能家居系统提供的好处。1.3 论文的主要工作综合运用所学例如：电路分析、模电、数电、传感器和微机控制等，解决实际中遇到的种种问题，应做到如下工作：(1)对软硬件的综合设计：熟练掌握某某软件工具的使用方法，

8、编写软件驱动程序。熟悉硬件实物的原理及应用选择合适的主控芯片画出设计原理图，并使实现其家居智能安全系统的感知能力和处理能力。(2)完成家居防盗监控功能：利用热释电红外探测器和振动传感器来感知防盗信号。(3)完成智能家居安全监控系统：结合空气质量、烟雾和温度三者信号分析完成火灾报警系统。(4)实现网络通讯功能：结合防盗、防火报警系统实时与网络连接，反馈家居安全信息。本课题主要介绍基于物联网的智能家居安全系统，对相应的功能要求完成设计实现。利用它的可行性进行理论指导，然后使用硬件设计中提供的技术理论进行扼要分析，选择物联网家居安全系统下的组成和构建。针对现下存在的问题，包括功能需求全面结合，设计出

9、各个功能模块以及该程序和电路设计图。即防盗监控模块和火灾报警系统模块。随后对两模块进行必要连接、调试，最后与网络通讯连接，实现网络功能。发现问题并及时解决问题，保证两模块的有机结合能够发挥出它们的实际应用功能，做到真正的家居安全系统的防控。最后，指出本次设计的不足和实物硬件的缺点之处，便于自我改进和后来者的拓展，以达到更进一步的高度和展望。2方案选择2.1单片机的选择方案一：使用DSP,它是一种微处理器，可以利用数字信号进行信息的处理。其优势包括，对元件的容量尺度不敏感，容易达到积分效果，受到外界干扰因素较小，可以实现处理器的通用，处理器系数易调节以达到自适应的效果，可以更好的适用于低频信号。

10、缺点是价格不合理，缺少可用的无源设备。方案二：中央处理器采用单片机。近年来，单片机以其高可依赖性、低电压、低功耗、适中性能与价格等优点得到了迅猛的发展和普及。单片机的算术运算功能相对较强,软件应用灵活低耦,功能实现轻量明了，内部集成计数器与计时器，体积小，功耗低，计数技术成熟。最后提出了第二种方案，以STCI2C5A60S2为中央控制单元。2. 2防盗探测器的选择方案一：热释电红外传感器。一般来说，物体的绝对温度为0情况下依然能产生热辐射，此时热光谱明显集中在红外区域，由此可见，自然界中的所有物体都在热光谱上成像。当物质呈现不同的物理化学性质和不同的温度，红外辐射的波长和距离会有所差异；温度越

11、高，红外辐射越强。人的体温是恒定的，大约在36C37C区间浮动,红外辐射相对稳定。可以通过把滤光片粘贴在硅片表面,将一部分波过滤，只允许波长7到10M的波通过。从而获得了具有良好检测性能的红外传感器。它具有制作成本低、设计简单、电路简单等优点，得到了广泛的应用。缺点是检测错误率比较高，比较适合本设计的应用。方案二：超声波传感器。超声波穿透强，人耳不可测得，强方向性和透射过程衰减小，反射能力强作为检测报警的检测源。但是超声波是通过空气传播的,因此房间的空气流通情况和温度湿度等条件都会影响其探测灵敏度。且超声波的驱动电压较高，很多时候需要脉冲变压器进行升压。由于其对坏境要求高和高昂的造价，并不选择

12、它用于本设计。方案比较及选择：对比以上二种防盗传感器的应用效果和特性，可以清晰明确的看出红外热释电传感器和震动传感器的优点有：自己无任何类型发生辐射、本身其损耗小、体积小隐蔽性能好。在价格上也是适中，经济承担小，使用寿命长。且本身具有非常高的抗干扰能力，例如抗灯光和电磁波干扰。准确灵敏捕捉外来物信息，有效的降低了报警系统的误报率。在正确的安装高度下，探测目标也一般集中在人身上，不出现对小动物报警状况。因此，本课题的设计中采用红外热释电传感器作为防盗监控系统核心采集信息器，以震动传感器为辅助探测信息的采集器。两者在同一工作条件下，分别发挥其不可缺少的作用。红外热释电传感器不排除一定的误报率，而发

13、生不必要的意外。所以起辅助作用的震动传感器就不可或缺了。可对前者进行查缺补漏，做到真正的万无一失，确保家居防盗监控报警系统的完整性可实施性和安全性。2.3烟雾传感器的选择方案一：接触式燃烧传感器。其缺陷尤为明显，探头电阻慢、烟雾中毒问题难以避免。因此，为了保证传感器的精度，有必要对传感器进行频繁的标定。一般情况下，传感器应在连续多次使用后重新校准。问题是，这种断断续续的检查无形中增加了人力资源的工作量，也增加了探测器的维护成本。方案二：半导体烟雾传感器。其主要材料为氧化物半导体陶瓷，以此单晶半导体元件作为敏感点。该传感器对烟雾识别能力高度敏感,响应速度快,体积小，使用方便，结构简单，这也是它得

14、到广泛应用的缘由。半导体烟雾传感器的性能要求很大程度上更注重于其灵敏度、抗干扰强度和使用寿命。所以这里我选择mq-2烟雾传感器。2.4显示方案的选择方案一：1ED数码管的价格极为合适。除了在显示数据的方面最为适合，包括与单片机连接的非静态扫描方式，需要占用单片机接口线数目也是极少的缺点也很明显，由于数码管的动态扫描依赖于741S164移位寄存器进行移位，在芯片的电路调试中容易遇到无法解决的问题，这无疑加大了配置难度。方案二:采用液晶显示,显示能力同样强大,可显示大量文字甚至简易图形。对于这种设计，一块1602液晶屏就足够了，而且价格比较合理。因此，此次设计计划使用1CD1602液晶屏作为显示部

15、分。3系统硬件设计3.1整体方案设计3.1.1系统概述本系统最终采用单片机STCI2C5A60S2作为设计的核心部分，仅需5伏特USB供电,加以电阻电容晶振等辅助零件构成的旁支电路,组合成单片机内最小系统。其他功能模块也以其为中心设计展开，满足功能需求。因为烟雾采集的传感器选择了MQ-2,但囿于输出信号为模拟信号，将数据模通过数转换芯片进行适配，转换成单片机可以接受的数字信号；热释电红外传感器选择了HC-SR52。传感器表面的电荷密度会根据不稳定强度的红外光影响从而产生热释电电流，阻抗能将电流信号转换成所需的电压信号；另外，单片机与传感器通过引脚连接，温度模块方面由DS18B20数字传感器采集；显示装置选用1602液晶屏，可实时在屏幕上显示我所预置的安全预设内容和数值；另外，声光报警由蜂鸣器和1ED灯组成，实时监控烟雾、温度和红外是否有告警需要，无论哪个数值超出预设数值，报警模块都会启动；本作品提供了5个按键提供键入操作，用户可以根据实际情况修改预设阈值。物联网层面，ESP8266模块内部设有STA/AP模式，能够与无线路由、热点连接，可以轻松接入网关，实现万物互联。3.1.2系统框图图3.1系统框图3.2STCI2C5A60S2单片机介绍图3.1STCI2C5A60S2实物图STCI2C5A60S2单片机是我研究此课题时接触到的一个全新51单片机种类，甚至在学校实验室也未曾见