傳感器智能家居設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 南通大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 南通大學(xué) 傳感器與檢測課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 學(xué) 院：電氣工程學(xué)院班 級：自143姓 名：鐘明蕊 學(xué) 號：1412011064 目錄1設(shè)計(jì)目的及要求12總體設(shè)計(jì)方案22.1智能家居溫度檢測2.1.1測溫器件 DS18B20的簡介22.1.2顯示器件介紹32.1.3硬件設(shè)計(jì)電路42.1.4軟件設(shè)計(jì)電路.52.2智能家居氣體泄漏/火災(zāi)檢測2.2.1 MQ-2/MQ-7氣體傳感器72.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路82.2.3硬件設(shè)計(jì)電路82.2.4軟件設(shè)計(jì)電路.92.3 智能家居外人闖入2.3.1干簧管簡介102.3.2干簧管電路112.3.3硬件設(shè)計(jì)電路112.3.4軟件設(shè)計(jì)電路.123

2、各模塊與TC35之間的通訊124 TC35 GSM模塊.14參考文獻(xiàn).15智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)目的及要求1.1設(shè)計(jì)背景：智能家居以住宅為平臺，將建筑、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、管理融為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的家居環(huán)境。智能家居是一個多功能的系統(tǒng)，包括家庭內(nèi)部的安全防范、家居布線系統(tǒng)、家電控制、遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。家居智能化設(shè)計(jì)包括傳感器的檢測，信號的傳遞，結(jié)果處理等。但現(xiàn)在仍未普及，而且目前智能家居的國際標(biāo)準(zhǔn)未成熱，因此智能家居監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在廣闊的發(fā)展空間。1.2設(shè)計(jì)目的：利用所學(xué)的傳感器與檢測技術(shù)知識，實(shí)現(xiàn)家居溫度、煤氣泄漏、外人闖入、火災(zāi)（煙霧）的檢測（以上檢測項(xiàng)目必做。

3、在此基礎(chǔ)上增加檢測項(xiàng)目并具有可行性，加分。除環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目外，也可增加人體信號檢測等。）。各檢測節(jié)點(diǎn)可通過無線方式連接到主機(jī)，檢測到危險(xiǎn)信號后，主機(jī)可采用聲光報(bào)警或遠(yuǎn)程報(bào)警。1.3設(shè)計(jì)要求：（1）用Protel畫出設(shè)計(jì)原理圖；（2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一種或幾種軟件，完成系統(tǒng)電路圖部分或全部仿真，在設(shè)計(jì)說明書中體現(xiàn)仿真結(jié)果；（3）寫設(shè)計(jì)說明書；2、總體設(shè)計(jì)方案：總體方案：需設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電路原理框圖如圖（1）所示：智能家居系統(tǒng)原理框圖（1）由溫度模塊、外人闖入模塊、煤氣泄漏模塊、煙霧火災(zāi)模塊檢測室內(nèi)的狀況，采用P

4、T2262/2272編解碼集成電路無線傳播與無線數(shù)據(jù)通訊模塊TC35通訊，無線數(shù)據(jù)通訊模塊TC35通訊作為電路主要器件構(gòu)建GSM通訊模塊實(shí)現(xiàn)無線報(bào)警控制，并通知用戶。各模塊設(shè)計(jì)（軟、硬件設(shè)計(jì)）：2.1智能家居室內(nèi)環(huán)境的溫度檢測與報(bào)警：本模塊主要介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測系統(tǒng)，通過溫度傳感器檢測溫度，顯示屏顯示，若產(chǎn)生報(bào)警，報(bào)警信息通過GSM網(wǎng)傳到用戶手機(jī)。 2.1.1測溫器件 DS18B20的簡介此處采用的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件，可利用溫度傳感器（DS18B20）測量室內(nèi)多處環(huán)境的溫度；此傳感器測溫范圍為-55125，精度為±0.5；由液晶1602顯示實(shí)際溫度值；

5、根據(jù)需要設(shè)定上、下限報(bào)警溫度；DS18B20為單線數(shù)字溫度傳感器，控制簡單；價格便宜，市場價不到10元一個；如圖 DS18B20體積小。 圖 （2）DS18B20外部封裝形式一2.1.2顯示器件介紹如下：圖（3）LCD1602的實(shí)物圖顯示電路由lcd1602和上拉電阻組成。 LCD1602能夠顯示16x02即32個字符。如上圖LCD1602共有16腳排一排，可用一排排針接于單片機(jī)圖（4）、（5）為LCD1602管腳功能圖和接線圖，接線簡單；LCD1602價格便宜且使用比較成熟；（4）LCD1602的管腳功能圖圖（5）LCD1602的接線圖2.1.3硬件設(shè)計(jì)電路：本溫度檢測模塊由DS18820溫

6、度傳感器檢測當(dāng)前溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)，由89C205I單片機(jī)對送來的測量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送出液晶顯示屏顯示。 由圖（6）可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器、89C2051單片機(jī)和聲音報(bào)警及外圍電路組成。由于考慮到家居室內(nèi)的環(huán)境比較良好，且不需要相當(dāng)精確的檢測，于是采用集成溫度傳感器來檢測室內(nèi)溫度。該系統(tǒng)由集成溫度傳感器DS18B20 發(fā)光二極管(燈光報(bào)警) led顯示單片機(jī)組成。在led上顯示溫度值 當(dāng)室內(nèi)溫度低于某個數(shù)值或者高于某個數(shù)值時，發(fā)光二極管將發(fā)出報(bào)警信息。圖（6）溫度計(jì)設(shè)計(jì)proteus仿真圖當(dāng)溫度傳感器檢測到室內(nèi)溫度超過某一限定值時，發(fā)出

7、聲音報(bào)警1）、溫度檢測電路DS18B20與芯片連接電路如圖 7所示：圖（7）DS18B20與單片機(jī)的連接2.1.4軟件設(shè)計(jì)電路：18B20 初始化初始化程序void Init_18B20(void) DQ=0; delay_18B20(103); DQ=1; delay_18B20(4); delay(1); wr_ds18_1(0xcc); wr_ds18_1(0x44); 讀18B20時序： 讀18B20程序：unsigned char ReadByte(void)unsigned char i,k;i=8;k=0;while(i-)DQ=1; _nop_();_nop_(); DQ=0;

8、 k=k>>1; DQ=1;if(DQ) k|= 0x80;Delay_us(60);return(k); 寫18B20時序： 寫18B20程序void wr_ds18_1(char dat) signed char idata i=0; unsigned char idata j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat & 0x01; dat = dat>>1; if(testb) /寫1 DQ=0; _nop_(); _nop_(); DQ=1; delay_18B20(8); else /寫0 DQ=0; del

9、ay_18B20(8); DQ=1; _nop_(); _nop_(); 2.2 智能家居煤氣泄漏檢測2.2.1 MQ-2/MQ-7氣體傳感器 MQ-2實(shí)物圖MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中 存在可燃?xì)怏w時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的 變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。 MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。這種傳 感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。 由于轉(zhuǎn)換電路所輸出的模擬電壓隨著環(huán)境中氣體濃度

10、的不同而不同，所以根據(jù)技術(shù)參數(shù)表可知，我所選取的分壓電阻為20k，供電電壓為5v （見右圖）。當(dāng)環(huán)境中氣體濃度很高時，MQ-2的等效電阻很小，所以輸出電壓近似5v，符合A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC0809模擬輸入電壓的要求。2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 選用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC0809 ，ADC0809轉(zhuǎn)換精度滿足要求，技術(shù)成熟ADC0809引腳及功能圖 聲音報(bào)警電路 圖（9）報(bào)警電路2.2.3、硬件設(shè)計(jì)電路：電位器電阻變化表示氣體傳感器檢測的氣體濃度的變化，調(diào)整電位器的阻值改變模擬輸入電壓。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換到單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，采集到的數(shù)據(jù)送入LED顯示出。若氣體濃度大于設(shè)定的某一數(shù)值，將發(fā)出聲光報(bào)警

11、。2.2.4、軟件設(shè)計(jì)電路：報(bào)警電路中p15為低電平時蜂鳴器響 報(bào)警程序設(shè)計(jì) uchar in0,in1;init();while(1)in0=adin0();write0(in0);in1=adin1();write1(in1);if(in0>150|in1>150) p0_7=1;LED顯示電路數(shù)碼管采用四連體七段數(shù)碼管 本系統(tǒng)采用數(shù)碼管的動態(tài)顯示，逐一位選（P2口），逐一顯示（P0口）。數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì) void write0(uchar num)uchar i,j,k;k=num/100;j=num%100/10;i=num%10;P2=0xff;P0=dulatabk;

12、wei1=0;delay(4);P2=0xff;P0=dulatabj;wei2=0;delay(4);P2=0xff;P0=dulatabi;wei3=0;delay(4);2.3、智能家居外人闖入2.3.1干簧管簡介圖（11）干簧管結(jié)構(gòu)圖干簧管通常有兩個軟磁性材料做成的、無磁時斷開的金屬簧片觸點(diǎn)，有的還有第三個作為常閉觸點(diǎn)的簧片。這些簧片觸點(diǎn)被封裝在充有惰性氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開關(guān)的常開或常閉觸點(diǎn)。干簧管比一般機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、速度高、工作壽命長；而與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，工作可靠性

13、很高。干簧管的工作原理非常簡單，兩片端點(diǎn)處重疊的可磁化的簧片、密封于一玻璃管中，兩簧片分隔的距離僅約幾個微米，玻璃管中裝填有高純度的惰性氣體，在尚未操作時，兩片簧片并未接觸、外加的磁場使兩片簧片端點(diǎn)位置附近產(chǎn)生不同的極性， 結(jié)果兩片不同極性的簧片將互相吸引并閉合。依此技術(shù)可做成非常小尺寸體積的切換組件，并且切換速度非常快速、且具有非常優(yōu)異的信賴性。永久磁鐵的方位和方向確定何時以及多少次開關(guān)打開和關(guān)閉。如此形成一個轉(zhuǎn)換開關(guān)：當(dāng)永久磁鐵靠近干簧管或繞在干簧管上的線圈通電形成的磁場使簧片磁化時，簧片的觸點(diǎn)部分就會被磁力吸引，當(dāng)吸引力大于簧片的彈力時，常開接點(diǎn)就會吸合；當(dāng)磁力減小到一定程度時，接點(diǎn)被簧

14、片的彈力打開。2.3.2電路如下圖所示：H1是一個干簧管,當(dāng)門閉合時,H1吸合,C1兩端點(diǎn)位相同,Q1截止,Q2也截止;當(dāng)門打開時,干簧管觸點(diǎn)打開,有一個電流流過Q1的發(fā)射極、R32(和H12并聯(lián))、C1、R31、地,使得Q2飽和導(dǎo)通,輸出低電平0給單片機(jī),發(fā)出報(bào)警信號。 圖（12）干簧管控制電路2.3.3硬件設(shè)計(jì)報(bào)警模塊P3.2(INT0)連接防盜探測器,用來檢測盜情,如果盜情發(fā)生,觸發(fā)外部中斷0,MCU接到報(bào)警信號以后,開始啟動LED等閃爍報(bào)警,同時啟動100dB的聲音報(bào)警,來震懾入室的小偷。報(bào)警模塊電路如圖 圖（13）設(shè)計(jì)proteus仿真圖2.3.4軟件程序設(shè)計(jì)：#include<

15、;reg51.h>sbit p2_3=P23;void init_tx() EA=1; EX0=1; IP=0X00;void main() p2_3=1; init_tx(); void tx0() interrupt 0 p2_3=0;3、各模塊與TC35之間的通訊3.1、總電路系統(tǒng)組成： 各模塊與TC35之間的通訊由于在室內(nèi)，且各各模塊又安裝在室內(nèi)不同的地方，要把各各模塊連接起來布線就比較麻煩。所以采用無線傳輸比較合理。3.2、模塊原件介紹傳輸采用315/433MHZ的DF無線數(shù)據(jù)傳輸模塊315/433MHZ的DF無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的介紹：315/433MHZ的DF無線數(shù)據(jù)傳輸模塊抓

16、藥由PT2262/PT2272芯片組成。傳輸距離比較理想，一般能達(dá)到600米以上。PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三態(tài)地址端管腳（懸空，接高電平，接低電平），任意組合可提供531441地址碼，PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。圖（14）PT2262發(fā)射電路圖（15）PT2272接收電

17、路圖（14）發(fā)射電路和圖（15）接收電路，兩部分通訊通過無線的發(fā)射模塊和接收模塊來實(shí)現(xiàn)，兩部分均有撥碼器，使用相同的地址碼。圖（14）發(fā)射電路接于溫度、外人闖入、煤氣泄漏、煙霧火災(zāi)各各模塊的報(bào)警輸出端（15）接收電路與GT35接通4、TC35 GSM模塊4.1、總體設(shè)計(jì)利用GSM的短信息功能，把無線控制的智能家居安保系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)建立在的GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上。通過PT2272傳來的信息，通過單片機(jī)處理，編輯不同信息內(nèi)容的短息由TC35 GSM模塊發(fā)送的用戶的手機(jī)上。4.2、TC35簡介GSM基帶處理器集成了一個與ISO 7816-3 IC Card標(biāo)準(zhǔn)兼容的SIM接口。為了適合外部的SIM接口，該

18、接口連接到主接口(ZIF連接器)。在GSM11.11為SIM卡預(yù)留5個引腳的基礎(chǔ)上，TC35在ZIF連接器上為SIM卡接口預(yù)留了6個引腳，所添加的CCIN引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。短消息服務(wù)作為GSM網(wǎng)絡(luò)的一種基本的業(yè)務(wù)，它可以通過服務(wù)中心來對文本信息進(jìn)行收發(fā)和存儲，而且其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、傳輸特性好，為數(shù)據(jù)的采集提供了便捷的無線傳輸通道。所以為了實(shí)現(xiàn)報(bào)警顯示，在本報(bào)警顯示系統(tǒng)中利用GSM的短信息功能，把報(bào)警系統(tǒng)建立在的GSM網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行報(bào)警信息的收發(fā)。圖（16）通訊模塊TC35與單片機(jī)的連接電路設(shè)計(jì)通訊模塊TC35與單片機(jī)的連接電路如圖（16）所示，J4為通訊模塊TC35的串口端，它通過串口芯片MAX232A與單片機(jī)89C52的連接。單片機(jī)89C52通過RXD和TXD腳實(shí)現(xiàn)對通訊模塊的收發(fā)信息的控制。圖（17）通訊模塊TC35實(shí)物圖參考文獻(xiàn)：1. 張毅剛. 基于Proteus的單片機(jī)課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).人民郵電出版社 20122.施湧潮. 傳感