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作者：衡水职业技术学院 崔金宝 苗献军 史秀鹏
指导教师：梁连伟 刘秋菊

        作品简介：


 
　　当报警系统被打开后，主站收到子站发过来的报警信息，将会蜂鸣器报警，并且将报警信息通过GSM模块以短信的形式发送到设定的手机号码。并且实时检测间隔一分钟发送报警信息一次，直到连续一分钟子站不发生报警触发，才会发送取消报警信息短信发送到设定的手机。报警手机号码可以通过串口进行设置，发送SET+11位手机号码，则报警主机号码被设置。

　　太阳能电源由太阳能电池板、电平、市电220V三路供电，有单独的单片机控制，并且能自动对电平充电控制。

　　2、门禁子站

　　门禁子站主要由51开发板、ID读卡器、NRF2401模块、电源变换电路、12864液晶组成。配置卡(主卡)可以对系统进行添加ID卡片、删除ID卡片，当被添加的卡片刷卡时门被打开(LED亮、液晶显示开门信息)。可以添加200张ID卡。
　　可以通过远程手机短信开门。可以通过设定的手机号发送“开门”信息，则门禁子站会收到主站发过来的开门命令将门打开。
　　在屋内可以通过按键开门。
　　当主卡丢失时，可以通过串口重新设置主卡。发送password命令，就会出现提示信息重新刷主卡，刷卡成功后，主卡被设置成功。

　　3、红外子站  
    　红外子站包括红外1子站和红外2子站。各个子站主要由51系统板、NRF2401模块、电源变换电路、人体红外传感器组成。可以检测非法人为入侵并发送报警无线信息至主站。采用了防止重复报警和防止误报算法。

　　4、气体子站

　　气体子站主要由51板、MQ-5传感器、NRF2401、电源变换电路组成。可以对天然气、煤气、液化气泄漏进行检测，并通过无线模块进行发送报警信息。

　　5、烟雾子站

　　烟雾子站主要由51板、烟雾传感器、NRF2401、电源变换电路组成。可以对烟雾进行检测，并通过无线模块进行发送报警信息。

        平台选型说明

　　智能家居安防系统主要是家居内非法入侵、燃气、烟雾检测和门禁系统组成，通过局域网内无线传输和GSM网外传输，虽然涉及的内容非常广泛但是没有大数据量的传输和复杂的计算无需使用比较复杂的芯片和嵌入式系统。从成本、实用的角度考虑用单片机就可以满足要求。

　　设计说明

　　本作品是智能家居的安防系统主要包括7个部分：系统主站、门禁子站、红外1子站、红外2子站、气体子站、烟雾子站、太阳能电源。可以对家庭内人为非法入侵、煤气、液化气、天然气泄露超标、火灾烟雾进行实时监测，如被触发则发出声光报警，并且可以通过GSM网络，将报警信息发送到指定号码手机。用户可以通过手机进行远程开门，远程打开和关闭安防系统。
　　
        1、系统主站
　　采用指定的51开发板，15F2K61S2单片机为主控芯片，可以采集环境的温度、湿度、时间。温度传感器为DS18b20，单总线数据传输，接线简单，测温范围为-55度至+125度温度范围宽，精度高等优点。时钟芯片采用板载PCF8563。它是PHILIPS公司设计生产的经典工业级实时时钟芯片(RTC)，I2C总线接口，具有功耗低、精度高等特点，广泛应用于电表、水表、气表、电话等产品。湿度传感器采用DHT11。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。测湿精度±5%RH。可以通过按键设置时间。
　　主站和各个子站进行传输是通过无线进行的。采用NRF2401模块。nRF2401是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz～2.5GHz的全球免申请(ISM)频率。芯片包括一个完全集成的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过3线SPI端口完成。极低的电流消耗，在-5dBm的输出功率时仅为10.5mA，在接收模式时仅为18mA。掉电模式可以很容易的实现低功耗需求。模块原理图如下：

　　主站上还配备了GSM模块，采用华为GTM900无线模块。它是一款三频段GSM/GPRS无线模块。它支持标准的AT命令及增强AT命令，提供丰富的语音和数据业务等功能，是高速数据传输等各种应用的理想解决方案。主站通过GSM模块进行远程报警与远程控制。
    　当红外传感器、气体传感器、烟雾传感器被触发后，主站收到子站通过无线模块发送过来的报警信息后，主站会显示报警界面、蜂鸣器报警并且通过GSM发送相关的报警短信到设定的手机号码;当传感器报警消失后，各个子站会发送报警取消信息，主站收到子站发送过来的报警信息后，会回到正常界面，蜂鸣器关闭，并且会通过GSM模块将相关的报警撤销信息发送到设定的手机号码，提醒主人报警取消。
　　主站具有远程开门功能。当主人在外，想给客人打开房门时，可以通过手机进行远程控制，用设定的手机发送“开门”短信，主站GSM模块收到信息后对信息进行解析。对比号码是否是设定的号码，短信内容是否是设定的命令，如果都通过，则主站通过无线模块向门禁子站发送开门命令，然后等待门禁子站的处理情况，当收到门禁子站发送回来的门已经被打开的命令后，主站将关闭防护功能，并且发送“开门成功，安防关闭!”短信发送到设定的手机号码。
　　远程开防控与关闭防控功能。主人可以通过手机远程开启和关闭家庭的防护。当用设定号码的手机号发送“开防”短信，主站收到短信后开启防护功能并且发送“安防开启成功!”短信;当发送“撤防”短信，主站收到短信后会关闭防护功能，并且发送“安防撤销成功!”短信至设定号码手机。
　　打开或关闭防护功能还可以用板载的红外接收头和红外遥控器进行设置。打开防护后，板子上的LED点亮，当报警出发后会通过蜂鸣器、短信报警。关闭防护后，报警功能取消。
　　手机号码设定。我们可以设定一个报警和远程控制手机号。设定方法是通过串口设定。向单片机发送SET1363328****命令进行设置。设定后报警信息就发送到此手机号。可以用这个手机号远程控制主站。
　　主站显示采用12864液晶。

　　 主站系统控制电路
 　　2、门禁子站
　　采用指定的51开发板，15F2K61S2单片机为主控芯片。门禁站由51板、读卡头、NRF2401模块、12864液晶组成。主要模拟真实的门禁系统。可以读取ID卡，并且判断ID卡是否为合法的ID卡，合法则点亮LED、12864液晶显示“门已打开请快通行”信息。并且支持远程开门功能。
　　ID读卡头采用标准的韦根26协议的读卡头，用来读取ID卡片的卡号。
　　设置一张ID卡为配置卡(主卡)，通过主卡可以向系统添加或者删除卡片，最多可以添加200张ID卡。被添加进系统的卡片为合法卡片，可以刷卡打开大门。未被添加的卡片无法打开大门。
　　设置主卡的方法是通过串口发送“password”，然后通过刷卡将普通卡片设置成主卡。
　　远程开门。当门禁子站收到主站发送过来的无线信号命令后，处理该命令，将大门打开，并且回复主站门已打开的命令。

　　 门禁系统控制电路
 
　　3、红外子站
　　红外子站包括红外1子站和红外2子站。红外子站包括51最小系统板、红外传感器、传感器信号转换电路、NRF2401组成。
　　红外传感器采用HC-SR501人体感应模块。HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口的LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备。

　　红外模块检测到人体后，会输出延迟一段时间的高电平，当没人在其检测区域则输出低电平。为了防止误报和重复报警，我们采用了累计检测的方式。当检测到人体后，会发送报警信息至主站，并且发送的间隔为1分钟，当检测到连续的1分钟没人才会发送撤销报警信息。
　　两个红外传感器发送不同的报警信息，用于主站区分红外1和红外2两个子站。
　　模块输出为开关量0V，3.3V，为了应用于5V的电路，我们需要接一个转换电路。

　　 红外1系统控制电路
 
　　 红外2系统控制电路

 　　4、气体子站
　　气体子站主要由51最小系统板、气体传感器、NRF2401组成。气体传感器采用MQ-5。它对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度;具有快速响应恢复特性;长期使用寿命和可靠的稳定性。
　　当检测到敏感气体时传感器电阻发生变化，并与设定的电压作比较输出数字信号，送单片机IO口。
　　单片机检测到IO口为高电平时，为了防止误报和重复报警，开始做累计，达到累计门限值开始发送报警信息，并且间隔1分钟发送一次报警信息。当连续检测1分钟IO口都处于低电平，则发送报警撤销信息。

　　 气体系统控制电路
 
　　5、烟雾子站
　　气体子站主要由51最小系统板、烟雾传感器、NRF2401组成。
　　烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。
　　当检测到烟雾时传感器会带动继电器发生变化。继电器外接电路连接单片机IO。
　　单片机检测到IO口为高电平时，为了防止误报和重复报警，开始做累计，达到累计门限值开始发送报警信息，并且间隔1分钟发送一次报警信息。当连续检测1分钟IO口都处于低电平，则发送报警撤销信息。

　　 烟雾系统控制电路
 
　　6、太阳能电源
　　太阳电源给主站供电。采用太阳能、市电、电平三路供电。现在随着节能减排的大力推广，太阳能逐步进入千家万户。节能、环保的理念也随着新技术的发展步入人们的生活，太阳能作为新型的节能环保能源无愧是最佳选择，但是太阳能整体效率低下，并且太阳能电池板占用的体积也比较庞大。为了弥补这一缺点我们采用了小功率太阳能电池板和市电配合使用的方法，并且与太阳能电池板配合使用的必不可少的储能电源电平，也作为供电方式。采用太阳能、市电、电平三者协和供电，可以通过CPU协调工作。

　　 主电源电路
 
　　作品特色

　　1、选题新颖
　　智能住宅是近几年产生并迅速崛起的一种新型住宅，而家居的智能化是其最重要的内容，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代技术的完善综合。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。

　　2、采用先进的无线网络
　　通过低成本、低功耗、高可靠性的无线网络技术设计了智能家居安防系统,本系统无须布线,其可靠性和可扩展性得到了加强。

　　3、采用GSM网络远程控制与检测
　　基于GSM短消息业务不需要建立拨号连接，只需把待发的消息加上目的地址发送至短消息中心，再由短消息中心转发到最终目标。GSM短消息业务连接简单、费用低廉、覆盖范围广、实现方便。

　　4、使用先进的传感器
　　本系统采用了先进的人体红外传感器、气体传感器、烟雾传感器。传感器新能稳定价格低廉，便于推广。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2268