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作者：四川大学锦江学院 史奎 高乾 周娟

指导教师：董慧

　　作品简介

　　一. 开发背景

　　随着社会的进步、科技的发展，人们的生活品质正逐步提高，对家庭生活的现代化、安全化、智能化、人性化的要求也越来越多，为此智能家居物联系统的概念也随之诞生。所谓智能家居物联系统就是以住宅为平台，利用安防技术、自动控制技术、通信技术、网络技术、传感器技术等科技手段将家居生活有关的各种设施集成，从而构建成高效的住宅设施管理系统，提升家居生活的安全性、便利性、舒适性。

　　二. 结构说明

　　基于上述的开发背景，设计出智能家居物联系统：自动检测室内的光强并调节灯光亮度，使室内的光线满足用户需求;通过排气设备自动调节室内二氧化碳浓度，保持室内空气的清晰度;当室内温度较低时，系统自动开启供暖设备，使室内温度达到用户所需;当用户长时间外出，用户可开启安防监控模式，一旦有非法入侵者进入，系统将启动摄像头进行监控，拍下入侵者照片，以彩信方式通过GSM模块发送给用户手机终端，并发送短信提醒。上述各项功能可通过用户手机终端进行反向控制，使用户随时随地掌控室内家居情况。

　　该系统主要由电源模块、单片机最小系统模块、人体探头感应模块、GSM通信模块、液晶显示模块、摄像头模块、CO2浓度检测模块、光强测控模块、温度测控模块等组成。以上各模块都基于IAP15F2K61S2单片机设计开发，系统总体结构图如图1所示：

　　 图1 系统总体结构图

      三. 系统功能

　　用户可以通过移动终端来设置该家居物联系统的室内和室外两种工作模式。

　　1.工作于室内模式：人在室内，用户通过手机终端发送指令信息将室内的温度检测模块、加热装置、换风装置、CO2浓度检测模块、光强检测模块开启;人体红外感应探头模块与摄像头装置关闭，用户处于舒适的家居环境中。

　　2.工作于室外模式：人在室外，用户通过手机终端发送指令信息开启人体红外感应探头模块与摄像头模块并让其处于待机状态，一旦有非法入侵者闯入，系统立即启动报警装置以及摄像头装置进行监控并拍下入侵者照片，以彩信的方式经GSM模块发送给用户手机以便警示用户掌握室内实时状况。

　　室内的其他家居装置可以通过用户的需求用手机短信遥控开启或关闭。

　　四. 使用说明

　　1. 开机：系统上电复位。

　　2. 室内模式：用户通过手机终端发送指令短信内容为“室内”关闭人体红外感应探头模块与摄像头装置(液晶显示器显示“室内模式”)，系统不会因探头检测到用户本人而报警或发送彩信;

　　3. 室外模式：用户通过手机终端发送指令短信内容为“室外”开启人体红外感应探头模块与摄像头装置使该装置处于人体检测待机状态(液晶显示器显示“室外模式”)。

　　4.室内模式下的所有家居装置可以根据各种环境量的程度不同而自动调节以达到人体满意的舒适度。比如：温度高低，室内CO2的浓度，室内光强等。

　　5.室内的其他家居装置的开启或关闭用户可以分别发送短信进行控制，开启和关闭的装置及其内容分别为：

　　1)加热装置：“升温”表示开启，“降温”表示关闭

　　2)换风装置：“开始换风”表示开启，“停止换风”表示关闭

　　3)灯光装置：“开灯”表示开灯，“关灯”表示关灯

　　平台选型说明

　　本系统是基于STC15F2K61S2单片机系统的智能家居物联系统，实现了人体红外检测、开启摄像头工作并发出警报、GSM通信模块与用户手机终端通信、自动检测并调节室内环境等功能。

　　设计说明

　　五、设计方案

　　本系统以IAP15F2K61S2单片机最小系统模块，家居系统(二氧化碳浓度检测模块、温度检测模块、光强检测模块、人体探头感应模块、摄像头模块)，GSM通信模块，液晶显示模块，报警装置组成整个系统装置。系统总体方案图如图2所示：

　　图2 系统总体方案图

　　1. 控制系统(MCU)模块

　　采用最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。IAP15F2K61S2是一种集成度高，功能强的单片机芯片，增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快8-12 倍且串口齐全。适合于可靠性高，速度快和扩展功能强的应用系统。与以前的51系列单片机相比，IAP15F2K61S2增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。

　　2. 探头感应模块(E-18)

　　这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远，受可见光干扰小，价格便宜，易于装配，使用方便且防水等特点。

　　3.GSM通信模块

　　GSM(Global System for Mobile Communications)/GPRS的SIM300是一款三频900/1800/1900MHZ高度集成模块。该模块有AT指令集接口，支持点到点短消息移动发送和接受、文本、PDU 模式，短消息存储于 SIM 卡中，支持 CSD 和GPRS 模式的短消息发送，具有低功耗设计等优点。

　　4. 电源模块

　　AC-DC转换电路能将市电转换成系统所需的12V、-12V、5V三种不同电压等级，因为三端稳压器只有三个引出端，具有外接原件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，所以模块采用这个方案。

　　5. 液晶显示模块

　　采用12864液晶为显示器，该显示器驱动方式1/64 DUTY 1/9 BIAS ，128*64点阵像素，字符显示清晰，使用方便。

　　6. 摄像头模块

　　LJ- DSC02是高度集成、嵌入式监控摄像头，能进行实时监控摄像、拍照、存储相关图像数据等功能，因而可以清晰的将入侵者照片拍下。

　　7.二氧化碳检测模块

　　采用MG811二氧化碳传感器模块，该模块对CO2有良好的灵敏度和选择性，受温湿度变化影响较小，有良好的稳定性和再现性。

　　8.温度检测模块

　　DS18B20温度传感器，以外部电源供电方式，可以将温度采集以数字信号输出，该方式工作稳定可靠，抗干扰能力强，电路简单。

　　9.光强检测模块

　　利用光敏电阻能有效的将光线强度转换为电压信号，将电压信号通过单片机内部的ADC进行模数转换即可得到想要的数字量。

　　六.设计原理

　　1. 探头感应模块(E-18)

　　探头感应模块采用E18红外传感器，简单易用，灵敏度高。其管脚包括了电源，接地以及一个数据输出口。未检测到人体时，数据口送出数字信号“1”，否则送出数字信号“0”。使用时，将数据口连到单片机I/O口即可。

　　2.GSM通信模块

　　GSM(Global System for Mobile Communications)通信模块由接口电路、信号指示电路、复位电路、天线 、电源电路等部分组成。它的主要功能有：语音通话、短信收发、GPRS 网络数据收发、彩信收发。GSM模块主要应用在通讯领域，如移动电话、远程数据监控、短信提醒发送、GPRS MODEN。 GSM通信模块原理图如图3所示

　　图3 GSM通信模块原理图

　　3. 电源模块

　　电源模块是利用降压变压器将市电降压后通过整流桥整流成直流，利用三个三端稳压器将整流后的直流电压稳压到-12V、12V、5V。电源模块的电路原理图如图4所示：

　　图4 电源稳压模块电路图

　　4. 液晶显示模块

　　液晶显示模块采用LCD12864液晶显示屏，利用单片机对时钟芯片编程，可实现在液晶屏上显示状态标识。液晶显示的电路原理图如图5所示：

　　图5 LCD12864液晶显示电路图

　　5. 二氧化碳检测模块

　　CO2检测模块采用MG811二氧化碳传感器，将CO2浓度转化成电压信号，再将电压通过AD620放大到3v-5v便于单片机内部的AD检测。CO2检测模块的电路原理图如图6所示：

　　图6 CO2检测模块电路原理图

　　6.温度检测模块

　　温度检测模块采用DS18B20温度传感器，以外部电源供电方式，工作电源由VDD引脚接入，DQ引脚将采集的温度以数字信号输出。温度检测模块的电路原理图如图7所示：

　　7.调光模块

　　采用光敏电阻将光线强度转换为电压信号，再将电压信号输入单片机内部的ADC进行模数转换，从而得到数字量。调光模块的电路原理图如图8所示：

　　图8 调光模块电路原理图

　　8.摄像头模块

　　采用LJ- DSC02高度集成、嵌入式监控摄像头，当系统检测到有非法入侵者时给出一个控制信号控制摄像头电源的开启，摄像头工作并拍下相关照片，并且根据主控芯片的要求将照片传送给主控单片机。其摄像头电路原理图如图9所示：

　　图9 摄像头缓冲驱动电路图

　　作品特色

　　七.产品的先进性及创新性

　　1. 本系统的人体热释红外感应器能准确及时的检测出是否有非法进入室内者，一旦有非法者进入，系统将启动摄像头及报警系统等安防监控装置，摄像头及时拍下照片并向用户手机发送该照片提示用户有人进入室内，用户可回发短信确定是否关闭报警装置。当用户本人进入室内时，用户可通过手机终端关闭报警装置及摄像头的安防监控功能。

　　2. 本系统可以自动检测室内的光强并且调节灯光亮度;通过排气设备自动调节室内二氧化碳浓度;当室内温度较低时，自动开启供暖设备，使室内达到人体适宜温度。

　　3. 用户手机终端可远距离控制系统开关，使用更加方便快捷。

　　4. 本系统可用电池供电，以防供电线路被切断时不能及时工作。

　　八. 产品实用性

　　1. 该系统易于安装，操作简单。

　　2. 装置灵敏度高，发送彩信、短信时间短，可通过摄像头拍下照片，发送给用户。

　　3.该系统可自动检测室内的环境，通过调节光线强度、CO2浓度、以及开启供暖设备来使室内的环境满足用户需求。

　　4. 该系统使用寿命长，有外接电源及内部电源两种供电方式，保证系统能随时正常工作。

　　5.该系统环保安全低功耗，性价比优越，是用户理想的家居物联系统。