智能家居安全防范系统设计*

高见芳

（湖南科技职业学院电子信息工程与技术系，湖南长沙 410118）

智能家居安全防范系统设计*

高见芳

（湖南科技职业学院电子信息工程与技术系，湖南长沙 410118）

通过TI公司的MSP430F149实现智能家居安全防范系统的温度监测、烟雾监测、红外监测及自动报警等几个功能.该系统从硬件设计和系统软件两个方面进行设计，硬件部分包括：温度、红外、烟雾检测电路和报警电路；而软件部分则是通过初始化程序、反馈型号处理的应用程序设计、链接命令文件的编写来实现相关功能.该系统具有体积小、功耗低、集成度高、可靠性高、功能易扩展、处理能力强等特点.

智能家居；自动报警；MSP430F149；DS18B20；MQ－2

智能家居，又称智能建筑，它是利用先进的计算机技术、网络技术、传感技术，结合人的个性需求，对家居进行网络化、智能化管理，实现更安全、更方便、更舒适的居家生活环境［1］.智能家居主要包括安全防范系统、家用电器自动控制系统、综合布线系统和家居灯光控制系统.本文基于MSP430F149［2－8］单片机设计一款智能家居安全防范系统.

1 系统整体设计

本文采用MSP430F149为核心安全防范系统（见图1），它包括温度采集电路、红外采集电路、烟雾检测电路等家居信息采集电路，LCD液晶显示电路和报警电路.该系统通过串口通信线与PC机相连，实现与PC机的通信.

图1 系统整体设计方框图

1.1 硬件电路设计

1.1.1 MSP430F149的CPU结构及功能

MSP430F149的CPU结构如图2所示.主要包含下列模块：时钟电路、看门狗定时器、定时器＿A、定时器＿B、6个8位并行端口（其中P1、P2具有中断功能）、模拟比较器COMPARATOR＿A、12位A／D转换器、2通道串行通信接口（通过软件选择UART／SPI模式）、1个硬件乘法器、1个Flash以及2KB的RAM.

图2 MSP430F149的CPU结构

1.1.2 MSP430F149最小系统

该单片机芯片组成的最小系统包括电源电路、晶振电路和复位电路.其中电源电路采用双电源供电方式，见图3.一路是＋5V，另一路是＋3.3V.＋5V是通过开关电源获得，它是给外围模块电路供电；＋3.3V通过LM1117－3.3V［3］芯片稳压得到3.3V电压，它给CPU内核和芯片3.3V的外设供电.

图3 双电源供电电路

该电路具有电源输出的纹波系数小，能降低对整个系统的干扰等特点.

1.1.3 串口通信电路

该系统采用RS－232通信协议的串口通信电路，实现单片机系统与上位机的通信处理.由于单片机与上位机进行通信时接口电平不同，采用MAX3232［9］来完成接口电平的转换.具体的RS－232电路图如图4所示.从图中可以看出，在管脚C1－、C2＋、C2－、V＋和V－分别放置0.1μF的电容实现充电作用，满足相应的充电泵的要求.管脚T1OUT、TIN、R1OUT和RIN分别是232转换的输入／输出脚，实现单片机的TTL电平与上位机的接口电平的转换.考虑到减小电源的干扰，还需要在芯片的电源输入管脚加一个0.1μF（C15）的电容来实现滤波，以减小输入端受到的干扰.实际调试时发现，连接到单片机的两个端口应该加接4.7k左右的上拉电阻，以防止单片机I／O口在Floating状态时产生大量的不确定电平，造成串口接收到大量的乱码.

图4 RS－232接口电路连接图

1.1.4 信号采集电路

（1）红外传感器电路

红外传感器主要实现该系统的防盗报警功能，采用HS0038B红外热释电模块，采集侵入人员的红外信息，经IR脚送到单片机处理，通过蜂鸣器发出声音进行报警.图5为红外传感器采集电路.

图5 红外采集电路图

（2）温度传感器电路

本电路采用DS18B20［10］，它是美国DALLAS公司生产的“一线总线”接口的数字化传感器，具有微型化、低功耗、抗干扰能力强、易与微处理器接口等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供微处理器接收处理.该电路通过对温度信息的采集转换，经2脚送到单片机处理，再由LCD显示.若温度信号超过一个设定值则会由蜂鸣器发出报警声，并进行温度的调节.温度传感器电路如图6所示.

图6 温度传感器电路

（3）烟雾传感器电路和液晶显示模块

采用MQ－2烟雾传感器，它具有较宽的浓度范围，对可燃气体有良好的灵敏度，特别对家庭有毒气体如液化气、丙烷、氢气等的泄漏灵敏度较高，并且气体检测器驱动电路简单.该电路图如图7所示.

图7 烟雾传感器电路

LCD显示模块采用市面上现有的1602液晶显示模块，它具有功耗低、价格便宜等特点.

2 系统软件设计

2.1 MSP430集成开发环境

该单片机采用IAR公司的MSP430集成开发环境Embedded Workbench，它能够提供20余类不同架构的MCU，提供风格统一、编译高效、使用方便的软件开发工具.只要通过相应的环境设置，用户可以高效地对项目进行建立、编辑、编译、连接和调试.

该集成开发环境还包括一个仿真环境（C－SPY），便于仿真验证.硬件仿真方式是在目标硬件系统的真实环境中进行调试，除了验证程序，还可以检验目标系统的硬件设计性能.主机将代码通过JTAG仿真器下载到目标系统的flash中运行.从Project下拉列表中选择Download and Debug项，或者点击工具栏上的按键，在窗口中央出现消息框提示信息：Initializing→Erasingmain and infomemory→Downloading ap-plication.将代码下载到目标系统，启动C－SPY调试器显示.

在工作区中已经打开的窗口保留在调试器，另外还有一系列调试器专用窗口.在调试过程中暂时不用的窗口可以关闭（工程窗口不能关闭，否则将会关闭所有窗口），需要打开其他窗口则点击View菜单选择.常用窗口有：源程序窗口、监视窗口（Watch）、局部变量窗口（Local）、堆栈调用窗口（Call Stack）、汇编窗口（Disassembly）、寄存器窗口（Register）及存储器窗口（Memory）.

2.2 程序设计

该系统的主要功能是实现对温度、红外及烟雾信息采集、处理、报警，其程序流程图如图8所示.该系统通过3种传感器对温度、红外和烟雾信号进行采集，处理后与设定值进行比较，判断是否为异常，若正常则继续采集相关信息，若异常则进行数据处理，并通过蜂鸣器进行报警.

图8 自动报警系统流程图

主程序部分还包括：显示程序、DS18B20读取的11bit温度数据转换成液晶显示的温度数字程序、延时程序和蜂鸣报警程序.

通过将程序进行编辑、编译、连接、调试和仿真等过程能够实现温度检测、红外检测、烟雾检测及报警功能.

3 结论

通过实验证明，利用单片机MSP430F149设计的智能家居安全防范系统能够实现安全防范功能，达到预期的效果.

［1］崔迪.嵌入式智能家居控制系统的设计［D］.大连：大连理工大学硕士学位论文，2012.

［2］秦龙.MSP430单片机实例精讲［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［3］LM1117－3.3电压转换芯片数据手册说明书［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／7d43bd8fcc22bcd126ff0cac.html，2005.

［4］吕敏，陈仁文，董菁.基于MSP430单片机的低功耗实时无线网络技术［J］.科学技术与工程，2012，（4）：804－808.

［5］曹磊.MSP430单片机C程序设计与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［6］沈建华，杨艳琴，翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机实践与系统设计［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［7］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

［8］魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

［9］MAX3232中文资料［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／897ab57ca26925c52cc5bfc2.html，2007.

［10］DS18B20中文资料［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／bfff6c3683c4bb4cf7ecd152.html，2008.

（责任编校：晴川）

Design of Intelligent Household Security System

GAO Jianfang
（Department of Electronic information＆Technology，Hunan Science＆Technology Vocational College，Changsha Hunan 410118，China）

Based on MSP430F149 from TI company，the study realizes an intelligenthousehold security system，with functions of temperaturemonitoring，smokemonitoring，infrared monitoring and automatic alarm.The design of the system is consist of hardware part and software part.The hardware part includes temperature，infrared，smoke detection circuitand alarm circuit.The software part realizes related functions through designing application programs and writing links command files of the initialization program and feedback type processing.The system is of small volume，low power consumption，high integration，high reliability，easy extension function and strong processing capacity，etc.

smart home；autoalarm；MSP430F149；DS18B20；MQ－2

TN98

A

1008－4681（2014）05－0053－03

2014－06－09

湖南科技职业学院院级应用技术一般课题（批准号：KJ13212）.

高见芳（1975－），男，湖南郴州人，湖南科技职业学院电子信息工程与技术系讲师，硕士.研究方向：数据处理、数据检测.