家居安全监控系统的设计

李志成 胡金良 赵水英

摘 要：本设计系统是基于单片机AT89S51为控制核心，外接传感器采集环境变量的数据进入单片机中进行处理，例如加速度传感器、温度传感器、烟雾传感器和红外传感器。系统的基本外设还包括GSM模块、矩阵键盘、LCD液晶显示器。各個模块都有着重要的作用。利用GSM模块可以绑定用户手机号，对家居进行监控；利用矩阵键盘和LCD显示器是可以通过矩阵键盘输入数据，LCD显示器可以显示系统工作情况，方便用户观察。系统的研究设计涉及单片机原理技术、自动控制技术、无线通信技术和传感器技术等多科学领域，来完成系统对家居智能控制的任务。

关键词：单片机；智能家居；无线通讯

0 引言

随着人们生活的进步，很多人对自己所居住的场所的安全性提出了更高的要求，这也给了我们解决问题提供了机会。目前主要的家居安全问题包括两方面，一是家用电器、燃气这类安全问题，这些设备的运行一旦发生意外，可能引发火灾，其后果将是不堪设想的；二是当我们外出工作或在夜间时，我们不得不防备那些不速之客，来保证我们家庭的财产安全。目前，国内的小区内基本上都安装了监控设备，但这只能起到监控作用；部分小区安装了智能报警系统，这在一定程度上保障了居民的财产和公共设施的安全，但这些设备也很容易被屏蔽。所以在这种情况下，家居安全监控系统对家居的安全和财产的保护作用就显得尤为重要。

1 硬件

1.1 硬件设计方案

本设计系统的硬件方面包括电源、输入矩阵键盘、LCD液晶显示器、GSM通信模块、各类传感器和处理数据的核心单片机AT89S51。电源部分采用的是市场上很容易得到的稳压芯片，来为各个模块供电，其效果也是得到了很多用户的认可，为各模块稳定工作提供了保障。矩阵键盘和LCD显示器作为系统的输入输出部分，用户可以利用键盘对系统做一些个性化设置和通过LCD显示器观察系统的工作情况。GSM通信模块是用户可以绑定手机号来对系统进行控制，并且系统检测到异常情况发生时可以对手机发送报告来告知用户，方便了人们的生活。传感器是用来检测外部环境发生的变化产生数据输入到单片机中进行处理，判断是否有异常情况发生。

1.2 电源部分

AT89C51需要5V电压供电，而GSM需要3.4～4.2V供电，包括其他模块，有需要不同电压供电的，设计一个电源电路就显得很有必要。电源电路采用市电供电，首先采用变压器将市电220V交流电转化为12V；然后用桥式整流方式对12V交流电进行整流，整流出+12V和-12V直流电；再采用稳压管进行稳压，如利用LM7805稳压管输出5V电，利用AMS1117稳压芯片输出3.3V电等。

1.3 无线组网

采用无线组网技术是因为，ZigBee无线传感网络的建立能和无线组网很好的契合。在目前，一般来讲组网技术有无线组网和有线组网这两种技术，这两种组网技术都被广泛应用于我们的生活中。有线组网技术，即是用实体的线路组成的电路网络，如生活中的以太网线、电力线和电话线等，但是其本身也存在着一些缺点，如布线和维护比较繁琐、不容易扩展、传输距离受限、不美观等。在目前的家居生活中，无线组网技术有着更广阔的前景，其容易安装和维护、不需要布线、扩展性强和不影响家居美观等诸多优点。

无线组网技术在本设计中也得到应用。因为本设计中信息量不大，所以在信息发送和采集方面对速率要求不高，一般情况下速率为10kbit/s ～ 20kbit/s即可达到本设计的要求。

2 数据通讯部分

2.1 ZigBee传输协议

在本项目内部通信中需要传送的数据包括：控制命令数据和间断的环境数据，这两种数據量都比较小，对于传输的速度要求并不高。本设计用的无线通信技术是ZigBee协议通信技术，而不采用蓝牙和Wifi技术的主要原因是其功耗高，并且传输性能不是很稳定。相比较于它们，ZigBee传输协议就具有传输性可靠，使用起来复杂度不高，低成本、省电、短延时及高保密性等特点，很适合于本设计。此外，还采用了星型拓扑物联网结构，其控制简单，并且发生故障时可以及时诊断加以隔离。星型拓扑结构与无线的内部通信结合可以避免线路安装的劣势，并且具有传输距离远的优点。

2.2 GSM通信模块

GSM通信模块可以接收各个节点传输来的数据进行PDU解码，通过使用AT命令将编码数据转换成文字报告传输给远程手机用户；也可以接收并识别手机用户发来的命令，生成指令发送给单片机来执行命令。这样用户可以进行一些个性化的操作，方便了我们的生活。

3 小结

就目前国内的市场来看，这种家居安全监控系统潜力很大。在用户使用方面，其能方便人们生活，带来更高的生活享受；在家居安全方面，它的监控系统足以能使我们防患于未然；在制作成本及风险方面，它的制作成本较低，而产品的性价比高，正是由于这，所以它的市场风险也是较低的。总的来说，家居安全监控系统还是很值得我们去研发的。

参考文献

[1]张毅刚，彭喜源，谭晓的.MCS-51单片机应用设计（第二版）[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997：8-22.

[2]赵艳.家居智能系统的设计[J].工程与建设，2006，（3）：275-278.

[3]宋辉.智能家庭网络的研究[J].沿海企业与科技，2005，（9）：151-152.

（作者单位：宿州学院 机械与电子工程学院）