基于单片机的智能安防控制系统设计

魏文晟　陈程程　杨涛　叶远翔　于方浩洋　李佳明

摘 要：本文介绍了基于STC89C52RC单片机的智能安防控制系统的设计方案。整个控制系统具有对室内进行红外检测和光照强度检测，并根据检测到的室内环境中状态的变化量信息自动控制各相应执行机构进行工作，并且在断电情况下，提供后备电源，保证路由器的正常工作。该系统主要应用于家庭、学校宿舍等场合，经过反复验证，具有智能、功耗低，工作可靠性高等特点。

关键字：单片机 照明 传感器 GSM 路由器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章編号：1003-9082（2017）08-0-02

引言

当下人们对财产安全的防护工作越来越重视，同时当我们日常生活中出现突发状况需要尽快采取措施去解决。因此，本文介绍了基于STC89C52RC单片机的智能安防控制系统的设计方案，该系统主要分为四大模块：主控单元模块；红外报警模块；光强控制模块；移动电源模块。主控单元模块采用STC89C52RC单片机作为整体系统的控制核心。红外报警模块采用红外避障传感器进行检测，采用SIM900A发送短信报警。光强控制模块采用GY30光强传感器对室内环境状态进行检测，根据实时检测结果自动控制室内相应继电器的工作状态，包括语音芯片、路由器和灯泡，从而提供稳定的WIFI信号，启动声控照明功能。移动电源模块主要是在突发情况下提供稳定供电电源，确保系统整体运行平稳、可靠，防止数据丢失。该控制系统价格经济，具有广泛的应用价值和市场前景。

一、系统实现方案设计

该控制系统主要应用于各类宿舍和普通家庭等场合，主要功能需求包括智能防盗、节能、断电保护这三大类型。基于此原因，本课题经过反复研究验证，制定出基于STC89C52RC单片机的智能安防控制系统的整体设计方案。该设计方案通过各式传感器对室内环境状态进行检测，传感器把这些模拟量信号转化成数字量信号，将数据信息传送给单片机进行数据处理，单片机将这些参数通过与用户设定的阈值对比判断，然后对执行机构发出控制指令，从而控制执行机构的相应动作，实现对室内整体情况的检测，在用户需要的情况下提供WIFI信号和声控照明功能。一旦有外来入侵，该系统经过检测，向用户发送短信报警。遇到断电等紧急事件时，移动电源提供可靠供电电源，防止信息丢失，减少用户损失。该控制系统基本组成方框图如图1所示。

二、系统硬件电路设计

1.传感器的选取

1.1红外避障传感器

红外避障传感器对外界环境所在的光线条件相对比较敏感，具有一组红外线发射管和一组红外接收管，通过红外发射管发射出红外线，此红外线具有固定频率，当发射方向检测到物体（反射面）时，红外线被物体反射回来，由红外接收装置接收，所接收的信号通过后期电路进行处理之后，芯片上对应的指示灯点亮，在此同时，信号输出端口OUT端输出低电平的数字信号，检测距离可通过调节旋钮进行修改，有效检测范围：2～30cm，（测试请到光线暗的地方距离范围会长一些），电压一般在3.3V-5V内。该传感器具有探测距离可调节、干扰小、装配简单、使用方便等优点。红外传感器电路原理图如图2中标注所示。

1.2 光强传感器

GY30型传感器 是一种通过串行通信的集成芯片。此类型芯片可以根据环境的检测数值来进行处理，将光照强度转换成数字信号。它支持串口通信，接近普通人视觉的光照感应程度，灵敏度较高，检测值通过SDA引脚传送到单片机的P1.1引脚，通过编程对外界环境的光线强度进行设置，本次课题所设置的初始值为10Lx。原理图如图2标注所示。

2.单片机的选择

本系统采用STC89C52RC作为主控单元，它是由STC公司生产的一种8位机，内部ROM存储器大小为8KB，TC89C52是51系列的增强版，支持2种软件进行程序编写。在本系统中，主要利用单片机的P0口、P1口和P3.2外部中断0进行电路的搭接，P0口和P3.2作为输入，采集信息，P0口作为输出控制外设，完成本课题所要求的具体工作。

3.ASR MO8-B 语音芯片

ASR MO8-B芯片是一种非特定人语音识别芯片，该芯片支持三大识别检测模式：循环模式：持续检测周围声音，直至识别成功；口令检测模式：通过两个指令来控制一个动作，通过两个指令模块即可识别；按钮检测模式：按一次按钮8秒内讲出指令才能识别，8秒过后要重新按按钮才能识别。支持双串口和IO口双输出。识别距离为三米左右，可外接麦克风。

4.四路继电器

串口内置3.3V到5V转换电路，输入输出兼容3.3V和5V电平。内置过流保护，防反接保护。带常开、常闭接点。4路250V 10A大电流继电器（被控电压为0-250V都可以），驱动能力强，带LED指示灯。支持级联功能。内置3.3V稳压输出，可供3.3V系统使用。可选蓝牙无线串口或者射频无线串口模块接入，实现PC或者手机无线控制。与ASR M08-A语音识别模块接入，实现语音识别控制。

5.SIM900A芯片

SIM900A模块是一款尺寸小巧、高度集成化的GSM/GPRS模块，采用SMT封装，采用ARM926EJ-S架构，性能强，通过用户手机号码的设置，来服务于不同人群。应用场合广泛，例如：家庭、商场、企业等。尺寸型号：24*24*3mm。功耗低：待机模式电流低于18mA、sleep模式低于2mA。供电范围宽：3.2～4.8V。支持频段：GSM/GPRS 900/1800MHz。语音编码：支持半速率、全速率、增强型速率。

三、系统的软件设计

该控制系统主程序主要包括硬件初始化程序、延时程序、复位程序、各类传感器检测子程序等。硬件初始化程序主要用于初始化外围设备，设置I/O口，初始化时钟晶振等。延时程序主要用于各个模块的定时需要。各类传感器子程序主要是控制传感器启动，进行数据检测、数据处理以及数据发送。复位程序用于设置按键来重置系统，解决系统运行过程中出现的程序跑飞等突发问题。最终通过主程序对子程序的调用及子程序间的相互调用实现系统的智能化控制功能。

1.软件流程图

以光强检测控制声控照明为例，程序流程图如图3所示。52单片机接收到GY30光强传感器检测的数据后与单片机内部阈值对比判断，如小于阈值，启动语音芯片，同时路由器工作提供WIFI信号，如果大于阈值，则返回到传感器中继续进行检测。当启动语音芯片工作后，如接收到外界的正确语音指令，芯片控制四路继电器吸合，灯泡就会点亮；如果接收到错误语音指令，语音芯片不响应。

四、系统调试

整体系统硬件搭建、调试无误后，软件程序采用C语音编译无误之后，必须要对实物进行软、硬件联调，检查设计功能是否实现。首先，对红外检测报警模块和光强检测声控照明模块分模块进行调试。两个模块调试后可实现其对应的功能后，在单片机中将两个模块、中的程序进行综合，进行系统的联调，在联调中保证系统功能达到良好的兼容。经过联调后，该系统实现本课题所要求的各项功能。

五、结语

本智能控制系统功能强大，当室内无人时红外检测自动报警功能保障人们的财产安全；当出现紧急断电情况下，为保证人们能够继续正常工作和生活自动提供WIFI和照明功能。该课题设计新颖，系统方案科学、智能、可靠，方便简洁，应用范围广泛。切实解决人们日常生活中的“痛点”问题，具有良好的市场前景。

参考文献

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作者简介：魏文晟（1996.4-），男，天津科技大学应用文理学院测控技术与仪器专业大三学生。endprint