基于DSP TMS320F2812的智能家庭监控系统设计与制作

作者/徐敏、梁亚清，江苏信息职业技术学院

基于DSP TMS320F2812的智能家庭监控系统设计与制作

作者/徐敏、梁亚清，江苏信息职业技术学院

本设计以TI公司的TMS320F2812作为主控制芯片，辅以传感器外围电路，实现了一个智能家庭监控系统，对室内温度、湿度、亮度以及可燃性气体进行检测和处理，监测结果由液晶显示屏显示，当检测物理量超出设定值时，启动报警，并打开相应的执行模块。经调试验证，本系统运行正常，能够有效地监控室内环境，各物理量直观地显示在液晶显示屏上，达到了系统设计要求。

DSP TMS320F2812；温度；湿度；光照强度；可燃性气体；MS12864液晶显示屏

引言

随着国民经济与人民生活水平的不断提高，人们对住宅环境的要求不断提高，人们越来越希望自己的生活环境舒适、安全、节能。本文设计了一款低成本的监测室内温度、湿度、亮度以及可燃性气体浓度的系统，以为人们提供一个舒适安全的居住环境。

1.系统总体设计

本设计采用DSP(TMS320F2812)为主控芯片，结合外围电路，组成智能家庭监控系统。系统硬件电路主要由TMS320F2812及其外围温度检测电路、湿度检测电路等组成。DSP主控制器循环检测温度、湿度、光照强度、气体浓度的值，并且在液晶屏上显示出来，当温度、湿度、气体浓度超过阈值则启动风扇，低于阈值则风扇不动作，当光照强度低于设定阈值则LED灯被点亮，高于阈值则熄灭。系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图

2.系统硬件电路设计

■2.1 主控制器

主控制器选用TI公司的高性能32位信号处理器TMS320F2812，它能够在一个周期内完成32×32位的乘法累加运算，或两个16×16位乘法累加运算。它的中断延迟时间短，能满足实时控制的需要。此外，它具有高度集成高速、低功耗、易于开发等优点，特别适用于高性能数字控制和通讯等领域[1]。主控制器最小系统图如图2所示[2]。

图2 主控制器最小系统图

■2.2 温度检测电路

温度检测电路主要实现对环境温度的检测，本设计采用PT100铂电阻作为温度传感器。温度检测电路连接图如图3所示，其主要由运算放大器LM358构成电压跟随器、PT100和R14构成的分压电路构成，通过分压检测PT100的阻值，由运放构成电压跟随器，提高测量点电压驱动能力最后将检测电压送到DSP的模数转换单元进行处理。

图3 温度检测电路

■2.3 湿度检测电路

湿度检测电路主要实现对家居环境湿度的检测，本设计采用HIH–4000系列湿度传感器里的HIH–4000–03。由其构成的湿度检测电路如图4所示。HIH–4000–03为电压输出型湿度传感器，输出两个电阻R11、R16起分压作用，LM358运算放大器构成电压跟随器，将湿度转换成检测电压送到DSP的模数转换单元进行处理。

图4 湿度检测电路

图5 光照强度检测电路

■2.4 光照强度检测电路

光照强度检测电路主要实现对家居环境中光照强度的检测，本设计采用光敏电阻作为光照检测传感器。光照强度检测电路连接图如图5所示，其主要由运算放大器构成电压跟随器、光敏电阻R18和R21构成分压电路构成，通过分压检测光敏电阻R18的阻值，由运放构成电压跟随器，提高测量点电压驱动能力，最后光照强度转换成将检测电压送到DSP的模数转换单元进行处理。

■2.5 可燃性气体检测电路

图6 可燃性气体检测电路

国内煤气的使用非常普遍，为了防止煤气中毒事件发生，加强煤气检测是非常重要的。本设计采用MQ–9气体传感器实现室内煤气一氧化碳的检测[3]。封装好的MQ–9有六只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。可燃性气体检测电路连接图如图6所示。MQ–9传感器相当于一个电阻与R25串联，气体浓度增加传感器电阻减小。

■2.6 报警电路

当检测到的物理量超过或低于设定的阈值时，报警电路发出声音报警，方便用户做进一步处理。其电路连接图如图7所示，采用蜂鸣器报警。

图7 报警电路

图8 风扇驱动电路

■2.7 执行电路

本设计有两个执行电路：风扇电路和LED驱动电路。当温度、湿度以及可燃性气体浓度超过设定阈值时，则启动风扇驱动电路[4]；当光照强度低于设定阈值时，则启动照明装置，光照强度高于阈值时，则LED灯熄灭。电路连接图如图8和图9所示。

图9 LED驱动电路

3.系统软件设计

■3.1 系统流程图

系统软件主要由主程序和子程序等组成。主程序完成系统初始化、中断设置等功能；子程序完成湿度、温度、气体浓度以及光照强度的检测和显示。主程序流程图如图10所示，子程序流程图如图11所示。

图10 主程序流程图

图11 子程序流程图

■3.2 系统程序设计

本设计是基于 uCOS–II操作系统，采用C语言编程实现的，主要包括main()主程序、系统外部中断程序、显示子程序、采样子程序等几个部分构成。经调试后，程序运行情况稳定，显示结果如图12所示。

图12 显示结果

4. 结论

本设计能够正常检测室内温度、湿度、亮度以及可燃气体浓度，当物理量超过设定阈值时会自动报警，并打开风扇通风，实现自动调节；在亮度低于设定阈值时系统自动报警并打开照明装置，各检测物理量直观的显示在液晶显示屏上，达到了系统设计要求。本设计在今后可以进一步完善，采用模块化电路实现，通过预留出的端口，通过改变传感器模块电路就可以方便地实现不同物理量的检测，另外将无线通信引入进来，可实现真正意义上的智能家居控制。

＊ [1]徐科军，张瀚，陈志渊.TMS320x2812xDSP原理与应用[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2006

＊ [2]陈光伟，向中凡. 基于TMS320F2812的最小系统设计[J],微型机与应用，2010.12(49)

＊ [3]谭长森.基于PT100型铂热电阻的测温装置设计[J]，工矿自动化，2012.3

＊ [4]罗中良，汪华斌，吴静，刘刚. 基于ZigBee网络的气体监测报警系统设计[J]，计算机术与自动化，2011.12