基于51单片机的家庭智能安全防护设计

黄 洁，王青青，刘富杨，李 杰，杨文耀

（重庆市高校新型储能器件及应用工程研究中心，重庆文理学院，重庆 402160）

1 项目背景

随着生活水平的提高和科技的发展，智能家居逐渐走入了人们的生活，使得人们的生活更加便利且安全。本项目拟基于51系列单片机为核心的智能化管理，在硬件上实施全方位、立体的人体探测。在设防的前提下，能够与手机联通，进行实时监控。

2 系统设计

2.1 系统方案

本设计是由按键装置、人体感应系统、手机通信模块以及实时监控系统组成的。设计流程如图1所示。

2.2 硬件电路设计

本设计的仿真图如图2所示。

2.2.1 单片机最小系统设计

本设计采用的单片机最小系统由单片机、晶振电路、复位电路组成。其中，单片机采用stc89c52，只读存储器ROM是可擦除的，所以可多次烧录程序，方便人们使用[1-2]。

2.2.2 人体感应模块

本设计中人体感应模块主要采用热释电红外传感器HC-SR501，能检测到人体所发出的红外线，从而输出电信号。每个传感器中有两个电极性相反的热释电元，可以抑制本身温度的升高所带来的干扰[3-4]。

当有人进入其感应范围时，人体所产生的辐射被热释电元接收，产生信号。电荷信号由图3中场效应管放大再稳压之后使输出变为高电位，在经过NPN的转化后输出变为低电平，使单片机退出低功耗状态，开始工作。人离开时则输出高电平。

图1 设计流程

图2 仿真图

2.2.3 通信模块

本设计中通信模块使用SIM900A，一个采用SMT封装的双频GSM模块。SIM900A是TTL电平接口，可直接与单片机连接，无需转换器。电路如图3所示，其中RXD数据接收信号线用于接收来自单片机的数据。SIM900A除了需要与SIM卡座连接以形成完整的GSM 终端外不需要作任何的信号处理[5-6]。

图3 电路原理

2.2.4 监控模块

本设计中监控模块核心使用无线WiFi芯片—海思3518，是一款民用的soc芯片。使用时要求软件配置与硬件设计匹配，不使用的引脚配置为GPIO输出状态悬空。镜头则是采用OV9712版，100万像素。设定其原始分辨率为1 080 P，但可在APP中设置为720 P或480 P。整个监控模块较为稳定，延时短、功耗低[7]。

2.3 软件电路设计

设计流程如图4所示。先用keil uvision4编写程序，编译直至无误，再用Proteus进行仿真，最后用stc-isp将程序烧录进单片机中。

笔者因2017协同育人项目，在华清远见教育集团在线教育平台进行学习，尝试将C语言编程应用到单片机中。

3 系统测试

3.1 系统测试方法

先为每个模块所要实现的功能编写程序，测试其是否能够正常工作，再去整体地进行测试，具体有以下几个步骤。

（1）按下布防键，红外传感器感应是否有人。当感应到有人入侵时，红灯亮；无人时继续工作。（2）当红外传感器检测到有人后，通过GSM模块向程序中所设定好的手机号码发送短信，此时黄灯亮。（3）手机收到短信后，通过APP打开摄像头进行实时监控。（4）整合所有程序，进行最终调试。

3.2 系统测试过程及结果

本设计的实物如图5所示。首先将编写好的程序烧录进单片机，通电后按下布防键，使其进入布防状态。当有人经过时，热释电红外传感器感应到人体，红灯亮。随后黄灯亮，与此同时GSM模块向手机发送短信。手机接收到报警短信后，打开APP，通过摄像头监控实时状况。

图4 流程示意

图5 实物

根据上述测试得出：（1）由于受热释电红外传感器本身的性质影响，当环境温度较高时探测的灵敏度下降。（2）由于采用的OV9712版镜头本身性质，此款设计不带夜视功能，且使用远程手机端监控时流量消耗较大。

4 结语

本次设计利用了单片机系统经济、可靠、功能强大的特点，实现了家庭智能安全防护的控制。但本设计仍有很多地方不足，需要改进。