基于AVR單片機的智能家屆監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：智能家居是人們的一種居住環(huán)境，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，嵌入式技術(shù)以滿足人們的需要，與普通家居相比由原來靜止的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為具有能動智能的結(jié)構(gòu)工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通。AVR單片機對于常用傳感器的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行器的控制，易用性和可靠性俱佳。鑒于傳統(tǒng)的智能家居安防系統(tǒng)功能單一、智能化低下、誤報率高，而且不能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程報警的功能。因此，本系統(tǒng)采用AVR單片機Atmega128L處理器，通過門磁傳感器并配有紅外傳感器實現(xiàn)防盜監(jiān)測以及利用CO傳感器實現(xiàn)煤氣安全保障的功能。并且通過短信形式使用戶實時的了解家居安防情況。
關(guān)鍵詞：智能家居；AVR單片機；網(wǎng)絡(luò)；紅外傳感器

0 引言
    隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，智能家居成為了一個熱門的研究領(lǐng)域。智能家居問題中面臨的主要問題就是安全防盜、電器控制等問題。智能家居不僅能夠完成出現(xiàn)問題對主人進(jìn)行的報警功能，還應(yīng)提供智能家居設(shè)備執(zhí)行主人的命令操作，比如通過手機或是平板電腦等終端控制電器進(jìn)行做飯或是空氣清潔等工作。
    因此，智能家居中用到的傳感器主要有紅外傳感器、門磁傳感器、實時時鐘芯片等。

1 家居監(jiān)控系統(tǒng)工作原理
    系統(tǒng)主要由門磁報警、紅外傳感器報警、煤氣傳感器報警、正常工作、用戶命令執(zhí)行動作構(gòu)成。
1．1 門磁報警
    門磁系統(tǒng)完成對門出入安全的監(jiān)測，主要有磁鐵和干簧管組成。當(dāng)主人離開房子的時候可以啟動防盜功能，如果兩者保持正對，那么在磁鐵的作用下，干簧管兩端處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)門被打開時磁鐵和干簧管不再處于正對狀態(tài)，此時干簧管處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)可以通過短信進(jìn)行報警。

1．2 紅外傳感器報警
    當(dāng)用戶啟動紅外報警功能，在此狀態(tài)下，假如紅外傳感器監(jiān)測到有物體接觸，可以10s后再次進(jìn)行監(jiān)測確認(rèn)后，通過傳感器輸出有效電平信號(高電平)，通過報警器進(jìn)行報警。然后通過短信通知用戶完成報警功能。
    為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以加入微波傳感器或是門磁傳感器協(xié)助紅外傳感器進(jìn)行報警，可以較好地解決誤報警問題。
1．3 煤氣傳感器報警
    煤氣的主要成分是CO，因此采用CO傳感器進(jìn)行報警檢測，CO傳感器輸出信號線輸出有效的電平信號進(jìn)行報警，AVR單片機檢測到CO傳感器輸出電壓后，表示此時的煤氣含量超標(biāo)，立即控制執(zhí)行器進(jìn)行報警。如果用戶未在家中，那么可以通過發(fā)送煤氣超標(biāo)的短信通知用戶。用戶可以通過主控機進(jìn)行控制使得CO盡快地排除出去，保障家居安全。
1．4 正常工作狀態(tài)
    正常工作狀態(tài)時各個AVR單片機進(jìn)行各自正常的工作并實時地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，進(jìn)行簡單的判斷后，通過網(wǎng)絡(luò)向主控機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，報告異常，由主控機進(jìn)行處理。
1．5 用戶命令執(zhí)行動作
    當(dāng)用戶想進(jìn)行操作家庭設(shè)備時，由短信通知主控機，主控機完成短信息的識別工作，并通過通信設(shè)備通知各個電器進(jìn)行工作。此時，被控器件的輸入與控制器的輸出通過繼電器電磁隔離連接，完成整個家居系統(tǒng)的控制工作。

2 家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計
2．1 電源電路設(shè)計
    采用開關(guān)電源的穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源的功率器件工作在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，功率損耗小，轉(zhuǎn)換效率高，而且體積小、重量輕，與之相配套的散熱器體積也大大減小，采用開關(guān)電源具有效率高、體積小、輸出穩(wěn)定等優(yōu)點。

    通過Boost升壓變換器實現(xiàn)DC-DC變換，選用小導(dǎo)通電阻、高開關(guān)速度的IRF640管為開關(guān)管，快速恢復(fù)二極管RHRP15120整流，減少反向?qū)〞r間，降低損耗。單片機和脈寬調(diào)制控制器SG3525通過雙閉環(huán)回路共同控制DC-DC變換電路，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。
2．2 紅外傳感器電路設(shè)計
    紅外人體檢測在本系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，采用紅外檢測芯片BIS0001，十分簡單易行。其典型電路如圖3所示。

2．3 時鐘芯片電路設(shè)計
    時鐘芯片在本家居系統(tǒng)中起著較為重要的作用，從基本的定時到精確的采集數(shù)據(jù)都要用到它。本系統(tǒng)采用DS1302，它是DALLAS推出的涓流充電時鐘芯片，外置32．768kHz的晶振，定時精確，有效數(shù)據(jù)保留時間較長，電路簡單。

3 家居監(jiān)控系統(tǒng)的安裝注意事項
    本系統(tǒng)主要用于家居安防，可以由用戶手動或定時自動啟動防盜功能。安裝較為簡單，但需注意以下事項：
    (1)干簧管門磁電路安裝過程中，磁鐵應(yīng)安裝在門體上，而干簧管部件應(yīng)安裝在門框上，這樣可以使干簧管部件方便地通過有線方式與主控單元相連接。對于磁鐵的選擇也應(yīng)能控制干簧管動作，能夠保障門開即可得到響應(yīng)。
    (2)電源部分是十分重要的，本系統(tǒng)由于采用GSM短信通信，因此電流應(yīng)當(dāng)盡可能有所保證，作者采用的是輸出電流3A的高質(zhì)量開關(guān)電源，效率比較高，且能滿足電流的要求。采用蓄電池作為后備電源，可保證系統(tǒng)斷電后，正常工作一定的時間。
    (3)對于紅外人體檢測傳感器的安裝，應(yīng)當(dāng)在紅外傳感器熱釋電元件前部加入菲涅爾透鏡，而且若較長時間收到陽光照射，需要附加有色透鏡或是增加濾光片。設(shè)計PCB板時保證有效良好的接地，以減小外界的干擾。

4 結(jié)論
    本文介紹了一種基于AVR單片機的簡易智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，通過Atmega128L單片機系統(tǒng)與外圍傳感器相結(jié)合構(gòu)成了家居安防系統(tǒng)。利用先進(jìn)的嵌入式技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合，使得家居生活安全防護的各個子系統(tǒng)配合起來，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)家居對外來人員的防護問題，而且能夠進(jìn)行室內(nèi)煤氣泄漏監(jiān)測，用戶操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。若能夠完美地配合智能家居控制系統(tǒng)，則能夠保持家庭與外界信息交流相暢通，滿足人與居住環(huán)境相協(xié)調(diào)，這可以視為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的終端體現(xiàn)，是未來家居發(fā)展的趨勢。