基于AVR單片機(jī)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(dòng)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(jī)對(duì)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(bào)率高，而且不能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警的功能。因此，本系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)Atmega128L處理器，通過門磁傳感器并配有紅外傳感器實(shí)現(xiàn)防盜監(jiān)測(cè)以及利用CO傳感器實(shí)現(xiàn)煤氣安全保障的功能。并且通過短信形式使用戶實(shí)時(shí)的了解家居安防情況。
關(guān)鍵詞：智能家居；AVR單片機(jī)；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(gè)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(duì)主人進(jìn)行的報(bào)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(jī)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(shí)時(shí)時(shí)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(bào)警、紅外傳感器報(bào)警、煤氣傳感器報(bào)警、正常工作、用戶命令執(zhí)行動(dòng)作構(gòu)成。
1．1 門磁報(bào)警
    門磁系統(tǒng)完成對(duì)門出入安全的監(jiān)測(cè)，主要有磁鐵和干簧管組成。當(dāng)主人離開房子的時(shí)候可以啟動(dòng)防盜功能，如果兩者保持正對(duì)，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(shí)磁鐵和干簧管不再處于正對(duì)狀態(tài)，此時(shí)干簧管處于斷開狀態(tài)，系統(tǒng)可以通過短信進(jìn)行報(bào)警。

1．2 紅外傳感器報(bào)警
    當(dāng)用戶啟動(dòng)紅外報(bào)警功能，在此狀態(tài)下，假如紅外傳感器監(jiān)測(cè)到有物體接觸，可以10s后再次進(jìn)行監(jiān)測(cè)確認(rèn)后，通過傳感器輸出有效電平信號(hào)(高電平)，通過報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。然后通過短信通知用戶完成報(bào)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(bào)警，可以較好地解決誤報(bào)警問題。
1．3 煤氣傳感器報(bào)警
    煤氣的主要成分是CO，因此采用CO傳感器進(jìn)行報(bào)警檢測(cè)，CO傳感器輸出信號(hào)線輸出有效的電平信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，AVR單片機(jī)檢測(cè)到CO傳感器輸出電壓后，表示此時(shí)的煤氣含量超標(biāo)，立即控制執(zhí)行器進(jìn)行報(bào)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(jī)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(shí)各個(gè)AVR單片機(jī)進(jìn)行各自正常的工作并實(shí)時(shí)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(jiǎn)單的判斷后，通過網(wǎng)絡(luò)向主控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，報(bào)告異常，由主控機(jī)進(jìn)行處理。
1．5 用戶命令執(zhí)行動(dòng)作
    當(dāng)用戶想進(jìn)行操作家庭設(shè)備時(shí)，由短信通知主控機(jī)，主控機(jī)完成短信息的識(shí)別工作，并通過通信設(shè)備通知各個(gè)電器進(jìn)行工作。此時(shí)，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(gè)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(jì)
2．1 電源電路設(shè)計(jì)
    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(diǎn)。

    通過Boost升壓變換器實(shí)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(shí)間，降低損耗。單片機(jī)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(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。
2．2 紅外傳感器電路設(shè)計(jì)
    紅外人體檢測(cè)在本系統(tǒng)中起到了至關(guān)重要的作用，采用紅外檢測(cè)芯片BIS0001，十分簡(jiǎn)單易行。其典型電路如圖3所示。

2．3 時(shí)鐘芯片電路設(shè)計(jì)
    時(shí)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(shí)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(shí)鐘芯片，外置32．768kHz的晶振，定時(shí)精確，有效數(shù)據(jù)保留時(shí)間較長(zhǎng)，電路簡(jiǎn)單。

3 家居監(jiān)控系統(tǒng)的安裝注意事項(xiàng)
    本系統(tǒng)主要用于家居安防，可以由用戶手動(dòng)或定時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)防盜功能。安裝較為簡(jiǎn)單，但需注意以下事項(xiàng)：
    (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(duì)于磁鐵的選擇也應(yīng)能控制干簧管動(dòng)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(shí)間。
    (3)對(duì)于紅外人體檢測(cè)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(zhǎng)時(shí)間收到陽(yáng)光照射，需要附加有色透鏡或是增加濾光片。設(shè)計(jì)PCB板時(shí)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(jī)的簡(jiǎn)易智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，通過Atmega128L單片機(jī)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(hù)的各個(gè)子系統(tǒng)配合起來，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)家居對(duì)外來人員的防護(hù)問題，而且能夠進(jìn)行室內(nèi)煤氣泄漏監(jiān)測(cè)，用戶操作簡(jiǎn)單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報(bào)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(shì)。