传感器智能家居设计报告汇总

南通大学

传感器与检测课程设计报告书

学院：电气工程学院

班级：自143

姓名：钟明蕊

学号：1412011064

目录

1设计目的及要求 (1)

2总体设计方案 (2)

2.1智能家居——温度检测

2.1.1测温器件DS18B20的简介 (2)

2.1.2显示器件介绍 (3)

2.1.3硬件设计电路 (4)

2.1.4软件设计电路 (5)

2.2智能家居——气体泄漏/火灾检测

2.2.1 MQ-2/MQ-7气体传感器 (7)

2.2.2 A/D转换电路 (8)

2.2.3硬件设计电路 (8)

2.2.4软件设计电路 (9)

2.3 智能家居——外人闯入

2.3.1干簧管简介 (10)

2.3.2干簧管电路 (11)

2.3.3硬件设计电路 (11)

2.3.4软件设计电路 (12)

3各模块与TC35之间的通讯 (12)

4 TC35 GSM模块 (14)

参考文献 (15)

智能家居监控系统设计

1、设计目的及要求

1.1设计背景：

智能家居以住宅为平台，将建筑、网络通信、信息家电、管理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是一个多功能的系统，包括家庭内部的安全防范、家居布线系统、家电控制、远程的视频监控系统等。家居智能化设计包括传感器的检测，信号的传递，结果处理等。但现在仍未普及，而且目前智能家居的国际标准未成热，因此智能家居监控系统仍然存在广阔的发展空间。

1.2设计目的：

利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。

1.3设计要求：

（1）用Protel画出设计原理图；

（2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书

中体现仿真结果；

（3）写设计说明书；

2、总体设计方案：

总体方案：需设计系统的电路原理框图如图（1）所示：

智能家居系统原理框图（1）

由温度模块、外人闯入模块、煤气泄漏模块、烟雾火灾模块检测室内的状况，采用PT2262/2272编解码集成电路无线传播与无线数据通讯模块TC35通讯，无线数据通讯模块TC35通讯作为电路主要器件构建GSM通讯模块实现无线报警控制，并通知用户。

各模块设计（软、硬件设计）：

2.1智能家居——室内环境的温度检测与报警：

本模块主要介绍了单片机控制下的温度检测系统，通过温度传感器检测温度，显示屏显示，若产生报警，报警信息通过GSM网传到用户手机。

2.1.1测温器件DS18B20的简介

●此处采用的数字温度传感器DS18B20作为测温元件，可利用温度传感器（DS18B20）测量室

内多处环境的温度；

●此传感器测温范围为-55℃～＋125℃，精度为±0.5℃；

●由液晶1602显示实际温度值；

●根据需要设定上、下限报警温度；

●DS18B20为单线数字温度传感器，控制简单；

●价格便宜，市场价不到10元一个；

●如图DS18B20体积小。

图（2）DS18B20外部封装形式一

2.1.2显示器件介绍如下：

图（3）LCD1602的实物图

●显示电路由lcd1602和上拉电阻组成。

●LCD1602能够显示16x02即32个字符。

●如上图LCD1602共有16脚排一排，可用一排排针接于单片机

图（4）、（5）为LCD1602管脚功能图和接线图，接线简单；

LCD1602价格便宜且使用比较成熟；

（4）

LCD1602的管脚功能图

图（5）LCD1602的接线图

2.1.3硬件设计电路：

本温度检测模块由DS18820温度传感器检测当前温度，并将结果送入单片机，由89C205I 单片机对送来的测量温度读数进行计算和转换，井将此结果送出液晶显示屏显示。由图（6）可看到，本电路主要由DSl8820温度传感器、89C2051单片机和声音报警及外围电路组成。由于考虑到家居室内的环境比较良好，且不需要相当精确的检测，于是采用集成温度传感器来检测室内温度。该系统由集成温度传感器DS18B20 发光二极管(灯光报警) led显示单片机组成。在led上显示温度值当室内温度低于某个数值或者高于某个数值时，发光二极管将发出报警信息。

图（6）温度计设计proteus仿真图

●当温度传感器检测到室内温度超过某一限定值时，发出声音报警

1）、温度检测电路

DS18B20与芯片连接电路如图7所示：

图（7）DS18B20与单片机的连接

2.1.4软件设计电路：

●18B20 初始化

初始化程序

void Init_18B20(void)

{

DQ=0;

delay_18B20(103);

DQ=1;

delay_18B20(4);

delay(1);

wr_ds18_1(0xcc);

wr_ds18_1(0x44);

}

●读18B20时序：

读18B20程序：

unsigned char ReadByte(void)

{

unsigned char i,k;

i=8;

k=0;

while(i--)

{

DQ=1;

_nop_();

_nop_();

DQ=0;

k=k>>1;

DQ=1;

if(DQ) k|= 0x80;

Delay_us(60);

}

return(k);

}

●写18B20时序：

写18B20程序

void wr_ds18_1(char dat)

{

signed char idata i=0;

unsigned char idata j;

bit testb;

for(j=1;j<=8;j++)

{

testb=dat & 0x01;

dat = dat>>1;

if(testb) //写1

{

DQ=0;

_nop_();

_nop_();

DQ=1;

delay_18B20(8);

}

else //写0

{

DQ=0;

delay_18B20(8);

DQ=1;

_nop_();

_nop_();

}

}

}

2.2 智能家居——煤气泄漏检测

2.2.1 MQ-2/MQ-7气体传感器

MQ-2实物图

MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

由于转换电路所输出的模拟电压随着环境中气体浓度的不同而不同，所以根据技术参数表可知，我所选取的分压电阻为20k，供电电压为5v （见右图）。当环境中气体浓度很高时，MQ-2的等效电阻很小，所以输出电压近似5v，符合A/D转换芯片是ADC0809模拟输入电压的要求。

2.2.2 A/D转换电路

选用的A/D转换芯片是ADC0809 ，ADC0809转换精度满足要求，技术成熟

ADC0809引脚及功能图

声音报警电路

图（9）报警电路

2.2.3、硬件设计电路：

电位器电阻变化表示气体传感器检测的气体浓度的变化，调整电位器的阻值改变模拟输入电压。经A/D转换到单片机内进行处理，采集到的数据送入LED显示出。若气体浓度大于设定的某一数值，将发出声光报警。

2.2.4、软件设计电路：

●报警电路中p15为低电平时蜂鸣器响

报警程序设计

uchar in0,in1;

init();

while(1)

{

in0=adin0();

write0(in0);

in1=adin1();

write1(in1);

if(in0>150||in1>150)

p0_7=1;

}

LED显示电路

●数码管采用四连体七段数码管

本系统采用数码管的动态显示，逐一位选（P2口），逐一显示（P0口）。数码管显示程序设计

void write0(uchar num)

{

uchar i,j,k;

k=num/100;

j=num%100/10;

i=num%10;

P2=0xff;

P0=dulatab[k];

wei1=0;

delay(4);

P2=0xff;

P0=dulatab[j];

wei2=0;

delay(4);

P2=0xff;

P0=dulatab[i];

wei3=0;

delay(4);

}

2.3、智能家居——外人闯入

2.3.1干簧管简介

图（11）干簧管结构图

干簧管通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点，有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。

干簧管的工作原理非常简单，两片端点处重叠的可磁化的簧片、密封于一玻璃管中，两簧片分隔的距离仅约几个微米，玻璃管中装填有高纯度的惰性气体，在尚未操作时，两片簧片并未接触、外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性，

结果两片不同极性的簧片将互相吸引并闭合。依此技术可做成非常小尺寸体积的切换组件，并且切换速度非常快速、且具有非常优异的信赖性。永久磁铁的方位和方向确定何时以及多少次开关打开和关闭。

如此形成一个转换开关：当永久磁铁靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开。

2.3.2电路如下图所示：

H1是一个干簧管,当门闭合时,H1吸合,C1两端点位相同,Q1截止,Q2也截止;当门打开时,干簧管触点打开,有一个电流流过Q1的发射极、R32(和H12并联)、C1、R31、地,使得Q2饱和导通,输出低电平0给单片机,发出报警信号。

图（12）干簧管控制电路

2.3.3硬件设计报警模块

P3.2(INT0)连接防盗探测器,用来检测盗情,如果盗情发生,触发外部中断0,MCU 接到报警信号以后,开始启动LED等闪烁报警,同时启动100dB的声音报警,来震慑入室的小偷。

报警模块电路如图

图（13）设计proteus仿真图2.3.4软件程序设计：

#include

sbit p2_3=P2^3;

void init_tx()

{

EA=1;

EX0=1;

IP=0X00;

}

void main()

{

p2_3=1;

init_tx();

}

void tx0() interrupt 0

{

p2_3=0;

}

3、各模块与TC35之间的通讯

3.1、总电路系统组成：

各模块与TC35之间的通讯由于在室内，且各各模块又安装在室内不同的地方，要把各各模块连接起来布线就比较麻烦。所以采用无线传输比较合理。

3.2、模块原件介绍

传输采用315/433MHZ的DF无线数据传输模块

315/433MHZ的DF无线数据传输模块的介绍：

315/433MHZ的DF无线数据传输模块抓药由PT2262/PT2272芯片组成。传输距离比较理想，一般能达到600米以上。

PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441地址码，PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

图（14）PT2262发射电路

图（15）PT2272接收电路

图（14）发射电路和图（15）接收电路，两部分通讯通过无线的发射模块和接收模块来实现，两部分均有拨码器，使用相同的地址码。

图（14）发射电路接于温度、外人闯入、煤气泄漏、烟雾火灾各各模块的报警输出端

（15）接收电路与GT35接通

4、TC35 GSM模块

4.1、总体设计

利用GSM的短信息功能，把无线控制的智能家居安保系统报警系统建立在的GSM 网络基础上。通过PT2272传来的信息，通过单片机处理，编辑不同信息内容的短息由TC35 GSM模块发送的用户的手机上。

4.2、TC35简介

GSM基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。

短消息服务作为GSM网络的一种基本的业务，它可以通过服务中心来对文本信息进行收发和存储，而且其网络覆盖面广、传输特性好，为数据的采集提供了便捷的

无线传输通道。所以为了实现报警显示，在本报警显示系统中利用GSM的短信息功能，

把报警系统建立在的GSM网络上，进行报警信息的收发。

图（16）通讯模块TC35与单片机的连接电路设计

通讯模块TC35与单片机的连接电路如图（16）所示，J4为通讯模块TC35的串口端，它通过串口芯片MAX232A与单片机89C52的连接。单片机89C52通过RXD和TXD脚实现对通讯模块的收发信息的控制。

图（17）通讯模块TC35实物图

参考文献：

[1]. 张毅刚. 基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程设计.人民邮电出版社2012

[2].施湧潮. 传感器检测技术. 国防工业出版社2007

[3].张毅刚. 单片机原理及应用. 北京：高等教育出版社2008

[4].赵勇. 传感器敏感材料与器件. 清华大学出版社2012

[5].张洪润. 传感器应用电路200例. 北京航空航天大学出版社2006

[6].张宪. 传感器与测控电路. 化学工业出版社2011

[7].徐湘元. 传感器及信号调理技术. 机械工业出版社2012

[8]周坚. 单片机轻松入门[M]. 北京：北京航空航天出版社 2002

[9]孙育才. MCS－51系列单片微型计算机及其应用[M]. 南京：东南大学出版社2004

[10]公孙茂，马宝匍，孙晨．单片机入口接口实例集[M]. 北京：北京航空航天出版社 2002

[11]求是科技. PIC单片机典型模块设计和实例导航[M]. 北京：人民邮电出版社2005

[12]龙泽明，顾立志，王桂莲，陈光军. MCS－51单片机原理及工程应用[M]. 北京：

国防工业出版社 2005.

[13]胡辉.王晓，戴永成. 单片机原理及应用设计[M]. 北京：中国水利水电出版社2005

[14]蔡菲娜. 单片微型计算机原理和应用[M]. 杭州：浙江大学出版社 2003

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[16].吴国敬等.单片机应用和技术. 中国电力出版

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