TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document 2家居智能安全系统方案的确定 2. \o Current Document 2.1有害气体检测方案选择 3. \o Current Document 2.2火灾情况检测方案选择 3. \o Current Document 2.3非法入侵检测方案选择 4. \o Current Document 2.4远程控制方案选择 5. \o Current Document 2.5传感器信息采集方案选择 6. \o Current Document 3基于AT89552的系统硬件设计 6 \o Current Document 3.1硬件设计总体思路 6. \o Current Document 3.2检测模块与主机之间的信息传输部分 .7 \o Current Document 3.3 GSM远程控制部分 7. \o Current Document 4不足与展望 8.. 1课题背景及意义 随着社会的发展，人们为了提高生活质量 厂泛的应用着各种能源”比如会用 到燃气、电、水等这些东西给人们带来方便的同时，也存在一定的安全隐患，可能 会漏气、漏水、失火等，给家带来巨大灾难，这结合前面分析的家中无人或只有老 人，就对家居的智能安全提出较高要求。 ”智能家居最早追溯到20世纪80年代的美国，智能家居的发展与计算机技 术、电子技术、通信技术的发展密不可分”，早期人们利用电子技术，设计的家居 自动控制电路，如门铃控制等；随着计算机技术的发展，大规模集成电路的广泛应 用，人们逐渐利用单片机等设计程序化的家居控制；近年来随着通信技术的发展， 人们乂开始探索使用无线传感器和移动通信网络，进行智能家居控制系统的设计， 并取得了一定效果80年代末，美国人利用CAN总线技术,设计了 smarthome智能 家居模型。 智能家居的发展，不仅是控制手段的发展，更与控制内容的扩展密不可分早 期有些国家做智能家居，主要控制水表、电表、天然气表的数据测量等基本家居 数据好一些的家居控制系统，还把楼宇对讲系统、小区摄像头！家用电器等的安全 纳入控制范围，但是这些原始控制手段，布线麻烦，成本较高，未能有效的推广随着 网络技术!通信技术的发展，计算机网络！有线电视！数字电视！移动电话等逐步普及， 人们的家居结构也发生了潜移默化的变化，与之相对应的智能化家居控制系统开 始起步，但是只是控制内容的丰富，而控制手段并未有较大的创新性提高。 如今人们对智能家居的定义更加有层次性，整个智能家居系统可参考人体生 理特征进行模块化分层，首先是智能控制系统，类似于人体大脑，这部分系统主要 控制人们家庭内部的各类硬件设备，如微波炉！冰箱!空调等家用电器，水管!天然气! 暖气等管道系统，有线电视！计算机！电话等数据通讯系统其次就是家居的安防系 统，他类似于人体的眼睛等，通过摄像头！楼宇对讲机、无线通讯网络或计算机网络， 将家庭内部与外部实时联系在一起，保证整套家居系统的安全性”如果说内部系 统式家居生活的实用性，外部系统式家居生活的安全性，那么整套家居智能系统， 则是家居生活的舒适性因此，如何将家居的内部与外部！硬件与软件有机的捏合 在一起，始终是各类智能家居系统的发展目标。 现代智能家居系统根据硬件的分布，大体可分为以下几个部分： 监测系统：如今我国的新建小区都装备了摄像头等监控设备，高档小区特别是 别墅更是装备了视频采集设备，楼宇对讲门不是传统的按键与电话挂机，而是在楼 宇门口设置了隐形摄像头，主人可以通过摄像头，在室内的LED显示屏上，一目了 然的看到来访客人的情况，极大的提高了楼宇安防性。 防盗系统：从90年代开始，人们逐渐重视家庭的防盗，早期人们主要是在门窗 加装防盗窗，后期逐渐的在门窗安装报警器，现在人们逐渐将门窗安防设计的更隐 蔽更精准，采用摄像头与自动报警组合方式，能够同时将防盗信息储存并传递给保 安人员。 室内应用系统：过去人们的家庭电气，除了灯光照明，几乎就没什么东西了。而 如今各类家居设备几乎都能实现自动化，随之带来的是大量的控制要求，如天然气 泄露报警装置、太阳能自动上水装置！空调自动预热装置等等，还有有线电视、数 字电视、家庭互联网等通讯设备。 人们在享受科技发展带来的便捷与舒适的同时，也埋下了无数的安全隐患，如 何对这些繁多的家庭室内设备进行安全控制 ，是家居安全智能系统的最大目标 科技发展是社会发展的大势所趋，而享受科技发展带来的优越性和舒适性，更是普 通大众的内在追求”家居的安全性关系到人们的生命财产安全 ，特别是随着人们 安全意思的加强，人们对家居的安全要求更高”而我国社会发展逐渐进入老龄化， 人们的生活节奏乂在不断加快，智能家居安全系统具有巨大的市场前景。 随着科学技术的飞速发展，人们生活水平不断提高，我们的生活质量也得到了 极大的改善，尤其是煤气的普及使生产效率！市民的生活质量得到大幅提升，然而 使用燃气的过程中，因燃气泄漏！废气等原因造成的燃气爆炸、中蠹、火灾等意外 事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了严重的威胁，因此居家安全问题 就受到了社会各界的广泛关注，其中，防煤气泄漏、防火、防盗以及节能的关注程 度较高，我们就是针对这些问题设计了一套家居智能安全系统。 2家居智能安全系统方案的确定 本课题要解决的内容已在前面一一做了介绍 ，本文对系统的描述主要从如图 2.1的几个方面入手，本章对系统方案的不同内容的各种方案进行分析比较，最 终确定一个具体方案，以便以后的硬件、软件设计 系统方案确定 「硬件设计 软件设计 有 火 灾 非 法 远 距 近 距 各 传 近 程 程 程 序 各 模 总 程 气 情! 入 离 离 感 通 通 流 块 序; 体 况 侵 通 通 器 信 信 程 程 设 检 检 检 信 信 模 模 方 图 序 计 测 测 测 方 方 块 块 案 设 设 方 方 方 案 案 设 设 设 计 计 案 案 案 计 计 1计 硬件调试 软件调试 结论总结 1 实验调试 图2.1系统方案路线有害气体检测方案选择 虽说市场上检测有蠹有害气体的传感器有很多种，但是家居中有蠹有害气体 事故主要指一氧化碳中蠹、液化石油气管道煤气 ！天然气中蠹，前者多见丁冬天用 煤炉取暖，门窗紧闭，排烟不良时，后者常见丁液化灶具漏泄或煤气管道漏泄等 ，结 合这个特点本系统选取气体传感器 MQ 一 5,该传感器对天然气！液化气!煤气都有 较好的灵敏度将MQ一 5传感器配合一定的电路做成采集模块，如果室内发生这 些气体泄漏并达到一定浓度，信号采集模块就能发出报警信号。 2.2火灾情况检测方案选择 火灾检测是家居安全的重点检测对象，无论是市面上的火灾报警器还是现在 智能家居中的火灾检测多数采用远红外火焰传感器来实现 ，它主要用来探测家居 中是否存在明火，它的工作原理为：当家居中发现火焰时，火焰能够发出的波长在 700 一 1000纳米之间红外线，而这种传感器就能对波长在700 一 1000纳米的红外 线做出反映，即该传感器就能检测出来信号并且发出报警 当火焰发出的波长在 880纳米时，传感器得到的信号最强烈并且该类传感器的工作辐射角度为 60度, 即围绕火焰传感器的轴线的圆锥立体空间内的火焰信号，可以被传感器检测 到，这样就限制了此类传感器的作业范围，同时一这类传感器不适合在有明火的地 方使用，比如用在厨房，做饭的时候可能会产生误动作，由于红外传感器的局限性， 结合每次火灾的发生前！中都会产生很多有害烟雾和很高的温度 ，本系统选用 MQ-2烟雾传感器和温度传感器来共同检测距消防部门统计，火灾中遇难的大部 分人都是由于吸入有害烟雾的造成的，因此本系统特专门选用对烟雾比较敏感的 MQ-2烟雾传感器来实现对烟雾的检测在本系统中的温度检测并不是想知道具 体的温度是多少，而是想知道温度是否达到上限值，对温度的检测采用负温度系数 的热敏电阻来实现”在这个部分中两个传感器同时检测，任何一个传感器的相应 都会引发报警，同时安防主机也可根据不同的响应信号，来执行不同的动作。 2.3非法入侵检测方案选择 非法入侵的检测方法比较多，有热释电技术的，有红外对管的，也有门磁窗磁的 热释电技术用起来比较方便，但是结合现在家居的特点，我们正在进入老龄化社 会，宠物可能成为老人的精神寄托，家居中的宠物也会越来越多，宠物与人一样会 向外辐射红外线，这样会使检测模块造成误动作”红外对管检测也比较成熟但是 传感器容易被发现，并且一旦被发现，传感器形同虚设，并且对装修过的房子安装 起来不太方便”还有门磁窗磁对传感器，一般的讲，不管是合法还是非法手段，只要 想进入室内都得经过门或者窗户，因此这部分的检测还可以从门窗上下手，只要有 人不正常开门就会产生报警信号，本系统就采用这种方式检测，常用的检测方法是 通过光电开关检测或者磁开关检测，两种方法相比光电检测的成本较高，月.需用 电较多，因此本系统选用磁性器件十簧管做的门磁窗磁开关来实现检测 ，可将门磁! 窗磁开关装在门窗上，当门窗被打开时，使十簧管所处的磁场发生变化，使门!窗磁 做出反应产生信号，实现报警。 2.4远程控制方案选择 GSM移动通信技术与当前的3G移动通信技术相比，GSM通信应用更加广泛， 美国!欧洲！日韩等国家的2G移动通信都采用GSM通信标准GSM移动通信网络 稳定性能相当好，因此家居智能安全控制系统的研发探索使用 GSM移动通信技 术，将家居智能控制系统的数据信号，通过GSM信息平台，将各类家居报警信息通 过移动电话或短信息的形式传送者终端客户 GSM技术的家居智能系统，能够不 受网络的限制，可以实现随时随地的接受报警信息，而且接收终端只是一部普通手 机，再据不完全统计，我国的手机用户己达到9.2亿，从这点来说大大降低了整套智 能系统的成本和使用成本GSM通信技术智能家居控制的原理如图 2.3所示 害气体报 用广~~H GSM D 网关 H 家居智能安全系统~L-JTTTZ 火灾报警 2.2 GSM通信技术智能家居控制的原理如图 GSM移动通信有着很强的优势： 可以实现实时通信：根据不完全统计全国没有手机用户己达到 9.2亿，并且所有 的手机都支持2G的GSM通信,这一点是网络用户与固定电话用户所没有办法比 的。 成本较低：大家都有手机这不需要另外配置设备，平时不需要任何费用只有在 报警时出条短信息费用就行，而网络与固定电话用户少，就需要另外开通网络或配 置固定电话机，这个资源届丁应急应用，可能多少年都不用一次，突然发生报警刁- 会用，显然这样的造成了资源种浪费。 报警准确且可备查:GSM报警可以通过短信息报警，这样可以将报警信息表达 的更准确，并且手机中的短信息可以自动保存，如果只是电话报警，可能由丁环境 等因素影响接收信息，一旦没有听活楚，就与没有报警一样，而短信息可一遍遍的 仔细研究。 2.5传感器信息采集方案选择 单片机充分利用大规模集成电路技术，将计算机系统的存储器、缓存器、计 算器、计数器等简化，并集成到一块电路板上，极大的减小了微型计算机的空间和 体积，降低了微型计算机的成本，广泛的应用在各类简易智能控制设备上”概括的 讲:一块芯片就成了一台计算机单片机是靠程序运行的，并且通过修改，让不同的 程序去完成不同的功能”电压比较器能够通过比较输入与确定的标准电压 ，输出 高低两种信号模式，所以可以根据单片机的特点，可设计控制系统框架如图2.3 单片机AT89S52 单片机AT89S52 GSM控制 2.3控制系统框架 3基于AT89552的系统硬件设计 3.1硬件设计总体思路 本课题的家居智能安全系统采用 AT89552单片机为主控制芯片，将有蠹有 害气体检测检测部分、火灾检测部分、非法入侵检测部分等部分有机的组合在一 起，有危险信号时利用TC35i模块，通过GSM移动通信网络实现主机与家居主人 的通信整个家居智能安全系统的硬件构造 如图3.1所示。 有毒有害气体 检测模块GSM网结非法入侵检洌 模块各种Ml行器件火灾检测模块情况显示单元 有毒有害气体 检测模块 GSM网结 非法入侵检洌 模块 各种Ml行器件 火灾检测模块 应急检测模块—事件存储单元 图3.1智能家居安全系统硬件构造图 3.2检测模块与主机之间的信息传输部分 为了保证家居安全，系统中会采用很多的检测模块，这些检测模块并不可能与 主机都同在一处，它们之间的信息传递，可以用有线也可以用无线，有线通信更加 可靠，无线通信的方式更加灵活，关键就是无线方式在使用！安装等过程中都很方 便，是系统应用的发展趋势在本系统中采用了有线与无线相结合的方式 ，能允许 的情况一 F，能采用有线就采用有线，毕竟更加可靠，不方便时也可采用无线方式 本系统的无线 GSM远程控制部分 GSM /GPRS通信部分采用 SIMCOM公司的 SIM900A模块来实现， SIMgOOA是一个专门为中国大 陆市场设计的双频GSM/GPRS模块，工作频段 为：EGSM 900 MHz 和 DCS 1 800 MHz。SIM900A 支持 GPRS multi—slot class 10/class 8（可选）和GPRS编码 格式CS_1, CS_2, Cs-3和CS_4。模块尺寸只 有24 mmx 24 mmX3 mm,几乎可以满足所有用户应用 中的对空间尺寸的要 求，例如M2M，数据传输系统等。 具有68个贴片引脚，键盘和SPI接口，音 频输入和输 出，可编程GPI。等。SIMg00A采用省电技术设计，在 SLEEP模 式下电流只有1。0 mA。其内嵌TCP/IP协 议,在数据传输方面非常有用。GSM /GPRS通信电路结构如图4所示，由天线、天 线阻抗匹配电路、SIM卡电路、 ESD静电保护电路和电 源控制器组成。其中, SIM900A通过其申口 1与 STM32F103的申口 0进行数据通信；电源控制部分通过 STM32F103的GPI。来 控制IRFR9024芯片(N构造MOSFET)使能，控制系统适时进入休眠模式，关断 SIM900A电源来降低功耗；ESD静电防护采用SMF05C芯片进行SIM卡数据保 护；阻抗匹配电路利用APPCAD仿线Q传输线匹配，保证信号强度。 4不足与展望 现在智能家居系统中的无线技术控制距离方面还有些不足 ，它并不适用于别 墅区，那地方太大，无线信息传递不过去”相信随着技术的发展，无线的应用距离会 更远,毕竟无线技术是发展的趋势”同时由于GSM技术方便应用，也必将会在智能 家居的控制系统中大放异彩。 根据我国目前的人民生活水平和科技发展水平 ，可以推断智能家居市场的未 来发展，主要有以下趋势： 控制内容越来越多，整个系统也会越来越向智能家居靠近 ，最终二者会完全融 为一体。 无线控制技术成为潮流，随着无线技术！蓝牙技术的发展，家居智能系统将逐步 走向无线技术。使用更多的无线传感器，数据信号使用无线路由器，数据传输使用 GSM无线通信系统。 产品是需要用户的，更加完美，价格也更合理。随着技术的提高和智能家居的推 广，产品会更加实用， 《y Sftancfong Jianzhu University 硕士研究生 非笔试课程考核报告 2012 至 2013 学年 第 2 学期 考核课程： 现代检测技术 提交日期： 2013年 5 月 27 日 报告题目：家居智能安全系统 姓 名 学 号 年 级 2012级 专 业 所在学院 信息与电气工程学院 山东建筑大学研究生处制

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