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智能家居安全系统(2010年广东省电子设计竞赛).doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.70M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    智能家居安全系统 参赛队员：谭庆桥 ______ ______ 学校：__________ 指导老师：_______ 2010-09 摘 要：本系统采用 ARM7(LPC2146)做主板核心控制芯片，其它的小模块采用单 片机 AVR(ATMEGA16L)作控制芯片，实现防盗功能，如检测有没有人，检测门窗 有没有被撬开，物品有没有被盗走等，还实现液化气、天然气、煤气监测。主板 模块采用 NOKIA5510 液晶显示屏来显示内容，用 GSM TC35 模块发送短信给主 人，用 nRF24L01 2.4G 模块与其它小模块 nRF24L01 2.4G 通信，并且主模块可 以单独控制其它模块安装报警或解除报警；模块一采用反射式光电传感器 （tcrt5000）检测门窗有没有被撬开，模块二采用震动电阻来检测物品的安全性， 模块三采用人体红外感应模块检测安防区有没有人，模块四采用 MQ-5 传感器检 测液化气、天然气、煤气等的泄露,PWM 控制直流电机排气。 关键词：ARM7(LPC2146),AVR(ATMEGA16),NOKIA5510,TC35,nRF24L01,MQ-5, 直流电机，反射式光电传感器（tcrt5000），智能家居 Smart Home Security System Abstract:This system uses ARM7 (LPC2146) to do the core control chip board, and other small modules with microcontroller AVR (ATMEGA16L) to control the chip, to achieve security features, such as there is no one test to detect windows and doors have been opened, items have not been stolen, but also in achieving liquefied gas, natural gas, gas monitoring. NOKIA5510 LCD motherboard module to display content, send text messages using GSM TC35 module to the host, with nRF24L01 2.4G module and other small modules nRF24L01 2.4G communications, and the main module can individually control the other modules installed alarm or lift the alarm; Module 1 reflective photoelectric sensor (tcrt5000) detection have been forced open doors and windows, modules, two items used to detect the vibration resistance of the security, the three modules detected by the human body infrared sensor module has no security zone, the module uses four sensors detect the MQ-5 liquefied petroleum gas, natural gas, coal gas, leakage, PWM control of DC motor exhaust. Key words: ARM7 (LPC2146), AVR (ATMEGA16), NOKIA5510, TC35, nRF24L01, MQ-5,DC motors, reflective photoelectric sensor (tcrt5000), smart home 1
    目录 TC35 短信发送模块 NOKIA5510 液晶显示 前言 1 系统方案的选择与论证 1.1 设计要求 1.2 系统基本方案 1.2.1 各模块方案选择与论证 2 系统硬件设计与实现 2.1 主模板模块 2.1.1 ARM7(LPC2146)核心板 2.1.2 nRF24L01 接收发送模块 2.1.3 2.1.4 2.2 门窗监测小模块 2.3 监测物品的安全性模块 2.4 液化气、天然气、煤气检测小模块 2.5 人体红外感应小模块 3 系统软件设计 3.1 主板模块程序 3.2 门窗监测小模块程序 3.3 检测物品安全性小模块程序 3.4 检测液化气、天然气、煤气检测小模块程序 3.5 人体红外感应小模块程序 4 系统测试 4.1 测试仪器 4.2 指标测试 4.2.1 短信接收 4.2.2 物品安全性 4.2.3 MQ-5 测试值 4.3 结论 5 总结 参考文献 3 4 4 4 4 5 5 5 6 7 8 8 9 10 12 13 13 13 15 15 17 18 18 18 18 18 18 18 18 19 2
    前言 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它 所给人带来的方便也是不可否定的，其中智能系统是一个典型的例子，但人们对 它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活环境、提供更好的更方便的设 施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 本文设计的智能家居安全系统监测装置能够监测安防区有没有人，监测门窗 有没有被撬开的情况，并且还能监测厨房那里有没有泄露煤气等功能，现在智能 家居安全系统的运用将会越来越广泛的被使用的。该设计使用 ARM7（LPC2146） 做主板 , 用来显示数据，控制等，其它的模块分别使 用反射式光电传感器 （tcrt5000）、人体感应模块、震动电阻、MQ-5 等传感器作防盗、监测等。 3
    1 系统方案的选择与论证 1.1 设计要求 作品必须是带有硬件的实物，必须是围绕智能家居电子设计的主题。 1.2 系统基本方案 根据题目的要求，系统可以划分为控制部分和检测部分。其中检测部分包括 门窗有没有被撬开，物品有没有被盗，在防盗区有没有人强行进入，在厨房检测 有没有泄露煤气、液化石油气、天然气等，并且各部分有独立的报警器。控制部 分包括 nRF24L01 接受模块，液晶显示模块，TC35 发送短信模块等， 模 块框图 如图 1.2.1 所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行 了论证。 图 1.2.1 智能家居安全系统基本方框图 1.2.1 各模块方案选择与论证 (1)控制模块 根据题目要求，控制模块主要是接受其它各小模块的信息并且根据信息作出 不同的反应，再在显示屏上显示出。对于控制模块有两种方案。 方案一：采用 FPGA(现场可编程门阵列)作为系统的控制器。FPGA 可以实现 各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少 了体积，提高了稳定性，并且可以利用 EDA 软件仿真、调试，易于进行功能扩展。 FPGA 采用并行输入输出方式，提高系统的的处理速度，适合作为大规模的实时 系统的控制核心。但由于本设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA 的高速 处理数据的优势得不到充分的发挥，并且由于集成度高，使其成本偏高，同时由 4
    于其芯片的引脚较多，实物硬件电路板的布线较复杂，加重电路设计和实际焊接 的工作。 方案二：采用 ARM7(LPC2146)作为系统的控制器。单片机的算术运算能力强， 软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其 功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域广泛应用。 从以上两种方案比较，可以认为方案二更适合本设计，故采用方案二。 (2)其它的各模块 根据本设计，其它模块各具有其功能。其也有两个方案。 方案一：才用 C51 类的单片机，其功能简单，价格便宜，体积小，用 C 语言 编写软件等特点。 方案二:采用 ATMEL 的 AVR 单片机，AVR 单片机在其芯片上集成了许多功能， 如 AD 转换、SPI 通信接口等硬件，并且在速度可以达到 1MIPS/MHz，当其接 16MHz 时可以达到 16MIPS 等优点，价格也便宜。 根据以上两种方案可以看出方案二更合适本设计的要求，故采用方案二。 2 系统硬件设计与实现 2.1 主模板模块 本模板的核心是 ARM7(LPC2146)芯片，主要有三个功能，分别是 nRF24L01 接收发送模块、NOKIA5510 液晶显示屏、GSM TC35 短信发送模块。 2.1.1 ARM7(LPC2146)核心板 本核心板主要把 LPC2146 的引脚引申出去，方便外接。又由于 LPC2146 的引 脚较多，且为 TQFP 封装，故采用 PCB 板设计，以便提高板的稳定性。电路图如 图 2.1.1 所示。 图 2.1.1 LPC2146 核心板电路图 5
    2.1.2 nRF24L01 接收发送模块 nRF24L01接收发送模块如图2.1.2所示，nRF24L01 芯片是一款工作在2.4～ 2.5GHz 世界通用ISM 频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生、 增强型SchockBurstＴＭ模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器； 并且有125 个可选工作频道，这样可以避免其它同类或不同类产品的干扰，并且 在同一个频道还有6个通道可以使用；输出功率、频道选择和协议的设置可以通 过SPI 接口进行设置。由于LPC2146的输出电流不够大，所以还要在输出引脚上 拉10K电阻，电路如图2.1.3所示。 图2.1.2 nRF24L01接收发送模块电路 图 2.1.3 nRF24L01 与 LPC2146 接口电路 6
    TC35 短信发送模块 2.1.3 TC35 西门子工业 GSM 模块是一个支持中文短信息的工业级 GSM 模块, 工作 在 EGSM900 和 GSM1800 双频段,电源范围为直流 3.3～4.8V，TC35 的数据接口 (CMOS 电 平) 通 过 AT 命 令 可 双 向 传 输 指 令 和 数 据, 可 选 波 特 率 为 300b/s ～ 115kb/s ，自动波特率为 1.2kb/s～115kb/s，它支持 Text 和 PDU 格式的 SMS(Short Message Service,短消息)，本设计就是利用它来发送短信给主人，这样无论主人 在哪里都可以知道家里的情况。如 2.1.4 TC35 硬件电路图 图 2.1.4 TC35 电路 7
    2.1.4 NOKIA5510 液晶显示 NOKIA5510LCD 采用PCD8544控制芯片，该芯片是一块低功耗的CMOS LCD控制 驱动器，设计为驱动48X84的图形显示，所有显示功能集成在一块芯片上，包括 LCD电压及偏置电压发生器，因此只须很少外部器件且功耗低。再这种液晶的体 积小，并且还可以显示中文，而且价格低，故采用该液晶。电路如图2.1.5所示。 图 2.1.5 NOKIA5510LCD 电路 2.2 门窗监测小模块 本模块主要应用反射式光电传感器(tcrt5000)，电路如图2.2.1 tcrt5000内 部电路。反射式光电传感器(tcrt5000)主要监测门窗有没有被撬开，原理是 tcrt5000具有一个红外发射管和一个接收管，平时让红外发射管发射红外信号， 接收管接收，但当门或窗被撬开时，接收管收不到门窗反射回来的红外信号，就 产生信号输出，经过放大给单片机，这时单片机发出报警，并且经过nRF24L01 发 送给主模块。电路如图2.2.2 tcrt5000与单片机接口硬件电路 图2.2.1 tcrt5000内部电路 8
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