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首页智能家居安全系统(2010年广东省电子设计竞赛)
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。
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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
前言 3
1 系统方案的选择与论证 4
1.1 设计要求 4
1.2 系统基本方案 4
1.2.1 各模块方案选择与论证 4
2 系统硬件设计与实现 5
2.1 主模板模块 5
2.1.1 ARM7(LPC2146) 核心板 5
2.1.2 nRF24L01
接收发送模块 6
2.1.3 TC35 短信发送模块 7
2.1.4 NOKIA5510 液晶显示 8
2.2 门窗监测小模块 8
2.3 监测物品的安全性模块 9
2.4 液化气、天然气、煤气检测小模块 10
2.5 人体红外感应小模块 12
3 系统软件设计 13
3.1 主板模块程序 13
3.2 门窗监测小模块程序 13
3.3 检测物品安全性小模块程序 15
3.4 检测液化气、天然气、煤气检测小模块程序 15
3.5 人体红外感应小模块程序 17
4 系统测试 18
4.1 测试仪器 18
4.2 指标测试 18
4.2.1 短信接收 18
4.2.2 物品安全性 18
4.2.3 MQ-5 测试值 18
4.3 结论 18
5 总结 18
参考文献 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
4
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。
5
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