智能家居安全系统.doc

现代智能家居
安全系统
题目:现代智能家居安全系统设计
学院：电子与通信学院
班级：课程组
组员:
指导老师：
目录
第一章、概述
1. 课程介绍
2。 功能简介
第二章、系统设计
1。 系统框架
2。 功能模块
第三章、电路设计
1．模块介绍及其原理
第四章、程序设计
1．代码展示
第五章、实验与调试
1、下载调试
2、LCD的调试
3、按键的调试
4、电源模块的调试
5、语音模块的调试
6、LED与蜂鸣器的调试
第六章、测试结果
第七章、结论
附录
程序代码
第一章概述
1、 课程介绍
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。伴随着数字化和网络化的进程,智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落,成为一种势不可挡的历史化大趋势。这一切的最终目的为人们提供一个以人为本的舒适、便捷、高效、安全的生活环境。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。本项目的起源与产生既基于此背景。
2、 功能简介
该系统主要能够实现的功能：正常情况下，该系统能够采集室内的温度,并显示出来供主人参考。当温度过高时该系统就会发出报警,灯光发亮,语音提示等，使得主人知道家中发生了险情，并及时进行处理。当有盗贼从窗户或者其他一些地方进入时家中时，会触动红外设置,单片机发信号给声光模块，告知主人和邻居有险情。采取有效的措施，防止损失。
第二章 系统设计
1、系统框架
单片机
电源模块
显示模块
警报模块
语音模块
输入模块
ISP下载模块
温度模块
红外模块

2、功能模块
(1)温度检测模块：采集温度
(2)声光报警模块:通过声音
(3)红外模块：检测有无人闯入
（4）液晶显示模块：显示信息,人机交流
（5)电源模块：给各个模块提供电源
(6）输入模块：4*4键盘，输入信息
（7）语音模块:发出语音
第三章电路设计
1、温度检测模块
该模块主要用于检测室内温度。采用改进型智能温度传感器DS18B20 与传统的热敏电阻相比，DS18B20能够直接读出被测温度,它仅需要一根口线(单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源.因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。当温度过高时即发生火灾时,单片机向声光模块发出信号，即发出声光报警。DS18B20的1脚接地，2脚接PORTC。0,3脚接电源,在2脚接一个4。7K的上拉电阻抗干扰。
2、声光报警模块
当温度过高时，该模块接收到单片机发出的信号后,声光模块开始动作,LED灯开始闪烁，蜂鸣器并发出声音报警，告知主人或邻居及时发现险情,及时的控制火情。当红外模块感知到有外人闯入时,该模块发出报警，威慑他人，使其不敢进入主人家中,并提醒邻居或主人，及早做出防范.
我们把若干个LED灯摆成笑脸形状。因为若干个LED灯和一个蜂鸣器工作时需要较大的电流。因此我们设计一个三极管（S9013）来进行驱动，保证了电路有足够大的电流。三极管的基极与PORTD.6连接.同时我们用了俩个1K分别与LED和蜂鸣器串联来进行分压保证其安全性.
3、红外线模块
该模块主要用于防盗，安置在窗户或者门口等地方,当有盗贼闯入时，会触动到那些安置好了的红外装置，发送信号给单片机,单片机经过处理后发送给声光模块。为了防止错报，我们安装若干个红外对管,当只有达到一定数量的红外对管发生中断时才报警。因为单片机的中断资源有限,所以我们用了2对红外对管来模拟若干个,当只有其中一个红外对管发生中断时,系统不报警,当两个红外对管都发生中断时,系统发出警报.这两对红外对管分别接单片机的PORTD.4（INT0）、PORTD。5（INT1）。
4、液晶显示模块
该模块主要应用于显示一些信息，起到与用户进行人机交流作用，用户可以通过显示模块，看到一些信息，例如现在的室内温度、现在系统启用的模式等.
我们将采用1602lcd来显示,四线制方式将1602与单片机的PORTB口相连接，1602的RS、RW、E、D4、D5、D6、D7分别接PORTA.0、PORTA。1、PORTA.2、PORTA。4、PORTA。5、PORTA.6、PORTA。7。电路如下:
5、电源模块
该模块主要用于给整个系统提供能够应用且稳定的电源。我们采用了7805这种型号的稳压器件,在输入端我们用了火牛插孔，便于连接电源，在输入的负极安装了一个按键开关,便于控制电源的开关,如下图：
6、输入模块
该模块由4＊4个按键组成，用于用户对系统的设置与控制等,给用户提供一个输入的方式，输入用户所需求的信息.我们将键盘与单片机的PORTA口相连，PORTA口的高八位接按键的行，低八位接按键的列。电路如下:
按键功能如下图所示：
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
空
取消
确定
设防
撤防
空

7、语音模块
该模块主要由ISD1730、扬声器、mic、按键及其一些电阻电容等组成。它的作用的是通过语音提示,指导用户对安全系统的操作，例如设防，撤防等，把语音芯片的复位脚（24脚）与单片机的PORTD.1相连接,播放脚（23脚）与单片机的PORTD。4相连接，快进脚（26脚）与单片机的PORTD。5脚相连接.
第四章 程序设计
1、显示模块
该模块主要有1602液晶显示屏组成，上电后初始化1602，屏幕上显示欢迎界面，2秒后显示温度，设防时显示Fortification of success，撤防时显示Please enter your password，第一次输入密码错误时,显示Please try again，第二次输入密码错误时，显示The last chance，当发生火灾时显示Alarm!!！Fire!！！,当发生盗窃是显示Burglar alarms!！!,及其一些其他的显示都用putsf（）函数来完成显示工作。
2、语音模块
当开机时PORTD。1给一个低电平，让语音芯片的指针复位，POTD.4给一个低电平并进行延时,然后在给高电平，进行播放语音“欢迎使用智能家居安全系统”.然后PORTD.5给一个低电平并进行适当的延时，当设防按键按下时PORTD。4给一个低电平并进行延时，然后在给高电平，播放“请输入密码",然后进行快进，让播放指针指向下一个语音片断，撤防成功后播放“成功撤防”。
3、输入模块
我们采用键盘扫描的方式来采取键盘的输入信息，单片机的A口高四输出,轮流输出0，A口第四位输入，采集键盘的信息，检测是否有按键按下，那一列有按键按下。根据当哪一行输出0时,那一列检测到了0，计算出是哪个按键，即：行＊4+列
//键盘扫描
unsigned char getkeyval(void）
{
unsigned char col［4］={0xef，0xdf,0xbf，0x7f};//行
unsigned char row[4]=｛0x07,0x0b,0x0d，0x0e｝; //列
unsigned char i，j,getsta，keyval；
for(i=0；i〈4；i++）
{
PORTA=col[i]；
delay_us（2）；
if（PINA!=col［i］)
{
getsta=PINA＆0x0F；
for（j=0；j<4;j++）
if(getsta==row[j］）
{
keyval=j+i＊4;
delay_ms（30）; //300
while（getsta==row［j])
｛
getsta=PINA＆0x0F；////////////判断按键是否放开。
｝
return keyval；
｝
｝
}
return 16；
｝
4、红外模块
开启外部中断INT0和INT1，定义中断标志flage_0和flage_1，当发生中断时flage_0=1和flage_1=1,设防开启后进行循环判断当两个中断都发生时,发出警报。用两个嵌套在一起的if来进行判断.
if(flage_1==1） //红外报警
{
if（flage_0==1）
｛
flage_1=0；
flage_0=0；
lcd_gotoxy（0,0)；
lcd_putsf（"Burglar alarms！！!”）；
PORTD。6=1；
}
}
5、温度模块
设定单总线的接口为PC.0。定义一个变量利用函数ds1820_temperature_10(）取出当前温度值，再把该变量换算成个位和十位即小数位，再分别显示出来.
//温度显示
void wendu（void）
{
char lcd_buffer［33];
int temp,temp_h，temp_l，_1,_2；
temp=ds1820_temperature_10(0）;
temp_h=temp/80; //DS18B20要/80
temp_l=temp％80；
shi = temp_h/10；
ge = temp_h％10;
_1 = temp_l/10；
if（_1 == 4）
_1 =5；
else
_1 = 0；
_2 = temp_l％10；
lcd_gotoxy(0,1）；
sprintf(lcd_buffer,”TEMP：％d％d.%d\xDFC\n\r”,shi,ge，_1)；
lcd_puts（lcd_buffer）;
｝
第五章 实验与调试
一、下载调试
将一个10针的插座与单片机的MOSI MISO SCK RESET VCC GND 等连接好后，用下载线连接电脑好单片机，用下载软件进行下载，运行成功。
二、LCD的调试
当LCD与PA口相连上电后，没有反应,屏幕是黑的，进过上网查找资料后，才发现原来LCD的背景灯那两个管脚没有接上电源和地。焊接好后，上电屏幕亮了,但是什么都显示不出来,看到LCD的3管脚是空的,所以想到可能是这个原因，查资料后知道这个是管脚的作用是调节对比度的，于是我就用两个1K的电阻串联在一起,一端接电源一端接地中间接3脚，上电后下载程序显示一个很模糊的字迹,看不清楚。猜测可能是因为电阻大小不当导致的，进过三四次的调整后才显示出来清晰的字迹。
三、按键的调试
把程序下载后,按键按下去一下后，在屏幕上显示很多个同一个的数,考虑可能是因为在按键按下去还没放开的一瞬间,键盘扫描好多次，单片机的扫描的速度很快，就认为按键按下了很多次,而没有判断是否是同一次按下去的，所以要解决这个问题的方法是让程序判断按键是否释放。
四、电源模块的调试
电源模块焊接好后,上电发现一点输出端没有电压，通过用万用表的测量得知火牛插座负极没有连接好，再次进行焊接，上电后依然没有现象,就再次进行从输入到输出一个点一个点的测量，测量出无论开关怎样开关,开关的另外一端都没有反应，才发现开关的管脚焊错了。焊接好后,上电，电源的输出端输出正常的5V。
五、语音模块的调试
语音模块按照电路的焊好后，能正常播放语音，正常快进与复位等，各方面都正常.
六、LED与蜂鸣器的调试
PORTD。6输出高电平时LED灯,蜂鸣器鸣叫.功能正常。
第六章 测试结果
开机显示welcome 和 ^_^，延时2秒后显示当前温度并根据当前的温度变化而不断变化,进入正常运行状态.当设防按键按下后，语音提示设防成功,LCD显示Fortification of success（设防成功),并进入防御状态，不断检测温度是否超过设定值(火灾检测）,检测红外对管是否都发生了中断(防盗报警）。当温度过高时，LCD显示”Alarm！！！Fire！！！”,蜂鸣器鸣叫LED亮；当红外对管都发生中断时，LCD显示"Burglar alarms！！！”，蜂鸣器和LED报警。当撤防键按下时，语音提示 请输入密码,LCD提示Please enteryour password，然后你输入密码,若输入第一次错误，LCD提示Please try again,第二次错误,LCD显示"The last chance”，当第三次错误时，LED与蜂鸣器发出警报,程序锁死.若输入密码正确时，则显示OK，语音提示 撤防成功，显示温度.
第七章 结语
该设计在一定程度上解决了传统机械式防盗的弊端，利用高科技将防盗报警智能化、自动化,可以减少和避免户主的损失。
由于时间的关系和考虑到元器件的价格等因素,该设计还存在一些不足的地方。例如，该设计存在不够人性化的地方，可通过添加实时时钟芯片增加时间功能，并在此基础上加入自动开启和关闭系统的功能等等。除此以外，还可以通过增加断电保护电路增强系统的安全性。
在做该设计的这段时间里，我对之前学习到的知识有了一个全面的认识，也因此学到了很多东西。这一次的设计,从查找资料、方案确定、电路设计到焊接和调试，整个过程都是我们自己亲自去完成。在整个设计期间,我遇到了很多问题，但经过仔细的分析和其他同学的帮助后，最终都把问题解决，我也从中学会了解决问题的方法。
附录 程序
/*＊＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊＊*＊**＊＊**＊＊**＊＊*＊＊＊＊＊＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊＊*＊＊＊＊*＊
Project ： 智能家居安全系统
Version ：
Date : 2012 12 12
Author : pang
Company ：
Comments:
Chip type ： ATmega16L
Program type ： Application
Clock frequency ： 8.000000 MHz
Memory model : Small
External SRAM size ： 0
Data Stack size ： 256
/＊ 1602和MEGA 16L的连接方式如下： */
/* RS--————> PB0 */
/＊ RW——--—-〉 PB1 */
/* E ———-——〉 PB2 ＊/
/* FREE————> PB3 */
/＊ D4—-——--> PB4 */
/* D5——---—〉 PB5 */
/＊ D6—----—〉 PB6 ＊/
/＊ D7——-———〉 PB7 */
/*＊＊＊**＊＊＊*＊*＊*＊****＊＊＊＊＊＊**＊＊＊＊＊*＊＊****＊＊＊**＊＊*＊＊*＊＊＊/
＃include 〈mega16。h〉
＃include <delay。h〉
#include <stdio。h>
#include <ds1820。h〉
#include <lcd.h〉
#asm
.equ __lcd_port=0x18；PORTB
＃endasm
#include 〈1wire.h>
#asm
。equ __w1_port=0x15 ；PORTC
。equ __w1_bit=0
#endasm
＃define fuwei PORTD.1
＃define jingbao PORTD.6
unsigned char mima[]=｛1，2，3，1,2,3}；
unsigned char shuru［6］={0，0，0,0，0，0};
int shi，ge； //温度的十位与个位
unsigned char flage_0=0； //中断0标志
unsigned char flage_1=0； //中断1标志
/＊＊**＊＊*＊＊****＊＊***＊＊＊＊＊*＊＊＊*＊＊**＊＊***＊**＊＊*＊＊＊＊＊＊*＊****＊**＊*＊*＊＊＊＊*＊＊＊*＊/
//初始化
void init（void）
{
w1_init（）;
lcd_init（16)；
PORTA=0xff；
DDRA=0xF0;
PORTD=0x32；
DDRD=0x72;
jingbao=0;
GICR｜=0xC0; //INT0 ON INT1 ON INT2 OFF
MCUCR=0x0F;
MCUCSR=0x00;
GIFR=0xC0；
＃asm("sei”)
}
// External Interrupt 0 service routine
interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr（void)
｛
flage_0=1; //待补充
｝
// External Interrupt 1 service routine
interrupt [EXT_INT1］ void ext_int1_isr(void）
｛
flage_1=1;//待不从
｝
void wendu(void） //温度显示
｛
char lcd_buffer［33]；
int temp，temp_h,temp_l，_1,_2;
temp=ds1820_temperature_10(0）；
temp_h=temp/80; //DS18B20要/80
temp_l=temp%80；
shi = temp_h/10；
ge = temp_h%10；
_1 = temp_l/10;
if（_1 == 4）
_1 =5；
else
_1 = 0;
_2 = temp_l％10；
lcd_gotoxy(0,1）;
sprintf（lcd_buffer,"TEMP：%d％d.％d\xDFC\n\r”,shi，ge，_1）；
lcd_puts(lcd_buffer）；
｝
unsigned char getkeyval（void） //键盘扫描
｛
unsigned char col［4]={0xef，0xdf，0xbf，0x7f}；
unsigned char row[4]=｛0x07，0x0b，0x0d，0x0e};
unsigned char i,j，getsta,keyval;
for（i=0;i〈4；i++）
｛
PORTA=col［i］;
delay_us(2);
if(PINA!=col[i］）
｛
getsta=PINA＆0x0F；
for(j=0；j<4;j++）
if（getsta==row［j］）
{
keyval=j+i*4；
delay_ms(300); //300
while(getsta==row［j］)
{
getsta=PINA&0x0F；
}
return keyval;
｝
｝
｝
return 16；
｝
void yuyin(void） //播放语音
{
PORTD。4=0;
delay_ms(35)； //播放
PORTD.4=1；
}
void nextone（void） //快进
｛
PORTD.5=0；
delay_ms(35）; //快进到第一段语音
PORTD.5=1;
}
void kaiji（void) //开机界面
｛
lcd_clear()；
lcd_gotoxy（6，0）；
lcd_putsf（”^_^");
lcd_gotoxy（5,1）；
lcd_putsf（"WELCOM”）;
PORTD。1=0； //复位不用时间
PORTD。1=1；
delay_ms(10）；
yuyin（）； //播放开机音
delay_ms(2000）；
delay_ms（2000)； //语音播放完后进入快进
nextone（）;
wendu（）;
}
void shuzuqingkong（void)
｛
unsigned char i；
for(i=0；i<6;i++）shuru［i］=0；
}
void main(void)
｛
unsigned char ttt； //密码错误，死循环ttt
unsigned char yyy； //密码错误，死循环yyy+到10
unsigned char keyval； //键值
unsigned char i=0；
unsigned char j=0；
unsigned char flage=1;
unsigned char t=0； //密码与输入中相同的个数
unsigned char cishu=3； //密码次数3
init（）;
delay_ms(100)；
kaiji(）;
while(1)
｛
ttt=1； //密码错误，死循环ttt
yyy=0; //密码错误，死循环yyy+到10
flage=1；
t=0； //密码与输入中相同的个数
cishu=3； //密码次数3
shuzuqingkong（）; // 数组清空
wendu(）；
keyval=getkeyval(）;
if（keyval==13) //设防
{
yuyin（）；//播放语音
lcd_clear()；
lcd_gotoxy(0，0)；
lcd_putsf（"Fortification of success”）；
delay_ms（1000)；
delay_ms（1000)； ///足够的时间
lcd_clear(）；
nextone（）;
while（flage）
{
keyval=getkeyval（）；
wendu（);
if(shi〉1＆ge>7) //温度报警
{
lcd_gotoxy(0，0）;
lcd_putsf(”Alarm!！!Fire！!!”）;
jingbao=1;
}
if（flage_1==1） //红外报警
｛
if(flage_0==1）
{
flage_1=0;
flage_0=0；
lcd_gotoxy（0,0）；
lcd_putsf("Burglar alarms!!！");
jingbao=1;
｝
｝
if（keyval==14) //撤防
｛
i=0;
lcd_clear（）；
lcd_gotoxy（0，0);
lcd_putsf（”Please enter your password”）；
yuyin(）;//播放语音
delay_ms（2000);
delay_ms(1000）；
nextone()；
lcd_clear（）；
while(flage)
｛
keyval=getkeyval(）;
if（keyval〈10）
{
shuru[i］=keyval;
lcd_putchar(shuru［i］+0x30)；
i++;
}
if（keyval==12）
{
i=0;
lcd_clear()；
for（j=0;j<6；j++）
｛
if（mima［j]==shuru［j］) ｛t++;｝
}
if（t==6)
｛
shuzuqingkong（)；
lcd_gotoxy（0,0);
lcd_putsf("OK”）；
yuyin()； //播放语音
flage=0；
i=0；
t=0；
jingbao=0；
delay_ms(1000)；
delay_ms(2000);
fuwei=0;
fuwei=1；
delay_ms（10)；
nextone（)；
lcd_clear();
lcd_gotoxy（5，0)；
lcd_putsf（"WELCOM”)；
｝
else
｛
i=0;
t=0； //标志清空
shuzuqingkong（）；
lcd_putsf（"ERROR”）；
cishu——；
lcd_putchar（cishu+0x30);
lcd_gotoxy（0，1)；