【正文】 設(shè)計(jì)，優(yōu)化集成，精心建設(shè)和工程示范提高住宅高、新技術(shù)的含量和居住環(huán)境水平，以適應(yīng)21世紀(jì)現(xiàn)代居住生活的需要。進(jìn)入2000年后，上半年頒布了由信息產(chǎn)業(yè)部負(fù)責(zé)編制的《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T503112000及《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程驗(yàn)收規(guī)范》GB/T503122000，下半年，由建設(shè)部負(fù)責(zé)編制的《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T503142000，結(jié)束了多年來智能建筑設(shè)計(jì)處于無章可循，無標(biāo)準(zhǔn)可依的情況，這無疑為我國智能建筑健康有序地發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在2000年8月建設(shè)部頒發(fā)了《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5005794的局部修改條文，重點(diǎn)就是解決在建筑中大量電子產(chǎn)品的防雷和防止浪涌對設(shè)備的破壞問題。這為智能建筑各種電子設(shè)備的安全提出了安全的措施。2001年底，建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)中心又在著手修改《全國智能化住宅小區(qū)系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》己面世。法規(guī)性文件的制定與修訂，為智能建筑及智能化住宅小區(qū)的建設(shè)和發(fā)展給出了依據(jù)和保障，隨著技術(shù)的進(jìn)步，許多新技術(shù)將應(yīng)用到其中來。到2010年我國超過7096家庭將有Internet入網(wǎng)設(shè)備，有5096以上會(huì)有多臺(tái)設(shè)備，從而產(chǎn)生共享訪問Internet的需求。建設(shè)部要求“到2010年，大中城市中60%80%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化”。 發(fā)展趨勢智能家居數(shù)據(jù)采集終端是一個(gè)多功能技術(shù)的綜合系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用推進(jìn)智能家居數(shù)據(jù)采集終端發(fā)展，從而真正實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。由于無線通信技術(shù)具有組網(wǎng)簡單、維護(hù)方便、節(jié)能、效率高、安全性好、性價(jià)比高等特點(diǎn)，智能家居數(shù)據(jù)采集終端的無線化將是未來發(fā)展的趨勢之一。對于未來智能家居數(shù)據(jù)采集終端發(fā)展，大致分為以下幾點(diǎn)：智能化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主。因此軟件系統(tǒng)的研制開發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。網(wǎng)絡(luò)化目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為當(dāng)前世界最有活力、發(fā)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了信息傳播。網(wǎng)絡(luò)化的嵌入式無線智能家居數(shù)據(jù)采集終端是未來智能家居的發(fā)展方向，它能夠提供標(biāo)準(zhǔn)化接口和無線網(wǎng)絡(luò)互連功能，而且可以通過嵌入式通信協(xié)議使得系統(tǒng)能夠脫離傳統(tǒng)PC，從而智能家居行業(yè)也將跨入后“PC”時(shí)代。分布式分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯?、下兩層。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測量與控制任務(wù)等，主要由下層完成。下層由許多各自獨(dú)立的功能單元組成，每個(gè)單元只完成一部分工作。面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)，每一個(gè)功能單元針對一個(gè)對象、每一根進(jìn)線、每一根出線、每個(gè)傳感器、接觸器等都可作為對象。綜合環(huán)境調(diào)控所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)智能家居的居住方便、安全、舒適的目標(biāo)，把家居環(huán)境的參數(shù)，如光照、溫度、濕度、一氧化碳濃度等進(jìn)行監(jiān)控，以及對家電的開關(guān)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能家居。無線通信技術(shù)未來家庭的數(shù)字設(shè)備將會(huì)通過無線技術(shù)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)了家庭內(nèi)每一個(gè)家用電器和設(shè)備都能上網(wǎng)和互操作。通過無線技術(shù)構(gòu)建獨(dú)立的家庭局域網(wǎng)，讓“無線”自在的舒適生活成為現(xiàn)實(shí)，并通過Internet或GPRS連接到外網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)、手機(jī)或PDA來遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制家庭中的各種設(shè)備。其中nRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，～，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。nRF24L01的收發(fā)模式有ShockBurstTM收發(fā)模式和直接收發(fā)模式兩種。在ShockBurstTM收發(fā)模式下，nRF24L01自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)把字頭和CRC校驗(yàn)碼移去；在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢，適用于無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使得整個(gè)數(shù)據(jù)采集終端變得靈活和簡單易行，不像有線傳輸那樣浪費(fèi)大量的人力和物力，而且系統(tǒng)的抗干擾能力極強(qiáng)、壽命更長。 存在問題數(shù)據(jù)采集處理的局限性。迄今為止，國內(nèi)的智能家居數(shù)據(jù)采集技術(shù)還主要停留在對家居環(huán)境的監(jiān)控上，多數(shù)是以安防與對講為核心功能，而真正意義上的燈光控制、家電控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能并沒實(shí)現(xiàn)。所以實(shí)現(xiàn)對家居環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，可以有效地節(jié)約小區(qū)務(wù)業(yè)管理的人力資源，降低事故的發(fā)生率，保證居住方便、安全、舒適。第2章 系統(tǒng)方案本課程設(shè)計(jì)要求在通過對基于單片機(jī)的小區(qū)住戶安全監(jiān)控裝置研究與設(shè)計(jì)中，熟悉和掌握各類傳感器的工作原理和應(yīng)用，以及各傳感器電路的設(shè)計(jì)，熟悉和掌握以單片機(jī)為核心的監(jiān)控系統(tǒng)的組成和工作方式，提高對電子電路的設(shè)計(jì)和制作能力，理解和掌握單片機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)和功能。通過單片機(jī)控制多種傳感器，實(shí)現(xiàn)對家中情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在有異常情況發(fā)生時(shí)，通過GSM模塊及時(shí)發(fā)送到用戶的手機(jī)中。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由GSM模塊、控制器模塊、電源模塊和傳感器模塊組成。單片機(jī)通過對傳感器模塊傳送來的信息進(jìn)行判斷，如果信息異常，則進(jìn)入相應(yīng)中斷，并通過GSM模塊向用戶發(fā)送報(bào)警信息。 主機(jī)結(jié)構(gòu)與功能本系統(tǒng)的主機(jī)為系統(tǒng)主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)為可視對講系統(tǒng)是一套現(xiàn)代化的小康住宅服務(wù)措施，提供訪客與住戶之間雙向可視通話，達(dá)到圖像、語音雙重識(shí)別從而增加安全可靠性，同時(shí)節(jié)省大量的時(shí)間，提高了工作效率。更重要的是，一旦住家內(nèi)所安裝的門磁開頭、紅外報(bào)警探測器、煙霧探險(xiǎn)測器等設(shè)備連接到可視對講系統(tǒng)的保全型室內(nèi)機(jī)上以后，可視對講系統(tǒng)就升級(jí)為一個(gè)安全技術(shù)防范網(wǎng)路，它可以與住宅小區(qū)物業(yè)管理中心或小區(qū)警衛(wèi)有線或無線通訊，從而起到防盜、防災(zāi)、防煤氣泄漏等安全保護(hù)作用，為屋主的生命財(cái)產(chǎn)安全提供最大程度的保障。 主機(jī)結(jié)構(gòu)圖 從機(jī)結(jié)構(gòu)與功能 在家里采用了多種傳感器鍵盤模塊、LCD液晶屏、蜂鳴器模塊、以及NRFCC1100與主機(jī)進(jìn)行通訊。防盜功能：當(dāng)熱釋電傳感器監(jiān)測到家有人員進(jìn)入時(shí)，蜂鳴器發(fā)出提示，LED指示燈閃爍，要求進(jìn)入人員輸入密碼。如果密碼輸入錯(cuò)誤從機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。蜂鳴器報(bào)警同時(shí)LED指示燈閃爍，發(fā)送短信提示有人員進(jìn)入家了，請注意防盜。防火功能：當(dāng)物體燃燒時(shí)會(huì)有CO產(chǎn)生，所以當(dāng)家里有火焰或者CO產(chǎn)生時(shí)，從機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，蜂鳴器報(bào)警同時(shí)LED燈閃爍，并且發(fā)送短信提示。 從機(jī)結(jié)構(gòu)圖第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)包括對單片機(jī)基本外圍電路的設(shè)計(jì)、采集信息的傳感器電路的設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)和開關(guān)按鍵等電路的設(shè)計(jì)。下面我們將對各個(gè)電路選用的器件進(jìn)行簡略的介紹，并從節(jié)約成本、設(shè)計(jì)合理和實(shí)用性等角度出發(fā)，對系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在本章中對每個(gè)部分電路的具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳盡的闡述。 系統(tǒng)控制器模塊的選擇方案一：選用ATMEL公司的AT89C51作為該系統(tǒng)的微控制器。51單片機(jī)軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，成本低。但51單片機(jī)功耗較高、運(yùn)行速度慢、儲(chǔ)存空間小內(nèi)存只有4Kb。方案二:STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。方案三：選用msp430系列單片機(jī)作為該系統(tǒng)的微控制器。msp430系列單片機(jī)數(shù)據(jù)處理速度快，耗能低，保密性能好，內(nèi)存空間大，抗干擾性好，內(nèi)部集成資源豐富，具有A/D轉(zhuǎn)換等電路。考慮到本系統(tǒng)軟件編程較為復(fù)雜，對單片機(jī)性能、內(nèi)存要求較高，本設(shè)計(jì)采用了方案三，選用msp430系列單片機(jī)作為該防火防盜系統(tǒng)的微控制器。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗單片機(jī)，其中包括一系列部件，它們由MSP430單片機(jī)的CPU，以及針對不同的應(yīng)用而提供的外圍模塊組成。MSP430系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)，運(yùn)算能力較強(qiáng)，并具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，具有非常廣泛的應(yīng)用范圍。MSP430F149單片機(jī)的主要特性有以下幾點(diǎn)：l 低電源電壓范圍：0～.l 超低功耗： @ 4KHz,；280 @ 1MHz,。l 5種節(jié)電模式：LPM0～LPM4，其中LPM4耗電最省。l 從等待方式喚醒，時(shí)間小于6。l 16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns指令周期。l 基本時(shí)鐘模塊配置：高速晶體（最高8MHz）；低速晶體（32KHz）；數(shù)字控制振蕩器DCO。l 配合外部期間可構(gòu)成單斜邊A/D轉(zhuǎn)換器。l 12位200ksps的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持。l 內(nèi)部溫度傳感器。l 具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16位定時(shí)器Timer_A，Timer_B。l 兩通道串行通信接口可用于異步或同步模式。l 6個(gè)8位并行端口，且2個(gè)8位端口有中斷能力。l 硬件乘法器。l 多達(dá)60KB Flash和2KB RAM。l 串行在系統(tǒng)編程。l 保密熔絲的程序代碼保護(hù)。 MSP430F149單片機(jī)單片機(jī)的工作是以時(shí)鐘為基準(zhǔn)的，時(shí)鐘電路就是用來為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的電路。時(shí)鐘電路的穩(wěn)定運(yùn)行是單片機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。因此時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。MSP430系列的大部分型號(hào)內(nèi)部都有兩個(gè)石英晶體振蕩器電路，如果要使用就需要外接石英晶體。其中LFTX1振蕩器一般外接32768HZ的時(shí)鐘晶體，同時(shí)將所需兩個(gè)小電容也集成在內(nèi)部，這樣可以降低系統(tǒng)成本，同時(shí)也可降低系統(tǒng)功耗。而XT2振蕩器一般外接8MHZ的高頻晶振，此時(shí)兩個(gè)引腳需要外接電容，電容大小根據(jù)晶體或諧振器的特性來選擇。 單片機(jī)晶振電路單片機(jī)內(nèi)部并沒有晶振，需要外加晶振，在內(nèi)部振蕩器的協(xié)同下工作的。，組成并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘[2]。單片機(jī)振蕩器的頻率主要取決于所用晶振的振蕩頻率，本設(shè)計(jì)中選用晶振約為12MHz，此時(shí)選用的電容C1和C2約為30pF左右為宜。 單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路是單片機(jī)外圍電路重要的組成部分之一，復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，RESET端保持接收2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成單片機(jī)的復(fù)位操作[3]。例如本設(shè)計(jì)中選用的晶振頻率為12MHz，則RESET端應(yīng)保持接收高電平時(shí)間≥2μs，才可以完成復(fù)位。設(shè)計(jì)中采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。 單片機(jī)復(fù)位電路按下復(fù)位按鈕時(shí)，經(jīng)由電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升至VCC（若電容充電后電壓沒到VCC，芯片復(fù)位腳仍近似接低電平。），松開按鈕時(shí)電容放電，從而使得復(fù)位電路接受到大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，使得單片機(jī)成功復(fù)位。 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)是單片機(jī)硬件系統(tǒng)中首先要考慮的一個(gè)問題。單片機(jī)芯片及其外圍接口電路芯片對電源的供電要求是單片機(jī)電源電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。MSP430系列單片機(jī)在工作電壓為+～+。一般電源電壓為+。由于大部分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)都采用+5V作為主供電系統(tǒng)，因此++5V經(jīng)過調(diào)壓電路得到的。由于MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部有A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)字電源和模擬電源需要分別供電，并且電源連接點(diǎn)的旁路電容采用鉭電容和瓷片電容并聯(lián)的方式，大大減少了噪聲的影響，提高了供電質(zhì)量及A/D轉(zhuǎn)換精度。在模擬地和數(shù)字地之間接入反向并聯(lián)的二極管時(shí)，以消除低于700mV的電壓差?；蛘咴谀M地和數(shù)字地之間接入一個(gè)10Ω的電阻，以減少模擬地對數(shù)字地帶來的噪聲干擾，為單片機(jī)的穩(wěn)定工作提供了良好的環(huán)境。LM1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。它與國家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件LM317有相同的管腳排列。LM1117有可調(diào)電壓的版本，～。另外還有5個(gè)固定電壓輸出（、）的型號(hào)。LM1117提供電流限制和熱保護(hù)。電路包含1個(gè)齊納調(diào)節(jié)的帶隙參考電壓以確保輸出電壓的精度在177。1%以內(nèi)。LM1117系列具有LLP、TO26SOT22TO220和TO252DPAK封裝。輸出端需要一個(gè)至少10uF的鉭電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。 電源電路圖 鍵盤電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的鍵盤電路有兩種形式，分別是獨(dú)立式按鍵和行列掃描式按鍵，獨(dú)立式按鍵一般應(yīng)用在按鍵較少的場合，當(dāng)系統(tǒng)功能較多，按鍵數(shù)量較大時(shí)獨(dú)立式按鍵就不能滿足需要了，因?yàn)樗袔讉€(gè)按鍵就需要幾個(gè)I/O引腳，這對系統(tǒng)資源是較大的浪費(fèi)。因時(shí)需要使用行列掃描式鍵盤接口，可以通過少量I/O口線連接較多的按鍵。在行列式掃描式按鍵上實(shí)現(xiàn)鍵盤主要有三個(gè)步驟：判斷有無按鍵被按下并消除抖動(dòng)；鍵碼識(shí)別；等待按下鍵盤松開。 鍵盤電路圖 熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計(jì) 熱釋電紅外線原理和特性熱釋電紅外線傳感器發(fā)展于80年代，是一種新型高靈敏度探測元件，它能在檢測到人體發(fā)射的紅外線后輸出相應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)，市場中常利用熱釋電紅外傳感器組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。熱釋電紅外傳感器以非接觸形式檢測出人體輻射出的紅外線，產(chǎn)生電量的變化，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大就可以驅(qū)動(dòng)各種控制電路。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是由高熱點(diǎn)系數(shù)材料制成的探測元件，在探測器內(nèi)部裝兩個(gè)探測元件，將這兩個(gè)探測元件反相串聯(lián)起來，從而抑制元件自身溫度升高產(chǎn)生的干擾。由于熱電器件輸出的信號(hào)一般為電荷信號(hào)，不能直接被其他器件所接受或使用，因而熱釋電紅外傳感器中裝入了一個(gè)場效應(yīng)管，利用場效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)阻抗變換，使其最終輸出為電壓信號(hào)。人體輻射的紅外線中心波長約在9μm～10μm左右，～20μm范圍內(nèi)，所以需要在傳感器頂端開設(shè)一個(gè)裝有菲涅爾系列濾光鏡片的窗口，經(jīng)過濾光片