【導(dǎo)讀】檢測節(jié)點(diǎn)、煙霧毒氣檢測節(jié)點(diǎn)、熱釋電人體檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)四部分，對所有信號進(jìn)行處理。本文首先介紹了系統(tǒng)中使用傳感器的選型和系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證，對系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路，并測試了系統(tǒng)的性能。設(shè)計(jì)的全部功能，符合設(shè)計(jì)要求。

　　

【正文】 口進(jìn)行 A/D 采集 [2]；連續(xù)采集 32 次，取平均值再進(jìn)行 軟件處理模擬信號，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的電壓數(shù)值。然后通過公式計(jì)算得出具體的濕度值。計(jì)算出的濕度值為兩位十進(jìn)制數(shù)。發(fā)送濕度信號時(shí)，將發(fā)送數(shù)據(jù)的最高位設(shè)定為 0X43，后兩位分別賦值濕度信號的兩位數(shù) ， 然后打包發(fā)送。 例如濕度值為 56%RH，賦值為：TX_BUF[3]=0X43； TX_BUF[1]=5； TX_BUF[0]=6；數(shù)據(jù)發(fā)送地址設(shè)定為char TxAddress[4]={0xcc,0xcc,0xcc,0xcc}。 由于 A/D 采集需要中斷，而且中斷頻率很高，而溫度測量的過程時(shí)間較長，所以在進(jìn)行 DS18B20 溫度讀取時(shí)，先關(guān)閉中斷，停止 A/D 采集，待溫度讀取完畢，打開中斷，進(jìn)行濕度的測量，然后再無線發(fā)送溫度信號和濕度信號，發(fā)送完畢后返回關(guān)閉中斷溫度讀取。 初始化開 始關(guān)中斷溫度測量開中斷濕度測量 發(fā)送濕度值發(fā)送溫度值哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 煙霧毒氣模塊的軟件設(shè)計(jì) 圖 42 煙霧毒氣節(jié)點(diǎn)程序流程圖 將 煙毒和有毒氣體檢測電路的輸出信號分別接到 MSP430 單片機(jī)的 和 口， 利用普通輸入 I/O 口對高低電平的 識(shí)別 程 判斷輸出信號是否在安全范圍以內(nèi)。正常情況下檢測電路輸出的電壓較低一般低于 ，但當(dāng)煙霧的濃度升高時(shí)，輸出的電壓值會(huì)變高 ，當(dāng)輸出的電壓值大于 時(shí)，單片機(jī)識(shí)別為高電平輸入，即判斷為煙霧濃度超標(biāo)報(bào)警信號。同理，當(dāng)有毒氣體的濃度升高時(shí)，輸出的電壓值會(huì)變高 ，當(dāng)輸出的電壓值大于 時(shí)，單片機(jī)識(shí)別為高電平輸入，即判斷為有毒氣體濃度超標(biāo)報(bào)警信號。 對煙霧和有毒氣體檢測的結(jié)果可能為一下四種情況：空氣成分安全正初始化開 始煙霧報(bào)警 ？否毒氣報(bào)警 ？是否否是發(fā)送煙毒報(bào)警信號是發(fā)送毒氣報(bào)警信號發(fā)送煙霧報(bào)警信號毒氣報(bào)警 ？哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 常、煙霧濃度報(bào)警、有毒氣體濃度報(bào)警和煙霧有毒氣體同時(shí)超標(biāo)報(bào)警。將煙霧和有毒氣體檢 測結(jié)果通過一個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，即發(fā)送數(shù)據(jù)的最高位設(shè)置為標(biāo)志位 TX_BUF[3]=0X41；最低位賦四個(gè)不同的值分別代表上面四種不同的檢測結(jié)果。 數(shù)據(jù)發(fā)送地址設(shè)定為 char TxAddress[4]={0xcc,0xcc,0xcc,0xcc}。 表 41 煙霧毒氣節(jié)點(diǎn)信號代碼 最低位代碼 檢測結(jié)果 TX_BUF[0]=0X31 煙霧濃度超標(biāo)報(bào)警 TX_BUF[0]=0X32 有毒氣體濃度超標(biāo)報(bào)警 TX_BUF[0]=0X33 煙霧有毒氣體同時(shí)超標(biāo)報(bào)警 煙霧和有毒氣體檢測節(jié)點(diǎn)的程序處于不斷的檢測和發(fā)送信號的循環(huán)中。當(dāng)空氣成分檢測正常時(shí) 不發(fā)送信號， 當(dāng)空氣成分異常，需要發(fā)送異常報(bào)警信號， 即持續(xù) 發(fā)送相應(yīng)的 煙霧和毒氣 報(bào)警信號 ，知道報(bào)警狀態(tài)消除為止 。 人體檢測模塊的軟件設(shè)計(jì) 由于人體檢測屬于意外事件，精確度要求高，只要檢測到人就要報(bào)警，以保證家居的人身和財(cái)產(chǎn)安全。 沒有檢測人體時(shí)人體檢測模塊的輸出信號為低電平；當(dāng)檢測到人體時(shí)，人體檢測模塊的輸出信號為高電平，為了達(dá)到一旦發(fā)現(xiàn)人體立即報(bào)警的功能，將人體檢測模塊信號輸出端接到MSP430 單片機(jī)的 口，設(shè)置 為上升沿觸發(fā)中斷。 表 42 人體檢測節(jié)點(diǎn)信號代碼 標(biāo)志位 TX_BUF[3]=0X42 報(bào)警信號 TX_BUF[3]=0X42； TX_BUF[0]=0X34 安全信號 TX_BUF[3]=0X42； TX_BUF[0]=0X35 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 當(dāng)沒有觸發(fā)信號，即沒有檢測到人體時(shí)，每延時(shí) 2s 發(fā)送一次安全信號；當(dāng)出現(xiàn)上升沿觸發(fā)，即檢測到人體時(shí)，每隔 7ms 發(fā)送一次報(bào)警信號，累計(jì)發(fā)送 3000 跳 出 中 斷 處 理程 序 。 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 地址 設(shè) 定 為 char TxAddress[4]={0xcc,0xcc,0xcc,0xcc}。 初 始 化開 始發(fā) 送 計(jì) 數(shù)N 0 ?否是發(fā) 送 安 全 信 號中 斷 處 理 程 序發(fā) 送 報(bào) 警 信 號延 時(shí)發(fā) 送 報(bào) 警 信 號返 回開 始主 程 序 圖 43 人體檢測節(jié)點(diǎn)程序流程圖 本章小結(jié) 本章介紹了 系統(tǒng)各個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)方案，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)軟件部分，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)。明確了系統(tǒng)程序部分的設(shè)計(jì) 方案 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 5 章 系統(tǒng)的調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試將系統(tǒng)的軟件部分和硬件部分聯(lián)合調(diào)，使系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)，并達(dá)到性能穩(wěn)定可靠的效果。 系統(tǒng)調(diào)試分為 單個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間 的調(diào)試、多個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間的調(diào)試和系統(tǒng)測試三部分。 單個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間的調(diào)試 溫濕度節(jié)點(diǎn)測量溫濕度值并顯示，確定溫濕度節(jié)點(diǎn)的溫濕度測量沒有問題且精確度達(dá)到要求，再向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送溫濕度信號。實(shí)現(xiàn)溫濕度節(jié)點(diǎn)成功測量并且和匯聚節(jié)點(diǎn)通訊成功。 通訊成功后在檢測節(jié)點(diǎn)處改變溫度和濕度的狀態(tài)，即改變溫濕度的值，匯聚節(jié)點(diǎn)顯示的數(shù)值也會(huì)隨著檢測節(jié)點(diǎn)出的溫濕度變化而變化。 在調(diào)試過程中因?yàn)闇囟鹊臏y量過程需要的時(shí)間較長，而濕度 A/D 采集的頻率較高，使得溫度采集受 A/D 中斷的影響，故在溫度測量前關(guān)閉全局中斷，溫 度讀取完成后在打開全局中斷，進(jìn)行濕度的測量。在 A/D 中斷處理程序里發(fā)送溫度和濕度信號。 煙霧毒氣節(jié)點(diǎn)單獨(dú)測量煙霧和毒氣的濃度情況，確定該節(jié)點(diǎn)的測量功能沒有問題且達(dá)到要求的測量精度，再向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送煙霧和毒氣的信號。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煙霧和毒氣節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的通訊。 調(diào)試硬件電路里的電位器，使正?？諝獬煞窒?煙霧和毒氣檢測電路 輸出的電壓值 均 為 ， 當(dāng)煙霧和毒氣濃度增加時(shí)，輸出的電壓會(huì)增大，達(dá)到 時(shí)識(shí)別為輸入高電平，發(fā)送報(bào)警信號。當(dāng)超標(biāo)濃度恢復(fù)正常時(shí)，為了達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)以下，確保居室的安全，利用 I/O 口識(shí)別高低電平的 滯回特性，當(dāng)輸出電壓低于 時(shí)才消除報(bào)警。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 熱釋電人體檢測同樣調(diào)試該模塊與據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)間的單獨(dú)通訊，當(dāng)檢測到人體后進(jìn)入中斷處理程序，即發(fā)送報(bào)警信號，調(diào)試發(fā)送信號的時(shí)間間隔和發(fā)送的次數(shù)，既要保證匯聚節(jié)點(diǎn)可以收到信號，又要防止和其他節(jié)點(diǎn)信號的擁擠沖突。經(jīng)調(diào)試，進(jìn)入中斷后每隔 發(fā)送一次報(bào)警信號，連續(xù)發(fā)送 3000 次，然后跳出中斷處理程序，每隔 2s 發(fā)送一次安全信號。 多個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)間的調(diào)試 調(diào)試三個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信號，匯聚節(jié)點(diǎn)分時(shí)接收各個(gè)信號并作出相應(yīng)的處理。 為了避免三個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) 造成匯聚節(jié)點(diǎn)接收的沖突，調(diào)試三個(gè)檢測節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號的時(shí)間間隔。 由于溫度測量需要的時(shí)間較長，而且溫濕度需要實(shí)時(shí)顯示，所以每次采集完畢溫濕度值立即發(fā)送，中間不用再添加額外的延時(shí)；煙霧和毒氣報(bào)警信號每隔 10ms 發(fā)送一次，空氣成分安全的情況下，每隔 發(fā)送一次安全信號；熱釋電人體檢測節(jié)點(diǎn)，當(dāng)沒有檢測到人體時(shí)，每隔 2s 發(fā)送一次安全信號，當(dāng)檢測到人體時(shí)進(jìn)入中斷處理程序，即發(fā)送報(bào)警信號，時(shí)間間隔為 ，連續(xù)發(fā)送 3000 次，跳出中斷處理程序。 系統(tǒng)測試 完成系統(tǒng)的 軟硬件聯(lián)合 調(diào)試后，該系統(tǒng) 要求 的功能都實(shí)現(xiàn) 。 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里對 該 系統(tǒng) 的功能進(jìn)行 測試， 通過手觸摸 DS18B20 改變傳感器溫度，通過向 HM1500 哈氣改變傳感器周圍濕度，通過模擬傳感器輸出高低電平（即將高低電平模擬煙霧毒氣傳感器輸出信號），在 GH718 正前方較近距離模擬人體經(jīng)過進(jìn)行系統(tǒng)測試。 測試結(jié)果如表 51 所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 表 51 系統(tǒng)性能測試 測試項(xiàng) 測試次數(shù) 成功 /次 失誤 /次 成功率 溫度信號 20 20 0 100% 濕度信號 20 20 0 100% 毒氣超標(biāo) 20 20 0 100% 煙霧超標(biāo) 20 20 0 100% 人員入侵 20 20 0 100% 系統(tǒng)功能 測試結(jié)果 顯示 ，對于煙霧、 有毒 氣體、熱釋電 人體檢測、溫濕度值信號的傳輸 成功率為 100%，能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn) 信號檢測和信號的無線傳輸?shù)?功能 ，系統(tǒng)的功能全部實(shí)現(xiàn)，且穩(wěn)定性很好。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 結(jié) 論 本文在對智能家居國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)在的分析基礎(chǔ)上，提出了家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、意義和發(fā)展前景。提出了一套基于 MSP430 和 NRF905 的無線家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的的硬件部分主要包括使用 DS18B20 進(jìn)行溫度采集、使用 HM1500 進(jìn)行濕度采集、利用 MS5100 和 MS6100 對煙霧和有毒氣體的檢測、 GH718 熱釋電傳感原理的人體檢測、 NRF905 信號無線傳輸和匯聚節(jié)點(diǎn)信號處理幾部分，并給出了硬件電路的設(shè)計(jì)方案。軟件部分也分溫濕度測量節(jié)點(diǎn)、煙霧毒氣檢測節(jié)點(diǎn)、人體檢測節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)四部分設(shè)計(jì)，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。 在設(shè)計(jì)過程中采用了 IRA 程序編譯和 PROTEL 原理圖繪制等軟件工具 。實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能， 給出了系統(tǒng)軟硬件調(diào)試的過程，并對系統(tǒng)的功能進(jìn)行了 測試 ，測試 效果 很 好。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 致 謝 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 參考文獻(xiàn) 1 劉振洲 .讓智能家居像家電一樣普及和簡單 —— 談智能家居的 研發(fā)及應(yīng)用導(dǎo)向 .智能建筑與城市信息 . 8期 .總第 165期 .7679 2 張晞 ,王德銀 ,張晨 .MSP430 系列單片機(jī)使用 C 語言程序設(shè)計(jì) .北京：人民郵電出版社 .2021, 3 楊波 ,陳憂先 .熱釋電紅外傳感器的原理與應(yīng)用 .儀表技術(shù) .2021, 4 沙占友 ,王曉君 ,馬洪濤 ,張?zhí)K英 .智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 .2021, 5 王進(jìn)賢 ,王泉等 .一種無線煙霧傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .中國儀器儀表 .2021年增刊 :132135 6 Darold Wobschall. 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