CN208873259U - 一种智能家居安全系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能家居安全系统，包括单片机、气体检测传感器、报警器和门窗驱动电机，气体检测传感器、报警器和门窗驱动电机分别与单片机连接，气体检测传感器实时监测室内空气中易燃气体的浓度，并将监测信号传给单片机，单片机对信号进行分析判断，当易燃气体的浓度高于设定值时给报警器发出报警信号，并且给门窗驱动电机发出开启门窗的信号。本实用新型可以实现门窗自动智能关闭、蓝牙传输报警等功能，是一种保险性高、稳定可靠、具有智能化的智能家居控制系统，系统简单，成本低廉，经济实用，其应用范围广阔。

Description

一种智能家居安全系统

技术领域

本实用新型涉及智能家居技术领域，具体说是一种智能家居安全系统。

背景技术

由于IT技术的快速发展，网络成为现实生活里必不可少的一部分，并推进单片机的开展，这也使得智能技术、互联网通信技术早已进入日常生活。更多的人走在信息发展的前端，感受着科技给生活带来的便捷。人们对自身所处的安全环境愈发关注。智能家居系统渐渐走入老百姓的家中，成为家庭信息化发展的重要组成部分。

智能门窗系统研究的是对家庭住宅门窗的一个相对智能化的掌控。智能门窗系统处置方案一般包含：门窗自动开闭、门禁系统、远程控制系统、自动报警系统等部分,智能门窗系统通过对信息的采集分析、程序编写、输出、远程控制等。体现以人为本的家居生活。智能门窗系统优化生活方式并能提高用户的安全。在日常家庭生活中，液化气、煤气成为家庭厨房中必备的燃料，但同样伴随着安全的隐患。操作不当或是气体泄漏等极其容易发生爆炸，使得家庭造成财产损失，这就需要我们及时扩散厨房中的易燃气体并能实现自动报警。智能门窗系统集声、光、通信等为一体的智能系统，运用蓝牙通讯技术、安全智能监控技术、自动控制技术等实现各种信息的采集、分析处理和控制。

如今智能化的家居市场在我国的发展已成为一种潮流，引领市场经济的发展。然而，在繁盛的市场经济下，智能家居的当下的发展并不像预期的那样顺利，目前虽然一些企业也在做自己的研发产品但仍然存在许多的缺点，目前智能智能家居系统仍然存在系统复杂、价格昂贵、实用性能差等缺点。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种智能家居安全系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能家居安全系统，其特征在于，包括单片机、气体检测传感器、报警器和门窗驱动电机，所述气体检测传感器、报警器和门窗驱动电机分别与所述单片机连接，所述气体检测传感器实时监测室内空气中易燃气体的浓度，并将监测信号传给所述单片机，所述单片机对信号进行分析判断，当易燃气体的浓度高于设定值时给所述报警器发出报警信号，并且给所述门窗驱动电机发出开启门窗的信号。

本实用新型进一步的设计方案中，该智能家居安全系统还包括蓝牙模块和手持移动端，所述蓝牙模块与所述单片机连接，所述单片机通过所述蓝牙模块与所述手持移动端进行无线连接。

本实用新型进一步的设计方案中，该智能家居安全系统还包括室内环境传感器和液晶显示屏，所述室内环境传感器和液晶显示器分别与所述单片机连接，所述室内环境传感器包括温湿度传感器、人体红外传感器和光敏电阻传感器；监测室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱，并将监测结果信号传给所述单片机，所述单片机将室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱、烟雾浓度和易燃气体的浓度传到所述液晶显示器进行显示。

本实用新型进一步的设计方案中，上述单片机的型号为MSP430单片机。

本实用新型进一步的设计方案中，上述气体检测传感器的型号为MQ-5Q气体检测传感器。

本实用新型进一步的设计方案中，上述蓝牙模块的型号为HC05。

本实用新型具有以下突出的有益效果：

本实用新型可以实现门窗自动智能关闭、蓝牙传输报警等功能，是一种保险性高、稳定可靠、具有智能化的智能家居控制系统，系统简单，成本低廉，经济实用，其应用范围广阔。

附图说明

图1为实施例中智能家居安全系统结构示意图；

图2为实施例中蓝牙模块电路图；

图3为实施例中气体检测传感器电路图；

图4为实施例中温度传感器模块电路图；

图5为实施例中报警器电路图；

图6为实施例中门窗驱动电机电路图；

图7为实施例中智能家居安全系统执行程序流程图；

图1中，1-单片机，2-液晶显示屏，3-报警器，4-门窗驱动电机，5-蓝牙模块，6-手持移动端，7-室内环境传感器，8-气体检测传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型中的智能家居安全系统，包括单片机1、气体检测传感器8、报警器3、蓝牙模块5、手持移动端6、门窗驱动电机4、室内环境传感器7和液晶显示屏2，气体检测传感器8、报警器3、蓝牙模块5、门窗驱动电机4、室内环境传感器7和液晶显示器分别与单片机1连接，气体检测传感器8实时监测室内空气中易燃气体的浓度，并将监测信号传给单片机1，单片机1对信号进行分析判断，当易燃气体的浓度高于设定值时给报警器3发出报警信号，并且给门窗驱动电机4发出开启门窗的信号。单片机1通过蓝牙模块5与手持移动端6进行无线连接。室内环境传感器7包括温湿度传感器、人体红外传感器和光敏电阻传感器；监测室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱，并将监测结果信号传给单片机1，单片机1将室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱、烟雾浓度和易燃气体的浓度传到液晶显示器进行显示。单片机1的型号为MSP430单片机1。气体检测传感器8的型号为MQ-5Q气体检测传感器8。蓝牙模块5的型号为HC05。液晶显示器的型号为12864串口显示屏。门窗驱动电机4为直流电机。

本实用新型由MSP430单片机1作为控制单元、HC-05蓝牙模块5和MQ-5气体检测传感器8、人体红外传感器、光敏电阻等传感器作为系统的输入，12864串口显示屏、直流电机模拟门窗的开启和蜂鸣报警器3构成系统的输出。MSP430单片机1是本系统的中心处理器，通过对家庭设备单元的控制，实现门窗的自动化，同时通过数据的采集实现信息之间的反馈。用户由单片机1对其他感应模块分析操作，通过12864串口显示屏可以了解当前的室温、光照强度、气体浓度、窗户的开闭情况等，能够让用户深入的了解家庭安全情况。当数据参数不在额定范围中，直流电机会模拟门窗系统实现对门窗的开关，用于实现机械操作。蓝牙模块5主要通过手机的蓝牙功能传输控制指令，实现对智能门窗模型的控制。HC05蓝牙模块5则是通过串口通信的方式将信息传送到主人的手机上同时也可以接收单片机1系统发出的信息提示。电脑PC端连接MSP430单片机1，将指令通过PC端来控制家庭中一切基础设备。在信息采集的部分，主要通过MQ-5气体检测传感器8进行数据的采集，并及时将采集的数据反馈给单片机1执行相对应的反馈措施，在报警器3，使用蜂鸣器，参数超过额定值会发出提示音。

以MSP430单片机1为中心的最小应用系统，包括电源电路、复位电路和时钟电路。传感器的的作用主要用来实现以传感器技术进行数据的采集，将采集到的物理信号转变成处理器可以识别的数字信号，数模转换的一个过程。通过温度、湿度、光线的强弱、烟雾、液化气浓度等信号的采集工作，并及时将所获得信息传输给单片机1进行有效处理，从而可以判定当前时刻的光线的强弱、湿度、是否有气体泄漏、是否有人员靠近等讯息。当室内呈现有危害性的气体时能给单片机1的控制中心传达信息并自动打开门窗；当收到户主的指令时也能自动开启门窗。报警器3单元在有异常情况时，会及时检测并实时报警。机械操作端由直流电机模拟实现。当传感器监测到信息时并及时将所采集到的信号传递给单片机1，经过单片机1处理后，直流电机发生转动达到模拟门窗的效果。

1. 智能指纹锁系统硬件设计

1.1 控制系统

MSP430单片机1，MSP430存储器包括16个16位寄存器即4个专用寄存器R0、R1、R2R3和12个通用寄存器R4-R15。R0的功能为程序计数器即存放下一条将要从程序存储器中取出的地址。R1的功能为堆栈指针，用户可以使用堆栈存储数据，以便未来使用。

此款单片机1有6个8位数字I/O端口，每个引脚都可以进行独立编程为输入或输出、独立进行读写或操作，同时这6个端口都是按位寻址。P1、P2具有中断功能，它们可以分别进行中断控制，两个端口是独立工作的，独立地实施屏蔽或者允许进行中断控制。中断信号的设置还可以通过根据系统的上升沿、下降沿的变化进行操作。端口P1和P2的主要功能为输入/输出和中断，具体的功能通过7个控制寄存器的设置来实现。其他四个端口的功能为输入/输出和其他外围模块功能，每个端口有4个寄存器可供用户选择使用。MSP430的时钟模块刚好可以满足对这两个要求的需求。根据用户对智能门窗的不同需求它可以提供不同的时钟信号，并对这些时钟信号进行设计产生多种工作形式。为CPU、外接设备的选择提供了合适的时钟频率。MSP430单片机1芯片可以在不同的低电压、低功耗的模块下进行工作，很大程度上优化了智能化处理。即使单片机1处在一个中断的状态，也可以将系统从低耗的方式里唤醒回来，而且还可以通过相关的指令将其返回中断之前的状态。系统能够取用的时钟信号有ACLK晶振频率信号、MCLK。MCLK是晶振频率信号的倍频信号，而且作为系统的时钟。

1.2 HC-05蓝牙模块5

HC-05蓝牙实现与手机等电子设备的短距离传输的无线电技术，我们可以通过手机蓝牙传输文件、歌曲、照片等。它的工作频段为2.4GHZ，最大数据传输速率为1Mbps。命令工作模式、自动连接模式是HC-05蓝牙模块5的两种工作状态，在自动连接工作模式中模块里又可以可分为主、从还有回环这三种工作状态。当HC-05工作在自动连接的状态下时，在模块完成相应的设定后通过蓝牙自动连接进行数据的传输。在命令工作的形式里能够执行AT命令，对模块进行AT命令的编辑可以发送数据使，经过指令模块的指令编辑可以实现对参数的控制，也能够用来发出控制命令。模块的工作状态可以通过对外部引脚输入电平来实现。蓝牙模块5电路图如下。系统的蓝牙模块5与MSP430单片机1的串口TX、RX端相连接，通过程序的调试即可完成相应的设备动作。选取HC-05蓝牙模块5中间的四个端口，其中两个端口一个接地一个接3.3V的电源端口。单片机1的P3端口与HC-05蓝牙模块5通过杜邦线相互连接，P3.4，5选择为UART的收发端口，HC-05蓝牙传输模块硬件电路与单片机1端口连接图如图2所示。

1.3传感器模块

1MQ-5气体检测传感器

MQ-5气体检测传感器8所用的材料是二氧化锡，二氧化锡的电导率比较低，当传感器所在环境周围存在可燃性气体时，MQ-5的电导率与可燃性气体的浓度呈现一个线性关系，当气体浓度增大时电导率也会随着增大。MQ-5气体传感器对丁烷等这些易燃气体灵敏度很高，运用这类传感器可检测各有差异的可燃性气体。使用MQ-5气体监测模块可以判定当房间气体浓度超标时会自动报警而且通过单片机1执行机械模块开启门窗。气体监测模块连接在单片机1的3.3V端口，3.3V电压可以驱动监测模块工作，同时用一根杜邦线引出一个端口连接在单片机1的P1.0端口与MQ-5气体传感器相连接，硬件电路图如图3所示。

3温度传感器

采用DS18B20单总线芯片作为智能门窗系统的温度传感器，这是包含熟悉信号输出的温湿度复合型传感器。选用数字采集和温湿度传感技术可以很大程度上确保产品的可靠性与实用性。这款温度传感器含有3脚的TO-92小体积封装、8脚的SOIC封装，传感器的温度测量范围在零下55摄氏度到125摄氏度之间，可实现9-12位的A/D转换精度。被测温度以16位补码的形式进行串行输出。它的工作电源可以进行远端引入也可以选用寄生电源方式产生。本系统将温度实时呈现在数码管上，当温度超过额定值会进行相应的操作。 DS18B20它含有3个引脚，分别是数字信号输入或输出端,简称DQ;GND接电源地;VDD为外接供电电源输入端。温度传感器电路如图4所示。

1.4报警器

终端报警器3主要是在检测到异常情况时，开启声光报警装置。在MSP430单片机1中，由于I/O的电流相对较小，从而驱动力比较小，所以可以用一个三极管实现来驱动蜂鸣器工作。电路连接如图5所示。只需在添加一个高电平时三极管才会被导通，蜂鸣器开始相应工作。

1.5 12864液晶显示屏

12864液晶显示屏2模块是一种具有多种接口方式，运用该模块能够便捷的改动接口模式，操作指令也相对而言简单。通过相关指令将复杂看不见摸不着的信号数字化了，更直观明了。

1.6 电机驱动模块

因为MSP430单片机1的I/O电压只能是0V和3.3V，没有办法直接驱动电机转动，所以用L298N直流电机驱动板。L298N是典型的H型集成的驱动电路，与L293D相比最大的的差别就是，它具有更大的输出电流，功率也会增强。L298N通常情况下输出电流为2A，条件允许可达到4安培的最高电流，承受的最高工作电压也可以到达50伏特。所以这款执行模块可以驱动大负载如大功率的直流电机等。该模块操纵起来也比较容易，通过杜邦线可以直接将其与MSP430单片机1连接在一起。对直流的电机驱动的过程中，可以直接进行控制，输入相关命令可改变电机的转动方向，达到模拟门窗的效果。同时在模块种添加光耦可以实现对光电的隔离，从而较少单片机1对信息的误判率，使系统可以更稳定高效可靠的工作。驱动模块本身体积小，在整个系统中不会占据太大的空间，实施起来也比较方便。L298N中具有6个指示灯，可以清晰的指示步进电机的运行状态。电机驱动模块电路图6所示。

2、软件设计

系统执行流程如图7所示。当系统通上电源以后系统进行初始化的操作。手机上下载一个蓝牙串口，HC-05蓝牙模块5与手机开始配对，配对成功后蓝牙模块5上面的红色指示灯会常亮。家居中的门窗都处于一个待机的状态，等待控制端的命令。各类传感器采集传感信息，设置完成后，单片机1会处在一个低功耗的状态即没有检测到异常的信息。

当单片机1接收到异常信息输入时，单片机1被激活并处于工作状态，开始处理异常信息，门窗开始转动，本直流电机采用双轴结构，内轴和外轴之间由滚动轴承接，保证内轴和外轴可以相互转动。

2.1系统初始化

系统初始化的过程是系统最开始的部分。初始化的过程首先要关闭MSP430单片机1的看门狗并且初始化系统的时钟，所有的程序起初都要执行这些步骤。接着12864显示屏、MQ-5气体感应器等的输入。初始化单片机1控制总线程序见附录，系统完成了对各模块的初始化的操作后，系统便可以开始进行相关的程序设计。将12864端口初始化，液晶屏采取液晶并口的方式，同时复位脚RST置为高电平。L298N端口初始化，P1.0，1端口均设置成输出端口，完成对驱动的初试化。

2.2 HC-05蓝牙模块5程序

智能门窗系统通过手机运行应用软件，打开蓝牙助手搜索蓝牙设备，通过设置键输入密码匹配后，发生控制指令并通过HC-05蓝牙模块5接收系统指令，并通过串口传送给MSP430单片机1做出指令判断。采用手机蓝牙进行无线匹配，智能门窗可以通过手机的蓝牙功能实现门窗的遥控。HC-05蓝牙模块5的子程序实现与手机端的指令接收，通过MSP430单片机1接收数据。打开手机蓝牙，通过手机蓝牙串口，选择连接HC-05端的蓝牙信号，接通电源以后，蓝牙模块5指示灯会变成红色，通过指示灯状态的变化也可以判定是否与蓝牙端口配对成功，配对成功以后将待测气体靠近传感器，单片机1会进行一个数据的分析处理，并将数据传送到手机上，实现一个短距离的无线通信。

2.3传感器、报警器3信号的处理程序

传感器的感应模块监测到异常情况后，输出的是开关量，这些开关量可以直接进入单片机1的中断，也是就MSP430单片机1的P1，P2端口。P1、P2的终端功能有P1E、P2E寄存器控制，将寄存器中的管脚设置为1，即该引脚具有中断功能。反之，把相应的管脚设置为0即系统不会产生中断功能。P1IES和P2IES则是中断选择寄存器，为1时选择下降沿触犯，选择为0时进行上升沿触发。中断初始化以后，单片机1会进行一个中断处理，当有信号传输进来时，会进行一个系统的分析并处理异常情况进行报警。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能家居安全系统，其特征在于，包括单片机（1）、气体检测传感器（8）、报警器（3）和门窗驱动电机（4），所述气体检测传感器（8）、报警器（3）和门窗驱动电机（4）分别与所述单片机（1）连接，所述气体检测传感器（8）实时监测室内空气中易燃气体的浓度，并将监测信号传给所述单片机（1），所述单片机（1）对信号进行分析判断，当易燃气体的浓度高于设定值时给所述报警器（3）发出报警信号，并且给所述门窗驱动电机（4）发出开启门窗的信号。

2.根据权利要求1所述的智能家居安全系统，其特征在于，还包括蓝牙模块（5）和手持移动端（6），所述蓝牙模块（5）与所述单片机（1）连接，所述单片机（1）通过所述蓝牙模块（5）与所述手持移动端（6）进行无线连接。

3.根据权利要求1所述的智能家居安全系统，其特征在于，还包括室内环境传感器（7）和液晶显示屏（2），所述室内环境传感器（7）和液晶显示器分别与所述单片机（1）连接，所述室内环境传感器（7）包括温湿度传感器、人体红外传感器和光敏电阻传感器；监测室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱，并将监测结果信号传给所述单片机（1），所述单片机（1）将室内的温度、湿度、人体活动状况以及光线的强弱、烟雾浓度和易燃气体的浓度传到所述液晶显示器进行显示。

4.根据权利要求1所述的智能家居安全系统，其特征在于，所述单片机（1）的型号为MSP430单片机（1）。

5.根据权利要求1所述的智能家居安全系统，其特征在于，所述气体检测传感器（8）的型号为MQ-5Q气体检测传感器（8）。

6.根据权利要求2所述的智能家居安全系统，其特征在于，所述蓝牙模块（5）的型号为HC05。