基于AVR单片机的智能家届监控系统

摘要：智能家居是人们的一种居住环境，利用先进的网络通信技术，嵌入式技术以满足人们的需要，与普通家居相比由原来静止的结构转化为具有能动智能的结构工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通。AVR单片机对于常用传感器的数据采集和执行器的控制，易用性和可靠性俱佳。鉴于传统的智能家居安防系统功能单一、智能化低下、误报率高，而且不能够实现远程报警的功能。因此，本系统采用AVR单片机Atmega128L处理器，通过门磁传感器并配有红外传感器实现防盗监测以及利用CO传感器实现煤气安全保障的功能。并且通过短信形式使用户实时的了解家居安防情况。
关键词：智能家居；AVR单片机；网络；红外传感器

0 引言
    随着科技的发展和人民生活水平的提高，智能家居成为了一个热门的研究领域。智能家居问题中面临的主要问题就是安全防盗、电器控制等问题。智能家居不仅能够完成出现问题对主人进行的报警功能，还应提供智能家居设备执行主人的命令操作，比如通过手机或是平板电脑等终端控制电器进行做饭或是空气清洁等工作。
    因此，智能家居中用到的传感器主要有红外传感器、门磁传感器、实时时钟芯片等。

1 家居监控系统工作原理
    系统主要由门磁报警、红外传感器报警、煤气传感器报警、正常工作、用户命令执行动作构成。
1．1 门磁报警
    门磁系统完成对门出入安全的监测，主要有磁铁和干簧管组成。当主人离开房子的时候可以启动防盗功能，如果两者保持正对，那么在磁铁的作用下，干簧管两端处于导通状态。当门被打开时磁铁和干簧管不再处于正对状态，此时干簧管处于断开状态，系统可以通过短信进行报警。

1．2 红外传感器报警
    当用户启动红外报警功能，在此状态下，假如红外传感器监测到有物体接触，可以10s后再次进行监测确认后，通过传感器输出有效电平信号(高电平)，通过报警器进行报警。然后通过短信通知用户完成报警功能。
    为了增加系统的稳定性可以加入微波传感器或是门磁传感器协助红外传感器进行报警，可以较好地解决误报警问题。
1．3 煤气传感器报警
    煤气的主要成分是CO，因此采用CO传感器进行报警检测，CO传感器输出信号线输出有效的电平信号进行报警，AVR单片机检测到CO传感器输出电压后，表示此时的煤气含量超标，立即控制执行器进行报警。如果用户未在家中，那么可以通过发送煤气超标的短信通知用户。用户可以通过主控机进行控制使得CO尽快地排除出去，保障家居安全。
1．4 正常工作状态
    正常工作状态时各个AVR单片机进行各自正常的工作并实时地进行数据采集，一旦发现数据出现异常，进行简单的判断后，通过网络向主控机进行数据交换，报告异常，由主控机进行处理。
1．5 用户命令执行动作
    当用户想进行操作家庭设备时，由短信通知主控机，主控机完成短信息的识别工作，并通过通信设备通知各个电器进行工作。此时，被控器件的输入与控制器的输出通过继电器电磁隔离连接，完成整个家居系统的控制工作。

2 家居监控系统的硬件电路设计
2．1 电源电路设计
    采用开关电源的稳压电源。开关电源的功率器件工作在状态转换过程中，功率损耗小，转换效率高，而且体积小、重量轻，与之相配套的散热器体积也大大减小，采用开关电源具有效率高、体积小、输出稳定等优点。

    通过Boost升压变换器实现DC-DC变换，选用小导通电阻、高开关速度的IRF640管为开关管，快速恢复二极管RHRP15120整流，减少反向导通时间，降低损耗。单片机和脉宽调制控制器SG3525通过双闭环回路共同控制DC-DC变换电路，实现输出电压稳定。
2．2 红外传感器电路设计
    红外人体检测在本系统中起到了至关重要的作用，采用红外检测芯片BIS0001，十分简单易行。其典型电路如图3所示。

2．3 时钟芯片电路设计
    时钟芯片在本家居系统中起着较为重要的作用，从基本的定时到精确的采集数据都要用到它。本系统采用DS1302，它是DALLAS推出的涓流充电时钟芯片，外置32．768kHz的晶振，定时精确，有效数据保留时间较长，电路简单。

3 家居监控系统的安装注意事项
    本系统主要用于家居安防，可以由用户手动或定时自动启动防盗功能。安装较为简单，但需注意以下事项：
    (1)干簧管门磁电路安装过程中，磁铁应安装在门体上，而干簧管部件应安装在门框上，这样可以使干簧管部件方便地通过有线方式与主控单元相连接。对于磁铁的选择也应能控制干簧管动作，能够保障门开即可得到响应。
    (2)电源部分是十分重要的，本系统由于采用GSM短信通信，因此电流应当尽可能有所保证，作者采用的是输出电流3A的高质量开关电源，效率比较高，且能满足电流的要求。采用蓄电池作为后备电源，可保证系统断电后，正常工作一定的时间。
    (3)对于红外人体检测传感器的安装，应当在红外传感器热释电元件前部加入菲涅尔透镜，而且若较长时间收到阳光照射，需要附加有色透镜或是增加滤光片。设计PCB板时保证有效良好的接地，以减小外界的干扰。

4 结论
    本文介绍了一种基于AVR单片机的简易智能家居监控系统，通过Atmega128L单片机系统与外围传感器相结合构成了家居安防系统。利用先进的嵌入式技术与网络通信技术相结合，使得家居生活安全防护的各个子系统配合起来，不仅能够实现家居对外来人员的防护问题，而且能够进行室内煤气泄漏监测，用户操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。若能够完美地配合智能家居控制系统，则能够保持家庭与外界信息交流相畅通，满足人与居住环境相协调，这可以视为物联网应用的终端体现，是未来家居发展的趋势。