基于单片机的智能社区安全监测系统设计

本课题利用无线传输模块NRF905将单一的红外防盗报警、煤气(CO)泄漏检测报警、火灾检测报警等孤立的系统进行改善并重新组合，通过单片机进行控制，组成了一个综合性的全方位的家居安全系统。本设计主要分为居民住宅区检测系统和小区物业监测系统，在居民住宅区检测系统设计中，人体红外感应模块用于检测室内是否有人擅自闯入，一氧化碳传感器用于检测室内是否有可燃气体泄露，火焰传感器用于检测室内是否有火焰，电源模块为单片机及无线发送模块供电，无线发送模块用于将采集的数据发送到小区物业管理系统。在小区物业管理系统设计中，时钟模块用于实时显示当前时间，液晶显示器用于显示小区业主的基本信息和警情，电源模块为单片机及无线接收模块供电，无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据，LED灯和蜂鸣器用于在发生异常情况时进行自动报警，小区物业管理人员根据具体情况进行快速处理。

STC12C5410AD系列单片机是一种单时钟/机器周期的单片机，可用低频晶振，大幅降低电磁干扰(EMI)的单片机。是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。

STC12C5410AD单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。可以说STC12C5410AD单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统(SOC)，可以很容易地构成典型的测控系统。

HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形， 双元(A元B元)位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏。

当人走进其感应范围内，人体红外传感器输出一模拟信号，由于信号较弱，所以在把输出信号传送给单片机之前要经运算放大器对其进行调理或放大，以满足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。经LM339比较器后当输出电压大于3.3V时输出低电平，当输出电压小于3.3V时输出高电平。

火焰传感器能够探测到波长在700纳米~1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时候的灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0~255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；反之则越大。

火焰传感器模块中1-AOUT模拟信号输出，2-DOUT数字信号输出，3-GND外接地，4-VCC为5V工作电压。DOUT数字信号输出直接与单片机IO接口P2.7相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境中是否存在火焰。当红外发射管检测到火焰时，信号指示灯亮，模块数字接口DOUT输出低电平。

MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温(1.5V加热)检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温(5.0V加热)清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

封装好的气敏原件有6只针状管脚，其中4个用于信号输出，2个用于提供加热电流。工作电压5V使用前，供电至少预热2分钟以上，VCC为5V工作电压，DOUT为数字开关输出接口(0和1),AOUT为模拟量输出接口，GND为外接GND，数字量输出DOUT可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境CO浓度。模块在无CO气体或者气体浓度未超过设定阀值时，数字接口DOUT输出高电平，当CO气体浓度超过设定阀值时，信号指示灯亮，模块数字接口DOUT输出低电平。

NRF905一共有四种工作模式，其中有两种活动RX/TX模式和两种节电模式，其中活动模式包括 ShockBurst RX和 ShockBurst TX。NRF905工作模式由 TRX_CE、TX_EN、PWR_UP  的设置来设定。

ShockBurstTM收发模式下，使用片内的先入先出堆栈区，数据低速从微控制器送入，但高速发射，这样可以尽量节能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行，这种做法有三大好处:尽量节能；低的系统费用(低速微处理器也能进行高速射频发射)；数据在空中停留时间短，抗干扰性高。ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。在ShockBurstTM收发模式下，NRF905自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，当发送过程完成后，DR引脚通知微处理器数据发射完毕。

数据检测程序设计：系统上电后，首先完成系统初始化，随后进入一个无限循环过程。系统中传感器检测是否有警情发送，若没有则返回继续判断；若有将采集到的数据经过预处理变成电平信号，通过射频芯片NRF905，将事先存放在CPU中的户主信息，发送到主机上，最终实现远程报警功能。

数据监管程序设计：首先，系统初始化，时间模块为主机系统提供一个精准的时间，然后NRF905处于接收信号状态，当接收到信号时，说明有警情，启动报警模块和显示模块。

无线传输(NRF905)子程序设计：射频芯片与单片机通过SPI(串行外设接口)连接，构成无线传输模块。各种传感器实时检测环境参数。当系统开始工作时，单片机和射频芯片进行初始化，射频芯片由闲置模式转换到ShockBurst TX发送模式。

当射频芯片检测到有数据请求接收时，射频芯片由闲置模式转换到ShockBurst RX接收模式