轻松打造智能家庭卫士系统（原理，软硬件实现，器件选型）

前言

家庭是社会的细胞，家庭的幸福也就预示着社会的和谐。一个良好的居住环境不但可以给我们一个健康的体魄，更能让我们以一个良好的心情参加到工作、学习当中。然而，生活在这个喧嚣的城市，整天忙于工作和学习的我们也会常常忽视我们休整的地方——家庭，导致室内各项生活指数都严重的超过了正常值；我们也会时常看到这样的报道：出门时忘记关掉正在使用的煤气，结果就引发了一场损失惨重的火灾；还有，由于家里没有防盗装置，致使猖狂的小偷经常对我们的人身、财产安全构成严重的威胁。

基于以上的背景，我们就提出了这样一个方案，它使得我们能够随时随地了解到家里的各种情况（如：家里温度高低，光线明亮与否）。当出现意外险情时（如家里燃气泄露、有小偷闯入等），此系统能及时的告知我们，已达到有备而无患的效果。

1.1 系统整体设计

1.1.1硬件平台选用及资源配置

本方案拟采用基于Atmel AVR32单片机的EVK1100开发板作为硬件平台。本平台有几大优势以利于设计方案的完成。首先是GPIO的引出，这就方便我们的各个模块的扩展。

其次是多达两个的串口，可以很方便的让我们完成实验调试。再次是上面的扩展模块（光线传感器、温度传感器、LCD液晶）设置，可以加快设计完成的进度。

在控制信息采集方面，方案使用了传感器。相对来说，传感器的使用不是太难，购买也比较方便。主要用了：烟雾传感器（采集环境烟雾浓度数据）、湿度传感器（采集周围环境湿度数据）、温度传感器（采集周围环境温度数据）、光线传感器（采集室内光强数据）。 本设计系统框图如下图1所示：

图 1

1.1.2软件设计

主控芯片AVR32 AT32UC3A0512，为降低CPU运行负载，提高系统实时性，采用以1.8S为周期对占用时间长的程序运行，重点对标志进行判断，同时以中断的方式对标志作处理。下图2为本系统详细软件流程图

图 2

1.2各个模块设计

1.2.1远程通信模块GSM

GSM：global system for mobile communications全球移动通信系统，GSM 是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。通过GSM我们能够从任何地方远程遥控家里，借助于GSM我们只需支付极低的费用，而不需要自己搭建一个通信系统，自己搭建通信系统需要极大的人力，物力且通信范围有限，GSM作为覆盖最为广泛的移动电话系统，可以很好的被我们所利用。

本设计核心模块采用simcom公司的sim300模块，具有相当高的性价比。广泛用于手机，PDA，无线数据传输等领域。sim300是采用60Pin板板连接器的双频GSM/GPRS模块解决方案。模块具有工业标准化接口，功耗低，可通过GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz通信网络传输语音、短信、数据和传真。

本项目中家里的任何情况，在任何时刻，任何地点都能及时的通知到我们，让我们随时随地的了解家里的情况。同时远程手机可在异地通过发短信了解家里的情况，温度、湿度、光照等等，同时家里发生异常，例如有外人闯入也可以通过GSM向远程手机报告，如果家里有小孩，在外的父母也能通过GSM及时了解家里的情况，例如拨通电话，对小孩作必要的嘱咐。GSM模块的通信示意图如图3所示：

图 3

1.2.2人机交互设计

（1）语音模块

采用WT588D语音芯片的应用框图如下：

图 4

三线串口控制模式由三条通信线组成，分别是片选 CS，数据 DATA，时钟 CLK，时序根据标准 SPI 通信方式。通过三线串口可以实现对 WT588D语音模块命令控制、语音播放。三线串口模式下，所有按键均无效。三线串口控制模式下的时序图5如下：

图 5

另外、由于直接使用WT588D驱动喇叭时的驱动能力不够，需要外接语音放大器，本系统使用运放TDA2882来放大语音信号，放大电路如下图6所示：

图 6

（2）LCD显示模块

作为人机交互的重要模块，lcd显示采用avr开发板上面的lcd204，我们目前的项目显示内容主要是温度，湿度，光线强度，天然气浓度等，显示的内容比较少。同时，本次参赛的avr例程上面对lcd204有详细的介绍，使用起来比较方便。

1.2.3传感器检测模块

（1）红外热释电探测模块

热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。随着激光、红外技术的迅速发展，热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。

本系统的设计采用的是HC-SR501人体红外感应模块，其内部传感器芯片为LHI778。

系统中本模块的工作原理如下图7示：

图 7

（2）MQ2气体浓度检测模块

本系统中采用的可燃易爆气体浓度检测装置是对液化气、甲烷、丁烷、烟雾等都有较好的灵