70732509755331411智能宿舍

1、摘要智能宿舍是当前学生住宿安全的一个趋势，现今在学校的宿舍里时常有学生手机电脑、手机等贵重物品被盗.同时也时常因为一些同学的失误而引起火灾等事故出现，这些都是大问题并一直困扰着学生，学校的工作和学校的安全。智能的宿舍就可以将宿舍是否出现火灾、防盗等情况实时地检测出来。本文详细介绍了智能宿舍的方案设计、硬件选择和软件设计，采用人体红外感应模块、18B20芯片的温度传感器和烟雾传感器检测信号。时钟闹钟由1602液晶和键盘组成，当人进入宿舍时，必须先用IC卡进行信息读取。防火防盗功能由DS18B20温度芯片、热释电红外线传感器，烟雾传感器，GSM四个模块一起实现。能对小偷、火灾、甲烷、液化气可燃气体

2、外漏报警，并通过手机远程通讯，发送警报信息给主人手机，提醒主人。关键词 单片机 GSM 时钟 传感器 射频感应Abstract Intelligent dormitory is a trend of current student accommodation safety, today in school dormitories are often students mobile phone, computer, which valuables stolen. At the same time also because of some mistakes caused by fire and o

3、ther accidents, these are big problems and has been plagued by students, the school and the school security work. If you can use intelligent dormitory, it can know whether there is a fire, such as anti-theft system, can be a good solution to these problems. This paper introduces the intelligent dorm

4、itory design, hardware selection and software design, a temperature sensor and a smoke sensor signal detection using infrared human body induction module, 18B20 chip. Alarm clock by 1602 LCD and keyboard, when people enter the dormitory, you must use the IC card information is read. Fire alarm funct

5、ion by DS18B20 chip temperature and pyroelectric infrared sensor, smoke sensor, GSM four module realization. The thief can leak alarm, fire, methane, liquefied gas, flammable gas, and through the mobile remote communication, send alarm information to the owner of the phone to remind the owner.Keywor

6、d MCU GSM Clock Sensor RFID radio frequency1.引言1.1 选题的背景和意义 随着科技的不断进步，我们学校的宿舍智能化和信息化发展，再加上合理的设计，使得普通的宿舍实现智能监控和信息。结合实际的学生生活等情况，设计一种合理的学生宿舍实现智能化的方案，建立一套基于51单片机控制的智能宿舍系统，本设计采用人体红外感应模块、18B20芯片的温度传感器和烟雾传感器检测信号，还实时显示年月日时分秒时间和闹钟时间及实时温度。有时钟闹钟:能起床唤醒功能由日历模块，蜂鸣器共同实现。日历模块是智能唤醒唤醒模块的“大脑”，由1602液晶和键盘组成，你可以通过键盘手动设置时

7、间和闹钟起床时间。液晶LCD还显示年月日，星期，当前和起床的时间及温度。液晶上显示的日期时间数据是用1302实现。用金龙卡感应开门：当人进入宿舍时，必须先用IC卡进行信息读取，才能关闭热释电红外传感器，否则将会启动蜂鸣器报警，并发送短信通知宿主。能安防警报:防火防盗功能由DS18B20温度芯片、热释电红外线传感器，烟雾传感器，GSM这四个模块一起实现。能对小偷、火灾、甲烷、液化气可燃气体外漏报警。通过手机远程通讯:宿舍防盗系统可以给GSM模块报警信号，而GSM模块接收到报警后，继而给手机发送警报信息，提醒主人。本设计系统还没有全面地考虑在实际生活中出现的问题，所以想应用到学校学生宿舍当中还需要

8、进一步进行各种各样的检测，以保证该系统安全、稳定出现在人们的现实生活当中。其次本设计已达到智能宿舍所需要的基本要求，成为智能宿舍中的一个成功方案。同时经过对本课题的研究，加深对电子控制系统的基本原理熟悉，进一步掌握了其实现方法，通过对系统中各个模块进行软硬件的设计与编程，加深对模电、数电基本硬件电路的认识，同时更加熟练运用单片机的控制，程序的模块化编程的技术也进一步得到提高，对于以后工作中工程项目的实际应用具有很大的帮助与启发。1.2 本文主要工作本论文主要围绕如何设计智能学生宿舍进行展开。主要应用到的模块分别包括89系列单片机处理器模块、GSM模块、时钟芯片模块、蜂鸣器、RFID感应模块、传

9、感器模块等，联系各个模块进行元器件布局、焊接走线、软件编码和电路调试，最终实现使用者通过IC卡开启关闭人体感应，并能手机接收人体、温度和烟雾报警及时钟闹钟提醒。该智能系统主要是实现时钟闹钟、金龙卡感应开门、安防警报、手机远程通讯等功能。本系统还需要解决多方面的问题，主要考虑手机通讯和报警问题，毕竟是用SIM卡发送信息，不能一直发，其次学生能否得到准确的报警信息和时钟温度显示，能用金龙卡提醒。2.智能宿舍的设计思路、原理及功能介绍2.1 设计思路本系统是基于89C52单片机设计出来的可实现安全报警等提醒功能的智能宿舍，所以89C52单片机就成为该系统的核心部件。其次GSM模块负责宿舍内是否出现小

10、偷、火灾、气泄漏等情况与学生手机之间的通信，而电源模块、RFID模块、时钟模块、传感器模块和蜂鸣器提醒模块等构成该系统重要成员，使系统的功能可以很好地体现出来。各模块所需要实现的功能如下：GSM模块：它拥有标准AT命令接口，可以提供一个GSM短信和GPRS的语言特征，如互联网接入业务。单片机处理器可通过串行口发送AT指令对其进行控制。使不同的报警信息发送到主人的手机上。电源模块：电源模块分为+5V模块和+3.3V模块，+3.3V模块负责为RFID射频模块提供稳定的工作电压和电流，而其他模块的工作电压则全部由+5V电源模块提供。时钟模块主要负责时间日历显示，日历时钟信号给单片机，单片机通过160

11、2液晶显示的日历钟。同时键盘通过单片机可以对1302中的时钟信号进行设置和修改。RFID模块：通过射频实现自动识别主人的金龙卡，识别工作无须人工干预，可设置多张金龙卡。使金龙卡做到一卡多用。 蜂鸣器和LED提醒模块：主要实现当主人进门或关门时LED会亮或灭，当要报警或闹钟时间到时，蜂鸣器会长鸣或以2次/秒的响鸣方式出现，提醒主人。传感器模块：主要的温度传感器，烟雾传感器和红外传感器，温度传感器18B20的使用，可以及时的检测温度，当温度达到设定值，蜂鸣器会响并发送火灾信息给主人；烟雾传感器能检测出液化气、甲烷等气体，当传感器所处环境到达可燃气体的设定值时，蜂鸣器会响并发送煤气泄漏信息给主人；人

12、体红外传感器可检测是否有小偷进入，当有小偷在红外传感器所能检测到的范围时，蜂鸣器会响并发送小偷进入信息给主人。通过对上述各个模块的组合，实现学生宿舍的智能化和安全化，不需人工管理。系统总体设计框图如图1所示。主人手机学生金龙卡GSM模块IC卡感应模块时钟模块LCD显示STC89C52单片机烟雾传感器人体红外传感器温度传感器图1 系统总体设计框图2.2 设计原理本设计智能宿舍，从控制方面来讲可以分成五部分。一是：该体系是选用STC89C52单片机作为整个系统的处理器。二是：GSM主机系统，该主机系统最重要的部分是TC35模块，其具有标准的AT命令接口，可以提供GSM短消息等业务。上述两者可通过串

13、行口通信。三是：RFID射频IC卡感应模块。该系统可以智能识别我们的金龙卡和识别不同金龙卡的序列号，从而可以统计出谁的卡识别次数最多及控制开关门和人体红外传感。四是：时钟系统，通过1302芯片来实时显示时间等信息。该设计的智能宿舍系统工作流程如下：首先先对系统进行连线，确定系统接线没问题后再进行上电，首次上电要对时钟模块进行设置和调整，并将时间和温度显示在LCD上。然后时钟就由时钟模块自带的电池开始计时。当时间到达设定闹钟时蜂鸣器响10S。IC卡感应模块不断地感应是否有卡。如果有卡时判断是否是主人的卡，是的就将单片机的管脚给低电平，LED亮代表开门，并有2S的感应响声。然后将人体红外感应关闭。

14、对GSM 模块进行初始化设置及网络注册，上述操作完成后接着转入对GSM 模块的短信收发监控。如果温度传感器感应到温度过高时会将温度过度的信息经过GSM发送给主人的手机并且蜂鸣器会长响，直到温度不超过设定值。如果烟雾传感器感应到有煤气时会将有煤气信息经过GSM发送给主人的手机并且蜂鸣器会长响，直到煤气不超过设定值。如果卡不是主人，则继续感应是否为主人的卡。如果IC卡没有感应到有卡，则对GSM 模块进行初始化设置及网络注册，上述操作完成后接着转入对GSM 模块的短信收发监控。如果人体红外传感器感应到有人时会将有小偷的信息经过GSM发送给主人的手机并且蜂鸣器会长响，直到感应不到有小偷。如果温度传感器

15、感应到温度过高时会将温度过度的信息经过GSM发送给主人的手机并且蜂鸣器会长响，直到温度不超过设定值。如果烟雾传感器感应到有煤气时会将有煤气信息经过GSM发送给主人的手机并且蜂鸣器会长响，直到温度不超过设定值。2.3 功能介绍 本设计系统为智能化宿舍提供了很好的解决方案。主人可通过智能系统对保护宿舍里的财产甚至生命安全，并能显示时间和温度，与此同时还有响钟功能。用户在外时可通过手机实时知道宿舍的情况，在宿舍时也可看时间和温度，不管白天和黒夜都可以实时检测，并且实现金龙卡一卡多用的功能。 此智能宿舍的具体功能如下：（1）时钟闹钟:能起床唤醒功能由日历模块，蜂鸣器共同实现。日历模块是智能唤醒唤醒模块

16、的“大脑”，由1602液晶显示器和键盘，你可以手动设置时间通过键盘。液晶上显示年月日，星期，当前时间以及起床时间和温度。液晶上显示的日期时间数据是用1302实现。（2）金龙卡感应开门：当人进入宿舍时，必须先用IC卡进行信息读取，才能关闭热释电红外传感器，否则将会启动蜂鸣器报警，并发送短信通知宿主。（3）安防警报:防火防盗功能由DS18B20温度芯片、热释电红外线传感器， 烟雾传感器，GSM几个模块组成。能对小偷、火灾、甲烷、液化气可燃气体外漏报警。（4）手机远程通讯:宿舍防盗系统可以给GSM模块发送报警信号，而GSM模块 接收到报警后，继而给手机发送警报信息，提醒主人。3.单片机系统概述、硬件

17、设计及软件编程3.1单片机系统概述如今电子技术的发展与进步，电路系统也向集成度极高的方向发展。CPU的制造技术，实现全面，实用技术，发展。单片机控制系统中的应用越来越普遍。要实现单片机系统的设计要具备一些基本的硬件知识；其次，需要设计软件的能力，可以根据系统的要求，对计划的需要灵活的设计；最后，还必须掌握模块的控制和调试测量的方法。 3.1.1 STC89C52功能概述高速、低功耗、超强抗干扰的STC89C52单片机是一款指令代码与传统8051内核单片机的指令完全兼容，传统8051单片机用户可以轻松对STC89C52RC的进行开发使用4。 STC89C52RC单片机的主要特点 图1 STC89

18、C521).可任意选择时钟和机器周期；2). 工作电压：5.5V3.3V ；3). 有0到40MHz的工作频率范围； 4). 用户应用程序空间为 8K 字节 ；5). 片上集成 512 字节 RAM ；6). P0 端口加上拉电阻作为 I/O 口用，P1、P2、P3、P4 是准双向口；7). 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2；8).可实现多个通用异步串行口（UART）5 单片机模块主要电路 (1)单片机的复位电路主要是通过上电复位电路，电容器为10UF的电解电容，上电后复位引脚产生高电平使其复位，该高电平至少要持续两个机器周期，然后电容器充电，使复位端为低电平，该

19、电路如图2所示。 图2 单片机复位电路图(2)单片机采用外部晶振电路，晶振频率为11.0592MHZ，两个电容的作用是快速起振及稳定频率，电容值在530pF,本设计采用两颗瓷片电容C3、C4都为30pF，晶振和电容都是无方向的，电路如图3所示。 图3 单片机晶振电路图3.2 GSM网络TC35模块GSM网络实现互连，并在全球范围内漫游。因此，发送和接收信息的短信模块使用实时，方便，快速等优点，是智能人机通信模型的重要手段，目前在各种智能系统中具有广泛的应用。TC35是GSM网络中一款优秀的产品。3.2.1 TC35模块简介 当指示灯灭的时候表示TC35并于关闭的状态，它将处在休眠或报警的其中一

20、种模式，如果长时间还出现每隔600 ms亮一次每隔600ms灭一次的状态时,表示未连网络或在连网中，一旦出现每隔75ms 亮一次每隔3s灭一次的状态时，表示网络注册成功。网络注册成功后当LED 灯亮时表示正在数据呼叫，建立或者完毕时的状态。3.2.2 TC35模块的电路设计图西门子公司设计的TC35是一款具有高集成度的双频GSM模块。在GSM网络高速发展的今天，TC35它更易于通信，能够用较短的时间发信息到宿舍主人的手机上。 图4 TC35电路设计 3.2.3 AT指令简介(1) AT是ATTENTION的简写，AT指令可以实现对移动终端的控制，与GSM或GPRS网络业务进行交互。用户可通过A

21、T指令控制TC35进行语音呼叫、短信消息收发、GPRS业务等方面。(2) AT指令是一套完整的用于对GSM模块控制的命令。在本设计系统中，单片机通过串行口发AT指令实现短信功能。AT指令要以回车键结尾才有效的。相应的AT指令如下。 AT 握手命令；AT+CMGF 选择信息格式，有TEXT和PDU两种方式；AT+CMGW 写短信息并存储；AT+CMGS TC35向外发送一个短信消息命令；AT+CMGR 读取SIM卡内存短信消息命令；3.2.4 AT指令收发短信消息(1) 短信消息：具有实现方便、费用低廉、覆盖范围广等特点，近年来得到越来越广泛的应用和开发商的投资，短消业务现已应用在多种场合。Se

22、nd_ASCII("AT+CMGF=1"); /设置短信为TEXT模式Send_Hex(0x0d); /发送回车符Send_Hex(0x0a); /发送换行符 Send_ASCII("AT+CMGS="""); /发送对方手机号码Send_Hex(0x0d); Send_Hex(0x0a); Send_ASCII("Send_Hex(0x1A); 通过以上步骤，TC35就可以向手机发送一条内容为的短信消息了。3.2.5 TC35模块调试步骤 将硬件接好再调试模块，因此拿到板子接入电源时，先确认电源为5V1A的电源适配器，这时

23、接口旁边的指示灯会亮起来。说明已经上电了。再将SIM电话卡接入到SIM卡口上,翻回来按下搜索网络的按键，10s左右的时间后如能搜索到网络则会变为75ms亮3s灭的状态！这说明模块已经联网成功！3.3 时钟模块3.3.1 时钟模块简介 DS1302 是含有一个实时时钟和31 字节静态RAM的涓流充电时钟芯片，该芯片通过简单的串行接口与单片机进行通信；实时时钟可以提供秒、分、时、日、周、月、年的信息并且能自动调整每月的天数和闰年的天数；该时钟操作通过AM指示采用24小时格式；DS1302 与单片机之间主要采用同步串行的方式进行通信，这种通信只需要用到三个口线，分别是RST 复位、I/O 数据线和S

24、CLK串行时钟；时钟芯片的读和写数据是以一个字节甚至多达31 个字节的字符组的方式来进行通信7。3.3.2 时钟模块硬件电路图图5 时钟1302模块电路图3.4 RFID感应模块3.4.1 RC522简介 应用于13.56MHz非接触式通信的MF RC522是中高集成度的读写卡芯片，它需要用到大学现代通信原理的调制和解调知识，通过集成在13.56MHz的被动非接触式通信方式和协议下，达到支持14443A兼容应答器信号。数字信号处理和检测有问题的帧。还能对CRYPT进行加密运算。MF RC522支持MIFARE系列更高速的非接触式通信，双向数据传输快且准确。MF RC522与单片机机之间通信采用

25、SPI模式有利于降低成本、减少连线等。3.4.2 RFID模块简介 RFID模块用RC522芯片设计读卡电路，因为成本低廉，使用方便而得到家庭和学校宿舍的广泛使用。该模块可以直接加载到各种读卡器模具。模块的电压是3.3V,只要接好简单的线就能与单片机相连接和通信；该系统可以智能识别是否为主人的金龙卡，如果是的话通过单片机控制引脚发送低电平并响蜂鸣器，否则无反应。 3.4.3 RFID感应模块参数和电路设计工作电压和电流： 3.3V/13 -26mA休眠电流：<80uA峰值电流：<30mA工作频率：13.56MHz产品特性：尺寸：40mm×60mm环境温度： 20-80度图

26、6 RFID感应模块电路图3.5 传感器模块3.5.1 温度传感器图7 18B20温度传感器 DS18B20它的线路相对简单，体积也较小。所以用它来组成一个能够测温并且能够实现温度过高时报警系统，因为线路简单，只要用到一根通信线，比较方便。所以只要温度超过预设值，温度传感器就会通过单片机控制引脚发送低电平，就会把信息发送给主人手机和响蜂鸣器。3.5.2 烟雾传感器图8 烟雾传感器 烟雾传感器的传感材料是二氧化锡，因为它在新鲜空气中电导率较低而被选用。一旦烟雾传感器检测到可燃可爆气体时，它的电导率将随着可燃可爆气体浓度的变化而变化。而且烟雾传感器的检测灵敏度较高。所以选用这种传感器可检测多种可燃

27、性气体智能宿舍中的烟雾传感器通过单片机控制引脚发送低电平，就会发信息给主人手机和响蜂鸣器。3.5.3 人体红外传感器 图9 人体红外传感器 人体红外感应模块是基于红外线技术的自动控制产品。因为它的灵敏度高、和低功耗而被广泛使用,特别是可供电的自动控制产品。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号8。智能宿舍中的人体红外通过单片机控制引脚发送低电平，就会发信息给主人手机和响蜂鸣器。它的功能特点如下：1、当有人在它的感应目标范围有高电平输出，人不在感应目标范围后就先延时一段时间再输出低电平。2、要尽

28、可能地减少灯光近距离对照表面的透镜，否则会产生干扰信号从而作出错误的判断；其次使用环境也尽量避免有风吹，风吹也会造成干扰。3、如果有人横方向经过时,感应会比较灵敏，而一旦人体从竖方向走过时，感应不灵敏甚至不工作；所以安装时尽可能保证人体经过时感应更灵敏。 3.6蜂鸣器和LED提醒电路 当主人开门时蜂鸣器响三响同时LED发光二极管会亮，主人关门时蜂鸣器响三响同时LED发光二极管会灭，这可以提醒主人宿舍门是否已开和关。当闹钟时间到时蜂鸣器会响10s，当有报警情况出现时蜂鸣器会长响。原理是只要两端加入直流电压就会产生声音，该电路是利用单片机控制引脚发送低电平时，PNP三极管作为开关就会导通，蜂鸣器两

29、端产生电压就会发出响声，当不断控制引脚高低电平变换，就会产生声音变换，当单片机控制引脚发送低电平时会亮，给高电平时会灭。 蜂鸣器和LED灯电路如图13。图10 蜂鸣器和LED提醒电路3.7软件编程3.7.1 语言 MCU所用的语言随着时代的发展而发展，从机器语言到汇编语言，再从汇编语言到C语言。一步步地走向高级和便利。我们电子信息工程在大学所学的汇编指令，是能够在计算机上直接执行二进制机器码。计算机每执行一个指令都能在汇编语言的每个操作中找到对应的语言。不过因为汇编语言在开发和调试程序时好困难，同时也因为没有结构性从而使程序阅读、改进比较困难。C语言不仅简单易懂，而且速度快，结构简洁。我们可以

30、对C语言系统建立一个专门的函数库，这样子我们就可以根据我们的需要对其进行调用，再进行少量的修改以适应我们所需要的程序就可以了。因为它支持分别编译，所以C语言可以让我们更方便地管理大的项目，最大限度地节省时间和精力。3.7.3 软件1） Keil uVision42）STC_ISP_V481Keil uVision4软件主要用于编程及生成STC89C51所用的hex文件。操作步骤主要为： 建立工程 建立c文件 编译成功并生成hex文件STC_ISP_V481软件主要用于把编译好的hex文件下载到单片机上。具有下载电路制作简单，成本低的特点，广为单片机爱好者使用。主要步骤为： 选择所用的单片机 打

31、开hex文件所在位置 点击download，为单片机上电 4.总系统流程图、实物图片及部分演示图片4.1 使用说明流程先将4.2 系统实物图片通过查阅相关资料及IC说明文档PDF，选择合适的元件，画出本系统的设计原理图。然后根据电路走线、元件的大小等因素，进行元件布局、电路板的焊接和最终的软件调试，终于制作出了完整的符合功能要求的智能宿舍。完成设计制作后的设计系统实物如图18所示。4.3 部分演示图片针对本次智能宿舍的设计，截图出了宿舍LCD显示和报警的部分界面，分别显示如下几图。智能宿舍系统上电后时刻显示年月日时分秒星期等时间和温度，RFID感应完主人的刷卡，此时还没有出现报警，如图19所示

32、； 智能宿舍系统在传感器报警后发送相应的报警信息给主人手机，比如当人体红外传感器在没有得到主人刷卡而进来就会把Thiefs are coming!信息发给主人的手机；当烟雾传感器感应到有烟雾时会把coal gas leakage！信息发给主人的手机；当温度传感器到达一定的温度时就会把your house has got fire!如图20所示；5.总结5.1设计总结和不足根据学生生活和学校住宿等情况，设计一种合理的学生宿舍实现智能化的方案，建立一套基于51单片机控制的智能宿舍系统，本设计采用人体红外感应模块、18B20芯片的温度传感器和烟雾传感器检测信号，还实时显示年月日时分秒时间和闹钟时间及实时温度。有时钟闹钟:能起床唤醒功能由日历模块，蜂鸣器共同实现。日历模块是智能唤醒唤醒模块的“大脑”，由1602液晶和键盘组成，你可以通过键盘手动设置时间和闹钟起床时间。液晶LCD还显示年月日，星期，当前和起床的时间及温度。液晶上显示的日期时间数据是用1302实现。用金龙卡感应开门：当人进入宿舍时，必须先用IC卡进行信息读取，才能关闭热释电红外传感器，否则将会启动蜂鸣器报警，并发送短信通知宿主。能安防警报:防火防盗功能由DS18B20温度芯片、热释电红外线传感器，烟雾传感器，GSM这四个模块一起实现。能对小偷、火灾、甲烷、液化气可燃气体外漏报警。通过手机远程通讯:宿舍防盗系