一套完整的家庭“安全卫士”系统方案解析

一、概述

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。由此，我们便以此为出发点，制定出了这个项目。
 
二、需求分析

2.1 功能要求

首先，本系统可以根据实际需要进行功能裁剪以节省成本。例如，当用户不需要LCD显示模块时，就可以省去LCD显示器部分，节省了系统成本。
 
其次，根据功能的可裁剪性，本设计可以灵活的运用于各种场合：家庭、办公室、工厂等。而且，本系统不仅适用于城市，也适用于农村。
 
最后，根据我们的观察，很多家庭、办公场所遇盗窃，遭火灾的根本原因是主人没有及时收到危险的信号，从而不能采取有效的预防措施。他们都很需要像本设计这样的一个智能家庭安全卫士系统。另外，现在的农村家庭，由于青壮年都外出打工，留守家里的都是一些老人、妇女、儿童等，他们很容易就会遭受到不法分子的侵袭。这个时候，家庭安全卫士系统就显得格外重要。
 
2.2 性能要求

我们设计的功能齐全的家庭卫士系统总体性能如下：

1. 防盗检测：红外模块检测的误差不超过0.1m
2. 光照传感器的精度：±5% 范围：10-2000Lux
3. 温度传感器准确度：±0.5%F.S
4.  煤气传感器（可燃气体、烟雾）检测浓度范围：300 —— 10000ppm
 
三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

图1：系统硬件结构框图

 
3.2 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了。
 
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：CO2传感器（采集二氧化碳的浓度数据）、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）等。
 
3.3系统软件架构

为了使编程开发模块化，也为了使软件运行起来保持稳定不死机，本方案计划将一个实时操作系统移植于AVR上。暂拟将小型实时操作系统UC/OS-II移植到AVR上，因为本次AVR芯片的片上资源（512KFlash、64KRAM）足以满足UC/OS的要求。这样，各个模块功能就可以很好的相对独立的运行（如软件流程所述，各个功能占据一个任务），整机的运行也不至于因为某个细节的出错而中断，能够很好的满足实时性的要求！选择这个RTOS不仅因为其代码量不大能很好的裁剪，也由于本人一直在使用UC/OS-II，相对来说对其移植、编程过程等都相当熟悉。
 
3.4 系统软件流程

图2：程序运行流程图

 
3.4 系统预计实现结果

（1）通过对室内温度、湿度、二氧化碳浓度以及光照强度的检测，实时报告家庭内的生活环境，并根据具体情况建议用户采取必要的措施等。
 
（2）将烟雾检测传感器、煤气检测传感器安装于厨房附近，实时采集其烟雾及煤气的浓度情况，当检测结果超过正常值时则预示有火灾迹象，此时通过GSM模块发消息通知用户，同时拉响家庭火灾警报。
 
（3）通过按键设置进出门的时间，若是在设置时间之内进出门，则不做报警处理；当进出门时间在设置时间之外时，做报警处理：需要输入密码，密码正确则不报警，密码错误则说明非法进入，应立即报警，同时发消息到用户手机。另外，在窗户也安装红外检测器，若是从窗户进入，则提示非法进入，直接报警。

 推荐阅读：

触控和显示的最新技术解析
可自动调节亮度+自动开关的智能台灯设计
下一代多功能航空航天通信系统设计
太阳能路灯远程无线监控节能系统方案设计