基于Arduino的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)[共17頁]

1、目錄1 設(shè)計(jì)背景及概述21.1 研究目的和意義21.2 應(yīng)用背景21.3 社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益32 項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理42.1 原理概述42.2 硬件設(shè)計(jì)原理42.3 設(shè)計(jì)框圖122.4 軟件設(shè)計(jì)原理及思想123 操作流程、實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程133.1 操作流程133.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程134 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決情況135 附程序源代碼參數(shù)設(shè)計(jì)146 設(shè)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)及參數(shù)157 完成情況及結(jié)果158 設(shè)計(jì)者對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述及通過設(shè)計(jì)的收獲體會(huì)159 參考文獻(xiàn)171 設(shè)計(jì)背景及概述 1.1 研究目的和意義隨著社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)的更新，物聯(lián)網(wǎng)理念如今已經(jīng)逐漸深入人心，并隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)

2、展逐漸觸及社會(huì)的每一個(gè)角落。一個(gè)智能化的控制系統(tǒng)，不僅能夠幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。1 但很少有將這種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于大學(xué)生宿舍。然而，隨著各大高校的擴(kuò)張，在校大學(xué)生的人數(shù)越來越多，學(xué)生宿舍的不穩(wěn)定因素因素也越來越多，在當(dāng)代社會(huì)信息化、智能化快速發(fā)展的背景下，基于這些因素，設(shè)計(jì)了“智慧宿舍”系統(tǒng)來對(duì)學(xué)生宿舍經(jīng)行管理是有現(xiàn)實(shí)意義的。1.2 應(yīng)用背景自從1984年后，美國(guó)、歐洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的西方國(guó)家和部分電子行業(yè)先進(jìn)的東南亞國(guó)家，看到了智能家居存在的巨大的潛在市場(chǎng)價(jià)值后，紛紛投入人力物力進(jìn)行相關(guān)研究。由

3、于西方等國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)當(dāng)時(shí)走在世界前列，他們?cè)谶@方面的研究也相對(duì)深入。人工智能是人類發(fā)展進(jìn)步的重要環(huán)節(jié)，還在很早的時(shí)候，人們就開始在文學(xué)作品和影視作品中幻想著先進(jìn)的智能控制技術(shù)，例如熟知的巧啦夢(mèng)和變形金剛等，機(jī)器人和智能家居都是人工智能研究的重要方向，其目的都是為了極大的方便人類的生活，增強(qiáng)社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)化會(huì)發(fā)展。由于西方等國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)當(dāng)時(shí)走在世界前列，他們?cè)谶@方面的研究也相對(duì)深入。特別是1998年在新加坡舉辦的亞洲電器與電子消費(fèi)品博覽會(huì)上推出的未來之家智能家居系統(tǒng)深受用戶的好評(píng)，當(dāng)時(shí)的功能已經(jīng)包括：抄表、部分家電控制、電話接入、智能布線箱等，這個(gè)成功的案例為智能家居研

4、究人員指明了方向，也初步定義了智能家居的功能需求。當(dāng)然隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活品質(zhì)的要求也在不斷提升，相應(yīng)的功能要求也隨之不斷更新。國(guó)內(nèi)相比西方發(fā)達(dá)國(guó)家來說起步較晚，1994年才從美國(guó)等發(fā)這國(guó)家首次進(jìn)曰智能家居設(shè)備，真正開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究也就是從2000年開始，我國(guó)才有了具有獨(dú)立自主研發(fā)功能的相關(guān)公司。所以國(guó)內(nèi)智能家居的研究大概可被分為以下幾個(gè)階段：萌芽期：整個(gè)行業(yè)還處在一個(gè)熟悉概念、產(chǎn)品認(rèn)知的階段，國(guó)內(nèi)沒有專業(yè)的智能家居生產(chǎn)廠商，只是有個(gè)別的廠商代賣美國(guó)的一些概念產(chǎn)品，實(shí)際效果更偏向于“家居自動(dòng)化”。徘徊期：送個(gè)階段，大量的企業(yè)開始著手做智能家居，雖然在功能上實(shí)現(xiàn)了一定的“智能化

5、”，但大部分廠商盲目夸大其實(shí)際作用，使得用戶的認(rèn)同感很差，很多廠家都在這個(gè)時(shí)期夭折。融合發(fā)展期：近些年，隨著物聯(lián)網(wǎng)研究的不斷深入，家庭網(wǎng)絡(luò)和信息家電的高度融合使得智能家居不斷發(fā)展，生產(chǎn)研發(fā)開始正規(guī)化，價(jià)格也趨于“平民化”，加之國(guó)家政策的不斷傾斜，智能家居正在迎來一個(gè)嶄新的發(fā)展機(jī)遇期，向著真正意義上的“智能家居”又開始大踏步的向前走2。由此可看出，國(guó)內(nèi)的智能家居還處于一個(gè)比較低層次的階段，智能家居系統(tǒng)的集成性、系統(tǒng)性還不夠完善叫但也可從另一方面可看出智能家居在國(guó)內(nèi)還有很大的潛在開發(fā)價(jià)值，一些知名的企業(yè)如天津瑞朗，青島愛爾豪斯，海爾，華為等已經(jīng)在智能家居方面做了不少研究。而對(duì)于大學(xué)生來說，宿舍就是

6、大學(xué)生的家?，F(xiàn)在大學(xué)生已經(jīng)充分享受到了科技帶來的諸多便利，但“智能家居”卻并沒有在校園宿舍中得到應(yīng)用和發(fā)展，智慧宿舍的發(fā)展正處于空窗期。經(jīng)調(diào)查智慧宿舍在經(jīng)濟(jì)方面是大學(xué)生可以接受的。相關(guān)元器件價(jià)格不斷下降，技術(shù)越來越成熟，使得智能宿走進(jìn)了我們普通人的生活。其系統(tǒng)功耗低、操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性好。系統(tǒng)主要應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代化電子通信技術(shù)，具有多項(xiàng)功能。具有性能穩(wěn)定、能全天候工作、耗電省，安裝使用方便等特點(diǎn)。研究目的基于生活的便捷及高效的方向出發(fā)，主要是為了改進(jìn)當(dāng)下宿舍的監(jiān)控方式落后及使用不方便等缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的智能代替了傳統(tǒng)設(shè)備手動(dòng)機(jī)械控制，不僅效率高、成本低、使用方便、可控性強(qiáng)，更能提升安

7、全性性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境3。1.3 社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益如今在學(xué)校的寢室里,學(xué)生貴重物品被盜、由于學(xué)生過失而引起著火等事故時(shí)有發(fā)生,這些都是一直以來困擾著學(xué)生、學(xué)工以及學(xué)校保衛(wèi)處的“大問題”。傳統(tǒng)的防范措施存在很大的弊端,比如當(dāng)事故發(fā)生時(shí),防護(hù)鐵門、鐵欄桿就會(huì)成為主人逃生的最大障礙。而采用智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng),便能很好地解決此類問題了。但是市場(chǎng)上防火防盜系統(tǒng)價(jià)格對(duì)大學(xué)生來講過高,本系統(tǒng)便是針對(duì)大學(xué)宿舍,從低成本的角度來設(shè)計(jì)制作的4 。以保證學(xué)生人身及財(cái)產(chǎn)安全免受損失，在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮到許多理論與實(shí)際的問題，對(duì)所有的技術(shù)運(yùn)用做一個(gè)總結(jié)，探索出了一種適合學(xué)生宿舍使用

8、并且價(jià)格合理的智能安防系統(tǒng)，在極大提升學(xué)生宿舍的安全系數(shù)的同時(shí)，成本控制在兩百元以下，易于推廣容易被廣大學(xué)生所接受。2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理 2.1 原理概述智慧宿舍的主控芯片采用Arduino，其優(yōu)勢(shì)就在于其開發(fā)方便，兼容性好，處理速度快。系統(tǒng)分為5部分：Arduino核心板，煙霧監(jiān)測(cè)模塊，GSM模塊及熱釋紅外模塊，蜂鳴器或語音模塊。如圖1所示，Arduino核心板負(fù)責(zé)一系列狀態(tài)檢測(cè)，數(shù)據(jù)處理，邏輯處理及執(zhí)行控制。煙霧監(jiān)測(cè)模塊用于檢測(cè)煙霧，當(dāng)宿舍發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生煙霧時(shí)，可感知煙霧并將當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送至Arduino核心板。熱釋紅外模塊用于檢測(cè)是否有人經(jīng)過，當(dāng)宿舍人員全部離開后，安防系統(tǒng)開始工作；當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)

9、可感應(yīng)到有人非法闖入，并將次狀態(tài)發(fā)送至Arduino核心板。GSM模塊用于發(fā)送手機(jī)短信，當(dāng)盜竊、火災(zāi)等事故發(fā)生時(shí)，通過Arduino核心板的控制可使該模塊向固定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，提示用戶。蜂鳴器或語音模塊用于語音報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)意外狀況時(shí)，發(fā)出警報(bào)聲。2.2 硬件設(shè)計(jì)原理2.2.1 主控芯片ArduinoArduino是近年來快速流行起來的一種控制器,它是一個(gè)硬件平臺(tái)，使用的核心是一個(gè)AVR芯片，整塊控制板類似于單片機(jī)開發(fā)板，但是在功能上強(qiáng)大了很多。Arduino是一款便捷靈活、方便開發(fā)者使用和上手的開源電子原型平臺(tái)，包含各種型號(hào)的Arduino板及擴(kuò)展板硬件資源和ArduinoIDE軟件資源。A

10、rduino不僅僅是全球最流行的開源硬件，也是一個(gè)優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺(tái)，更是當(dāng)前硬件開發(fā)的趨勢(shì)。Arduino 構(gòu)建開放源代碼的simple I/O接口板，使用Java，C語言的Processing/Wiring 開發(fā)環(huán)境。開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單、易理解，使用者可以快速做出有趣的東西。Aduino可以配合LED燈、蜂鳴器、按鍵、光敏電阻等電子原件一起工作。我們所使用的ArduinoUNO是目前使用最廣泛的Arduino控制器，具有Arduino UNO時(shí)Arduino USB接口系列的最新版本，電路如圖 1所示。作為Arduino 平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)模板。UNO的處理器核心是ATmega328，它包括1

11、4路數(shù)字輸入/輸出接口（其中6路可作為PWM輸出，6路模擬輸入），一個(gè)16MHz晶體振蕩器，一個(gè)USB接口,一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSP接口和一個(gè)復(fù)位按鈕，。在掌握了ArduinoUNO開發(fā)技術(shù)以后，就可以將自己編寫的代碼輕松地移植到其他型號(hào)的控制器上，可以用來開發(fā)交互產(chǎn)品，比如可以讀取大量的開關(guān)和傳感器信號(hào)，并且可以控制各式各樣的電燈、電機(jī)和其他物理電子設(shè)備等5。Arduino的優(yōu)勢(shì)就在于其開發(fā)方便，兼容性好，處理速度快。對(duì)Arduino的編程是利用 Arduino編程語言 (基于 Wiring)和Arduino開發(fā)環(huán)境(基于 Processing)來實(shí)現(xiàn)的?；贏rduino的項(xiàng)目，可以只包

12、含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信 (比如 Flash, Processing, MaxMSP)來實(shí)現(xiàn)。Arduino具有一下特色：1. 開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口可免費(fèi)下載，也可以依需求自己修改。2. 使用低價(jià)位的微處理控制器，（AVR系列控制器），可以采用USB接口供電，也可以使用外部DC 9V電源。3. Arduino支持ISP在線燒寫，可以將新的bootloader固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，就可以通過串口或者USB轉(zhuǎn)RS232的轉(zhuǎn)換線來更新固件。4. 可依據(jù)官方提供的Eagle格式的PCB和SCH電

13、路圖簡(jiǎn)化Arduino模組，完成獨(dú)立運(yùn)行的微處理；可簡(jiǎn)單地與傳感器、各式各樣的電子原件連接（例如：熱敏電阻、光敏電阻、伺服電機(jī)等）。5. 支持多種互動(dòng)程序，如：Flash、Max/MSP、VVVV、PD、C、Processing等。6. 應(yīng)用方面，利用Arduino，突破了以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤、CCD等輸入裝置互動(dòng)的限制，可以更簡(jiǎn)單地完成單人或多人互動(dòng)游戲。5圖 1 Arduino UNO Rev3電路圖2.2.2 煙霧檢測(cè)模塊煙霧濃度的傳感器經(jīng)過與其他產(chǎn)品比較后，采用的是MQ-2型煙霧傳感器，該傳感器采用的是在正?？諝庵须妼?dǎo)率較低的二氧化錫，當(dāng)可燃?xì)怏w外泄時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中雜質(zhì)氣體

14、濃度的增加而增大，即可通過高低電平的變化來判斷煙霧濃度的大小。性能參數(shù)如表1，圖2為MQ-2型煙霧探測(cè)傳感器器對(duì)于不同氣體的探測(cè)靈敏度?？梢杂糜诩彝ズ凸S的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、煙霧等的探測(cè)；模塊特色：1、 采用優(yōu)質(zhì)雙面板設(shè)計(jì)，具有電源指示和TTL信號(hào)輸出指示；2、具有DO開關(guān)信號(hào)（TTL）輸出和AO模擬信號(hào)輸出；3、TTL輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)或繼電器模塊）4、模擬量輸出電壓隨濃度越高電壓越高。5、對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度。6、有四個(gè)螺絲孔便于定位；7、產(chǎn)品外形尺寸：32(L)*20(W)*22(H)8

15、、具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性9、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 電氣性能：輸入電壓：DC5V 功耗（電流）：150mADO輸出：TTL數(shù)字量0和1（0.1和5V）AO輸出：0.1-0.3V（相對(duì)無污染），最高濃度電壓4V左右特別提醒：傳感器通電后，需要預(yù)熱20S左右，測(cè)量的數(shù)據(jù)才穩(wěn)定，傳感器發(fā)熱屬于正?，F(xiàn)象，因?yàn)閮?nèi)部有電熱絲，如果燙手就不正常了。接線方式：1、VCC:接電源正極（5V）2、GND:接電源負(fù)極3、DO:TTL開關(guān)信號(hào)輸出4、AO:模擬信號(hào)輸出表1 MQ-2型煙霧傳感器參數(shù) 產(chǎn)品名稱 MQ-2型煙霧傳感器 測(cè)試范圍 30010000ppm 適用氣體 可燃?xì)怏w、煙霧 響應(yīng)時(shí)間 10s 工作

16、條件 環(huán)境溫度：20+55；濕度：95RH 工作電壓 5.0V0.2V 圖2MQ-2對(duì)于各類氣體的靈敏度特怯曲線宿舍火災(zāi)事故是危害用戶安全的極大隱患，因此第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警處理極為重要，本設(shè)計(jì)采用了MQ-2型煙霧傳感器、GSM報(bào)警模塊等，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)情況的及時(shí)報(bào)警和簡(jiǎn)單處理。MQ-2型煙霧傳感器采用此傳感器的目的就是為了宿舍內(nèi)部著火后產(chǎn)生巨大濃煙，導(dǎo)致人員窒息。煙霧傳感器就是MQ-2為主體，加入運(yùn)放電路，通過當(dāng)前值和標(biāo)準(zhǔn)闊值進(jìn)行比較，通過電位差來體現(xiàn)是否有煙霧，并完成后端工作。圖3為煙霧傳感器模塊的電路圖圖3煙霧傳感器模塊電路圖如果環(huán)境中產(chǎn)生較大煙霧，則煙霧傳感器通過當(dāng)前煙霧濃度值與標(biāo)準(zhǔn)闊值進(jìn)行比

17、較，通過運(yùn)放電路，產(chǎn)生高電平，從OUT端口輸出，進(jìn)入控制板A5端口，控制板接收到高電平后，認(rèn)為環(huán)境中有煙霧，D5、D10端口輸出高電平，控制蜂鳴報(bào)警器。此外，同時(shí)通過串口產(chǎn)生控制信號(hào)，通過GSM模塊向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.2.3 HC-SR501熱紅外模塊該設(shè)計(jì)中，紅外傳感器模塊選用普通型人體熱釋電紅外傳感器 HC-SR501，這是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線的新型高靈敏度紅外探測(cè)元件。通過非接觸式檢測(cè)人體紅外能量的變化，將輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，并對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行放大6。因此，它可以用來使電源開關(guān)控制器和防火災(zāi)報(bào)警等。被動(dòng)的紅外報(bào)警主要是在結(jié)構(gòu)上使用，不需要發(fā)送任何形式的能量，該模塊

18、只需要接收自然能量就可以達(dá)到檢測(cè)的目的6。其電氣參數(shù)如表2。表2 HC-SR501熱紅外模塊電氣參數(shù)產(chǎn)品名稱HC-SR501熱紅外模塊工作電壓直流電壓4.5-2V靜態(tài)電流50uA電平輸出高3.3V/低0V觸發(fā)方式L不可重復(fù)觸發(fā)/H可重復(fù)觸發(fā)延時(shí)時(shí)間5-200s（可調(diào)）可制作范圍零點(diǎn)幾秒到幾十分鐘封鎖時(shí)間5.2s（默認(rèn)）可制作范圍零點(diǎn)幾秒到幾十秒技術(shù)參數(shù)：1.工作電壓：DC5V至20V2.靜態(tài)功耗：65微安3.電平輸出：高3.3V，低0V4.延時(shí)時(shí)間：可調(diào)(0.3秒18秒)5.封鎖時(shí)間：0.2秒6.觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)，默認(rèn)值為H7.感應(yīng)范圍：小于120度錐角，7米以內(nèi)8.工作溫度：-

19、15+70度9.PCB外形尺寸：32*24mm，螺絲孔距28mm，螺絲孔徑2mm，感應(yīng)透鏡尺寸：(直徑)：23mm(默認(rèn)) 功能特點(diǎn)：1.全自動(dòng)感應(yīng)：當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸入高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平。輸出低電平。2.光敏控制(可選）：模塊預(yù)留有位置，可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。光敏控制為可選功能,出廠時(shí)未安裝光敏電阻。如果需要，請(qǐng)另行購買光敏電阻自己安裝。3.兩種觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)?？商€選擇，默認(rèn)為H。 A.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖健?B.可重復(fù)觸發(fā)方式： 即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，

20、如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖?感應(yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn))。4.具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置：0.2秒)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn)(感應(yīng)輸出時(shí)間和封鎖時(shí)間)兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。5.工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓DC5V至20V6.微功耗：靜態(tài)電流65微安，特別適合干電池供電的電器產(chǎn)品。7.輸出高

21、電平信號(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接。本項(xiàng)目將人體紅外探測(cè)器放置在宿舍門處，當(dāng)有人從門進(jìn)入時(shí)，產(chǎn)生紅外熱感應(yīng)信號(hào)，探測(cè)器收到信號(hào)是產(chǎn)生一個(gè)高電平信號(hào)給Arduino控制板端口，控制板根據(jù)接收到的高電平，產(chǎn)生控制信號(hào)，使得蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，如果是合法用戶進(jìn)入，則用戶可自行按下控制按鍵，使其保持休眠狀態(tài)：如非法用戶進(jìn)入，未按下控制按鍵，則其會(huì)持續(xù)報(bào)警，并在幾分鐘后，向GSM模塊發(fā)出指令，通過GSM模塊向用戶發(fā)送報(bào)警指令。2.2.4 GSM模塊本設(shè)計(jì)中采用的GSM模塊是由SIM900A小型模塊作為核心的模塊，選用SIM900A作為GSM模塊的核也也是因?yàn)槠涔牡?、模式多、功能多、系統(tǒng)可靠性高。使用工業(yè)

22、標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800MHz功能的SIM900A以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。SIM900A能滿足M2M幾乎所有應(yīng)用要求，尤其是小巧、緊湊型的設(shè)計(jì)?；咎攸c(diǎn)： 雙頻GSM/GPRS 900/ 1800 MHz GPRS (class 10/8)標(biāo)準(zhǔn) GPRS（class B） 滿足GSM（2/2+）標(biāo)準(zhǔn) Class 4（2W850/900MHz） Class 1 (1W1800/1900MHz) 尺寸：24 mmx24 mmx3mm 重量：3.4g 通過AT命令控制（GSM07.07，07.05和增強(qiáng)AT命令） SIM應(yīng)用工具包 支持

23、電壓范圍3.4V.4.5V 休眠狀態(tài)功耗1.5mA 支持用戶定制的MMI和鍵盤/LCD，SPI/I2C/GPIO/PWM/ADC接口，支持RTC (Real-Time Clock )，全功能UART接口，天線連接器和天線焊盤 內(nèi)嵌強(qiáng)大的TCP/IP協(xié)議棧，支持多IP連接 低功耗正常操作溫度：-30C to +80C該模塊通過TX/RX端口和主板進(jìn)行串口通信，在其使用前，必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)配置。GSM模塊的配置是串口通信進(jìn)行配置的，首先將該GSM模塊通過USB232模塊和PC機(jī)進(jìn)行連接，通過串口調(diào)試助手對(duì)其進(jìn)行初步配置。GSM模塊采用指令進(jìn)行配置，本設(shè)計(jì)通過串口調(diào)試助手向其發(fā)送相關(guān)指令，第一步向G

24、SM模塊發(fā)送指令A(yù)T，GSM模塊返回OK，表明模塊運(yùn)行正常；第二步發(fā)送ATCSQ，GSM模塊返回當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量，一般大于10，即為信號(hào)強(qiáng)度較好，本設(shè)計(jì)返回值為17；第步發(fā)送ATCOPS，GSM模塊返回當(dāng)前所插入的GSM卡注冊(cè)到的網(wǎng)絡(luò)信息本設(shè)計(jì)中，使用的是移動(dòng)的3G卡，所返回的值為CHINAMONILE，此時(shí)已經(jīng)完成了初步的GSM配置指令。2.3 設(shè)計(jì)框圖煙霧檢測(cè)模塊Arduino核心板GSM模塊蜂鳴器電源熱紅外模塊2.4 軟件設(shè)計(jì)原理及思想基于Arduino的智慧宿舍項(xiàng)目是通過MQ-2模塊感測(cè)宿舍在無人值守時(shí)人體紅外以及HC-SR501模塊檢測(cè)宿舍空氣中的煙霧，在特定情況下向手機(jī)端發(fā)送短信或打電

25、話。因此在設(shè)計(jì)時(shí) 3 操作流程、實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程3.1 操作流程首先，Arduino板初始化串口，保證其與GSM模塊可正常通信；之后初始化GSM模塊，保證其能夠正常發(fā)送短信；并檢測(cè)煙霧檢測(cè)模塊和熱紅外是否正常工作。其次，當(dāng)各個(gè)模塊可正常工作后，再循環(huán)檢測(cè)是否出現(xiàn)煙霧，是否有人進(jìn)入宿舍，當(dāng)檢測(cè)到有人進(jìn)入時(shí)，發(fā)送短信并作相應(yīng)的語音提示或報(bào)警。7即當(dāng)宿舍發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生煙霧時(shí)，通過MQ-2型煙霧傳感器來探測(cè)煙霧濃度變化，當(dāng)有煙霧存在，則煙霧傳感器會(huì)將對(duì)應(yīng)端口置為高電平，并將當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送至Arduino核心板，此時(shí)Arduino會(huì)按預(yù)先設(shè)定好的指令，通過TX/RX串口向GSM模塊發(fā)送指令，進(jìn)而以電話的形式撥打

26、給用戶。熱釋紅外模塊用于檢測(cè)是否有人經(jīng)過，當(dāng)宿舍人員全部離開后，安防系統(tǒng)開始工作；當(dāng)有人進(jìn)入時(shí)可感應(yīng)到有人非法闖入，并將次狀態(tài)發(fā)送至Arduino核心，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)GSM模塊向固定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送短信，提示用戶。3.2 實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程1.分別測(cè)試MQ-2，HC-SR501，GSM模塊的各項(xiàng)功能2.通過串口輸出查看MQ-2，HC-SR501模塊的輸出參數(shù)以及各個(gè)參數(shù)的變化情況，持續(xù)時(shí)間。3.通過多次實(shí)驗(yàn)以及查找相關(guān)資料設(shè)定合適的傳感器檢測(cè)值。4.綜合各個(gè)模塊，測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)功能4 實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決情況1.初期通過arduino GSM庫來控制SIM900A模塊發(fā)送短信以及打電話不成功，可

27、能時(shí)由于模塊與庫文件不匹配，再該由串口發(fā)送AT指令，在AT指令控制過程中，發(fā)送短信的 一條指令 “Serial.print(0x1A)”，一直調(diào)不出來，后來查閱資料，改為Serial.write(0x1A)才實(shí)現(xiàn)了短信發(fā)送2.在測(cè)試HC-SR501模塊時(shí)，傳感器靈敏度過高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而導(dǎo)致GSM模塊一次性發(fā)送多條短信，通過調(diào)節(jié)傳感器靈敏度以及延時(shí)，再通由程序控制GSM短信發(fā)送延時(shí)，問題得以解決。3.MQ-2傳感器的問題在與監(jiān)測(cè)環(huán)境中氣體濃度的設(shè)定，經(jīng)過多次測(cè)試，設(shè)定為400ppm。5 附程序源代碼參數(shù)設(shè)計(jì)int redLED=7;/定義人體感應(yīng)傳感器由數(shù)字接口7傳遞數(shù)據(jù)int Sensor=

28、A0;/定義煙霧傳感器由模擬接口0傳遞數(shù)據(jù)int beep=13;/定義蜂鳴器接口為13boolean havepeople;/定義一個(gè)布爾變量為檢測(cè)人體的函數(shù)void setup() /開始函數(shù) Serial.begin(38400);/設(shè)置波特率 pinMode(beep,OUTPUT);/定義引腳模式void loop() /定義循環(huán)函數(shù) checkgas();/執(zhí)行檢測(cè)煙霧子程序 checkpeople();/執(zhí)行檢測(cè)人體子程序 if(havepeople)/如果檢測(cè)到人體 digitalWrite(beep,HIGH);/蜂鳴器接口輸出高電平 sendmessage();/發(fā)送著火警

29、告短信 delay(6000);/延時(shí)6s digitalWrite(beep,LOW); delay(10000);/延時(shí)10s void sendmessage()/定義發(fā)送短信子函數(shù) Serial.println(AT); delay(2000); Serial.println(AT+CMGF=1); delay(2000); Serial.println(AT+CMGS;/這里改成你的號(hào)碼 delay(2000); Serial.print(rn);/這里寫內(nèi)容 delay(2000); Serial.write(0x1A); /原來這里我是“Serial.p

30、rint(0x1A);”，一直調(diào)不出來，后來改了才成功了，void call()/定義撥打電話子函數(shù) Serial.println(AT);/設(shè)置電話號(hào)碼 void checkpeople()/定義檢測(cè)人體子函數(shù) havepeople=digitalRead(redLED);/將人體感應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)賦值給havepepple變量 Serial.println(havepeople);/串口輸出 void checkgas()/定義檢測(cè)煙霧子函數(shù) int val; /定義val變量 val = analogRead(0);/將煙霧傳感器的數(shù)據(jù)賦值給val Serial.println(val);/串口輸出 if(val 100)/如果數(shù)值超出正常范圍 digitalWrite(beep, HIGH);/蜂鳴器接口輸出高電平 call();/執(zhí)行撥打電話子函數(shù) 6 設(shè)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)及參數(shù)智慧宿舍設(shè)計(jì)在于當(dāng)人員離開宿舍后開啟智慧宿舍，宿舍有火情出現(xiàn)時(shí)，煙霧監(jiān)測(cè)傳感器感應(yīng)到煙霧，通過GSM模塊向固定的電話號(hào)碼撥打電話，或有人進(jìn)入宿舍時(shí)，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)