物联网的家居安防系统设计
摘 要本课题设计了一款物联网家居安防系统，整个系统分为了主机端和从机端两个部分，通过从机端实现对家居环境中的温度、烟雾数据的采集，随后将采集到的数据通过ZigBee通信方式发送到主机端进行显示和报警。整个系统采用了德州仪器公司推出的CC2530型号的ZigBee模块作为核心控制部分，硬件电路分为OLED12864液晶屏电路、DS18B20温度传感器电路、烟雾气体浓度检测电路和报警信号生成电路等。通过软硬件的设计，使得这款物联网智能家居系统最终能够实现对家庭环境中的气温实时值、烟雾是否超过设定标准等参数进行灵活的检测，检测结果以固定周期时间显示在高清晰度的OLED显示屏上，一旦数据出现异常将进行报警功能。为了对设计成果的各个环节进行验证，以便从验证结果实现对物联网家居安防系统的优化和改进，经过了多次的实验验证，本系统表现出了稳定的工作状态。
目录
一、 引言 6
（一） 物联网家居安防系统的发展背景 6
（二） 物联网家居安防系统的国内外发展现状 6
（三） 本文主要研究内容 7
二、 物联网家居安防系统的方案设计 8
1. 从机端方案设计 8
2. 主机端方案设计 8
三、 系统硬件设计 10
（一） 主机端硬件电路系统设计 10
1. CC2530微处理器简介 10
2. 参数显示电路设计 10
3. 蜂鸣报警器电路设计 11
（二） 从机端硬件电路设计 12
1. 从机端主控电路设计 12
2. 环境温度采集电路设计 12
3. 烟雾气体浓度检测电路设计 13
四、 系统软件设计 15
（一） 物联网家居安防系统的主程序流程设计 15
（二） 参数显示子程序流程设计 15
（三） 环境温度采集子程序流程设计 16
1. 写数据流程设计 16
2. 读数据流程设计 17
（四） 烟雾浓度检测子程序设计 18
（五） 蜂鸣报警子程序流程设计 18
五． 实物展示与测试 19
总结 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
物联网家居安防系统的发展背景
本课题所说的这种物联网家居安防系统在当前的发展现状下主要是通过单片机等微处理器作为其内部的主控核心，将高性能的CPU嵌入后，通过CPU对外部高性能的传感器模块组以及其他功能芯片进行有序的驱动后，实现对系统外部输入信号的接收，随后通过CPU内部高性能的运算模块实现对信号的处理并产生输出结果，通过对输出模块的驱动从而用户可以得到处理结果。本课题将要设计的是一款能够实现点阵显示、对温度的高精度检测、采集烟雾浓度和发送报警等功能的物联网家居安防系统，这款系统的发展例程非常清晰，它的出现是伴随着电子技术以及微处理器生产技术的发展而发展的，在这个发展过程中它的最大性能受到了大规模集成技术以及CPU处理速度的较大制约。现如今的物联网家居安防系统已经发展到了数据处理高速化、性能功能智能化以及电路密度集成化的阶段，整个内部电路架构以高速数字处理芯片作为内部核心，通过具有32位数据处理能力的微处理器芯片实现对整个系统的控制，对于接收信号全部采用数字化处理，由于数字信号比模拟信号具有更高的防干扰优点，所以物联网家居安防系统在整个处理过程能够保持低误码率、高正确率的功能执行。通过对当前市面上大多数物联网家居安防系统进行观察和资料翻阅后可以发现，在物联网家居安防系统发展到当今这个阶段，内部微处理器芯片自身的性能、传感器的性能以及内部程序代码的高效性三个因素决定着物联网家居安防系统的关键核心功能，要实现性能更高的系统，需要同时满足这些条件。现如今的物联网家居安防系统已经实现了大规模的数字化，很少有设计者会再采用传统的模拟电路架构，全数字化架构的优点非常显著，对于系统本身来说，工作性能稳定，极少可能会受到外部环境因素的影响；系统的功能优化非常容易实现，只需要对微处理器芯片内部的程序代码进行重新烧录即可快速的实现产品的更新换代或者缺陷修复，本课题就将以这种数字式的物联网家居安防系统作为研究对象，设计一款满足课题要求的系统。
物联网家居安防系统的国内外发展现状
物联网家居安防系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的物联网家居安防系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的物联网家居安防系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的物联网家居安防系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本文选用了一款性价比极高的CC2530微处理器芯片来作为主控器件，结合了OLED12864液晶显示屏、DS18B20温度传感器、MQ2烟雾气体传感器和有源蜂鸣器等一些常见器件，设计出了一款具有较高性能的物联网家居安防系统，整个系统分为了主机端和从机端两个部分，从机端能够实现对家庭环境中的气温实时值、烟雾是否超过设定标准等参数进行灵活的检测，检测结果以固定周期时间以ZigBee无线通信方式发送到主机端，显示在主机端的OLED显示屏上，一旦数据出现异常将进行报警功能，并实现了如下功能电路模块的设计：
1、能够实现非常清晰的液晶显示效果，并且可以实现快速的显示内容更新速度；
2、能够通过CC2530微处理器按照协议构建单总线接口，实现对DS18B20温度传感器的驱动从而获取温度检测值；
3、能够通过烟雾探头驱动电路的设计，实现物联网家居安防系统对周围空气中烟雾气体浓度的快速检测；
4、能够通过简单有效的有源蜂鸣器电路的配置，结合C语言程序实现报警功能；
物联网家居安防系统的方案设计
经过上文对这款物联网智能家居安防系统的介绍和功能目标的设计，本部分将开始对各个功能的实现原理进行设计，如下图所示是通过Visio绘制的这款物联网家居安防系统的内部结构框架，可以看到整个系统被分成了从机端和主机端两个部分，这里需要说明的是两个部分都采用同样的CC2530型号的ZigBee模块来作为主控部分，实现对外部各个功能电路的驱动。
目录
一、 引言 6
（一） 物联网家居安防系统的发展背景 6
（二） 物联网家居安防系统的国内外发展现状 6
（三） 本文主要研究内容 7
二、 物联网家居安防系统的方案设计 8
1. 从机端方案设计 8
2. 主机端方案设计 8
三、 系统硬件设计 10
（一） 主机端硬件电路系统设计 10
1. CC2530微处理器简介 10
2. 参数显示电路设计 10
3. 蜂鸣报警器电路设计 11
（二） 从机端硬件电路设计 12
1. 从机端主控电路设计 12
2. 环境温度采集电路设计 12
3. 烟雾气体浓度检测电路设计 13
四、 系统软件设计 15
（一） 物联网家居安防系统的主程序流程设计 15
（二） 参数显示子程序流程设计 15
（三） 环境温度采集子程序流程设计 16
1. 写数据流程设计 16
2. 读数据流程设计 17
（四） 烟雾浓度检测子程序设计 18
（五） 蜂鸣报警子程序流程设计 18
五． 实物展示与测试 19
总结 21
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参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 26
附录三 程序 27
引言
物联网家居安防系统的发展背景
本课题所说的这种物联网家居安防系统在当前的发展现状下主要是通过单片机等微处理器作为其内部的主控核心，将高性能的CPU嵌入后，通过CPU对外部高性能的传感器模块组以及其他功能芯片进行有序的驱动后，实现对系统外部输入信号的接收，随后通过CPU内部高性能的运算模块实现对信号的处理并产生输出结果，通过对输出模块的驱动从而用户可以得到处理结果。本课题将要设计的是一款能够实现点阵显示、对温度的高精度检测、采集烟雾浓度和发送报警等功能的物联网家居安防系统，这款系统的发展例程非常清晰，它的出现是伴随着电子技术以及微处理器生产技术的发展而发展的，在这个发展过程中它的最大性能受到了大规模集成技术以及CPU处理速度的较大制约。现如今的物联网家居安防系统已经发展到了数据处理高速化、性能功能智能化以及电路密度集成化的阶段，整个内部电路架构以高速数字处理芯片作为内部核心，通过具有32位数据处理能力的微处理器芯片实现对整个系统的控制，对于接收信号全部采用数字化处理，由于数字信号比模拟信号具有更高的防干扰优点，所以物联网家居安防系统在整个处理过程能够保持低误码率、高正确率的功能执行。通过对当前市面上大多数物联网家居安防系统进行观察和资料翻阅后可以发现，在物联网家居安防系统发展到当今这个阶段，内部微处理器芯片自身的性能、传感器的性能以及内部程序代码的高效性三个因素决定着物联网家居安防系统的关键核心功能，要实现性能更高的系统，需要同时满足这些条件。现如今的物联网家居安防系统已经实现了大规模的数字化，很少有设计者会再采用传统的模拟电路架构，全数字化架构的优点非常显著，对于系统本身来说，工作性能稳定，极少可能会受到外部环境因素的影响；系统的功能优化非常容易实现，只需要对微处理器芯片内部的程序代码进行重新烧录即可快速的实现产品的更新换代或者缺陷修复，本课题就将以这种数字式的物联网家居安防系统作为研究对象，设计一款满足课题要求的系统。
物联网家居安防系统的国内外发展现状
物联网家居安防系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的物联网家居安防系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的物联网家居安防系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的物联网家居安防系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本文选用了一款性价比极高的CC2530微处理器芯片来作为主控器件，结合了OLED12864液晶显示屏、DS18B20温度传感器、MQ2烟雾气体传感器和有源蜂鸣器等一些常见器件，设计出了一款具有较高性能的物联网家居安防系统，整个系统分为了主机端和从机端两个部分，从机端能够实现对家庭环境中的气温实时值、烟雾是否超过设定标准等参数进行灵活的检测，检测结果以固定周期时间以ZigBee无线通信方式发送到主机端，显示在主机端的OLED显示屏上，一旦数据出现异常将进行报警功能，并实现了如下功能电路模块的设计：
1、能够实现非常清晰的液晶显示效果，并且可以实现快速的显示内容更新速度；
2、能够通过CC2530微处理器按照协议构建单总线接口，实现对DS18B20温度传感器的驱动从而获取温度检测值；
3、能够通过烟雾探头驱动电路的设计，实现物联网家居安防系统对周围空气中烟雾气体浓度的快速检测；
4、能够通过简单有效的有源蜂鸣器电路的配置，结合C语言程序实现报警功能；
物联网家居安防系统的方案设计
经过上文对这款物联网智能家居安防系统的介绍和功能目标的设计，本部分将开始对各个功能的实现原理进行设计，如下图所示是通过Visio绘制的这款物联网家居安防系统的内部结构框架，可以看到整个系统被分成了从机端和主机端两个部分，这里需要说明的是两个部分都采用同样的CC2530型号的ZigBee模块来作为主控部分，实现对外部各个功能电路的驱动。
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