隨著社會的進步和生活水平提高，人們對居住環(huán)境提出了越來越高的要求，除了舒適的熱環(huán)境外，空氣的健康清新、調(diào)控安全便捷也引起了人們越來越廣泛的關注。目前絕大部分建筑物中僅配有簡單的通風換氣設備，無法實現(xiàn)人性化的智能調(diào)控。如何實現(xiàn)室內(nèi)空氣污染物的監(jiān)測與報警以及智能調(diào)節(jié)，已成為智能家居領域的研究熱點。
1 系統(tǒng)結構和工作原理
1．1 系統(tǒng)結構
該系統(tǒng)由傳感器模塊、無線模塊、單片機控制模塊、步進電機模塊、短信模塊5部分組成，結構框圖如圖1所示。
1．2 工作原理
傳感器模塊檢測到氣體濃度超標時發(fā)出報警信號，通過無線發(fā)射、接收后傳送到單片機控制模塊，啟動控制程序，并向電機模塊及短信模塊發(fā)出工作信號，整個過程依賴于主控制模塊程序的運行，通過添加傳感器模塊及編寫不同程序可以實現(xiàn)多種控制功能。
2 硬件部分
2．1 傳感器模塊
選取3種常見的氣體及相應的傳感器：甲烷(傳感器MQ5)，氨氣(傳感器MQ137)，二氧化碳(傳感器(MG811)。3種傳感器具有高靈敏度、高穩(wěn)定性、使用壽命長、驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點，適合于家庭中使用。
電路部分選用LM393比較器，其工作電源電壓范圍寬，單電源(2～36 V)；消耗電流小，輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；當監(jiān)測氣體濃度達到既定值時A、B兩端電壓變化，經(jīng)LM393比較，輸出低電平，由單片機控制部分采集。電路如圖2所示。
2．2 無線模塊
無線發(fā)射電路以MICRF102為核心，MICRF102采用SOP(M)-8封裝，芯片內(nèi)包括由基準振蕩器、相位檢波器、分等構成的合成器；發(fā)射偏置控制；RF功率放大器；無線調(diào)諧控制和變?nèi)荻O管等電路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入一無線輸出。
無線接收電路以MICRF007為核心，MICRH107采用SOP9(M)-8封裝，芯片電路可分為UHF下變換器、OOK解調(diào)器和基準控制3部分。
2．3 單片機控制模塊
采用STC89C52單片機，STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，單芯片上擁有8位CPU，內(nèi)帶4 K字節(jié)EEPROM存儲空間，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構。單片機接收來自傳感器模塊的低電平信號，通過程序運行后轉換為電機模塊及短信模塊的控制信號，控制整個系統(tǒng)的運行。
2．4 電機模塊
此部分選用28BY J48型號步進電機，在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；驅(qū)動芯片使用ULN2003，驅(qū)動轉速較低，適合排氣扇打開使用。模塊收到信號后工作，通風換氣。此部分電路如圖3所示。
2．5 短信模塊
選用西門子公司的TC35短信模塊，TC35型模塊是終端的主要功能部件，由GSM基帶處理器、電源專用集成電路、射頻電路和閃速存儲器等部分組成，負責處理GSM蜂窩設備中的音頻、數(shù)據(jù)和信號。終端系統(tǒng)的工作電壓為5 VDC。由于TC35的突發(fā)耗電電流峰值可達3 A，故外加穩(wěn)壓器件必須達到足以提供該額定電流的條件。在該終端中，采用LM2596型開關電源完成12 V到5 V的轉換，作為TC35終端的電源。必須注意的是，由LM2596完成開關電源轉換需要大功率的電感器和電容器，以提高儲能能力，滿足TC35的耗電要求。
2．6電源模塊
系統(tǒng)需提供5 V(甲烷、氨氣傳感器模塊，電機模塊，短信模塊等部分)、6 V(二氧化碳傳感器模塊)直流電源，設計電源模塊電路，通過220 V轉9 V變壓器及三端穩(wěn)壓器7805、7806產(chǎn)生所需的電源電壓以供傳感器、電機、單片機使用。輔助電源原理圖如圖4，變壓器產(chǎn)生9 V左右的交流電，輔助電源的輸入端電源由變壓器輔助線圈提供，經(jīng)過整流橋整流和電容后濾成9 V作為三端穩(wěn)壓器輸入電源。
3 軟件部分
該部分為短信模塊的調(diào)試運行。TC35模塊采用AT賀氏指令。單片機通過AT指令對TC35模塊進行初始化和短消息的接收發(fā)送。對短消息的控制共有3種模式：BLOCk模式、PDU模式和Text模式。本系統(tǒng)使用PDU模式進行短消息的接收和發(fā)送。
3．1 初始化指令
1)設置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=1
3．2 發(fā)送短消息
先發(fā)送短消息數(shù)據(jù)的長度，AT+CMGS=
3．3 接收短消息
短消息到來后，單片機接收到指令
3．4 PDU數(shù)據(jù)示例
如需要發(fā)送漢字“煤氣泄漏”到手機15365181385，則首先發(fā)送數(shù)據(jù)串AT+CMGS=0
(以上幾步中操作成功則模塊返回
軟件部分流圖如圖5所示。
4 系統(tǒng)運行
傳感器模塊檢測到相應氣體后通過無線模塊向控制中心發(fā)送信號，電機模塊收到控制中心信號開始運行，排氣扇工作，實現(xiàn)氣體交換。短信模塊收到控制中心指令后啟動，向指定用戶發(fā)送短信警報，以便用戶及時采取措施。整個系統(tǒng)各部分工作互不影響，很好的實現(xiàn)的既定功能。
5 結束語
文中設計的以STC89C52單片機為控制中心的室內(nèi)空氣智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在軟硬件的結合下，可以達到所要求的性能指標，運行穩(wěn)定可靠。測試表明，傳感器部分具有較高的靈敏度，可以成功檢測到低濃度的氣體。對于電機的類型，依不同需求而定，監(jiān)測的氣體也可以通過跟換傳感器而增減，短信模塊可以作為家用電話使用，因而此系統(tǒng)具有廣闊的應用前景和實用價值。
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