作者/徐敏、梁亞清，江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

基于DSP TMS320F2812的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作

作者/徐敏、梁亞清，江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本設(shè)計(jì)以TI公司的TMS320F2812作為主控制芯片，輔以傳感器外圍電路，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)和處理，監(jiān)測(cè)結(jié)果由液晶顯示屏顯示，當(dāng)檢測(cè)物理量超出設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警，并打開相應(yīng)的執(zhí)行模塊。經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證，本系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠有效地監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境，各物理量直觀地顯示在液晶顯示屏上，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

DSP TMS320F2812；溫度；濕度；光照強(qiáng)度；可燃性氣體；MS12864液晶顯示屏

引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)住宅環(huán)境的要求不斷提高，人們?cè)絹?lái)越希望自己的生活環(huán)境舒適、安全、節(jié)能。本文設(shè)計(jì)了一款低成本的監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、亮度以及可燃性氣體濃度的系統(tǒng)，以為人們提供一個(gè)舒適安全的居住環(huán)境。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用DSP(TMS320F2812)為主控芯片，結(jié)合外圍電路，組成智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路主要由TMS320F2812及其外圍溫度檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路等組成。DSP主控制器循環(huán)檢測(cè)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氣體濃度的值，并且在液晶屏上顯示出來(lái)，當(dāng)溫度、濕度、氣體濃度超過(guò)閾值則啟動(dòng)風(fēng)扇，低于閾值則風(fēng)扇不動(dòng)作，當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定閾值則LED燈被點(diǎn)亮，高于閾值則熄滅。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

■2.1 主控制器

主控制器選用TI公司的高性能32位信號(hào)處理器TMS320F2812，它能夠在一個(gè)周期內(nèi)完成32×32位的乘法累加運(yùn)算，或兩個(gè)16×16位乘法累加運(yùn)算。它的中斷延遲時(shí)間短，能滿足實(shí)時(shí)控制的需要。此外，它具有高度集成高速、低功耗、易于開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高性能數(shù)字控制和通訊等領(lǐng)域[1]。主控制器最小系統(tǒng)圖如圖2所示[2]。

圖2 主控制器最小系統(tǒng)圖

■2.2 溫度檢測(cè)電路

溫度檢測(cè)電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的檢測(cè)，本設(shè)計(jì)采用PT100鉑電阻作為溫度傳感器。溫度檢測(cè)電路連接圖如圖3所示，其主要由運(yùn)算放大器LM358構(gòu)成電壓跟隨器、PT100和R14構(gòu)成的分壓電路構(gòu)成，通過(guò)分壓檢測(cè)PT100的阻值，由運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，提高測(cè)量點(diǎn)電壓驅(qū)動(dòng)能力最后將檢測(cè)電壓送到DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行處理。

圖3 溫度檢測(cè)電路

■2.3 濕度檢測(cè)電路

濕度檢測(cè)電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境濕度的檢測(cè)，本設(shè)計(jì)采用HIH–4000系列濕度傳感器里的HIH–4000–03。由其構(gòu)成的濕度檢測(cè)電路如圖4所示。HIH–4000–03為電壓輸出型濕度傳感器，輸出兩個(gè)電阻R11、R16起分壓作用，LM358運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨器，將濕度轉(zhuǎn)換成檢測(cè)電壓送到DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行處理。

圖4 濕度檢測(cè)電路

圖5 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路

■2.4 光照強(qiáng)度檢測(cè)電路

光照強(qiáng)度檢測(cè)電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境中光照強(qiáng)度的檢測(cè)，本設(shè)計(jì)采用光敏電阻作為光照檢測(cè)傳感器。光照強(qiáng)度檢測(cè)電路連接圖如圖5所示，其主要由運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨器、光敏電阻R18和R21構(gòu)成分壓電路構(gòu)成，通過(guò)分壓檢測(cè)光敏電阻R18的阻值，由運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器，提高測(cè)量點(diǎn)電壓驅(qū)動(dòng)能力，最后光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成將檢測(cè)電壓送到DSP的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行處理。

■2.5 可燃性氣體檢測(cè)電路

圖6 可燃性氣體檢測(cè)電路

國(guó)內(nèi)煤氣的使用非常普遍，為了防止煤氣中毒事件發(fā)生，加強(qiáng)煤氣檢測(cè)是非常重要的。本設(shè)計(jì)采用MQ–9氣體傳感器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)煤氣一氧化碳的檢測(cè)[3]。封裝好的MQ–9有六只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。可燃性氣體檢測(cè)電路連接圖如圖6所示。MQ–9傳感器相當(dāng)于一個(gè)電阻與R25串聯(lián)，氣體濃度增加傳感器電阻減小。

■2.6 報(bào)警電路

當(dāng)檢測(cè)到的物理量超過(guò)或低于設(shè)定的閾值時(shí)，報(bào)警電路發(fā)出聲音報(bào)警，方便用戶做進(jìn)一步處理。其電路連接圖如圖7所示，采用蜂鳴器報(bào)警。

圖7 報(bào)警電路

圖8 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路

■2.7 執(zhí)行電路

本設(shè)計(jì)有兩個(gè)執(zhí)行電路：風(fēng)扇電路和LED驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)溫度、濕度以及可燃性氣體濃度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，則啟動(dòng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路[4]；當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定閾值時(shí)，則啟動(dòng)照明裝置，光照強(qiáng)度高于閾值時(shí)，則LED燈熄滅。電路連接圖如圖8和圖9所示。

圖9 LED驅(qū)動(dòng)電路

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

■3.1 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)軟件主要由主程序和子程序等組成。主程序完成系統(tǒng)初始化、中斷設(shè)置等功能；子程序完成濕度、溫度、氣體濃度以及光照強(qiáng)度的檢測(cè)和顯示。主程序流程圖如圖10所示，子程序流程圖如圖11所示。

圖10 主程序流程圖

圖11 子程序流程圖

■3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是基于 uCOS–II操作系統(tǒng)，采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)的，主要包括main()主程序、系統(tǒng)外部中斷程序、顯示子程序、采樣子程序等幾個(gè)部分構(gòu)成。經(jīng)調(diào)試后，程序運(yùn)行情況穩(wěn)定，顯示結(jié)果如圖12所示。

圖12 顯示結(jié)果

4. 結(jié)論

本設(shè)計(jì)能夠正常檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、亮度以及可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)物理量超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并打開風(fēng)扇通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)；在亮度低于設(shè)定閾值時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并打開照明裝置，各檢測(cè)物理量直觀的顯示在液晶顯示屏上，達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)在今后可以進(jìn)一步完善，采用模塊化電路實(shí)現(xiàn)，通過(guò)預(yù)留出的端口，通過(guò)改變傳感器模塊電路就可以方便地實(shí)現(xiàn)不同物理量的檢測(cè)，另外將無(wú)線通信引入進(jìn)來(lái)，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能家居控制。

＊ [1]徐科軍，張瀚，陳志淵.TMS320x2812xDSP原理與應(yīng)用[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006

＊ [2]陳光偉，向中凡. 基于TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],微型機(jī)與應(yīng)用，2010.12(49)

＊ [3]譚長(zhǎng)森.基于PT100型鉑熱電阻的測(cè)溫裝置設(shè)計(jì)[J]，工礦自動(dòng)化，2012.3

＊ [4]羅中良，汪華斌，吳靜，劉剛. 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，計(jì)算機(jī)術(shù)與自動(dòng)化，2011.12