作者：广西水利电力职业技术学院 黄高迪、覃国扬、卢东梅

指导教师：龙祖连、倪杰

作品简介

该作品为了防止人在浴室里发生各种安全隐患，设计了一种基于IAP 15F2K61S2微型计算机的沐浴室安全系统。它的功能主要是通过安装在浴室门前的热释电传感器感应人体，使排气风扇启动，并根据浴室的温度、湿度和一氧化碳浓度自动调节,温湿度实时显示;同时，一氧化碳检测模块、温湿度测量模块和语音模块及无线收发模块工作。当在沐浴过程中，有煤气泄露、中毒晕倒、滑倒等危险情况时，通过声音报警让浴室中的人或家里的人知道，并手动解除报警，一定时间报警还为解除，无线收发模块就会向外界发出求救信号。

平台选型说明

根据本作品的各个模块要求微处理器要完成的功能情况，和我们对控制核心 的熟悉度，以及整体的性能、成本的考虑，我们一致选用基于51单片机的功能更强大的IAP15F2K61S2核心板，它和51单片机完全兼容，比51单片机运行速度快8-12倍，内存大，外围功能更多，完全能够我们作品的需要，我们用起来得心应手。

设计说明

该产品设计主要包括9个功能模块：CPU主控制模块、人体感应模块、灯和风扇驱动模块、一氧化碳检测模块、温湿度测量模块、液晶显示模块、电机驱动模块、语音模块、无线收发模块。各个模块之间的联系如图1所示。实际使用中，将本系统与普通的沐浴设备组合，即可实现安全系统的自动控制。

图1 系统框图

二、方案设计

2.1 主控模块

本系统的核心部分是IAP15F2K61S2单片机的控制，IAP15F2K61S2单片机具有超强抗干扰、超低功耗;内部集成高精度R/C时钟，可省掉外部昂贵的晶体时钟。

STC15F2K61S2的管脚图如图2所示：

图2： STC15F2K61S2管脚图

STC15F2K61S2单片机的特性：

1、超强抗干扰，超级加密;

2、不需要外部晶振和复位电路的单片机;

3、可省掉外部EEPROM，利用IAP技术;

4、ISP/IAP，在线编程，无需编程器/仿真器;

5、双串口，两个独立串口;

6、高速10位A/D转换器，8通道

图3单片机主控制模块

2.2 人体感应模块

本模块选用热释电红外传感器来感应人体。该模块主要完成判断是否有人进入浴室的功能，当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平输出低电平，全自动感应实现智能化。

其原理是：发热体都会产生红外线，而热释电红外传感器正是利用人体发热而产生的红外线，通过康涅尔透镜人体产生的红外线聚焦到感应芯片上，来感应人体，从而判断是否有人。

2.3 一氧化碳检测模块

该模块选用MQ-7一氧化碳传感器来对CO的检测。MQ-7气体传感器采用高低温循环检测方式,低温(1.5V加热)检测一氧化碳;高温(5.0V加热)清洗低温时吸附的杂散气体，可检测多种含一氧化碳的气体。其完成的功能是检测CO的浓度，当浓度超出人体安全范围时，发出警报，提醒人们有危险。

当检测到有一氧化碳是通过LM393比较器进行比较，输出高电平，送给单片机并驱动报警电路。

2.4 温湿度检测模块

采用SHT10一体式数字温湿度传感器实时对环境温度和湿度的检测，并利用LCD12864液晶显示出来，直观的表示温湿度值。

图4：温湿度测量模块原理图

2.5电机驱动模块

采用了L298N双H桥直流驱动电机，该电路采用达林顿方式驱动，这种电路由于管子交替工作在饱和与截止的模式下，效率非常高，以保证电动机启动时有足够大的电流；电子开关的速度很快，稳定性也极强。H型电路保证了可以简单地实现控制风扇的转速和方向。

2.6无线收发模块

该模块采用了nRF24L01无线收发远距离数传模块，它是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。外接引脚与普通nRF24L01+模块完全兼容。射频前端芯片的收发模式切换与掉电均可自动完成切换，无需用户干预也不用添加单独的控制引脚。用户原有的电路与代码无需改动即可直接使用。

2.7显示单元设计

对于显示输出部分，我们采用了12864液晶显示屏来显示，这是为了更好的了解到浴室里的状况，知道此时此刻浴室的温度、湿度、空气质量以及抽风机开关状态，好可以随时调整。

该部分主要是通过温湿度检测模块以及一氧化碳检测模块，在检测到的信号后传输到微型计算机，微型计算机通过计算后传送到显示模块上。电路图如图5所示。

图5显示模块与微型计算机连接图

2.8语音播报模块

该模块主要用来完成语音提示和语音报警功能，使系统更人性化。模块采用SD1700语音芯片组成，实现对电路各功能的语音提示。ISD1700系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片，它可以多段录音。ISD1700还有新录音提示功能，当有新的录音后，LED回每几秒闪一次来提示用户有新的录音。此外还有4种音效来提示用户的操作结果，如开始录音、停止录音、擦除、下一曲和全部擦除等。芯片有两路独立的语音信号输入通道，话筒输入与模拟信号输入。

三、 系统软件设置

3.1省电系统流程图

图6：省电系统流程图

3.2 安全系统流程图

图7：安全系统流程图

四、 总结与分析

湿温度传感器对浴室进行实时湿温度检测，并由单片机根据检测到的湿温度数值，生成相应的控制输出数据，对浴室湿温度进行控制。当一氧化碳浓度过高时，风扇可自动打开并发送报警提示。通过使用本系统，人在浴室里不但可以清楚的了解到浴室里的湿温度情况，同时当有意外情况发生时也可向浴室外的人员呼救。