基于SIM的家居安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

1、摘 要隨著我國(guó)無(wú)線通信技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)民生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)信息技術(shù)產(chǎn)物需求和要求也越來(lái)越高，安全、舒適成為了每戶家庭都渴望擁有的居住環(huán)境，于是設(shè)計(jì)出一套智能的住宅安全保障系統(tǒng)成為了本世紀(jì)的一個(gè)重點(diǎn)課題。本次設(shè)計(jì)即是從中國(guó)社會(huì)的現(xiàn)狀出發(fā)，將一些傳統(tǒng)報(bào)警、檢測(cè)的獨(dú)立小系統(tǒng)結(jié)合當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)產(chǎn)物SIM300通訊模塊進(jìn)行有機(jī)整合優(yōu)化，通過(guò)MSP430超低功耗單片機(jī)進(jìn)行全局控制，設(shè)計(jì)成一個(gè)全方位的家居智能安全報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)主由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。在安全信息檢測(cè)的硬件組成部分，DS18B20溫度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并判斷險(xiǎn)情，MQ-2氣體、煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)的可燃?xì)怏w及

2、煙霧進(jìn)行檢測(cè)并判斷險(xiǎn)情。西門子的SIM300無(wú)線通信模塊具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中主要通過(guò)它將險(xiǎn)情即使通知給用戶。矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)了一些參數(shù)編輯設(shè)置的輸入和電話功能的人機(jī)交互、液晶顯示器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的可視化，顯示安全信息檢測(cè)結(jié)果和各種交互的指導(dǎo)和結(jié)果。當(dāng)檢測(cè)到險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電話或者短信報(bào)警。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)且具有良好的人機(jī)界面。關(guān)鍵詞: 安全報(bào)警系統(tǒng)；傳感器；SIM300；MSP430；DS18B20；MQ-2ABSTRACTWith the rapid development of wireless communication technology and the ec

3、onomy in our country, the national life quality rise ceaselessly, people demand for information technology products and requirements also more and more high, safe, comfortable became per family are eager to have the living environment, and design a set of intelligent residential security system has

4、become one of the focuses of this century.This design is from the present situation of the Chinese society will be some traditional alarm, detection of small independent system combined with todays wireless communications technology products SIM300 communication module, organic integration optimizat

5、ion, global by MSP430 ultra-low power MCU control, designed as a comprehensive home intelligent security alarm system.This system main consists of two parts, hardware system and software system.In the hardware part of security information detection, DS18B20 temperature sensor real-time detection and

6、 judgment to the danger of indoor temperature, MQ - 2 gas, smoke sensors to detect the interior of the combustible gas and smoke and danger.SIM300 wireless communication module of Siemens has the advantages of high reliability, simple structure, easy operation, this design mainly through it will dan

7、ger even if notice to the user.Matrix keyboard implements some parameters set the input and editor function of human-computer interaction, realize human-machine interactive visualization of LCD, and display safety information guidance and results of test results and all kinds of interaction.When det

8、ected danger occurs, can realize the phone or SMS alarm.The real-time system is strong and has good human-machine interface.Key words：security alarm system；sensor；SIM300；MSP430；DS18B20；MQ-2目 錄1 緒論1 1.1 智能家居的起源和發(fā)展1 1.2 課題研究?jī)?nèi)容及意義22 方案論證4 2.1 設(shè)計(jì)要求4 2.2 方案論證及確定4 2.2.1 對(duì)于系統(tǒng)主控芯片的選擇4 2.2.2 對(duì)于人機(jī)交互輸入設(shè)備的選擇5 2

9、.2.3 對(duì)于人機(jī)交互顯示輸出設(shè)備的選擇5 2.3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)53 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)7 3.1 硬件資源介紹及電路7 3.1.1 MSP430F169單片機(jī)介紹7 3.1.2 SIM300介紹10 3.1.3 數(shù)字溫度傳感器DS18B2016 3.1.4 煙霧、燃?xì)鈧鞲衅鱉Q-218 3.2 電源電路的設(shè)計(jì)19 3.2.1 BK-430-1B開發(fā)板上的電源設(shè)計(jì)19 3.2.2 SIM300模塊上的電源設(shè)計(jì)19 3.2.3 家居報(bào)警系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)方案204 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)22 4.1 模塊驅(qū)動(dòng)初始化程序設(shè)計(jì)23 4.1.1 單片機(jī)初始化23 4.1.2 LCD12864液晶顯示初始化24 4.1

10、.3 SIM300模塊初始化24 4.1.4 其它模塊初始化24 4.2 應(yīng)用子程序的設(shè)計(jì)25 4.2.1 電話撥打的子程序25 4.2.2 接聽電話的子程序25 4.2.3 安全威脅檢測(cè)子程序25 4.2.4 其它模塊子程序265 設(shè)計(jì)總結(jié)27 5.1 產(chǎn)品使用操作說(shuō)明27 5.1.1 啟動(dòng)及初始化27 5.1.2 電話的撥打與接聽28 5.1.3 菜單30 5.1.4 其他一些重要按鍵31 5.2 設(shè)計(jì)體會(huì)32結(jié)束語(yǔ)33致 謝34參考文獻(xiàn)35附 錄36 附錄A：系統(tǒng)原理圖36 附錄B：SIM300模塊原理圖37 附錄C：元件清單38 附錄D：程序清單391 緒論1.1 智能家居的起源和發(fā)展

11、智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司（United Techno1ogies Building System）將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding時(shí)，才出現(xiàn)了首棟的智能型建筑,從此也揭開了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。 最著名的智能家居要算比爾蓋茨的豪宅。在他的“未來(lái)之路”一書中以很大篇幅描繪他正在華盛頓湖建造的私人豪宅。他描繪他的住宅是“由硅片和軟件建成的”并且要“采納不斷變化的尖端技術(shù)”。經(jīng)過(guò)7年的建設(shè)，1997年，比爾蓋茨的豪宅終于建成。他的

12、這個(gè)豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不僅具備高速上網(wǎng)的專線，所有的門窗、燈具、電器都能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，而且有一個(gè)高性能的服務(wù)器作為管理整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)。 智能家居是IT技術(shù)（特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。由社會(huì)背景之層面來(lái)看，近年來(lái)信息化的高度進(jìn)展，通訊的自由化與高層次化、業(yè)務(wù)量的急速增加與人類對(duì)工作環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大為增加此外在科學(xué)技術(shù)方面，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與電子信息通訊技術(shù)之成長(zhǎng)，也促成了智能家居的誕生。20世紀(jì)80年代初,隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市,住宅電子化出現(xiàn)。80年代中期，將家用電

13、器、通信設(shè)備與安全防范設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念。80年代末，通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過(guò)總線技術(shù)對(duì)住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為SmartHome,也就是現(xiàn)在智能家居的原型智能家居最初的定義是這樣的：將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置，通過(guò)家庭總線技術(shù)（）連接到一個(gè)家庭智能系統(tǒng)上，進(jìn)行集中或異地監(jiān)視控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)是智能住宅的基本單元也是智能住宅的核心。世界上第一幢智能建筑1984年在美國(guó)康涅迪格州出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)只是對(duì)一座舊式大樓進(jìn)行了一定程度的改造，采用計(jì)算機(jī)

14、系統(tǒng)對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并提供語(yǔ)音通信、電子郵件和情報(bào)資料等方面的信息服務(wù)。智能家居最早沿于英文Smart Home，早先更多提法是Home Automation家庭自動(dòng)化，因?yàn)樵缦壬婕暗漠a(chǎn)品都與家庭自動(dòng)化產(chǎn)品和配件有關(guān)，自動(dòng)化、智能化是其重要特點(diǎn)。幾年前，美國(guó)、歐洲和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了“智能住宅”(即智能家居Smart Home)的概念。其目標(biāo)就是：“將家庭中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備，家用電器和家庭保安裝置通過(guò)家庭總線技術(shù)(HBS)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)?！?

15、.2 課題研究?jī)?nèi)容及意義隨著城市人口的 不斷增加，城市住房也越來(lái)越緊張，唯一的解決辦法就是城市住房不斷的高樓話，居住不斷密集化。然而在以這樣的方法解決住房問(wèn)題的同時(shí)，也帶了更多的安全隱患，其中最可怕的莫過(guò)于火災(zāi)。由于高樓大廈，住戶眾多擁擠，而且現(xiàn)在的高樓小區(qū)，大都架設(shè)有統(tǒng)一的燃?xì)夤艿赖?，一旦有一間發(fā)生意外，災(zāi)難便很容易連帶發(fā)生，造成不可估量的損失。所以在這樣的環(huán)境下，擁有一雙時(shí)刻警惕監(jiān)測(cè)隱患，能夠防患于未然的智能眼睛非常重要，本設(shè)計(jì)便是致力于創(chuàng)造這樣一雙眼睛。當(dāng)然，筆者也了解到，現(xiàn)今已經(jīng)存在很多解決方案并且已經(jīng)得到了應(yīng)用。最常用的如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)組成一般是由煙霧檢

16、測(cè)模塊，噴水開關(guān)，墻體內(nèi)的水源管道，報(bào)警鈴聲已經(jīng)報(bào)警開關(guān)按鈕組成。當(dāng)某個(gè)地方的煙霧檢測(cè)模塊檢測(cè)到危險(xiǎn)，系統(tǒng)便會(huì)打開沖水開關(guān)，并且打開報(bào)警鈴聲。該系統(tǒng)雖然雖然在多年的實(shí)踐中起到了很大的作用，但還是存在很多不足，最明顯的一點(diǎn)是當(dāng)該系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)候，火災(zāi)都已經(jīng)形成。另外該系統(tǒng)也容易引起誤判，若有人不守約束在有檢測(cè)點(diǎn)的地方抽煙，或者有室外的煙塵飄入都會(huì)引起報(bào)警，并大面積噴水，這樣沒(méi)有針對(duì)性的防范也會(huì)帶來(lái)?yè)p失，因?yàn)樗畤姷皆诠ぷ鞯碾娖髟O(shè)備時(shí)極有可能導(dǎo)致電器設(shè)備燒毀，甚至導(dǎo)致有人觸電。還有該系統(tǒng)的報(bào)警也沒(méi)有針對(duì)性，人們聽到報(bào)警聲后，往往根本不知道具體是那個(gè)地方有了火情，蔓延速度怎么樣，往那個(gè)方向在蔓延等等

17、，這些對(duì)逃生至關(guān)重要的信息都不能及時(shí)讓受災(zāi)人群及時(shí)得知。另外也還有其他一些預(yù)防，應(yīng)對(duì)火災(zāi)的方案，例如在建筑房屋時(shí)采用耐火材料，但這樣，房屋造價(jià)會(huì)變得十分昂貴，對(duì)于現(xiàn)在本來(lái)房?jī)r(jià)就居高不下的城市無(wú)疑是另一個(gè)災(zāi)難。還有采用傳統(tǒng)的方法監(jiān)視，利用攝像機(jī)錄像、溫度采集,以模擬信號(hào)方式保存在本地的存貯盤,保存在本地只能夠事后掌握監(jiān)視信息,傳統(tǒng)方法監(jiān)測(cè)的方法不能把家居信息及時(shí)告知戶主，戶主也不能隨時(shí)查詢家居信息。家居信息只有被戶主及時(shí)地遠(yuǎn)程掌握才會(huì)發(fā)揮最大的價(jià)值。相對(duì)比之下，本設(shè)計(jì)的便體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。隨著無(wú)線無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的巨大進(jìn)步。本設(shè)計(jì)便是致力于將信息技術(shù)

18、應(yīng)用到家居火災(zāi)防范中。為此,本次設(shè)計(jì)通過(guò)SIM300模塊為核心組成一個(gè)短信收發(fā)系統(tǒng)，利用MSP430F169單片機(jī)接口總線的優(yōu)越性能，搭建了家庭智能管理平臺(tái),設(shè)計(jì)了一種智能家居安全報(bào)警系統(tǒng),用戶通過(guò)GSM手機(jī)收發(fā)短信的方式查詢和控制家庭安全和模塊主動(dòng)通過(guò)短信通知用戶存在危險(xiǎn),實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)家居環(huán)境的智能無(wú)線監(jiān)控、遠(yuǎn)程查詢、集中管理和控制，自動(dòng)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到溫度超高、煤氣油煙濃度超高等報(bào)警信號(hào)時(shí),及時(shí)觸發(fā)室內(nèi)報(bào)警裝置,并通過(guò)發(fā)送報(bào)警短信等方式及時(shí)通知用戶。系統(tǒng)還可以擴(kuò)展搭建局域網(wǎng)，把每一個(gè)檢測(cè)地點(diǎn)的地址信息和檢測(cè)結(jié)果都及時(shí)發(fā)送到大樓的中心控制室，一旦檢測(cè)到異常則可以迅速趕到對(duì)應(yīng)地址進(jìn)行處理。即使萬(wàn)

19、一還是有疏忽，火災(zāi)還是發(fā)生，本系統(tǒng)詳細(xì)的火情信息依然課以指導(dǎo)群眾有條不紊迅速逃生撤離。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由煙霧，燃?xì)?，和溫度的檢測(cè)模塊，鳴笛報(bào)警模塊，SIM300手機(jī)通信模塊，鍵盤輸入模塊，液晶顯示模塊，單片機(jī)信息處理模塊等組成。工作時(shí)，檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)的把檢測(cè)結(jié)果串到單片機(jī)處理中心分析處理，并把結(jié)果顯示到液晶，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果異常便及時(shí)將編輯相應(yīng)的報(bào)警信息并通過(guò)SIM300模塊發(fā)送給用戶，并本地報(bào)警器也發(fā)出報(bào)警叫聲，用戶接到信息后可以恢復(fù)協(xié)議短信，進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的應(yīng)急處理，從而將有可能實(shí)現(xiàn)防患于未然，將災(zāi)難扼殺在搖籃里。1002 方案論證2.1 設(shè)計(jì)要求本次設(shè)計(jì)要求建立一個(gè)家居安全報(bào)警系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)家庭

20、燃?xì)庑孤┍O(jiān)測(cè)和火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到有安全隱患時(shí)能通過(guò)短信及時(shí)通知用戶家里的險(xiǎn)情，且系統(tǒng)本身也應(yīng)發(fā)出報(bào)警聲音。為達(dá)到這一目的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭環(huán)境中可然氣體濃度、煙霧情況、以及室內(nèi)溫度，當(dāng)檢測(cè)到有異常情況，威脅到家居安全則啟動(dòng)報(bào)警，并把異常信息通過(guò)短信第一時(shí)間發(fā)送給用戶；（2）正確驅(qū)動(dòng)SIM300移動(dòng)通信模塊，保持通訊暢通，正確發(fā)送信息；（3）良好的人機(jī)交互界面，實(shí)時(shí)顯示各種檢測(cè)結(jié)果信息；（4）良好的人機(jī)交互輸入設(shè)備，鍵盤或者語(yǔ)音等；（5）一個(gè)穩(wěn)定的電源輸入源，分配系統(tǒng)中各個(gè)模塊使用，實(shí)現(xiàn)電源在各個(gè)模塊間的升降壓。2.2 方案論證及確定2.2.1 對(duì)于系統(tǒng)主控芯片

21、的選擇方案準(zhǔn)備：方案A：采用MCS-51系列的8位總線單片機(jī)做為系統(tǒng)的主控芯片，控制移動(dòng)通信模塊SIM300、測(cè)溫模塊DS18B20、燃?xì)鈾z測(cè)模塊MQ-2、輸入模塊鍵盤、顯示模塊液晶等。方案B：采用TI公司的MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)MSP430F169做為系統(tǒng)的主控制芯片，控制移動(dòng)通信模塊SIM300、測(cè)溫模塊DS18B20、燃?xì)鈾z測(cè)模塊MQ-2、輸入模塊鍵盤、顯示模塊液晶等。方案的確定：若采用方案A，使用MCS-51做主空芯片有編程容易、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，然而它卻沒(méi)有足夠片上RAM和ROM資源，不足以存儲(chǔ)本系統(tǒng)相對(duì)龐大的代碼量以及提供運(yùn)行內(nèi)存，而且51單片機(jī)運(yùn)行速度太慢，不能對(duì)大量

22、的信息進(jìn)行及時(shí)分析處理，從而不能滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和及時(shí)行。而方案B使用的MSP430F169單片機(jī)是16位超低功耗單片機(jī)，其作為核心控制器被廣泛應(yīng)用于各種手持式設(shè)備中。MSP430F169單片機(jī)具有功耗超低、運(yùn)行處理速度快、內(nèi)存大（60KB+256B Flash，2KB RAM）、通信協(xié)議總線類型全面且不會(huì)對(duì)晶振電路有特殊要求、I/O口數(shù)量充足等優(yōu)勢(shì)，而且完全可以勝任本次設(shè)計(jì)的要求。故經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終選擇方案B，采用MSP430F169單片機(jī)做為系統(tǒng)主控制芯片。2.2.2 對(duì)于人機(jī)交互輸入設(shè)備的選擇方案準(zhǔn)備：方案A：采用獨(dú)立按鍵完成系統(tǒng)的輸入功能。方案B：采用4*4矩陣鍵盤完成系統(tǒng)的輸入功能

23、。方案的確定：若采用方案A，使用獨(dú)立按鍵，硬件和軟件設(shè)計(jì)都很簡(jiǎn)單，但由于本系統(tǒng)需要交互輸入信息量大且類型多，且單片機(jī)IO口終究是有限的，在沒(méi)有足夠按鍵數(shù)量的情況下，按鍵的復(fù)用會(huì)使功能的定義變得特別麻煩且難于記憶。若采用方案B，使用矩陣鍵盤，硬件和軟件設(shè)計(jì)相對(duì)稍微復(fù)雜，但能夠提供充足的按鍵，并能節(jié)省一半的IO口，且鍵盤小巧便于安裝，完全可以勝任本次設(shè)計(jì)中作為輸入設(shè)備的角色。故經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終選擇方案B，采用矩陣鍵盤作為本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的輸入設(shè)備。2.2.3 對(duì)于人機(jī)交互顯示輸出設(shè)備的選擇方案準(zhǔn)備：方案A：采用1602液晶進(jìn)行顯示輸出。方案B：采用12864液晶進(jìn)行顯示輸出。方案的確定：若采用方案

24、A，使用1602液晶，指令叫12864液晶要少一些，編程稍簡(jiǎn)單一些，由于其引腳也較少，電路設(shè)計(jì)上也回稍簡(jiǎn)潔，但由于本系統(tǒng)需要顯示的信息量大且類型多，且需要顯示中文，使用1602液晶會(huì)受到限制。若采用方案B，使用12864液晶，雖然指令和應(yīng)交都較1602液晶多，但卻比1602液晶多一倍的顯示空間，且能顯示中文，帶中文字庫(kù)。故經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終選擇方案B，采用12864液晶作為本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的顯示輸出設(shè)備。2.3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 通過(guò)對(duì)比論證，在本系統(tǒng)中決定用MSP430F169單片機(jī)做為主控制器芯片，用4*4矩陣鍵盤作為系統(tǒng)輸入設(shè)備，用LCD12864液晶作為顯示設(shè)備。其中MSP430F169單片

25、機(jī)控制板將采用最小系統(tǒng)BK-430-1B開發(fā)板做為控制模塊。另外，為完成系統(tǒng)功能，系統(tǒng)還需要具備以下模塊：SIM300通訊模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、MQ-2氣體檢測(cè)模塊和電源模塊。所以最終系統(tǒng)的硬件組成模塊可以歸納為圖1所示的系統(tǒng)框圖。圖1 家居安全報(bào)警系統(tǒng)硬件框圖3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 硬件資源介紹及電路3.1.1 MSP430F169單片機(jī)介紹MSP430F169簡(jiǎn)介：MSP430F169是德州儀器公司生產(chǎn)的一款16位超低功耗單片機(jī)，活動(dòng)模式下電流330uA，掉電模式下電流0.2uA。該單片機(jī)片上資源豐富（如圖2所示），擁有12位A/D、12位D/A、多路SPI

26、、I2C等串行總線；有用6組48個(gè)IO口，其中P1和P2兩組16個(gè)IO口能共接收外部中斷源的中斷事件；片上內(nèi)存也十分豐富，擁有FLASH程序存貯器60KB+256KB，運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）2KB；在硬件架構(gòu)上提供三種不同的時(shí)鐘源，和不同級(jí)別的內(nèi)部時(shí)鐘，可以自由分配在不同片上資源使用，靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)配置讓單片機(jī)可以在五種低功耗模式下工作，從而實(shí)現(xiàn)最大限度節(jié)省能量，因此在手持式設(shè)備上可以大大延長(zhǎng)電池續(xù)航，所以它一直是手持智能設(shè)備主控芯片才最佳選擇。MSP430F169單片機(jī)采用16位精簡(jiǎn)指令集，運(yùn)行處理速度快，指令周期只有125ns，從休眠狀態(tài)中喚醒只需要不超過(guò)6us。圖2 MSP430F16

27、9單片機(jī)內(nèi)部組成模塊圖 MSP430F169單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘：系統(tǒng)時(shí)鐘是MSP430最有特色的設(shè)計(jì)之一，首先它的時(shí)鐘來(lái)源類型有三種，分別是低頻時(shí)鐘源（32KHz）、高頻時(shí)鐘源（MSP430F169最高8MHz）、以及內(nèi)部數(shù)字控制的RC振蕩器，加上內(nèi)部鎖相環(huán)（FLL）及FLL+等模塊夠成了系統(tǒng)時(shí)鐘的硬件電路（如圖3）。由圖可以看出：ACLK：輔助系統(tǒng)時(shí)鐘，是從外部低頻晶振產(chǎn)生的FLXT1CLK信號(hào)經(jīng)過(guò)1/2/4/8分頻后所得到的，她可以由BCSCTL1寄存器設(shè)置DIVA相應(yīng)位來(lái)決定分頻因子。ACLK可以用于提供CPU外圍功能模塊工作的鐘信號(hào)。MCLK：主系統(tǒng)時(shí)鐘，可由所有三種類型時(shí)鐘源提供。MCL

28、K主要用于MCU和相關(guān)系統(tǒng)模塊作時(shí)鐘使用。SMCLK：子系統(tǒng)時(shí)鐘，它可由XT2CLK和DCO兩種時(shí)鐘源提供。圖3 MSP430F169時(shí)鐘模塊圖看門狗：MSP430F169單片機(jī)的看門狗默認(rèn)是打開的，在不需要的情況下應(yīng)在程序開始時(shí)將其關(guān)閉?？撮T狗實(shí)際上是一個(gè)16為的定時(shí)器，它的作用是當(dāng)程序運(yùn)行發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，強(qiáng)制將系統(tǒng)重新啟動(dòng)。它的實(shí)現(xiàn)原理是，當(dāng)程序運(yùn)行發(fā)生故障的時(shí)間到達(dá)看門狗約定的喂狗時(shí)間時(shí)產(chǎn)生一個(gè)非可屏蔽的中斷，該終端將導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。USART串行異步通信接口：MSP430F169單片機(jī)共有兩個(gè)USART通訊端口，其性能完全一樣，其模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。在異步模式下，接收器自動(dòng)完成幀同步，異步幀

29、格式由1個(gè)起始位、7或8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位（奇、偶、無(wú)）、1個(gè)地址位、和1個(gè)或2個(gè)停止位。一般最小幀為9個(gè)位，最大幀為13位。圖4 MSP430F169單片機(jī)USART模塊結(jié)構(gòu)圖如圖中，波特率發(fā)生器也是MSP430F169單片機(jī)最有特色的設(shè)計(jì)之一，它是根據(jù)波特率選擇寄存器UBR和調(diào)整寄存器UM來(lái)產(chǎn)生的串行數(shù)據(jù)位，因此在設(shè)置上非常靈活，波特率的計(jì)算方法如下：波特率 = 模塊時(shí)鐘/分頻因子 = UBR + UM/8波特率：每秒傳送的位數(shù)。分頻因子：在特定波特率下，每傳送以為數(shù)據(jù)所需要的時(shí)鐘周期。綜合考慮本次設(shè)計(jì)的性能要求以及MSP430F169的特性，本次設(shè)計(jì)選用了一款市場(chǎng)上熱賣的MSP430F

30、169單片機(jī)最小系統(tǒng)板BK-430-1B開發(fā)板做為主控制器模塊，該是綜合考慮了MSP430F169單片機(jī)的各種特性而設(shè)計(jì)的一款小巧的最小系統(tǒng)開發(fā)板，集成了DS18B20溫度探測(cè)模塊，1602和12864液晶顯示模塊，獨(dú)立按鍵模塊，RS232串口通信模塊等眾多常用模塊。BK-430-1B開發(fā)板實(shí)物如圖5所示。圖5 BK-430-1B開發(fā)板3.1.2 SIM300介紹 SIMCOM公司推出的SIM300是支持三個(gè)頻段GSM/GPRS的移動(dòng)通信模塊,可以在全球的范圍EGSM 900 MHZ、1800 MHZ DCS, PCS 1900 MHZ三種頻率下保證通信功能的進(jìn)行,可以發(fā)送和接收語(yǔ)音通話、短信

31、、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)器、彩信收發(fā)機(jī),撥電話,和其他功能,這些功能滿足本次設(shè)計(jì)的各種功能需求，同時(shí)也能為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展做準(zhǔn)備。模塊額定工作電壓的3.3 - -4.5 V,低功耗設(shè)計(jì),睡眠模式只有2.5 mA電流消耗,模塊采用4 V電壓供電,擁有AT指令集接口,支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短消息發(fā)送和接收功能,短信支持文本、PDU模式,短消息存儲(chǔ)在SIM卡中,支持CSD和GPRS的短消息發(fā)送模式,可以根據(jù)自己的需要選擇傳輸模式,可以支持自動(dòng)波特率:1200個(gè)基點(diǎn)至115200個(gè)基點(diǎn),SIM300嵌入式處理器,允許用戶的腳本開發(fā)基于C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)功能,程序運(yùn)行時(shí),可以通過(guò)I/O端口,UART或其他接口連接監(jiān)控系統(tǒng)

32、。作為世界著名的通信設(shè)備設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)SIMCOM SIM300功能強(qiáng)大,穩(wěn)定性高,因此,選擇產(chǎn)品,本文使用單片機(jī)通過(guò)外部UART串口發(fā)送命令控制方法廣泛應(yīng)用SIM300模塊主要用于通信領(lǐng)域,如移動(dòng)電話、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、發(fā)送短信提醒、無(wú)線抄表、無(wú)線監(jiān)控、車輛GPS終端,無(wú)線,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、GPRS現(xiàn)代等。SIM300從VBAT獲得單電壓供電，電壓范圍為3.4V至4.5V。某些情況下，當(dāng)電流消耗升至典型峰值2A時(shí)，其傳輸脈沖的波動(dòng)可能導(dǎo)致電壓下降，所以電源供電必須能夠提供足夠到2A的電流。推薦在VBAT輸入引腳使用旁路電容（推薦值：100uF，低阻抗）。低阻抗，小尺寸的瓷介電容（MLCC）性能上

33、是首選，但成本較高。降低成本可以選用100uF的鉭電容（低阻抗）并聯(lián)一個(gè)小的瓷介電容（1uF 到10uF），電容放置盡可能靠近SIM300。的VBAT引腳。圖7是VBAT引腳在最大功率傳輸相位時(shí)的電壓波形圖，最佳情況是VBAT=4.0V，VBAT最大輸出電流是2A，鉭電容CA=100uF（ESR=0.7），CB=4.7uF。圖7 VBAT在最大功率傳輸相位時(shí)的波形圖SIM300模塊可以用命令A(yù)T+CBC來(lái)監(jiān)測(cè)供電電壓。此命令監(jiān)測(cè)三個(gè)參數(shù)：電壓百分比和電壓值（mV）。它返回電池電壓容量的百分比，VBAT和GND的電壓值。根據(jù)操作模式，以一定的間隔時(shí)間連續(xù)測(cè)量電壓，其顯示值（mV）為命令A(yù)T+CB

34、C 執(zhí)行前最后一段測(cè)量時(shí)間內(nèi)測(cè)到值得平均值。SIM300有多種啟動(dòng)方式，分別有通過(guò)按鍵引腳啟動(dòng)（普通模式）和通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘啟動(dòng)（警報(bào)模式）。普通模式是通過(guò)將按鍵引腳置低一小會(huì)兒來(lái)啟動(dòng)SIM300，當(dāng)上電過(guò)程完成，SIM300會(huì)發(fā)送代碼RDY表示模塊已啟動(dòng)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式是通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘方法啟動(dòng)警。報(bào)當(dāng)模塊斷電時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘的警報(bào)功能可以將SIM300喚醒。警報(bào)模式下，SIM300不接入GSM網(wǎng)絡(luò)，軟件協(xié)議棧也是關(guān)閉的，故與SIM卡及協(xié)議棧相關(guān)的AT 指令將不起作用，但其他功能仍可使用。輸入AT命令“AT+CALARM”設(shè)置警報(bào)模式。如果SIM300通過(guò)指令“AT+CPOWD=1”或者用按鍵引腳關(guān)閉了，

35、實(shí)時(shí)時(shí)鐘仍在記錄報(bào)警時(shí)間，一旦到達(dá)報(bào)警時(shí)間并執(zhí)行，SIM300就進(jìn)入了報(bào)警模式，這種情況下，SIM300會(huì)發(fā)送一條非請(qǐng)求響應(yīng)代碼（URC）：RDYALARM MODE在警報(bào)模式下，可用命令“AT+CFUN”來(lái)查詢軟件協(xié)議棧的狀態(tài)，返回0表示協(xié)議棧關(guān)閉，然后過(guò)90秒，SIM300會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。但是此模式下，如果用命令“AT+CFUN=1，1”來(lái)打開軟件協(xié)議棧，自動(dòng)關(guān)閉的進(jìn)程將不執(zhí)行。同樣在此模式下，將按鍵引腳置低一會(huì)可將SIM300關(guān)閉。關(guān)閉 SIM300可用以下方法：a. 一般斷電：用按鍵引腳關(guān)閉b. 一般斷電：用 AT 指令關(guān)閉c. 低電壓自動(dòng)關(guān)閉：檢測(cè)到電壓過(guò)低便自動(dòng)執(zhí)行d. 過(guò)溫自動(dòng)關(guān)閉：

36、檢測(cè)到溫度過(guò)高便自動(dòng)執(zhí)行用按鍵引腳關(guān)閉SIM300（斷電）,將按鍵引腳置低一會(huì)可將SIM300關(guān)閉，模塊在此過(guò)程中注銷網(wǎng)絡(luò)并在完全斷電之前使軟件進(jìn)入安全模式且保存數(shù)據(jù)。完成斷電過(guò)程之前模塊會(huì)發(fā)出指令：POWER DOWN，在此之后，就不能執(zhí)行任何AT 命令了。模塊進(jìn)入斷電模式時(shí)，只有實(shí)時(shí)時(shí)鐘還能工作，且VDD_EXT引腳為低電平。用AT指令關(guān)閉SIM300，用AT指令“AT+CPOWD=1”關(guān)閉模塊。此命令使模塊注銷網(wǎng)絡(luò)并在完全斷電之前使軟件進(jìn)入安全模式且保存數(shù)據(jù)。斷電之前模塊會(huì)發(fā)出指令：POWER DOWN，在此之后，就不能執(zhí)行任何AT命令了。模塊進(jìn)入斷電模式時(shí)，只有實(shí)時(shí)時(shí)鐘還能工作，且VD

37、D_EXT引腳為低電平。低電壓自動(dòng)關(guān)機(jī)，軟件會(huì)持續(xù)監(jiān)視VBAT引腳的供電電壓，如果檢測(cè)到電壓小于3.5V，會(huì)出現(xiàn)以下URC：POWER LOW WARNNING，如果檢測(cè)到的電壓小于3.4V，會(huì)出現(xiàn)以下URC：POWER LOW DOWN，在此之后，就不能執(zhí)行任何AT 命令了。模塊進(jìn)入斷電模式時(shí)，只有實(shí)時(shí)時(shí)鐘還能工作，且VDD_EXT引腳為低電平。過(guò)溫自動(dòng)關(guān)機(jī)，軟件會(huì)持續(xù)監(jiān)視模塊溫度，如果檢測(cè)到溫度85，會(huì)出現(xiàn)以下URC：+CMTE：1，如果檢測(cè)到溫度-35，會(huì)出現(xiàn)以下URC：+CMTE：-1，模塊大致溫度范圍在-4090，如果檢測(cè)到模塊溫度等于或大于此范圍，模塊會(huì)馬上自動(dòng)關(guān)機(jī)。如果檢測(cè)到模塊

38、溫度90，會(huì)出現(xiàn)以下URC：+CMTE：2，如果檢測(cè)到溫度-40，會(huì)出現(xiàn)以下URC：+CMTE：-2，在此之后，就不能執(zhí)行任何AT 命令了。模塊進(jìn)入斷電模式時(shí)，只有實(shí)時(shí)時(shí)鐘還能工作，且VDD_EXT引腳為低電平。模塊上電時(shí)，用戶可以用命令“AT+CMTE”來(lái)監(jiān)視模塊溫度。用按鍵重啟 SIM300，和啟動(dòng) SIM300 一樣，將按鍵引腳置低一會(huì)可以重啟模塊。重啟SIM300之前，用戶需要保持VDD_EXT引腳低電平有效至少500ms。模塊還需要一張SIM卡與其配合使用、GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器服務(wù)業(yè)務(wù)必須打開SIM卡發(fā)送數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。SIM卡也被稱為SIM卡,存儲(chǔ)用戶的數(shù)據(jù),GSM系統(tǒng)

39、認(rèn)證和密鑰的方法,來(lái)識(shí)別用戶的身份。同時(shí),通過(guò)它用戶完成與系統(tǒng)和信息交換。應(yīng)該是消息傳遞功能,用戶用于混凝土應(yīng)用程序特定的參數(shù)可以參考當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。SIM卡接口模型如圖6所示。AT指令集是從TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發(fā)送的。通過(guò)TA、TE發(fā)送AT指令來(lái)控制MS(Mobile Station)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行圖6 SIM卡的引腳定義圖 圖8 SIM300模塊交互。其對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小有

40、定義：即對(duì)于AT指令的發(fā)送，除AT兩個(gè)字符外，最多可以接收1056個(gè)字符的長(zhǎng)度（包括最后的空字符）。每個(gè)AT命令行中只能包含一條AT指令；對(duì)于由終端設(shè)備主動(dòng)向PC端報(bào)告的URC指示或者response響應(yīng)，也要求一行最多有一個(gè)，不允許上報(bào)的一行中有多條指示或者響應(yīng)。AT指令必須以“AT”或“at開頭，AT命令的基本格式為：AT+命令字符及相關(guān)設(shè)置參數(shù)，最后以回車作為結(jié)尾，響應(yīng)或上報(bào)以回車換行為結(jié)尾。這里介紹本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到的基本AT指令：表1 AT連接測(cè)試測(cè)試命令響應(yīng)ATrATrrnOKrn表2 SIM300的一些功能配置 測(cè)試命令響應(yīng)AT+CLIP=1r設(shè)置來(lái)電顯示功能1開啟0關(guān)閉AT+COL

41、P=1r設(shè)置撥打電話時(shí)，等待對(duì)方接聽或拒絕后在返回ok或busyAT+CMGF=1r英文方式發(fā)送短信AT+CLIP=1rrrnOKrnAT+COLP=1rrrnOKrnAT+CMGF=1rrrnOKrn表3 關(guān)閉SIM300模塊測(cè)試命令響應(yīng)AT+CPOWD=1rATrrnOKrn指令發(fā)送成功后，SIM將關(guān)閉表4 SIM300的一些查看操作測(cè)試命令響應(yīng)AT+COPS?r查看運(yùn)營(yíng)商AT+CSQr查看信號(hào)強(qiáng)度AT+CPBR=3r 查看電話本中第3個(gè)位置的聯(lián)系人AT+CCLK?r查看實(shí)時(shí)時(shí)鐘AT+COPS?rrn+COPS: 0,0,CHINA MOBILErnrnOKrnAT+CSQrrn+CSQ:

42、 17,0rn (這里的17即信號(hào)強(qiáng)度)rnOKrn (正常信號(hào)強(qiáng)度范圍1031)AT+CPBR=3rrn+CPBR: 3161,XiaoBairnrnOKrnAT+CCLK?rrn+CCLK: 03/01/01,12:00:00+00rnrnOKrn表5 對(duì)SIM300的一些寫操作測(cè)試命令響應(yīng)AT+CCLK=13/11/08,13:10:23+00r設(shè)置時(shí)間2012/11/08,13:10:23AT+CPBW=161,XiaoBair在SIM卡第一個(gè)空閑位置添加聯(lián)系人函數(shù)AT+CMGS=“英文短信內(nèi)容”r發(fā)送一條英文短信AT+CPBW=3r

43、刪除第三個(gè)位置的聯(lián)系人AT+CMGD=1r刪除第一條短信息AT+CCLK=13/11/08,13:10:23+00rrnOKrnAT+CPBW=161,XiaoBairrnOKrn rnOKrnAT+CPBW=3rrnOKrnrnOKrn表6 讀短信息測(cè)試命令響應(yīng)AT+CMGR=2r注釋：讀取錯(cuò)誤的信息AT+CMTI：“SM”，1注釋：首先有命令A(yù)T+CNMI=2，1，0，0，0收到新短消息。+CMGR：2，rnrrnOKrn表7 電話撥打與掛斷測(cè)試命令響應(yīng)ATr撥打號(hào)THr 掛斷電話ATr

44、rnOKrn 對(duì)方接聽rnBUSYrn 對(duì)方掛斷rnNO ANSWERrn 無(wú)人接聽rnOKrn 3.1.3 數(shù)字溫度傳感器DS18B20DS1820是達(dá)拉斯(DALLAS)公司發(fā)明生產(chǎn)的一種單總線數(shù)字溫度傳感器。它的測(cè)量精度高、功耗低,可以寄生電源工作方式（從數(shù)據(jù)總線上獲得電能）進(jìn)行溫度測(cè)量。多只DS1820器件只需一根導(dǎo)線就可和主控器(微處理器) 連接成網(wǎng)絡(luò),這些功能是傳統(tǒng)的溫度傳感器不能實(shí)現(xiàn)的。DS18B20是基于串行接口的的一線式數(shù)字溫度傳感器，它是將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的就是溫度信號(hào)數(shù)字值。它具有如下特性：（1）采用單總線

45、技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根I/O 線，在一根線上可掛接多個(gè)DS18B20。（2）每只DS18B20具有一個(gè)獨(dú)立的、不可修改的64 位序列號(hào)，根據(jù)序列號(hào)可以訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的器件，能實(shí)現(xiàn)只用一條導(dǎo)線建立網(wǎng)絡(luò)。（3）低壓供電，電源范圍從35V，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線上竊取電源（寄生式供電）。（4） 測(cè)溫范圍為55125，在1085范圍內(nèi)誤差為0.5。（5）可編程數(shù)據(jù)為912位，轉(zhuǎn)換12位溫度時(shí)間為750ms（最大）。（6）用戶可自設(shè)定報(bào)警的上、下限溫度值。（7）報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值。（8）DS18B20 的分辨率可由用戶通過(guò)EEPROM設(shè)置為912 位。（9）DS1

46、8B20可將檢測(cè)到的溫度值直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，并通過(guò)串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。DS18B20存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9所示. 它主要包括寄生電源、64位激光ROM、單線接口、高速暫存存儲(chǔ)器和一個(gè)非失電易擦除的EEPROM、溫度傳感器等。EEPROM中的數(shù)據(jù)可以反復(fù)擦寫50000次,DS18B20的內(nèi)部框圖如圖9所示： 圖9 DS18B20內(nèi)部框圖GND：接地引腳；DQ：?jiǎn)尉€運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，采用寄生式電源時(shí)，兼顧電源輸入；VCC：可選的3-5V電源輸入，寄生方式工作時(shí)懸空。圖10 DS18B20的引腳圖主機(jī)完成一次對(duì)DS18B20溫度測(cè)量結(jié)果的讀取，需要經(jīng)歷如下步驟：初始化：?jiǎn)慰偩€的

47、所有處理均從初始化序列開始，初始化序列包括總線主機(jī)發(fā)出一復(fù)位脈沖，接著由從屬期間發(fā)出存在脈沖。初始化時(shí)序如圖11所示。一旦總線主機(jī)檢測(cè)到從屬器件的存在，它便可以發(fā)出器件ROM操作命令之一，所有ROM操作命令均為一個(gè)字節(jié)。讀ROM：操作命令為0X33，此命令允許主機(jī)讀DS18B20的8位產(chǎn)品系列碼，唯一的48位序列碼，以及8位的CRC。此命令僅能在總線上只有一個(gè)DS18B20圖11 DS18B20初始化過(guò)程時(shí)序圖器件時(shí)使用。匹配ROM：操作碼為0X55，識(shí)別某一特定的DS18B20器件。搜索ROM：操作碼為0XF0，確定總線上節(jié)點(diǎn)數(shù)，以及所有序列號(hào)。跳過(guò)ROM：系統(tǒng)僅接一個(gè)DS18B20時(shí)可以使

48、用，跳過(guò)所有ROM檢測(cè)。啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換：操作碼0X44，啟動(dòng)測(cè)溫，保持等待，有轉(zhuǎn)換時(shí)間間隙，啟動(dòng)后需要延時(shí)再度轉(zhuǎn)換結(jié)果，若忙輸出“0”，否則輸出“1”。讀暫存存儲(chǔ)器：操作碼0XBE，最多讀取9字節(jié)。寫暫存存儲(chǔ)器：操作碼0X4E,用于寫到暫存存儲(chǔ)器報(bào)警地址（TH和TL），可以在任何時(shí)候發(fā)復(fù)位命令終止寫入。讀電源：操作碼0XB4，識(shí)別當(dāng)前供電模式。3.1.4 煙霧、燃?xì)鈧鞲衅鱉Q-2在自動(dòng)報(bào)警裝置中，安裝有一個(gè)類似人的嗅覺(jué)器官的煙霧傳感器。煙霧傳感器由一種對(duì)煙霧反應(yīng)極為靈敏的敏感材料制成。這種材料有一個(gè)特點(diǎn)：只要與一氧化碳和煙霧一類的氣體一接觸，傳感器內(nèi)的電阻就立即發(fā)生顯著變化，所謂敏感材料是指那些

49、物理和化學(xué)性能對(duì)電、光、聲、熱、磁、氣氛和濕度變化的反應(yīng)極為靈敏的材料。所以，敏感材料又有電敏、光敏、聲敏、磁敏、氣敏和濕敏之分。這些敏感材料是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，它們就像人體的各種器官一樣，能非常靈敏地感知各種環(huán)境條件發(fā)生的變化，然后根據(jù)變化的信息，向人們及時(shí)發(fā)出警報(bào)或自動(dòng)采取相應(yīng)的措施。本系統(tǒng)使用的MQ-2 可用于家庭和工廠的氣體泄露檢測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。通過(guò)電路電平變化，次節(jié)點(diǎn)單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)I/O口電平，來(lái)啟動(dòng)防盜報(bào)警工作。離子式傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器為火災(zāi)預(yù)防和早發(fā)現(xiàn)提供有力幫助。為了精確本系統(tǒng)采用A/D采樣的

50、辦法讀取模擬量，具有如下特性：圖12 MQ2煙霧、燃?xì)鈧鞲衅鲗?shí)物圖（1）電源：5V電源輸入； （2）支持?jǐn)?shù)字輸出：0、1 （0有效）當(dāng)煙霧濃度大于設(shè)定限值的時(shí)候輸出0，低于設(shè)定濃度時(shí)候輸出1； （3）支持模擬量輸出：濃度越大 輸出電壓值越高。0-5V輸出； （4）限值可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)。3.2 電源電路的設(shè)計(jì)3.2.1 BK-430-1B開發(fā)板上的電源設(shè)計(jì)BK-430-1B開發(fā)板上單片機(jī)工作電議為3.3V，板上自帶3.3V穩(wěn)壓電路，板上液晶模塊電源來(lái)自板上直接輸入源（未經(jīng)3.3V穩(wěn)壓處理的輸入源），本次設(shè)計(jì)使用的LCD12864液晶額定工作電壓為5V，故本次設(shè)計(jì)中使用該開發(fā)板時(shí)需要為開發(fā)板提供

51、5V直流輸入源。BK-430-1B開發(fā)板電源電路設(shè)計(jì)如圖13所示。3.2.2 SIM300模塊上的電源設(shè)計(jì)SIM300模塊工作電壓為4V，板上采用MIC29302穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)出4V穩(wěn)壓電路，需要不小于9V的電壓輸入，同時(shí)板上還分享穩(wěn)壓后的4V電源和不小于9V的輸入源，器電路如圖14所示。圖13 BK-430-1B開發(fā)板電源電路圖圖14 SIM300模塊電源電路圖3.2.3 家居報(bào)警系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)方案考慮到BK-430-1B開發(fā)板和SIM300開發(fā)板的電源特性，本系統(tǒng)決定采用220V交流電源做為系統(tǒng)唯一電源輸入，220V交流電源通過(guò)直流穩(wěn)壓轉(zhuǎn)變?yōu)?2V直流電源，這一部分采用市場(chǎng)上能購(gòu)買到的12V/

52、2A直流電壓源，如圖15所示。得到12V直流電源直接作為SIM300的電源輸入，另一方面，12V電源通過(guò)降壓穩(wěn)壓到5V提供BK-430-1B開發(fā)板的電源輸入。圖15 12V/2A直流電壓源圖5V電源電路采用L7805穩(wěn)壓芯片，配以濾波電容構(gòu)成，電路如圖16所示。圖16 5V電源電路圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)首先，從大體模塊上來(lái)講，與硬件匹配的，在軟件設(shè)計(jì)上也有MSP430F169單片機(jī)模塊、SIM300通訊模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊、矩陣鍵盤輸入模塊、液晶顯示模塊、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、MQ-2氣體檢測(cè)模塊等的初始化驅(qū)動(dòng)程序，有了這些驅(qū)動(dòng)程序才能讓硬件電路工作起來(lái)。從邏輯功能、數(shù)據(jù)交換與處理上看，整

53、個(gè)設(shè)計(jì)就復(fù)雜了很多，但也體現(xiàn)出明顯的層次感與優(yōu)先級(jí)，建立在驅(qū)動(dòng)程序，和小的處理函數(shù)基礎(chǔ)之上，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出樹形結(jié)構(gòu)。第一層是一路下來(lái)的各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)，初始化；第二層則是主界面顯示功能，為方便講述，這里將該界面命名為HOME界面；下一層則是打電話，電話本，才當(dāng)功能；最末端的就要屬菜單里的各個(gè)子功能程序。這里為了更加直觀，我講本系統(tǒng)的軟件邏輯以樹形結(jié)構(gòu)繪圖如17所示。圖17 系統(tǒng)軟件框架圖4.1 模塊驅(qū)動(dòng)初始化程序設(shè)計(jì)4.1.1 單片機(jī)初始化MSP430F169單片機(jī)啟動(dòng)后，默認(rèn)情況下使用內(nèi)部RC數(shù)字控制振蕩器8M不分頻作為時(shí)鐘輸入源，但是內(nèi)部振蕩器容易受電源穩(wěn)定性、環(huán)境中電磁波等的影響

54、，且本省精確性就得不到保證，所以本設(shè)計(jì)中在程序運(yùn)行之前將單片機(jī)的時(shí)鐘來(lái)源初始化設(shè)置成外接8M高頻晶振，主系統(tǒng)時(shí)鐘和子系統(tǒng)時(shí)鐘均設(shè)為外部晶振。另外，該單片機(jī)的看門狗默認(rèn)狀態(tài)下也是開啟的，在本設(shè)計(jì)中，沒(méi)有深度保證程序的安全穩(wěn)定性了，故沒(méi)有將看門狗設(shè)計(jì)在內(nèi)，所以初始化單片機(jī)時(shí)還要將看門狗定時(shí)器關(guān)閉。設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器A和B，初始化是還需要設(shè)置他們的工作方式。為了直觀，一下給出單片機(jī)初始化流程圖如圖18所示。圖18 MSP430F169單片機(jī)初始化流程圖4.1.2 LCD12864液晶顯示初始化12864中文字庫(kù)液晶，在顯示之前都需要經(jīng)過(guò)初始化，初始化的過(guò)程就是給液晶發(fā)送一些必須的8位控制

55、碼，告訴液晶以什么樣的方式工作，顯示，只有經(jīng)過(guò)正確初始化的液晶才能過(guò)將接收到的數(shù)據(jù)顯示到界面窗口上。具體初始化過(guò)程如下圖19所示。圖19 液晶顯示初始化4.1.3 SIM300模塊初始化本次設(shè)計(jì)使用的SIM300模塊是上電后會(huì)自動(dòng)完成硬件啟動(dòng)初始化的，但其完成硬件初始化后的默認(rèn)工作方式，不符合本次設(shè)計(jì)的思想，將會(huì)達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期效果，所以待模塊完成硬件初始化后，需要單片機(jī)通過(guò)串口通信，給模塊發(fā)送一些AT指令來(lái)對(duì)模塊功能進(jìn)行一些限定性的指引。例如對(duì)短信格式的限制，在本次設(shè)計(jì)中，由于受到輸入法只設(shè)計(jì)了英文輸入法的限制，短信格式就應(yīng)該限定為英文字符。其他具體設(shè)計(jì)如圖20所示。4.1.4 其它模塊初始化限于篇幅，其它模塊初始化這里不做介紹，有興趣想了解的讀者可以通過(guò)附錄第一部分的程序代碼清單去詳細(xì)了解。圖20 SIM300模塊初始化流程圖4.2 應(yīng)用子程序的設(shè)計(jì)4.2.1 電話撥打的子程序從前面提及的圖18系統(tǒng)軟件框架圖可以看出，撥打電話有兩種方式，一是手動(dòng)輸入號(hào)碼后撥通，另一種方式是通過(guò)電話本撥通。但實(shí)際上撥通電話的程序是一樣的，為同一個(gè)子程序。電話撥通后有三種結(jié)果，一是對(duì)方接聽電話，二是對(duì)方掛斷電話，三是對(duì)方無(wú)人接聽。電話接通后還有一種情況，流入打10086等運(yùn)營(yíng)商非人