汪道松-防盜門報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)講解

1、重慶科技學(xué)院 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 防盜門報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考生姓名： 汪道松 準(zhǔn)考證號： 011811306053 專業(yè)層次： 本科 院 （系）：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué) 院 指導(dǎo)教師： 唐曉慶 職 稱： 講 師 重慶科技學(xué)院 二 O 一三年五月二十九日 重慶科技學(xué)院 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 防盜門報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考生姓名： 汪道松 準(zhǔn)考證號： 011811306053 專業(yè)層次： 本 科 指導(dǎo)教師： 唐曉慶 院 （系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 重慶科技學(xué)院 二 O 一三年五月二十九日 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 中文摘要 I 摘 要 小區(qū)管理最為重要的目的就是確保住宅、住戶安全

2、?，F(xiàn)代居住的格局， 鄰里之間的來往越來越少，家庭生活隱秘性越來越強(qiáng)。所以說，小區(qū)的安防系統(tǒng) 和智能管理系統(tǒng)是現(xiàn)代小區(qū)管理不可缺少的部分。安全報(bào)警系統(tǒng)的性能包括當(dāng)有 陌生人的非法闖入、室內(nèi)有火情、室內(nèi)有毒氣體超標(biāo)和室內(nèi)漏水跑水情況發(fā)生時(shí) 發(fā)出報(bào)警。傳感器對居室進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常狀況后，單片機(jī)就執(zhí)行進(jìn) 行報(bào)警程序。報(bào)警情況分兩種情況進(jìn)行，當(dāng)主人在居室時(shí)，可通過鈴聲報(bào)警，主 人根據(jù)提示去實(shí)地檢查后決定自行處理還是打電話報(bào)警求助。另一種情況是主人 不在居室時(shí)，則由單片機(jī)進(jìn)行模擬摘機(jī)和撥號，接通后由單片機(jī)啟動(dòng)事先錄制在 語音芯片的語音進(jìn)行報(bào)警。這樣系統(tǒng)的費(fèi)用不高，安裝施工量不大，即可人工報(bào) 警又

3、可自動(dòng)報(bào)警，可滿足居室安全的要求。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，安防系統(tǒng)，傳感器，檢測 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 英文摘要 II Door of guard against theft alarm system design Abstract Community management is the most important purpose is to ensure that housing, household security. The pattern of modern living, the neighborhood of less and less, confidentiali

4、ty of family life is more and more strong. So, community security system and intelligent management system is a modern residential area management indispensable part. Security alarm system performance when a stranger from trespassing, indoor fire, indoor toxic gas and indoor leakage alarm running wa

5、ter occurs. Real-time detection sensor in the bedroom, when found to have abnormal situation, single-chip alarm program is executed. Alarm is divided into two cases, when the master in the bedroom, can through the bell alarm, owner according to the prompt decided to deal with after going to the fiel

6、d to check or call the police for help. Another case is the master is out of the bedroom, by the single chip microcomputer to simulate off-hook dial and, after connect by the microcontroller start recording is carried out in a voice chip voice alarm in advance. Such a system cost is not high, instal

7、lation construction, can be manual alarm and automatic alarm, and can meet the requirements of bedroom is safe. Key words: single chip microcomputer，Security system，The sensor，detection 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 目錄 III 目 錄 中文摘要中文摘要 .I 英文摘要英文摘要.2 1 緒緒 論論.1 1.1 課題背景和意義課題背景和意義.1 1.2 論文的主要工作和結(jié)構(gòu)論文的主要工作和結(jié)構(gòu).1 2

8、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).3 2.1 方案選擇論證方案選擇論證.3 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì).3 2.2.1 釋電紅外傳感器單元熱.5 2.2.2 溫度傳感器單元.8 2.2.3 單片機(jī)控制模塊.10 2.2.4 聲光報(bào)警模塊.12 2.2.5 LCD 顯示模塊.13 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).16 3.1 主程序流程圖主程序流程圖.16 3.2 中斷程序流程圖中斷程序流程圖.16 3.2.1 熱釋電紅外傳感器軟件流程圖.17 3.2.2 溫度傳感器軟件流程圖.18 4 結(jié)結(jié) 論論.19 致謝致謝.20 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).21 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 1

9、 緒論 1 1 緒 論 1.1 課題背景和意義 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，人們的家居生活條件不斷 得到改善。由于當(dāng)今社會(huì)城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口膨脹，外來人口的增 加，城市里建成了大量現(xiàn)代化小區(qū)。另外，加上煤氣和家用電器設(shè)備使用中的 不安全因素等，對居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了很大的潛在威脅。經(jīng)過分析， 給居民生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來最大的威脅包括有兩大方面，一方面是人為引起的 破壞(如盜竊、搶劫、兇殺)，另一方面是自然災(zāi)害引起的破壞(如火災(zāi))。因此， 人們迫切需要一種對室內(nèi)出現(xiàn)的各種緊急意外事件（如發(fā)生入室盜竊、火災(zāi)等） 自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息并通知戶主進(jìn)行及時(shí)處理的住宅安防系統(tǒng)。 傳

10、統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)系統(tǒng)在實(shí)際使用中暴露了很多 隱患，除了操作繁瑣之外，還沒達(dá)到安全的效果。同時(shí)，隨著社會(huì)信息化進(jìn)程 的逐步深入，特別是傳感器技術(shù)和先進(jìn)的電子通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，家居生活 的網(wǎng)絡(luò)化與智能化將成為人們新的需求，智能家居系統(tǒng)也由此成為了目前世界 范圍內(nèi)的熱門的研究領(lǐng)域之一。 智能家居是以家庭住宅為平臺(tái)，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng) 控制等技術(shù)，將與家庭生活相關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，為人們 提供更加舒適、高效、便捷、安全的現(xiàn)代居住環(huán)境。新的智能型家庭安防報(bào)警 系統(tǒng)在感應(yīng)端主要通過磁頭、紅外、溫度、煤氣、玻璃破碎等探測器來感應(yīng)異 常的變化，當(dāng)感應(yīng)器感

11、應(yīng)到異常情況時(shí)，自動(dòng)地把警情發(fā)送至相關(guān)部門和人員， 以便得到及時(shí)的處理，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此，研究智能家居安防系 統(tǒng)很有必要。 信技術(shù)的家居安防系統(tǒng)目前還處于起步階段，具有廣闊的發(fā)展前景。 1.2 論文的主要工作和結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容是以單片機(jī)為主要控制元件，利用熱釋電紅外傳感器實(shí) 現(xiàn)對住宅陌生人的入侵檢測，利用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)的檢測，利用 LCD12864 液晶屏顯示當(dāng)前的安防信息。當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)，通過單片機(jī)控制報(bào)警電 路完成警情的聲光報(bào)警，并在 LCD 顯示屏上顯示警情種類，用戶可以根據(jù)安置 場所可能出現(xiàn)的警情種類，開啟合適的報(bào)警器開關(guān)，以達(dá)到針對性的布防效果。 本系統(tǒng)制作簡單

12、、成本低，功能齊全，安裝方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗 干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。它是可以廣泛應(yīng)用于小區(qū)住宅、酒店、倉 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 1 緒論 2 庫等領(lǐng)域的多功能安防報(bào)警系統(tǒng)。 論文各章內(nèi)容安排如下: 第 1 章緒論部分闡述了課題研究的背景和意義，隨后分析了國內(nèi)外在該方 向的研究狀況，最后歸納了本論文的工作和各章內(nèi)容安排； 第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中首先論證了方案的設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案， 最后介紹了各個(gè)硬件模塊的具體設(shè)計(jì)； 第 3 章是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，首先給出了系統(tǒng)的主程序流程，具體闡述了單片 機(jī)初始化及程序流程；最后介紹了傳感器中斷程序的設(shè)計(jì)及流程。

13、重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 方案選擇論證 家庭安防報(bào)警系統(tǒng)一般包含幾個(gè)部分，具體可分為：紅外入侵檢測報(bào)警，火 災(zāi)報(bào)警。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下兩種： 方案一：利用某一種傳感器和微處理芯片以及一些外圍功能電路完成對某一 種警情的報(bào)警，這樣的系統(tǒng)功能單一，成本高，擴(kuò)展性不強(qiáng)，只能對某一種突發(fā) 情況進(jìn)行報(bào)警。 方案二：將多種傳感器結(jié)合在一起，各自有自己的獨(dú)立開關(guān)，可根據(jù)需要選 擇接入的傳感器類型。當(dāng)傳感器電路檢測到家庭出現(xiàn)安全隱患時(shí)，把檢測結(jié)果送 入微處理器，通過微處理器控制報(bào)警燈和高音報(bào)警器的開啟，并將發(fā)生的警情信 息顯示在顯示屏上。 通

14、過比較，方案二能滿足我們的多樣化需求，更加人性化，更加簡單有效， 故本設(shè)計(jì)選擇方案二。 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件模塊劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、 單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警模塊、LCD 顯示模塊、鍵盤（開關(guān)）控制模塊。系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示： 2-1 系統(tǒng)圖總體結(jié)構(gòu)框圖 就此設(shè)計(jì)的幾個(gè)模塊來說，單片機(jī)是設(shè)計(jì)的中心模塊，所以此系統(tǒng)也是單片 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片 機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的 總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)

15、階 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4 段。 從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)需包含如下結(jié)構(gòu)：電源、傳感器電路、單片機(jī)控 制電路、鈴音報(bào)警電路、復(fù)位電路、LED 燈、鍵盤（開關(guān)） 、LCD 顯示組成，其中 電源模塊采用 3 節(jié) 5 號電池來提供。它們之間的構(gòu)成框圖如圖 2-2 所示： 圖 2-2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在 監(jiān)測點(diǎn)上的各種數(shù)據(jù)采集模塊將原始信息轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路 送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出 TTL 電平至單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、 識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警狀態(tài)控制信號。

16、驅(qū)動(dòng)電路將控制信號放大并驅(qū)動(dòng)聲 光報(bào)警電路完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲 5min 后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào) 警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路可使系統(tǒng)復(fù)位。 本文設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的探測器主要包括如下兩個(gè)：紅外對射傳感器、溫度傳感 器。以小區(qū)內(nèi)一典型住宅為例，各個(gè)探測器的安裝示意圖如圖 2-3 所示： 圖 2-3 探測器安裝示意圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 數(shù)據(jù)采集模塊完成系統(tǒng)警情數(shù)據(jù)的采集，它由一些傳感器及其外圍基本電路 構(gòu)成。該模塊包含兩個(gè)單元模塊，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器單元，另一個(gè)是溫度 傳感器單元。前者負(fù)責(zé)陌生人的入侵檢測，后者負(fù)責(zé)火災(zāi)的檢測。 2.2.1

17、釋電紅外傳感器單元熱 熱釋電紅外線(PIR)傳感器是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。 是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器 或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化， 并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，將這個(gè)電壓信號加以放大、比較整形后輸送給單片 機(jī)使其驅(qū)動(dòng)各種控制電路。圖 2-4 示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖： 圖 2-4 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路圖 （1）PIR 的原理特性 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個(gè)探測 器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，來抑制由于自

18、 身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的 電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。 人體輻射的紅外線中心波長為 910um，而探測元件的波長靈敏度在 0.2 20um 范圍內(nèi)，幾乎是穩(wěn)定不變的。傳感器頂端有一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè) 濾光片可通過光的波長范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對 其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射 的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并 被熱釋電元接收，但是由于兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，這 樣就不能抵消，產(chǎn)生電壓差值，這個(gè)

19、差值經(jīng)信號處理而輸出電壓信號。熱釋電紅 外傳感器輸出的檢測信號很小。要經(jīng)過放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測信號的特點(diǎn)和輸 出信號的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳 感器的控制系統(tǒng)。下圖 2-5 是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖： 低頻放大比較整形ViVo 圖 2-5 控制電路結(jié)構(gòu)框圖 本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路 如圖 2-6 所示, 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加 了穩(wěn)

20、壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動(dòng)信號時(shí)，電荷信號經(jīng)過 FET 放大后，經(jīng) 過 C2，R1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過 NPN 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平。 圖 2-6 熱釋電紅外傳感器原理圖 （2）菲涅爾透鏡 目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到 紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用 才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足 2m 提高到至 少 8m 范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，每個(gè)單元一般都只有一個(gè)不大的視 場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖 2-7 所示)。這樣， 當(dāng)人體

21、在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過菲 涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的 溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 一個(gè)視場后，又走出這個(gè)視場，再進(jìn)人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看 到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一 個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號。 菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在 5cm 左右。菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀，傳感器加 裝了菲涅爾透鏡后

22、可以有效增加傳感器的檢測范圍，菲涅爾透鏡的實(shí)物圖如附圖 1 所示。另外，需要說明的是：傳感器模塊在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒 到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。菲涅爾透鏡的示意 圖如下圖所示： 圖 2-7 菲涅爾透鏡示意圖 （3）本設(shè)計(jì)采用 HC-SR501 模塊，如附錄圖所示。該模塊是基于紅外線檢測 技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國原裝進(jìn)口 LHI778 紅外感應(yīng)探頭設(shè)計(jì)，感應(yīng)部分 應(yīng)用菲涅爾透鏡對感應(yīng)范圍進(jìn)行放大，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式， 廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電氣設(shè)備，尤其是干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。 HC-SR501 人體感應(yīng)模塊電氣特性： 工作電壓范

23、圍：直流電壓 4.5-20V； 靜態(tài)電流：50uA； 電平輸出：高 3.3V/低 0V； 觸發(fā)方式：L（不可重復(fù)觸發(fā)）/H（重復(fù)觸發(fā)） ； 感應(yīng)角度：100 度錐角； 工作溫度：-15+70 攝氏度； 觸發(fā)時(shí)間：5-200S(可調(diào))可制作范圍零點(diǎn)幾秒幾十分鐘。 HC-SR501 模塊功能參數(shù)： 全自動(dòng)感應(yīng)：人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng) 延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 兩種觸發(fā)方式（可跳線選擇）： a、不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將 自動(dòng)從高電平變成低電平； b、可重復(fù)觸發(fā)方式：即

24、感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體 在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變 為低電平（感應(yīng)模塊檢測到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并 且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn))。 封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置：2.5S 封鎖時(shí)間)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后 （高電平變成低電平） ，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器 不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)” 。 2.2.2 溫度傳感器單元 為了滿足本設(shè)計(jì)需要，該單元選用的是 DS18B20 智能溫度傳感器。它是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，世界上

25、第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板（ON-B0ARD）專利技術(shù)。 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。一線總線獨(dú)特而 且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概 念。與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實(shí) 際要求通過簡單的編程實(shí)現(xiàn) 912 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。 （1）DS18B20 的特點(diǎn)： DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā) 的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管腳排列如圖 2-8 所示： 重慶科技學(xué)院高等教育

26、自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 2-8 DS18B20 外形及引圖腳排列圖 （2）DS18B20 引腳定義： DQ 為數(shù)字信號輸入/輸出端。 GND 為電源地。 VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） 。 新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采 用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測溫效果。 （3）DS18B20 的性能特點(diǎn)如下： 適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù) 線供電。 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即 可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B2

27、0 的雙向通訊。 DS18B20 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí) 現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫。 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在 形如一只三極管的集成電路內(nèi)。 溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為0.5。 可編程的分辨率為 912 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、 0.125和 0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫。 在 9 位分辨率時(shí)最多在 93.75ms 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12 位分辨率時(shí)最 多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以“一線總線”串行傳送給 CPU，同時(shí)

28、可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 測溫系統(tǒng)具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少 等優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 有寄生電源供電方式和外部電源供電方式，本設(shè)計(jì)采用外部電源供 電方式。在外部電源供電方式下，DS18B20 工作電源由 VDD 引腳接入，此時(shí) I/O 線不需要強(qiáng)上拉，不存在電源電流不足的問題，可以保證轉(zhuǎn)換精度。在外部供電 的方式下，DS18B20 的 GND 引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85。 本設(shè)計(jì)中采用外部電源供電方式，其與單片機(jī)的接口電路如下圖 2-9

29、 所示 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 圖 2-9 DS18B20 與 STC89C52 單片機(jī)引腳連線 DS18B20 溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路非常簡單。DS18B20 只有三個(gè)引腳， 一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)的 I/O 口，電源與數(shù)字 輸入輸出腳間需要接一個(gè) 4.7K 的電阻。 系統(tǒng)中的溫度傳感器可用于檢測環(huán)境溫度，通過溫度值的變化來預(yù)測火災(zāi)的 發(fā)生。例如當(dāng)溫度高于 50 度時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，提示用戶進(jìn)行處理。 2.2.3 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)是整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的信號，另 一方面要對信號分

30、別進(jìn)行處理，控制后續(xù)電路的相應(yīng)工作；同時(shí)，查詢是否有鍵 按下的命令。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進(jìn)行 線性化處理，然后送 LCD 顯示，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī)有較快的運(yùn)算 速度。同時(shí)，在保證報(bào)警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠盡可能 降低成本，縮小體積。 如今市面上單片機(jī)的種類很多，許多廠家都有自己的單片機(jī)系列產(chǎn)品。本設(shè) 計(jì)中只是對各種傳感器的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在 LCD 上顯示并產(chǎn)生聲光報(bào)警，功 能不是特別復(fù)雜，實(shí)時(shí)性不太強(qiáng)，運(yùn)算量不是太大，因此選用 8 位單片機(jī)。該應(yīng) 用還應(yīng)該考慮單片機(jī)的功耗。滿足這兩個(gè)條件的單片機(jī)種類很多，考慮到價(jià)格， 本人已

31、有的單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境和仿真器等因素，最終選用宏晶公司生產(chǎn)的 STC89C52 型號的單片機(jī)。 （1）STC89C52 單片機(jī)主要性能及結(jié)構(gòu) STC89C52 單片機(jī)完全兼容 MCS-51 系列單片機(jī)的所有功能，并且本身帶有 2K 的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上，它比人們常用 的 8031CPU 外加 EPROM 為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單方便等優(yōu)點(diǎn)， 具體如下： 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 STC89C52 單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，是 采用 CHMOS 工藝的 8 位單片機(jī)。它在硬件資

32、源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同，在應(yīng)用中可直接替換。在 STC89C52 內(nèi)部有 FLASH 程序存儲(chǔ)器，不僅能用常規(guī)的編程器編程，也可在線使之處于編程狀態(tài)對其編程。 編程速度很快，擦除時(shí)也無需紫外線，非常方便。它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供 了靈活、低成本、低功耗的解決方案。 （2）時(shí)鐘電路單元 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為 片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所 以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩

33、頻率為 12MHz，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。如圖 2-10 所示為時(shí) 鐘電路。 圖 2-10 時(shí)鐘電路圖 （3）復(fù)位電路單元 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作 以后, 在 RST 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使 用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是外 部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖 2-11 示為復(fù)位電路。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 圖 2-11 復(fù)位電路圖 2.2.4 聲光報(bào)警模塊 （1）發(fā)光二極管報(bào)警單元 由 2

34、個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片機(jī)的 P3.1/TXD 的引腳，外接 VCC，當(dāng) 單片機(jī)的 P3.1/TXD 引腳被置高電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警顯示作用。 如圖 2-12 所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。 圖 2-12 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖 (2)聲音報(bào)警單元 如下圖所示，用一個(gè) Speaker 和三極管、電阻接到單片機(jī)的 P3.7 引腳上， 構(gòu)成聲音報(bào)警電路，當(dāng) P3.7 引腳被置高電平后，啟動(dòng)報(bào)警電路，起到報(bào)警和震 懾作用。如圖 2-13 示為聲音報(bào)警電路。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 LS1 VC C D1 1K R 2 P37 Q1 8550 圖

35、 2-13 聲音報(bào)警電路圖 2.2.5 LCD 顯示模塊 本系統(tǒng)的 LCD 顯示屏選用 AMPIRE12864 圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí) 可以顯示報(bào)警信息。它是帶有中文字庫，是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線 串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示 模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全 中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字， 也可完成圖形 顯示。另外，低電壓低功耗是其又一

36、顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與 同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔， 且該模塊的價(jià)格也低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。因此本文選 LCD12864 顯示器 作為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的工具，其性能，完全滿足設(shè)計(jì)需要。 LCD12864 顯示屏的管腳引腳圖如下圖 2-14 所示： 圖 2-14 LCD12864 管腳引腳圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 LCD12864 引腳接口說明： 第 1 腳：CS1 是片選信號，當(dāng) CS1=H 時(shí)，液晶左半屏顯示； 第 2 腳：CS2 是片選信號，當(dāng) CS2=H 時(shí)，液晶右半屏顯示； 第 3

37、腳：GND 電源接地線； 第 4 腳：VCC 電源電壓； 第 5 腳：V0 LCD 驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓，要求 VDD-VLCD=13V； 第 6 腳：RS 寄存器選擇信號； 第 7 腳：R/W 讀/寫操作選擇信號； 第 8 腳：E 使能信號； 第 9-16 腳：八位三態(tài)并行數(shù)據(jù)總線； 第 17 腳：RST 復(fù)位信號，低電平有效； 第 18 腳：Vout 輸出-10V 的負(fù)電壓（單電源供電） ； LCD12864 復(fù)位電路連接圖如下圖 2-15 所示： 圖 2-15 LCD 復(fù)位電路 顯示器與單片機(jī)的連接：STC89C52 單片機(jī)與顯示器的連接是串口連接，將單 片機(jī)與顯示器連接以后，就可以把單片機(jī)處理的

38、信息實(shí)時(shí)顯示在 LCD 顯示屏上。 單片機(jī)的 P0.0-P0.7 接到 LCD12864 顯示器的 DB0-DB7 這八個(gè)引腳上，LCD12864 的 1、2 引腳接在單片機(jī)的 P2.3、P2.4 引腳上，第 6、7、8 引腳接在單片機(jī)的 P2.0、P2.1、P2.2 引腳上，LCD 的第 4 引腳接地，LCD 的第 3、5、18 引腳接地。 單片機(jī)與 LCD12864 顯示屏的接線如圖 2-16 所示： 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 圖 2-16 LCD 顯示電路與單片機(jī)的連接圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 3 系統(tǒng)軟

39、件設(shè)計(jì) 3.1 主程序流程圖 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要是通過單片機(jī)實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)采集模塊。當(dāng)出現(xiàn)警情時(shí)， 數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送給單片機(jī)一個(gè)高電平信號，然后單片機(jī)處理并控制聲光報(bào)警電 路和顯示電路完成相應(yīng)動(dòng)作。 按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖 3-1 所示： 圖 3-1 主程序工作流程圖 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 3.2 中斷程序流程圖 本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號 后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路 開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù) 5 分鐘后自動(dòng)停止報(bào)警，然后程序開始循環(huán)工作，

40、檢測是否 還有下次觸發(fā)信號，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷 方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到 5 分鐘時(shí)，用手工按鍵停止聲光報(bào)警的作用。手 工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖 3-2 所示； 圖 3-2 中斷服務(wù)程序工作流程圖 3.2.1 熱釋電紅外傳感器軟件流程圖 熱釋電紅外傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測室內(nèi)的險(xiǎn)情，當(dāng)有陌生人進(jìn)入傳感器的監(jiān)測范圍 內(nèi)時(shí)，將觸發(fā)傳感器模塊產(chǎn)生一個(gè)高電平，模塊將此高電平傳送給單片機(jī)。安全 情況下節(jié)點(diǎn) MCU 處于低功耗工作模式，當(dāng)有入侵險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，通過中斷喚醒，其 程序工作流程圖如圖 3-3 所示。 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 圖 3-3 紅外線對射傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程圖 3.2.2 溫度傳感器軟件流程圖 當(dāng)檢測到的室內(nèi)溫度高于預(yù)先設(shè)置的報(bào)警溫度時(shí)，單片機(jī)將啟動(dòng)蜂鳴器，并 點(diǎn)亮 LED 燈進(jìn)行聲光報(bào)警，主程序啟動(dòng)定時(shí)器每 3 秒中斷，中斷程序中調(diào)用各檢 測模塊程序。其各檢測模塊程序流程圖如下各圖 3-4 所示。 圖 3-4 溫度采集流程圖 首先通過 DQ 口對 DSl8820 進(jìn)