基于單片機的機器人管家論文

1、本科生畢業(yè)論文題 目 基于單片機的機器人管家設(shè)計 系 別 計算機與信息工程學(xué)院 班 級 姓 名 學(xué) 號 答辯時間 2015 年 5 月 計算機與信息工程學(xué)院0目 錄目 錄11 前言31.1 課題研究的背景和意義31.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀32 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計43 核心控制單元AT89S52處理器43.1 AT89S52單片機的主要性能53.2 AT89S52的功能特性描述53.3 AT89S52的引腳功能與封裝64 GSM數(shù)字移動通信模塊TC3594.1 單片機對TC35模塊的控制簡介94.2 AT指令的介紹115 傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊125.1溫度傳感器模塊DS18B20125.1.1

2、DS18B20特點125.1.2 DS18B20引腳及管腳功能介紹135.2 煙霧傳感器模塊MQ-2氣體傳感器145.3 紅外避障傳感器模塊146 LCD1602液晶顯示模塊157 主程序流程圖188 結(jié)論19參考文獻(xiàn)：20謝 辭21附錄1：電路原理圖22附錄2：設(shè)計實物圖23附錄3：主程序部分24基于單片機的機器人管家設(shè)計 指導(dǎo)教師：摘要：研究認(rèn)為，家庭自動化將向著綜合自動化和智能自動化發(fā)展，“機器人管家”將成為智能家居中的核心部件和關(guān)鍵。本系統(tǒng)以單片機AT89S52作為核心控制模塊，由GSM無線通信模塊、傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊、液晶顯示模塊組成。通過傳感器模塊中煙霧傳感器和溫度傳感器采集相

3、關(guān)信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成單片機可處理的數(shù)字信號，將該信號通過GSM短信模塊，借助GSM移動網(wǎng)絡(luò)，以中文短消息，直接把報警地點的情況反映到您的手機屏幕上。該系統(tǒng)安全保密性高，又不需要組建專用網(wǎng)絡(luò)和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，因此與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比有著其獨特的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：機器人管家； AT89S52單片機；GSM網(wǎng)絡(luò)；傳感器The robot housekeeper design based on single chip microcomputer Tutor：Abstract：Studies suggest that home automation will make progress t

4、oward integrated automation and intelligent control automation; robot housekeeper will become an important member of smart home. This system based on AT89S52 MCU as the core control module , which is consist of the GSM wireless communication module, sensor data acquisition module, LCD modu

5、le . By collecting the smoke sensor and temperature sensor signal sensor module，through the A/D converter module into digital signals which a single chip can handle, the signal is through the GSM SMS module，with GSM mobile network, through Chinese short message, directly to the alarm location is ref

6、lected to your mobile phone screen. The theory is very simple and has high security, and there is no need to set up special networks and to maintain them, moreover the area of GSM networks covering is very wide, so this method has many particular advantages over conventional monitoring system. Key w

7、ords: Robot housekeeper; AT89S52 single chip microcomputer； GSM networks；Sensor；1 前言1.1 課題研究的背景和意義隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，單片機控制技術(shù)已漸漸滲透到電子技術(shù)、儀器儀表、自動控制等各個基礎(chǔ)范疇。機器人是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決定與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等功能于一體的智能體，在智能控制及自動化控制系統(tǒng)中都有著廣泛的使用。本文所要探究的是以單片機為核心的智能家庭自動化。智能家庭自動化，是當(dāng)下最熱門的科技話題之一?？v觀智能家居的歷史，三代進(jìn)化，產(chǎn)品更加貼近普通大眾的生活，產(chǎn)品的形態(tài)也更加靈活多樣，智能化的特征

8、也越來越明顯。所謂智能家庭自動化，就是智能化的家庭自動化，也有人叫智能家居，在國外常用Smart Home表示系指利用高智能電子技術(shù)來控制家中的電子電器設(shè)備或能動地處理其他居家信息的系統(tǒng)。由于科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展條件所限，我們目前的家庭自動化主要限于控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)，遠(yuǎn)沒有達(dá)到智能自動化的目標(biāo)和效果。目前，只是家庭自動化的初級階段。在研究中，本文將透過現(xiàn)狀，主要將目光投向以機器人管家為中的未來全智能家庭自動化系統(tǒng)的創(chuàng)建上，目的是將智能家居系統(tǒng)推向全新的網(wǎng)絡(luò)化和智能化層面。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 第一代是家庭自動化技術(shù)出現(xiàn)和發(fā)展的早期，時間段大約在上世紀(jì)80年代初到90年代末。科技的

9、進(jìn)步總是基于人們對美好事物的向往。80年代以來，有些國家已研制出家用機器人。它可以代替人完成端茶、值班、洗碗、掃除以及與人下棋等工作。家庭機器人管家與一般的產(chǎn)業(yè)機器人不同，它應(yīng)是智能的機器人。它靠各種傳感器感覺，能懂人的命令,能做出相應(yīng)的反應(yīng),具有靈活的行動。這種機器人的許多技術(shù)問題尚未解決。第二代智能家居系統(tǒng)活躍于本世紀(jì)的頭一個10年。2006年 6月，微軟公司推出Microsoft Robotics Studio，機器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾·蓋茨預(yù)言，家用機器人很快將席卷全球。在國內(nèi)，家庭自動化一直是各廠家爭奪智能家居市場的主戰(zhàn)場，我國主要的兩大陣營是由海爾主

10、導(dǎo)的e家佳和由聯(lián)想推動的閃聯(lián)，兩者都獲得了工信部的批準(zhǔn)，不同的是前者側(cè)重于家庭，后者關(guān)注于辦公，但最終都聚焦于家庭網(wǎng)絡(luò)化。隨著多種協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的相互競爭，促進(jìn)了自動化領(lǐng)域的技術(shù)繁榮，也推動了智能家居向生活智能化的進(jìn)程，然而，繁榮的背后也存在著一定的制約因素。目前，市場需要性能穩(wěn)定、價格適宜、使用方便的智能家庭機器人，這就需要相關(guān)企業(yè)提供性價比高的實用化、傻瓜化、模塊化的智能產(chǎn)品?？偨Y(jié)前人的研究成果，提出了基于單片機的機器人管家設(shè)計。本文基于單片機及多種傳感器原理,AT89S52作為系統(tǒng)檢測和控制的核心部分, 小型直流電機L298N作為驅(qū)動元件, 實現(xiàn)對機器人小車的智能控制，完成了一個自主式移動機

11、器人的制作。2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計本設(shè)計利用煙霧傳感器、溫度傳感器先采集火災(zāi)情況，再將報警信息發(fā)送給單片機進(jìn)行處理，然后，LCD液晶顯示具體報警信息，由此可以知道具體報警位置及其類型。微處理器通過GSM模塊以短信形式將特定報警信息發(fā)送于預(yù)先設(shè)定好的手機號碼，通知事主家中安全信息，以便事主及時做出相應(yīng)措施。 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，系統(tǒng)可分為4大模塊：1)核心控制單元AT89S52模塊；2) GSM無線通信模塊；3)傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊；4)液晶顯示模塊； 系統(tǒng)原理框圖如圖2-1所示。液晶顯示傳感器手機終端GSM傳輸信息TC35i(GSM短信模塊)AT89S52(核心控制)圖2-1 系統(tǒng)原理框

12、圖3 核心控制單元AT89S52處理器如今，AT89S52作為普通51單片機已廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中，其接口簡單，方便使用，且功能強大，因此本系統(tǒng)采用AT89S52單片機作為主控制芯片。作為本設(shè)計的核心部分之一，由AT89S52擔(dān)任的主控制器構(gòu)成了系統(tǒng)的主控模塊，它不僅用于設(shè)計的硬件實現(xiàn)，對于設(shè)計程序的軟件輸入也起到控制作用，將控制整個機器人管家能否正常工作。3.1 AT89S52單片機的主要性能l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器l 電源工作范圍在 4.0V到5.5Vl 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 3級加密程序存儲器l 256字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個可編程I/O口線

13、l 3個16位定時器/計數(shù)器l 8個中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看門狗定時器l 雙數(shù)據(jù)指針l 靈活的在線編程（字節(jié)和頁模式）l 與各種MCS-51單片機兼容3.2 AT89S52的功能特性描述AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用Atmel公司高密度、非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，片上Flash

14、允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器，功能強大的AT89S52可為許多控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。    此外，AT89S52可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，單片機一切工作停止， 直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。停止芯片其他功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。3.3 AT89S52的引腳功能與封裝按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器以及多

15、功能I/O口、控制和復(fù)位等。AT89S52的引腳排列如圖3-1所示。圖3-1 AT89S52的引腳排列多功能I/O口AT89S52共有四個8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，對應(yīng)的引腳分別是P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7以及P3.0P3.7，共32根I/O線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。 P0端口，該口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。在作為輸出口時，每根引腳可以帶動8個TTL輸入負(fù)載。當(dāng)把“1”寫入P0時，則它的引腳可用作高阻抗輸入。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P0可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址/數(shù)據(jù)總線，在該模式，P0口擁有內(nèi)部上拉電阻。在對Flas

16、h存儲器進(jìn)行編程時，P0用于接收代碼字節(jié)；在校驗時，則輸出代碼字節(jié)；此時需要外加上拉電阻。 P1端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在對Flash編程和程序校驗時，P1口接收低8位地址。另外，P1.0與P1.1可以配置成定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入端（P1.0/T2）與定時/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入端（P1.0/T2EX）。表3-1 P1口管腳復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P1

17、.0T2（定時器/計算器2的外部輸入端）P1.1T2 EX（定時器/計算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制）P1.5MOSI（用于在線編程）P1.6MISO（用于在線編程）P1.7SCK（用于在線編程） P2端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P2口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P2口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址，在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用

18、寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不會改變。在對Flash編程和程序校驗期間，P2口也接收高位地址或一些控制信號。 P3端口，該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫“1”時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，此時可用作輸入口。P3口作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。在AT89S52中，同樣P3口還用于一些復(fù)用功能，如表3-2所列。在對Flash編程和程序校驗期間，P3口還接收一些控制信號。表3-2 P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(fù)用功能P3.0RXD（

19、串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入） P3.5T1（定時器1的外部輸入） P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST 復(fù)位輸入端。在振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使其單片機復(fù)位?？撮T狗定時器（Watchdog）溢出后，該引腳會保持98個振蕩周期的高電平。在SFR AUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽這種功能。DISRTO位的默認(rèn)狀態(tài)，是復(fù)位高電平輸出功能使能。ALE/地址鎖存允許信號。在存取外部存儲器時，這個輸出信號用于鎖存低字節(jié)地址。在對Fl

20、ash存儲器編程時，這條引腳用于輸入編程脈沖PROG。一般情況下，ALE是振蕩器頻率的6分頻信號，可用于外部定時或時鐘。但是，在對外部數(shù)據(jù)存儲器每次存取中，會跳過一個ALE脈沖。在需要時，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置為“1”，從而屏蔽ALE的工作。在單片機處于外部執(zhí)行方式時，對ALE屏蔽位置“1”并不起作用。程序存儲器允許信號。它用于讀外部程序存儲器。當(dāng)AT89S52在執(zhí)行來自外部存儲器的指令時，每一個機器周期PSEN被激活2次。在對外部數(shù)據(jù)存儲器的每次存取中，PSEN的2次激活會被跳過。/Vpp 外部存取允許信號。為了確保單片機從地址為0000HFFFFH的外部程序存儲器中讀取代

21、碼，故要把EA接到GND端，即地端。但是，如果鎖定位1被編程，則EA在復(fù)位時被鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部程序時，EA應(yīng)接到Vcc。在對Flash存儲器編程時，這條引腳接收12V編程電壓Vpp。XTAL1 振蕩器的反相放大器輸入，內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 振蕩器的反相放大器輸出。4 GSM數(shù)字移動通信模塊TC35GSM是歐洲郵電管理委員會(CEPT)下屬的移動通信特別小組制定的通信協(xié)議。目前已建成的覆蓋全國的GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)是我國公眾通信網(wǎng)的主要方式。短消息服務(wù)(SMS)是通過移動網(wǎng)絡(luò)用手機收發(fā)短消息的一種通信機制，SMS采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式，短消息發(fā)送以后，先要存儲在短消息中心(SMC)，

22、然后再由SMC將短消息轉(zhuǎn)發(fā)給手機接收方。4.1 單片機對TC35模塊的控制簡介目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。TC35是SIEMENS公司推出的新-代無線通信GSM模塊，該模塊支持GSM 短信服務(wù)，具有功耗低、傳輸速度快、雙頻數(shù)據(jù)接口、集射頻電路和基帶于一體等特點并且大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。設(shè)計選用GSM模塊TC35i,給出其和PC機的通信電路，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸。TC35i與GSM2/2兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、自帶RS232數(shù)據(jù)通訊接口，可以方便地與PC機、單片機連機通訊。該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令

23、接口，可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計。該模塊的外部接口包括天線接口、電源接口、串行總線接口及SIM卡插座。GSM模塊通過異步通信接口實現(xiàn)對SMS的控制，接入?yún)f(xié)議一共有3種：Block Mode、基于AT命令的文本(TEXT)模式和基于AT命令的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(protocol data unit，PDU) 模式。 TC35模塊的工作電壓一般在3.35.5V,模塊的供電電壓如果低于3.3V則會自動關(guān)機,可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段,所在頻段功耗分別為2W(900M)和1

24、W(1800M)。模塊有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4K,4.8K,9.6K的非透明模式。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話以及漫游檢測功能,為用戶提供快速、可靠、安全的文本數(shù)據(jù)和語音數(shù)據(jù)的傳輸。常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器,實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50天線連接器,可分別連接SIM卡支架和天線。向計算機串口發(fā)送AT命令操作TC35i模塊的主要步驟如下 ：(1)利用OpenComm()函數(shù)初始化串口；(2)選擇TC35i GSM MODEM的短

25、信息服務(wù)功能；(3)選擇短消息存儲區(qū)(SIM卡/手機內(nèi)存)；(4)選擇接收或發(fā)送短消息的格式(TEXT 格式/PDU格式)；(5)設(shè)置SIM卡的短信服務(wù)中心號碼 ；(6)當(dāng)所有準(zhǔn)備就緒后才能發(fā)送短信息(一般發(fā)送一條短信）。TC35模塊主要有六部分組成，分別是：GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口。作為TC35的核心,基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號,并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下,可支持FR、HR和EFR語音信道編碼。其通信方式如圖4-1所示。GSM網(wǎng)絡(luò)PCRS232RS232手機終端單片

26、機TC3模塊TC3模塊模塊單片機SIM卡SIM卡電源電源圖4-1 TC35通信方式 GSM模塊中電源電路分為充電電池和穩(wěn)壓電源模塊兩部分：充電電池部分主要為整個系統(tǒng)提供3.6V的工作電壓,同時產(chǎn)生MAX3238所需要的高電平；三端電源模塊LM7806主要將外部12V直流電源轉(zhuǎn)換為6V,連到ZIF連接器的11、12引腳,在充電模式下,為TC35i提供6V、500mA的充電電源。啟動電路由開漏極三極管和上電復(fù)位電路組成。對模塊上電10ms后(此時的電池電壓須大于3V),為使之正常工作,必須在15腳加時長至少為100ms的低電平信號。啟動后,15腳的信號應(yīng)保持高電平。4.2 AT指令的介紹表4-1

27、常用AT指令A(yù)T指令 功 能 AT+CMGCSend an SMS commend(發(fā)出一條短信息命令) AT+CMGDDelete SMS message (刪除SIM卡內(nèi)存的信息) AT+CMGF Select SMS message format(選擇短消息信息格式：0-PDU；1-文本) AT+CMGLList SMS message from preferred store(列出SIM卡中的短消息格式PDU/TEXT：0“REC UNREAD”為未讀，1“REC READ”為已讀，2“STOU NSENT”為待發(fā)，3“STOSENT”為已發(fā)，4“ALL”為全部 AT+CMGRRead

28、 SMS message (讀短消息) AT+CMGS Send SMS message (發(fā)短消息) AT+CMGWWrite SMS message to memory (向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息) AT+CNMINew SMS message storage(顯示新收到的短消息) AT+CPMSPreferred SMS message storage (選擇短消息內(nèi)存) AT+CSCA SMS service center address(短消息中心地址) AT+CSCBSelect cell broadcast message messages (選擇蜂窩廣播信息) AT+CS

29、MPSet SMS text mode parameters(設(shè)置短消息文本模式參數(shù)) （1）對于發(fā)送短消息指令(AT+CMGS)·采用PDU方式的命令格式：AT+CMGS=<length>PDUF方式只能輸入16進(jìn)制的字符0-9及A-F，按 ctrl-Z發(fā)送出去或者按ESC取消發(fā)送。·采用TEXT方式的命令格式：AT+CMGS=<da>, <toda>Text方式只能發(fā)送文本信息，按ctrl-Z發(fā)送出去或者按ESC取消發(fā)送。（2）對于選擇消息格式(AT+CMGF)短消息可選擇TEXT或者PDU格式，當(dāng)選擇PDU格式時，包括所有頭信息的短

30、消息以二進(jìn)制方式傳送；當(dāng)選擇TEXT格式時，命令和響應(yīng)均為ASCII字符。 （3）對于選擇短消息存儲區(qū)(AT+CPMS)命令格式： AT+CPMS=<mem1>,<mem2><mem1 >為“SM”：短消息存儲在SIM卡上；<mem2>為“SM”：短消息存儲在手機內(nèi)存里。5 傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊傳感器數(shù)據(jù)信息采集模塊主要是采集外部信息：溫度傳感器及煙霧傳感器是用來感測外界溫度和煙霧的，若超過溫度限制及檢測到煙霧，則會產(chǎn)生火災(zāi)報警信息；再將這些信息傳輸?shù)紸T89S52單片機控制模塊，以進(jìn)行后面的報警操作。5.1溫度傳感器模塊DS18B205.1.

31、1 DS18B20特點(1)單線結(jié)構(gòu)，只需一根信號線和CPU相連。(2)不需要外部元件，直接輸出串行數(shù)據(jù)。(3)溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)換時間 200ms（典型值）。(4)可不需要外部電源，直接通過信號線供電，電源電壓范圍為3.3V5V。(5)測溫精度高，測溫范圍為：-55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為±0.5。(6)溫度以9位數(shù)字量讀出，零待機功耗。(7)測溫分辨率高，當(dāng)選用12位轉(zhuǎn)換位數(shù)時，溫度分辨率可達(dá)0.0625。(8)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換時間可通過簡單的編程來控制；9位精度的轉(zhuǎn)換時間為93.75 ms；10位精度的轉(zhuǎn)換時間187.5ms；12位精度的轉(zhuǎn)換時間750ms。(9)

32、具有非易失性上、下限報警設(shè)定的功能，用戶可方便地通過編程修改上、下限的數(shù)值。(10)應(yīng)用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)。(11)可通過報警搜索命令識別哪片DS18B20采集的溫度超越上、下限。5.1.2 DS18B20引腳及管腳功能介紹DS18B20的常用封裝有3腳、8腳、16腳等幾種形式。各引腳功能如下：DQ：數(shù)字信號輸入/輸出端。GND：電源地端。VDD：外接供電電源輸入端。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡要介紹：DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器等組成。（1）64位光刻ROM是生產(chǎn)廠家給每一個出廠的DS

33、18820命名的產(chǎn)品序列號，可以看作為該器件的地址序列號。其作用是使每一個出廠的DS18820地址序列號都各不相同，這樣，就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18820的目的。（2）DS18B20中的溫度傳感器完成對溫度的測量，輸出格式為：16位符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補碼。當(dāng)測溫精度設(shè)置為12位時，分辨率為0.0625，即0.0625/LSB。其中，S為符號位，S=1，表示溫度 為負(fù)值；S=0，表示溫度為正值。例如+125的數(shù)字輸出為07D0H，-55的數(shù)字輸出為FC90H。（3）DS18B20中的低溫觸發(fā)器TL、高溫觸發(fā)器TH，用于設(shè)置低溫、高溫的報警數(shù)值。DS18B20完成一個周期的溫度測量后，將測

34、得的溫度值和TL、TH相比較，如果小于TL，或大于TH，則表示溫度越限，將該器件內(nèi)的告警標(biāo)志位置位，并對主機發(fā)出的告警搜索命令做出響應(yīng)。需要修改上、下限溫度值時，只需使用一個功能命令即可對TL、TH寫入，十分方便。（4）DS18B20中的高速暫存器是一個9字節(jié)的存儲器。 開始兩個字節(jié)為被測溫度的數(shù)字量，第3、4、5字節(jié)分別為TH、TL、配置寄存器的復(fù)制，每一次上電復(fù)位時被重寫。配置寄存器有R0、R1組成，其值決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)、轉(zhuǎn)換時間等。第7字節(jié)為測溫計數(shù)的剩余值。第8字節(jié)為測溫時每度的計數(shù)值。第9 字節(jié)讀出的是前8個字節(jié)的CRC校驗碼，通過此碼，可判斷通訊是否正確。5.2 煙霧傳感器模

35、塊MQ-2氣體傳感器MQ-2煙霧傳感器，在可燃?xì)怏w或煙霧中MQ-2煙霧傳感器的電阻會有相應(yīng)的變化。MQ-2氣敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。MQ-2氣體傳感器的優(yōu)點：靈敏度高，性能穩(wěn)定，對煙霧固體小顆粒靈敏度高，價格較低。而且驅(qū)動電路簡單。MQ-2氣體傳感器的缺點：管腳較多有6個，需要電流提前加熱功能才更好。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。圖5-1 MQ-2結(jié)構(gòu)框圖 5.3 紅外避障傳感器模塊紅外避障傳感器/距離

36、可調(diào)3-80cm，這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點，可以廣泛應(yīng)用于機器人避障、流水線計件等眾多場合。避障傳感器的工作原理，和循跡傳感器工作原理基本相同，利用物體的反射性質(zhì)。在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因為傳播距離越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失。反之，如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭。傳感器檢測到這一信號，就可以確認(rèn)正前方有障礙物，并送給單片機，單片機進(jìn)行一系列的處理分析，協(xié)調(diào)機器人管家的兩輪工作，完成一個漂亮的躲避障礙物動作，6 LCD1602液晶

37、顯示模塊LCD1602液晶顯示器模塊，有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點，最大程度上的方便大家，使得該系統(tǒng)更加人性化。且LCD1602液晶顯示器在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。故采用LCD1602液晶顯示器。表6-1 LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)顯示容量16×2個字符（STN型）模塊最佳工作電壓5.0V工作電壓4.85.2V字符尺寸工作電流2.0mA(5.0V)工作溫度 0+50°C 背光源顏色黃綠存儲溫度-20+70°C 背光源電流<150mA 根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等字符圖形，這

38、些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 LCD1602的主要功能：A、40通道點陣LCD 驅(qū)動; B、可選擇當(dāng)作行驅(qū)動或列驅(qū)動; C、輸入/輸出信號:輸出,能產(chǎn)生20×2個LCD驅(qū)動波形;輸入,接受控制器送出的串行數(shù)據(jù)和控制信號,偏壓(V1V6); D、通過單片機控制將所測的頻率信號讀數(shù)顯示出來。表6-2 LCD1602的接口信號說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明1D7Date I

39、/O 9E使能信號2D6Date I/O 10R/W讀寫控制信號（H/L）3D5Date I/O 11RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）4D4Date I/O 12VOLCD偏壓輸入5D3Date I/O 13VDD電源正極6D2Date I/O 14VSS電源地7D1Date I/O 15BLA背光源正極8D0Date I/O 16BLK背光源負(fù)極2、初始化方法用戶所編的顯示程序,開始必須進(jìn)行初始化,否則模塊無法正常顯示,下面介紹兩種初始化方法;（1）利用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化：下面指令是在初始化過程中執(zhí)行的。 清屏(DISPLAY CLEAR);功能設(shè)置(FUNCTION SET);DL =

40、1: 8Bit 接口數(shù)據(jù);N = 0: 1行顯示; F = 0:5×7dot字形;顯示開/關(guān)控制(DISPLAY ON/OFF CONTROL) D = 0: 顯示關(guān); C = 0: 光標(biāo)關(guān); B = 0: 消隱關(guān)表輸入方式設(shè)置(ENTRY MODE SET )I/D = 1:(增量): S = 0: 無移位:（2） 軟件復(fù)位 如果電路電源不能滿足復(fù)位電路的要求的話,那么初始化就要用軟件實現(xiàn)。初始化過程如圖6-1所示。 電 源 開VDD上升到4.5V后等待>15 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 等待>4

41、.1ms RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 等待>100us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 N F 檢查忙標(biāo)志或延時40us 檢查忙標(biāo)志或延時40us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 0 檢查忙標(biāo)志或延時40us RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 D

42、B3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 1 I/O S 檢查忙標(biāo)志或延時1.64 檢查忙標(biāo)志或延時40 初 始 化 結(jié) 束圖6-1 初始化過程7 主程序流程圖開始單片機端口初始化LCD初始化等待TC35i啟動完畢 傳感器采樣傳感 采樣值正常與否NO 發(fā)送報警短信 YES LCD顯示，清零 圖7-1 主程序流程圖本設(shè)計使用了AT89S52單片機實現(xiàn)的基于GSM短信模塊的家庭機器人管家設(shè)計。利用了AT89S52單片機的功能特點、傳感器工作原理以及GSM短信模塊工作原理，實現(xiàn)了機器人的避障、傳感器的采樣傳感以及短信的報警通知功能。機器人管家在家中運動的過程中，利用溫度傳感器及煙霧傳

43、感器不斷地采樣家庭的環(huán)境溫度及煙霧值從而對可能出現(xiàn)的煤氣泄露、火災(zāi)等等意外情況進(jìn)行檢測，然后判斷采樣值是否正確，若采樣值正確則LCD顯示傳感器檢測到的采樣結(jié)果，若采樣值不正確則通過GSM短信模塊發(fā)送特定報警信息于預(yù)先設(shè)定好的手機號碼。以便事主做出相應(yīng)措施。通過機器人管家，即使遠(yuǎn)在千里之外也能對家中發(fā)生的各種突發(fā)意外情況了如指掌，使生活更安全更智能。 8 結(jié)論本設(shè)計借助最可靠、最成熟的GSM移動網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短信息形式，直接把報警信息反映到當(dāng)事人的手機上。當(dāng)家中出現(xiàn)緊急信息時，安裝在小車上的相應(yīng)部位的傳感器馬上就能檢測到，并且立即把信號傳送到控制中心，經(jīng)過一系列信號轉(zhuǎn)化后，轉(zhuǎn)換后的信號通過

44、GSM網(wǎng)絡(luò)傳送到當(dāng)事人的手機上，即是先把信息送到SMS服務(wù)平臺，而后通過基站傳送出去。整個傳送過程只需幾秒種的時間，能夠準(zhǔn)確地通知家中被檢測出了問題，以便于當(dāng)事人能夠及時的采取補救措施。首先，硬件部分我們從五個模塊著手，首先是通過傳感器模塊采集到家中的緊急信息，將信息傳到微處理器上，由核心控制模塊AT89S52單片機，轉(zhuǎn)而控制液晶顯示模塊，這樣，發(fā)出報警短信，再通過GSM模塊以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，將報警信息發(fā)送到當(dāng)事人手機上，保證當(dāng)事人能夠及時根據(jù)報警信息進(jìn)行搶救。其次，軟件部分在對芯片的管腳功能和用法以及整個GSM網(wǎng)絡(luò)有充分的了解后，根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計了硬件電路，包括傳感器采集信息電路、單片機控

45、制電路、GSM模塊連接電路，然后再編寫所需要的程序，再通過軟件編程，實現(xiàn)了對家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和報警功能，這樣，基本實現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)?？偟膩碚f，本設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰，資源利用合理，不失為一款性價比很高的方案。參考文獻(xiàn)：1 唐桃波,陳玉林基于AT89C52的智能無線安防報警器.電子設(shè)計應(yīng)用, 20032 齊國光,郭木河等.輪式機器人最優(yōu)控制的研究.機器人,1996(l).3 津川.智能自動車的控制方法和計算機系統(tǒng).機械技術(shù)研究所報,1950,34(4)4 魯昌華基于GSM無線防盜報警系統(tǒng)的研制J電子測量與儀器學(xué)報，20065 胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京:電子工業(yè)出版社, 2005.6 沙

46、占友.智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社, 2004.7 王偉.地面移動機器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.機器人技術(shù)與應(yīng)用, 2004, (2).8 張姍姍.基于單片機溫度采集控制系統(tǒng)設(shè)計J信息通信，2012(6):69-70.9 張壽鋼.單片機在溫度測控中的應(yīng)用J.計算機應(yīng)用研究.2010(11)10秦大興基于GPRS模塊MC35i的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J儀表技術(shù)與傳感器,200711P. Stahl. Fire alarm systems-concepts for tunnelsJ.TechnischeUberwachung, 2006, 47(1): 1418謝 辭光陰似箭，為期四年的農(nóng)

47、大學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束。同時，經(jīng)過努力，我的畢業(yè)論文也完成了。本次論文的撰寫，對我而言是一次難得的鍛煉機會。在敲完最后一個句號的時刻，我的思想同周圍凝固的熱氣一樣停駐了，不知道是慰藉還是悲傷，大學(xué)四年的生活就這樣結(jié)束了，而眼前的路還很長，雖然似乎有些迷茫，但我必須整理心情，背上行囊，堅定的踏上新的征程。首先我要感謝我的指導(dǎo)老師 的大力幫助和支持。本論文能夠順利完成，離不開王老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，王老師在論文的選題、研究理論、框架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)整理，直至撰寫、修改和定稿等各個環(huán)節(jié)均嚴(yán)格把關(guān)，并投入了大量的時間和精力。王老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，為我營造了一種良好的研究氛圍。在跟隨王老師學(xué)習(xí)的過程中，我不僅掌握了全新而實用的學(xué)術(shù)思想和研究方法，也領(lǐng)會了許多待人接物與為人處世的道理。王老師嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。其次，我要衷心感謝我們的班主任 老師，為我們班的無私奉獻(xiàn)，陪伴我們成長。感謝我的同學(xué)們，四年的相處將成為我美好的記憶。感謝我的舍友們，感謝她們在我的學(xué)習(xí)和生活上對我的關(guān)愛與包容。當(dāng)然，我還要感謝我的母校 大學(xué)，在校期間，這里給我留下了美好的回憶。感謝我們的學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，為我們提供了良