傳感器的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 緒論 隨著社會(huì)信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日益緊密。信息化社會(huì)在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時(shí)，也對(duì)傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會(huì)、技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步更使人們的觀念隨之巨變。人們對(duì)家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個(gè)安全、方便、舒適的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國(guó)，它是以家為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信

2、、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過(guò)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個(gè)由家庭到小區(qū)乃至整個(gè)城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來(lái)提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。課題研究的目的及意義在于智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個(gè)過(guò)程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫

3、助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。設(shè)計(jì)目的：以提高家居生活的安全性、舒適度、人性化為目的，設(shè)計(jì)智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。利用所學(xué)的傳感器與檢測(cè)技術(shù)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)家居溫度、煤氣泄漏、外人闖入、火災(zāi)（煙霧）的檢測(cè)。各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可通過(guò)無(wú)線方式連接到主機(jī)，檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)后，主機(jī)可采用聲光報(bào)警或遠(yuǎn)程報(bào)警。要求：（1） 用Protel畫(huà)出設(shè)計(jì)原理圖；（2） 采用Quaters II、Maxplus II、EWB、pspice、Proteus中的一種或幾種軟件，完成系統(tǒng)電路中的部分或全部仿真，在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中體現(xiàn)仿真結(jié)果；（3） 寫(xiě)設(shè)計(jì)

4、說(shuō)明書(shū)；（4） 每位同學(xué)必做；總體設(shè)計(jì)方案：分模塊設(shè)計(jì)各個(gè)功能。選題背景智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)是針對(duì)常見(jiàn)的安全問(wèn)題如溫濕度、燃?xì)庑孤逗突馂?zāi)報(bào)警而設(shè)計(jì)的，主要側(cè)重于安全方面。各模塊設(shè)計(jì)（硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)）：一家居環(huán)境溫度檢測(cè)和報(bào)警：本設(shè)計(jì)主要是介紹了單片機(jī)控制下的溫度檢測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其硬件和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)其各功能模塊做了詳細(xì)介紹，其主要功能和指標(biāo)如下：由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件測(cè)出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，需要比

5、較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對(duì)較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)溫元件。即利用溫度傳感器（DS18B20）測(cè)量某一點(diǎn)環(huán)境溫度測(cè)量范圍為-5599，精度為±0.5用液晶進(jìn)行實(shí)際溫度值顯示能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報(bào)警溫度（一）、溫度傳感器（DS18B20）的介紹:1、 DS18B20 簡(jiǎn)單介紹:DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場(chǎng)合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟(jì)。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測(cè)量范圍

6、為-55+125 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠(yuǎn)端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20 的性能特點(diǎn)如下：獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅

7、需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20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(cè)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)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)線供電溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5零待機(jī)功耗可編程的分辨率為912位，對(duì)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(cè)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

8、更快用戶可定義報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用與多點(diǎn)、遠(yuǎn)距離溫度檢測(cè)系統(tǒng)。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的管腳排列、各種封裝形式如圖 4.2 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電

9、源；GND為地信號(hào)；VDD為可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。其電路圖 4.3所示.。 圖 4.2 外部封裝形式 圖4.3傳感器電路圖2、 DS18B20 使用中的注意事項(xiàng)：DS18B20 雖然具有測(cè)溫系統(tǒng)簡(jiǎn)單、測(cè)溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問(wèn)題：DS18B20 從測(cè)溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，這是必須保證的，不然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過(guò)低，會(huì)使所測(cè)得的溫度精度降低。較小的硬件開(kāi)銷需要相對(duì)復(fù)雜的軟件進(jìn)行補(bǔ)償，由于DS1820與微

10、處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對(duì)DS1820進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，必須嚴(yán)格的保證讀寫(xiě)時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)DS1820操作部分最好采用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè)DS18B20，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過(guò)8 個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要加以注意。在DS18B20測(cè)溫程序設(shè)計(jì)中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號(hào)，一旦某個(gè)DS18B20 接觸

11、不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時(shí)，將沒(méi)有返回信號(hào)，程序進(jìn)入死循環(huán)，這一點(diǎn)在進(jìn)行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予一定的重視。3、 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。DS18B20采用腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.4所示圖 4.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4、 DS18B20測(cè)溫原理DS18B20的測(cè)溫原理如圖2所示，圖中低

12、溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開(kāi)時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量.計(jì)數(shù)門的開(kāi)啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來(lái)決定，每次測(cè)量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減

13、法計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫圖2中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線性其輸出用，于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過(guò)程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖（2） DS18B20測(cè)溫原理圖在正常測(cè)

14、溫情況下，DS1820的測(cè)溫分辨力為0.5，可采用下述方法獲得高分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測(cè)量結(jié)果，然后切去測(cè)量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測(cè)實(shí)際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)剩余值Cs和每度計(jì)數(shù)值CD?？紤]到DS1820測(cè)量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進(jìn)位界限的關(guān)系，實(shí)際溫度Ts可用下式計(jì)算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD （二）硬件設(shè)計(jì)電路：本溫度計(jì)大體分三個(gè)工作過(guò)程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測(cè)量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機(jī)。然后，通過(guò)89C205I單

15、片機(jī)芯片對(duì)送來(lái)的測(cè)量溫度讀數(shù)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，井將此結(jié)果送入液晶顯示模塊屏上。 由圖1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、89C2051單片機(jī)芯片和聲光報(bào)警電路組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機(jī)相連，它獨(dú)立地完成溫度測(cè)量以及將溫度測(cè)量結(jié)果送到單片機(jī)的工作。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到室內(nèi)溫度超過(guò)某一限定值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警溫度計(jì)電路設(shè)計(jì)proteus仿真圖1、溫度檢測(cè)電路DS18B20與芯片連接電路如圖 5.2所示：圖 5.2 DS18B20與單片機(jī)的連接2、顯示電路 顯示電路由lcd1602和上拉電阻組成。 LCD1602簡(jiǎn)介 LCD1602是工業(yè)字符型

16、液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行） 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 管腳功能1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱

17、，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。時(shí)序 寫(xiě)操作時(shí)序 寫(xiě)指令：RS=0;R/W=1;E=1;寫(xiě)數(shù)據(jù)：RS=1;R/W=0;E=1;讀操作時(shí)序讀狀態(tài)：RS=0;R/W=1;E=1; 讀數(shù)據(jù)：RS=1;R/W=1;E=1;（三

18、）、軟件設(shè)計(jì)電路：DS18B20在單片機(jī)控制下分三個(gè)階段:18B20 初始化：初始化流程圖見(jiàn)6.1DS18B20的初始化 （1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 （2） 延時(shí)（該時(shí)間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點(diǎn)） （3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 （4） 延時(shí)750us（該時(shí)間的時(shí)間范圍可以從400到960us）。 （5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 （6） 延時(shí)等待（如果初始化成功則在15到60us時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來(lái)確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無(wú)限的進(jìn)行等待，不然會(huì)使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時(shí)控制）。 （7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低

19、電平“0”后，還要做延時(shí)，其延時(shí)的時(shí)間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時(shí)間算起）最少要480us。 （8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。 void Init_18B20(void)/ unsigned char x; DQ=0; delay_18B20(103); DQ=1; delay_18B20(4); delay(1); / x=DQ; / DQ=0; / delay_18B20(480); / DQ=1; wr_ds18_1(0xcc); / wr_ds18_1(0xbe); wr_ds18_1(0x44); 讀18B20時(shí)序：讀DS18B20流程見(jiàn)圖 6.3DS18B20的

20、讀操作 （1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （2）延時(shí)2微秒。 （3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。 （4）延時(shí)3微秒。 （5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （6）延時(shí)5微秒。 （7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個(gè)狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 （8）延時(shí)60微秒。 DS18B20的讀操作時(shí)序圖如圖4.15所示unsigned char ReadByte(void)unsigned char i,k;i=8;k=0;while(i-)DQ=1;/Delay_us(1); _nop_();_nop_(); DQ=0; k=k>>1; DQ=1;/Delay_us(60);/_nop_();if(DQ) k|= 0x80;D

21、elay_us(60);return(k); （1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。 （2） 延時(shí)確定的時(shí)間為15us。 （3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 （4） 延時(shí)時(shí)間為45us。 （5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 （6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 （7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 void wr_ds18_1(char dat) signed char idata i=0; unsigned char idata j; bit testb; for(j=1;j<=8;j+) testb=dat & 0x01; dat = dat>

22、;>1; if(testb) /寫(xiě)1 DQ=0; _nop_(); _nop_(); DQ=1; delay_18B20(8); else /寫(xiě)0 DQ=0; delay_18B20(8); DQ=1; _nop_(); _nop_(); （二）燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)（一）傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813燃?xì)?人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì)量，但在使用燃?xì)獾倪^(guò)程中，因燃?xì)庑孤U氣等原因造成的燃?xì)獗?、中毒等意外事故時(shí)有發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，因此安全使用燃?xì)庖恢笔侨細(xì)庵鞴懿块T工作的重中之重。燃?xì)庑孤﹫?bào)警器能有效監(jiān)測(cè)環(huán)境中可燃?xì)怏w或毒

23、性氣體(如CO)的濃度，一旦其濃度超出報(bào)警限定值，就能發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并且能自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇把燃?xì)馀懦鍪彝?，甚至能通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)切斷燃?xì)夤?yīng)防止燃?xì)饫^續(xù)泄漏，起到安全防范的作用。但報(bào)警器選用得是否合理，直接關(guān)系到其功能的充分發(fā)揮。該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警器正是應(yīng)這種要求而開(kāi)發(fā)的。該設(shè)計(jì)所研究的可燃性氣體報(bào)警系統(tǒng)是利用傳感器對(duì)可燃?xì)怏w濃度信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并且轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，然后與設(shè)定的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警并能打開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行換氣。目前市場(chǎng)上家用可燃性氣體報(bào)警器的價(jià)格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進(jìn)一步加大了投資，使得普通用戶難以承受。該設(shè)計(jì)的燃?xì)鈭?bào)警

24、裝置的線路簡(jiǎn)單，各種器件的價(jià)格相對(duì)低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發(fā)展的今天，燃?xì)鈭?bào)警裝置的價(jià)格逐步降低是必然趨勢(shì)，燃?xì)鈭?bào)警裝置將廣泛地被人們認(rèn)可并普及使用，為人們的人身財(cái)產(chǎn)安全樹(shù)立一道可靠的屏障。該設(shè)計(jì)采用氣敏傳感器TGS813對(duì)可燃性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，正常工作時(shí)氣敏傳感器輸出電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓值通過(guò)比較器進(jìn)行比較。當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，氣敏傳感器輸出的電壓值超過(guò)正常時(shí)的電壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過(guò)三極管放大后，輸出驅(qū)動(dòng)音響裝置發(fā)出聲音并且驅(qū)動(dòng)繼電器線圈使風(fēng)扇自動(dòng)打開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)音響報(bào)警及自動(dòng)換氣功能。二）特點(diǎn)它對(duì)氫氣、一氧化碳、丙烷、乙醇等一般可燃性氣體均有較高的靈敏度；

25、后期電路簡(jiǎn)單；長(zhǎng)壽命、低功耗。電源模塊的設(shè)計(jì) 具體的電源模塊及三端穩(wěn)壓管連接圖如圖2所示。 氣敏傳感器的選擇 為了補(bǔ)償溫度和濕度對(duì)傳感器特性的影響，同時(shí)為了獲得更高的精度，故使用熱敏電阻或濕敏傳感器對(duì)電路進(jìn)行補(bǔ)償。該設(shè)計(jì)的傳感器電路及溫度補(bǔ)償電路如圖3所示。 信號(hào)比較放大回路的設(shè)計(jì)信號(hào)比較放大電路的作用：當(dāng)氣體濃度超標(biāo)時(shí)，傳感器將輸出比設(shè)定電壓更大的電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓比較器后正向輸出，然后在經(jīng)過(guò)放大三極管進(jìn)行放大，從而有足夠的電流去驅(qū)動(dòng)繼電器線圈和音響報(bào)警裝置。信號(hào)比較放大的基本電路圖如圖4所示。報(bào)警裝置電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路是系統(tǒng)的重要組成部分之一。要求設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置能夠連續(xù)報(bào)警，故不能夠

26、直接在電路中接蜂鳴器和喇叭裝置，必須在電路中接有能夠連續(xù)產(chǎn)生脈沖信號(hào)的裝置。多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能自動(dòng)地產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器叫作多諧振蕩器。555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)?；旌霞呻娐?，利用它能極方便地構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等裝置。它使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。故該設(shè)計(jì)選擇NE555構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖信號(hào)源。在NE555多諧振蕩器的輸出引腳接一個(gè)起放大作用的三極管，從而保證電路有足夠大的電流去驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。風(fēng)扇控制電路也是

27、系統(tǒng)的組成部分之一。該設(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制采用了繼電器控制的方式。繼電器是一種根據(jù)外界輸入的一定信號(hào)(電的或非電的)來(lái)控制電路中電流“通”與“斷”的自動(dòng)切換電器。它主要用來(lái)反映各種控制信號(hào)，其觸點(diǎn)通常接在控制電路中。報(bào)警電路圖報(bào)警電路有電源電路、檢測(cè)電路、電壓比較電路和指示電路四部分組成。當(dāng)有可燃性氣體超量出現(xiàn)時(shí)，TGS813的電阻下降，比較器IC4的2腳電壓上升，當(dāng)達(dá)到2，5V以上時(shí)，IC4輸出高電平，晶體管VT2導(dǎo)通，從而激勵(lì)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。（三）火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 原理在20±5清潔空氣條件下，收集電極（即C電極）的平衡電位為5.05.6V；有煙霧時(shí)，收集電極的電位變化可達(dá)1.11.2V。

28、極間電容為4PF，AM241放射源為0.810.99uCi；器件重量為12g,主要結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。用電加熱器加熱到440480時(shí)，對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化1.0V時(shí)的靈敏度見(jiàn)表所示： 燃燒材料 煙霧含量（mg/）陰暗度(%) 硅橡膠 26 1.0 乙烯基材料29 1.1 紙煙 115 3 過(guò)濾紙 40 1.8 棉花 56 2.5電路原理 在無(wú)煙幕時(shí)VDW導(dǎo)通，VT導(dǎo)通，IC1的adj端與地呈低阻態(tài)，輸出端Uo較低，不足以使IC2和KA工作。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，VDW截止，VT截止，LM317的adj端呈高阻態(tài)，輸出端Uo電壓較高。IC2驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器Y發(fā)出報(bào)警器，且KA

29、吸合。 KA外接自動(dòng)滅火裝置或切斷室內(nèi)電源。(四) 外人闖入警報(bào)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域?；A(chǔ)知識(shí)介紹1、熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹熱釋電紅外線(P

30、IR)傳感器是80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)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(cè)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(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路2。如圖所示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。2、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(cè)元件，在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。人體輻射的

31、紅外線中心波長(zhǎng)為9-10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)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(cè)人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出電壓信號(hào)。3、方案設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器

32、、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，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(guò)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)階段。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如總體設(shè)計(jì)框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號(hào)檢測(cè)電路報(bào)警執(zhí)

33、行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。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(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出TTL 電平至AT89C51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)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。3.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采

34、用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖所示, 在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。3.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。3.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)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。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。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

35、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。如圖所示為時(shí)鐘電路。3.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)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RESET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6。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)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。如圖示為復(fù)位電路。3.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管

36、被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。如圖所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。3.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖所示為聲音報(bào)警電路。3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明硬件電路的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)，D3D6亮紅燈開(kāi)始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開(kāi)始工作。電路設(shè)有

37、2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖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所示； 系統(tǒng)初始化聲光報(bào)警結(jié)束檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開(kāi)始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN3.4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開(kāi)始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入

38、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10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(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11所示；中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)INTO端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)中斷中斷返回圖11 中斷服務(wù)程序工作流程圖設(shè)計(jì)編程程序1. 主程序清單如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開(kāi)放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，是否有輸入信號(hào) LA: ACALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，