基于單片機(jī)的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、 本設(shè)計(jì)主要山溫濕度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)電路、報(bào)警電路、顯示電路和人體檢測(cè)等模塊組成。溫濕度檢測(cè)部分使用的是DHT11這種型號(hào)的溫濕度傳感器。DHT11是一種單總線型數(shù)字式溫濕度傳感器，它具有誤差小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在煙霧檢測(cè)電路模塊當(dāng)中，利用氣體傳感器曲-2與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)基本功能。通過這些傳感器和芯片，當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度或有毒氣體等發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的燈光報(bào)警信號(hào)和聲音報(bào)警信號(hào)，以此來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警，智能化提示。人體檢測(cè)部分，是通過HC-SR501模塊實(shí)現(xiàn)，其主要工作原理就是將感應(yīng)到的紅外熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將其放大輸出。如果檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)，就會(huì)將信號(hào)傳送

2、給單片機(jī)，再經(jīng)單片機(jī)處理，然后控制蜂鳴器和LED點(diǎn)亮發(fā)出警告。本設(shè)計(jì)還可以在各種防盜場(chǎng)合下得到應(yīng)用，比如家居防盜、倉(cāng)庫防盜等。溫濕度、煙霧和人體防盜檢測(cè)是三種最基本的環(huán)境參數(shù)，其測(cè)量方法和裝置對(duì)現(xiàn)在的生活、生產(chǎn)具有重要的意義。關(guān)鍵詞：溫濕度檢測(cè);MQ-2傳感器；煙霧報(bào)警；熱釋電紅外傳感器；防盜報(bào)警器 ABSTRACThedesignismainlycomposedoftemperatureandhunuditydetection,smokedetectioncircuit,alarmcircuit,displaycircuitandhumandetectionmodule.Tlietemper

3、anireandhumiditytestsectionusesdieDHT11temperatureandhiumditysensor.DHT11isasinglebusdigitaltemperatureandhumiditysensor.Ithastheadvantagesofsmallerror,highresolution,strongantiinterfbi:enceabilityandsoon.Intliesmokedetectioncircuitmodule,thegassensorMQ-2anddieADC0832analogtodigitalconverterareusedt

4、orealizethebasicfimctions.Throughthesesensorsandchips、whenthecombustiblegasconcentrationindieenvironmentortoxicgaschangesthesystemsends、outdiecorrespondmglightalarmsignalandsoundalarmsignal,mordertorealizethemtelligeiitfirealarmprompt.TliehumandetectionpartisrealizedbytheHC-SR501module.Themamprincip

5、leistoconvertthemfraredradiationsignalsintoelectricalsignals,tlieiiamplifyandoutputthem.Ifadangeroussignalisdetected,thesignalistransmittedtothemicrocontroller,processedbyamicrocontroller,andthencontrolledbyabiizzerandLEDtolightawarning.Thedesigncanalsobeappliedinavarietyofanti-theftoccasions,suchas

6、homesecurity,warehouseanti-tlieft,etc.Temperature,humidity,smokeandhumanburglardetectionarethetlireebasicenvironmentalparameters,andtheirmeasurementmethodsanddevicesareunportanttothepresentlifeandproduction.Keywords：Temperatureandhumiditydetection;MQ-2sensor;Smokealarm;Pyroelectricinfraredsensor;Bur

7、glaralarm4TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 1緒論5 HYPERLINK l bookmark32 1.1課題背景5 HYPERLINK l bookmark34 1.2概述及功能介紹51.2.1功能概述51.2.2主要功能介紹6 HYPERLINK l bookmark36 1.3本課題的研究思路61.3.1研究意義61.3.2研究思路71.3.3研究難點(diǎn)7 HYPERLINK l bookmark38 1.4主要工作7 HYPERLINK l bookmark40 2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)82.1系統(tǒng)構(gòu)成82.2方案設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l b

8、ookmark42 2.2.1單片機(jī)的選擇8 HYPERLINK l bookmark44 傳感器的選擇10 HYPERLINK l bookmark46 顯示器選擇方案10 HYPERLINK l bookmark48 2.2.4防盜檢測(cè)選擇方案11 HYPERLINK l bookmark50 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)12 3.1主控電路123.2溫:顯度檢測(cè)143.3煙霧檢測(cè)電路163.4人體檢測(cè)模塊163.5報(bào)警電路183.5.1燈光報(bào)警電路183.5.2聲音報(bào)警電路183.6LCD1602顯示電路194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1軟件介紹224.2系統(tǒng)程序流程圖234.3子程序流程圖245測(cè)試結(jié)果及

9、結(jié)論275.1調(diào)試275.2結(jié)論29參考文獻(xiàn)30附錄31致謝321緒論1.1課題背景智能家居的概念在很早之前就已經(jīng)被提岀來了，但是一直以來也沒有具體的設(shè)計(jì)實(shí)例出現(xiàn)。在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代，伴隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的高科技產(chǎn)品開始出現(xiàn)在市面上，它們不僅體現(xiàn)了人類在科技上的創(chuàng)新，也為我們的日常生產(chǎn)和生活提供了很大的便利，在眾多的智能產(chǎn)品中，智能家居作為一個(gè)新生代的產(chǎn)品開始在市場(chǎng)上嶄露頭角，智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)這類的產(chǎn)品開始越來越多的吸引著人們的視線。在智能家居產(chǎn)品出現(xiàn)的同時(shí)，也伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在其中的應(yīng)用，主要是將家中的各種設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（如火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、門窗控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、報(bào)警控制系

10、統(tǒng)等）連接到一起，是一種可以用來對(duì)室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、照明、家電、智能溫濕度調(diào)節(jié)以及對(duì)居住環(huán)境條件檢測(cè)等多種多樣的設(shè)備作用進(jìn)行控制的手段。與普通家居進(jìn)行比較，智能家居不單單具備普通家居的全套性能，而且在普通家居的基礎(chǔ)上乂做出了一些改進(jìn)。它增加了全方位的信息交互功能，主要體現(xiàn)在保障家庭與外部的交流有一個(gè)通暢的信息交流渠道，對(duì)人們的生活方式進(jìn)行優(yōu)化。改善人們的生活方式，提高人們的生活質(zhì)量,能夠更加有效快捷的安排人們的時(shí)間，對(duì)家居生活的安全性有了很顯著的提高,其至可以在很大程度上節(jié)省各種能源上耗費(fèi)的資金，為我們更加優(yōu)質(zhì)便捷的生活提供了保障。1.2概述及功能介紹1.2.1功能概述在設(shè)計(jì)之前要先要對(duì)設(shè)

11、計(jì)出來的產(chǎn)品性能有兒個(gè)簡(jiǎn)單的要求，如實(shí)用性、便利性、可靠性等方面。通過這些性能要求再去做出最符合需求的設(shè)訃。所以本次設(shè)計(jì)主要分為五個(gè)功能模塊，分別為測(cè)溫濕度模塊、煙霧及紅外感應(yīng)模塊、報(bào)警電路模塊、顯示信息模塊和人體檢測(cè)模塊。將這兒個(gè)模塊的功能巧妙的與智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)相結(jié)合，在此之前我們已經(jīng)通過所學(xué)習(xí)的知識(shí)知道五個(gè)單獨(dú)的功能應(yīng)該如何去實(shí)現(xiàn)，那么現(xiàn)在所要進(jìn)行的是將五個(gè)單獨(dú)的功能模塊通過單片機(jī)系統(tǒng)化反饋，可以將它們組合到一起，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)綜合這五種功能的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。1.2.2主要功能介紹對(duì)于環(huán)境中的溫度和濕度的測(cè)量，我們可以使用溫濕度傳感器來進(jìn)行。我們先使用溫濕度傳感器來采集旳前環(huán)境中

12、的溫度和濕度的數(shù)據(jù)，然后將采集到的溫濕度值的信息在液晶顯示器上面顯示出來，并且將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果所采集的溫濕度的值超出已經(jīng)設(shè)定的預(yù)警值的范圍，那么報(bào)警系統(tǒng)會(huì)被觸發(fā)，相應(yīng)的聲音和燈光報(bào)警電路都會(huì)被啟動(dòng)。在這種情況下，只有等到我們對(duì)當(dāng)前環(huán)境的溫濕度進(jìn)行處理，使得所采集的環(huán)境溫濕度值降到我們?cè)O(shè)定的溫濕度正常的范用之內(nèi)的時(shí)候，相應(yīng)的報(bào)警電路才會(huì)關(guān)閉。對(duì)周圍環(huán)境中存在的煙霧可采用煙霧探頭傳感器來檢測(cè)，煙霧探頭傳感器可對(duì)環(huán)境中的氣體濃度進(jìn)行采集檢測(cè)。比如主活中經(jīng)常用到的煤氣，以及發(fā)生意外著火時(shí)所產(chǎn)生的煙霧等氣體的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)，將傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)中，進(jìn)行統(tǒng)一的處理，如果

13、所測(cè)得的當(dāng)前環(huán)境的煙霧濃度超過了預(yù)先設(shè)定的濃度值，則相應(yīng)的報(bào)警電路將會(huì)啟動(dòng)，蜂鳴器報(bào)警，且相對(duì)應(yīng)的燈光報(bào)警也會(huì)開啟。等解決環(huán)境中存在的問題之后，蜂鳴器報(bào)警以及指示燈的指示動(dòng)作就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，所以在這樣的環(huán)境問題下報(bào)警系統(tǒng)能夠給你帶來更多的安全感,為生活提供更好的保障。人體紅外檢測(cè)電路能夠根據(jù)傳感器所檢測(cè)到的紅外信號(hào)，對(duì)外界移動(dòng)的人體進(jìn)行判斷。當(dāng)檢測(cè)電路處于工作狀態(tài)時(shí)，在傳感器所能監(jiān)測(cè)的范圍之內(nèi)檢測(cè)到有人出現(xiàn)的信號(hào)，然后單片機(jī)會(huì)接收到傳感器發(fā)送的信號(hào)并進(jìn)行處理，報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)開啟。比如指示燈會(huì)出現(xiàn)提示并且會(huì)帶動(dòng)蜂鳴器報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警，用來警告外面的入侵者，并且報(bào)警系統(tǒng)會(huì)持續(xù)報(bào)警直至手動(dòng)撤防才可以解除

14、報(bào)警。13本課題的研究思路1.3.1研究意義21世紀(jì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)全新的信息化的時(shí)代，各種各樣的電子產(chǎn)品如雨后春筍般迅速出現(xiàn)并且快速的占領(lǐng)了市場(chǎng)，并且獲得了越來越多的人的認(rèn)可，在這種整體發(fā)展的大環(huán)境下，電子測(cè)量設(shè)備的種類和功能也在逐漸豐富起來。盡管現(xiàn)在出現(xiàn)了很多環(huán)境測(cè)試儀，然而有針對(duì)性的滿足人們需要的環(huán)境測(cè)試儀卻很少。有的環(huán)境測(cè)試儀功能很多，但是在人們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降膮s很少，因此設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用并且能滿足人們?nèi)粘Ｐ枨蟮沫h(huán)境測(cè)試儀是很有必要的。1.3.2研究思路研究溫濕度傳感器的特性與A/D轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用。設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，則要根據(jù)對(duì)溫濕度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換電路的特性及應(yīng)用方式的理解，

15、把它們各自的功能綜合起來才能達(dá)到預(yù)期LI的。為了設(shè)計(jì)出一套完整、高效、簡(jiǎn)潔的程序，需要選擇適合整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的微處理器。通過對(duì)比找出最合適的一個(gè)方案，前提是要分別對(duì)各個(gè)部分的可行性進(jìn)行論證。我們需要將各個(gè)部分的功能模塊進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，分別再加以實(shí)現(xiàn)。并且各個(gè)功能模塊的調(diào)試必須單獨(dú)進(jìn)行，以免發(fā)生某個(gè)模塊的功能不能夠完全實(shí)現(xiàn)的情況。完成了分部調(diào)試工作之后，我們需要先將各個(gè)獨(dú)立的模塊組合在一起，進(jìn)行整機(jī)系統(tǒng)測(cè)試，以確保整體系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。研究難點(diǎn)(1)溫濕度讀取程序思路比較復(fù)雜。在整個(gè)程序設(shè)訃中，是否開啟報(bào)警電路的判斷程序的邏輯結(jié)構(gòu)比較困難。報(bào)警的范圉值也要在之前進(jìn)行多次試驗(yàn)，以免取值過高或過低都會(huì)

16、影響整個(gè)設(shè)訃最后的實(shí)際實(shí)現(xiàn)情況。14主要工作主要完成工作如下：(1)首先繪制電路原理圖；(2)其次設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行硬件調(diào)試；然后就需要根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能要求編寫控制程序；之后就要對(duì)所編寫的程序是否符合設(shè)計(jì)要求、各模塊功能能否正常運(yùn)行進(jìn)行軟件調(diào)試；(5)最后就是進(jìn)行單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整機(jī)測(cè)試，確保在各模塊組合完成之后,對(duì)各模塊的功能使用不會(huì)產(chǎn)生影響。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1系統(tǒng)構(gòu)成本次設(shè)訃所使用的主要硬件器件為：?jiǎn)纹瑱C(jī)、溫濕度傳感器、人體紅外感應(yīng)器、煙霧傳感器、按鍵設(shè)置與液晶顯示模塊、蜂鳴器報(bào)警電路模塊、以及燈光指示顯示模塊組成。本研究設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。2方案設(shè)計(jì)2.2.1單片機(jī)的方案選擇方案一:AT89C

17、52是一種低電壓、高性能CMOS型8位單片機(jī)，是山美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的。器件所采用的技術(shù)是ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。AT89C52的指令系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)置性能非常強(qiáng)大的8位中央處理器(CPU)和Flash存儲(chǔ)單元。其片內(nèi)還有FLASH工藝的的8K程序存儲(chǔ)器。這種單片機(jī)不但可以大大縮短整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，而且對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低,為整個(gè)設(shè)計(jì)的進(jìn)行提供了便利，大大降低了實(shí)現(xiàn)難度。從另一方面來看，為了能夠使我們的勞動(dòng)成果得到更好的保護(hù)，我們還可以對(duì)寫入單片機(jī)內(nèi)的程序進(jìn)行加密處理。AT89C51芯片使用三級(jí)程序存儲(chǔ)器加密方式進(jìn)行加密，提供了更為方便靈活而可黑

18、的硬加密手段，在這樣的加密手段下能夠完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。在它的四個(gè)I/O中，三態(tài)雙向是P0，可直接用于對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀/寫操作，也只有P0能夠使用這個(gè)操作，所以P0也被稱為數(shù)據(jù)總線口。方案二：STC89C52是曲STC公司生產(chǎn)的一種低損耗、高性能的8位CMOS微控制器。其中系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器具有8K字節(jié)。STC89C52的內(nèi)核在傳統(tǒng)的51單片機(jī)上做了很多的改進(jìn)，增加了許多新的功能。在單芯片上，擁有在系統(tǒng)可編程Flash和靈巧的8位CPU,雖然它的指令系統(tǒng)與AT89C52系列的是完全兼容的，但是除此之外它們之間還是有很大的不同：(1)AT89C52對(duì)下載器有嚴(yán)格的要求，只有專用的

19、下載器才可以使用。而STC89C52可以使用用戶自帶的USB串，到STC89C52廠家的網(wǎng)站上去直接進(jìn)行下載。(2)與AT89C52相比,STC89C52單片機(jī)執(zhí)行指令的速度較快，大約是AT89C52的3-30倍，雖然這樣可以大大提高程序執(zhí)行的效率，但是它同時(shí)也有一個(gè)弊端，就是你在AT89C52上好使的程序在STC89C52上不一定好用，所以這就需要我們對(duì)當(dāng)時(shí)的使用環(huán)境進(jìn)行判斷。(3)STC89C52單片機(jī)對(duì)工作環(huán)境的要求相對(duì)較低，甚至在電壓處于3伏到4伏之間(正常悄況下為5V)時(shí)都還可以進(jìn)行正常的工作。對(duì)這兩種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，由于我們?cè)趯W(xué)校學(xué)習(xí)期間，對(duì)單片機(jī)原理、等專業(yè)課程有了一個(gè)

20、初步的掌握和學(xué)習(xí)，在專業(yè)知識(shí)方面有了一定量的儲(chǔ)備。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，必須要經(jīng)過多方面的考慮，不僅要考慮產(chǎn)品的功能，還要考慮產(chǎn)品的實(shí)用性和易操作性。因?yàn)槲覀兊脑O(shè)訃的東西要讓別人能夠很快的理解以及會(huì)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的操作，同時(shí)我們還要兼顧當(dāng)前所處的實(shí)際的環(huán)境來進(jìn)行我們的設(shè)計(jì)論證。通過對(duì)上述這兩種單片機(jī)性能的了解和掌握，從實(shí)用性的角度和作為學(xué)生能夠獲得的資源等方面進(jìn)行綜合考慮，同時(shí)還要兼顧到此次作品的設(shè)計(jì)要求，而且它的實(shí)際操作相對(duì)而言要比較方便，所以本系統(tǒng)的主控芯片選擇使用STC89C52單片機(jī)。2.2.2傳感器模塊的選擇方案一：溫度傳感器和濕度傳感器分別進(jìn)行選擇，然后再進(jìn)行功能組合。DS18B20是一

21、種溫度傳感器，在溫度檢測(cè)模塊中可以使用它來進(jìn)行檢測(cè)。同樣的,我們可以在濕度檢測(cè)模塊中使用HS1101濕度傳感器來對(duì)當(dāng)前環(huán)境中的濕度進(jìn)行檢測(cè)。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器。它的工作電壓為3V到5.5V,溫度測(cè)量范圍在-55C到125C，誤差范用在-+0.5CoHS1101是電容式濕度傳感器。它的工作電壓低于5.5V,可測(cè)量相對(duì)濕度范圍在0%到100%RH，誤差為-+2%RHo方案二：選用可以在一個(gè)器件中同時(shí)可以測(cè)量溫度和濕度的傳感器，DHT11就滿足這個(gè)要求，它是一款集成型的數(shù)字溫濕度一體傳感器。它的穩(wěn)定性和可靠性都比較好，而且在技術(shù)手段上也有很大的提高。數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)

22、，可以進(jìn)一步提高采集數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確度，讓我們可以更高效的獲得環(huán)境當(dāng)中的一些參數(shù)。DHT11是溫濕度一體的傳感器，所以它的測(cè)量范圍有兩個(gè)，一個(gè)就是我們的濕度測(cè)量，其范圍值在20%到90%RH,精度為+5%RH；另一個(gè)就是溫度測(cè)量，其范圍值為0C50C,精度為-+2C。通過對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行分析，方案一精度高卻稍顯復(fù)朵，相比較之下方案二盡管不能實(shí)現(xiàn)方案一那樣的高精度測(cè)量，但是卻也能夠滿足本次設(shè)計(jì)的要求。而且系統(tǒng)相對(duì)而言簡(jiǎn)單方便更容易實(shí)現(xiàn)。且可鼎性高穩(wěn)定性好，還具有超高的性價(jià)比。綜合各種情況進(jìn)行考慮，最終選擇了方案二中的DHT11作為本次設(shè)計(jì)中的溫濕度檢測(cè)模塊。2.2.3顯示器模塊的選擇方案一：釆

23、用12864液晶顯示屏，并且提供8位并行及串行這兩種連接方式來對(duì)微處理機(jī)進(jìn)行連接。12864液晶顯示屏具有光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等多種功能。方案二：采用LCD1602液晶顯示屏，它是一種工業(yè)字符型液晶。與12864的復(fù)雜顯示功能不同，LCD1602液晶顯示屏只能將字母、數(shù)字和符號(hào)等一些比較簡(jiǎn)單的東西顯示出來。而且它的顯示長(zhǎng)度是有限制的，只能顯示16*2個(gè)字符，但是它其中的寄存器卻不止32個(gè)。因?yàn)樗倪@些特性，所以決定了它只能有一些簡(jiǎn)單的顯示效果。總結(jié)：對(duì)12864液晶顯示屏和LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行比較后可知：兩者在編程使用方面的原理都差不多。但是在顯示功能方面，顯然12864液晶屏

24、顯示更加全面、顯示的字符更多。不過對(duì)于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求來說，1602液晶屏也是可以的。而且在價(jià)格方面1602顯示屏要占居很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗谑袌?chǎng)上的價(jià)格比較低廉。從設(shè)計(jì)成本方面考慮，當(dāng)然是價(jià)低者優(yōu)先。而在這種情況下LCD1602就是最好的選擇。2.2.4防盜檢測(cè)的選擇方案一：被動(dòng)式紅外傳感技術(shù)。被動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器乂稱熱釋電紅外入侵報(bào)警器，它的工作原理是通過紅外光敬器件，將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的一種技術(shù)。它的報(bào)警原理就是根據(jù)外界紅外能量的變化來判斷是否有人在移動(dòng)，這種紅外能量變化是如何產(chǎn)生的呢？這是因?yàn)槿梭w的溫度和外界環(huán)境溫度之間有差異，人體一般是恒定溫度37度左右，而環(huán)境溫度則是不固定的

25、。所以人體會(huì)發(fā)岀一種特定波長(zhǎng)的紅外線，它所產(chǎn)生的紅外能量也是恒定的，山于環(huán)境溫度的不穩(wěn)定性，它的能量就在時(shí)刻變化著，所以這就產(chǎn)生了一個(gè)能量差異，而被動(dòng)紅外傳感器的工作原理就是對(duì)這種紅外能量變化進(jìn)行探測(cè)。它還有一項(xiàng)很特別的功能，就是能夠精準(zhǔn)的區(qū)分岀所接收到的紅外線信號(hào)是山運(yùn)動(dòng)著的生物體（人）還是飄落的物體所釋放出來的。這樣可以為整個(gè)系統(tǒng)增加可靠性和安全保障。方案二：除了被動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器外，還有一種與它功能相似但是特性卻很不相同的報(bào)警器，那就是主動(dòng)式紅外探測(cè)器。紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)和報(bào)警控制器這三樣基本的器件就組成了我們所說的主動(dòng)式紅外探測(cè)器。正是因?yàn)檫@樣的組成才導(dǎo)致了這種探測(cè)器的探測(cè)范圍是

26、點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范III于其探測(cè)覆蓋面較小，所以它的探測(cè)可靠性非常高。但同時(shí)這也使它在應(yīng)用中有很大的局限性，因?yàn)槿魧?duì)一個(gè)空間進(jìn)行布防，則需有多個(gè)主動(dòng)式探測(cè)器同時(shí)配合共同工作，這樣才可能使探測(cè)范圉覆蓋到整個(gè)空間，這樣就導(dǎo)致其價(jià)格昂貴成本過高。所以一般情況下對(duì)小范圉的空間或單個(gè)物品進(jìn)行監(jiān)測(cè)的時(shí)候，才會(huì)用到主動(dòng)式紅外探測(cè)器。經(jīng)上述兩種方案的對(duì)比分析可得，方案一更適合家居使用。因?yàn)樗鄬?duì)來說成本低，覆蓋范圍廣，且能滿足家居環(huán)境監(jiān)測(cè)的使用性能，安全性高。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1主控電路在本次設(shè)計(jì)中，主控電路選擇的是STC89C52,STC89C52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器。在單芯片上，擁

27、有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，這就使得STC89C52能為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活度高、簡(jiǎn)單有效的解決方案。STC89C52具有以下的這些標(biāo)準(zhǔn)功能模塊:8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,32位I/O線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM,MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行最高運(yùn)作頻率35Mhz,6T/12T可選。STC89C52主要功能如表1所示：表3-1:STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)4K可反復(fù)擦寫FlashROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)

28、鐘頻率024MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能在STC89C52單片機(jī)中共有40個(gè)引腳，其中有32位I/O。因?yàn)檫@些I/O都能用做輸入和輸出，所以稱它們?yōu)殡p向I/O，這些I/O口乂分為4個(gè)通道，分別為POD、Pl口、P2和P3，但是這4個(gè)通道的功能不完全相同，所以它們的結(jié)構(gòu)也設(shè)計(jì)的不同。對(duì)于整個(gè)單片機(jī)來說，它的每一個(gè)引腳的使用功能都不同，在整體使用中發(fā)揮的作用也不同，有的引腳甚至還有多種功能，這就導(dǎo)致在使用時(shí)需要連接的設(shè)備也不同。在使用的時(shí)候我們需要根據(jù)外接設(shè)備的類型選擇具有相應(yīng)功能的引腳，并與其進(jìn)

29、行連接。所以在使用前我們要對(duì)每一個(gè)引腳的功能進(jìn)行了解和掌握，以便在使用的時(shí)候可以正確的選擇所要連接的引腳，從而減少在使用過程中發(fā)生一些設(shè)備無法運(yùn)行的問題，可以減少我們的工作量和設(shè)計(jì)過程中的一些原件損耗，下表為其引腳和對(duì)應(yīng)功能:表3-2STC89C52單片機(jī)的引腳及英對(duì)應(yīng)的功能主電源引腳（2根）VCC(Pin40)電源輸入，接+5V電源GND(Pin20)接地線外接晶振引腳（2根）XTALl(Pinl9)片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pinl8)片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位ALE/PR0G(Pin30)地址

30、鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin30)程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令可編程輸入/輸出引腳（32根）P0(Pin39-Pin32)8位雙向I/O線，名稱為PO.0-P0.7,是-個(gè)具有8位漏極開路的雙向I/O，在有些情況下可以復(fù)用Pl(Pinl-Pin8)8位準(zhǔn)雙向I/O線,名稱為P1.0-P1.7,是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口P2（Pin21-Pin28）8位準(zhǔn)雙向I/O線，名稱為P2.O-P2.7,是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口P3(PinlO-Pinl7)8位準(zhǔn)雙向I/O線

31、,名稱為P2.0-P2.7,是個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O。除作為I/O口P3還有-些復(fù)用功能。STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖2所示LIOGENPL.0PlIVCCCW0)P0DPi2CW1)PO,1Pl32Pl4CWP0.3Pl,(AD4PCtJPL.6CW5JP0占PL.7(.-W6JP0石RST(AD?)P0.7P3OCRXDeTVpp6S43-1OO)RXolTrlrCT需魯LI3333TTppppXX-25詩4E4CMppppPFp*p*J-lx圖3-1最小系統(tǒng)原理圖最小系統(tǒng)顧名思義就是最小運(yùn)行系統(tǒng)，它的特點(diǎn)就是能使單片機(jī)所用電路模塊最少，還能使單片機(jī)處于正常的工作狀態(tài)。

32、其中包含所需要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等電路，這是使單片機(jī)所能運(yùn)行的必備條件。所以我們可以在應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分運(yùn)用最小系統(tǒng)。STC89C52這一型號(hào)的單片機(jī)，它的片內(nèi)有ROM/EPROMo正因?yàn)檫@樣，只要將STC89C52單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，以此來構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)，它構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可黑。(1)時(shí)鐘電路對(duì)于STC89C52單片機(jī)來說,有內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種方式來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。而在STC89C5單片機(jī)中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)自激振蕩器這樣的設(shè)計(jì)其實(shí)并不難，只要將石英晶體(簡(jiǎn)稱晶振)在單片機(jī)的XTAL1(和XTAL2(19)引腳外接就可以了。復(fù)位電路在STC89C52單片機(jī)中，要想使單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位

33、操作，則要將高電平引入RST引腳，此時(shí)單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若在該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩和在本次設(shè)計(jì)中使用的就是按鍵手動(dòng)復(fù)位。其中按鍵復(fù)位方式有電平方式和脈沖方式兩種。其中通過RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的方式是電平復(fù)位方式。3.2溫濕度檢測(cè)電路DHT11是一款溫濕度復(fù)合傳感器。它將專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)在其中得到很大程度的運(yùn)用，在很大程度上提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性。在DHTU溫濕度復(fù)合傳感器中，主要包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。它可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)我們周圍環(huán)境的溫濕

34、度并且進(jìn)行反饋，而且每個(gè)DHT11傳感器都存在校準(zhǔn)系數(shù)，校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中。我們有時(shí)候在使用過程中需要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)，尤其是傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中，就需要經(jīng)常調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。同時(shí)它所擁有的小體積、低功耗，也成功的使信號(hào)的傳輸距離達(dá)到了20米以上，使其成為各類應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。DHT11傳感器實(shí)物圖如下圖所示：osoneDHTxx1234I1-底視圖引腳說明三Vcc正電源Dout輸出NC空腳GND地圖3-2DHT11傳感器實(shí)物圖及引腳圖引腳介紹,DHTU的各引腳及其功能如下表所示：表3-3DHT11的引腳介紹PinlVDD電源引腳，供電電壓為3V5.5VPin

35、2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線Pin3NC空腳，需要進(jìn)行懸浮處理Pin4VDD接地端，電源負(fù)極(2)接說明：因?yàn)閷?duì)本器件來說，它的信號(hào)傳輸距離是有限制的，所以連接線長(zhǎng)度的不同決定了使用的上拉電阻的阻值不同。一般情況下，當(dāng)連接線長(zhǎng)度比20米小的情況下，上拉電阻選擇5K的就可以了；當(dāng)連接線的長(zhǎng)度大于20米時(shí)，則需要根據(jù)器件使用的實(shí)際情況來選擇可用阻值的上拉電阻。對(duì)于DHT11傳感器來說，與STC89C52系列單片機(jī)連接相對(duì)比較簡(jiǎn)單。單片機(jī)的P2.0連接傳感器的Pin2,用來發(fā)收審行數(shù)據(jù)。山之前的接說明可知，山于測(cè)量距離的連接線長(zhǎng)度小于20米，所以在傳感器的Pin2與電源之間連接一個(gè)5K的上拉電阻。而傳

36、感器的電源端口Pinl和Pin4分別接單片機(jī)的VDD和GND端。傳感器的第三腳懸浮放置。DHT11傳感器電路原理圖如圖9所示：4321GNDR51OKDATA+5V圖3-3DHT11電路原理圖3.3煙霧檢測(cè)電路煙霧檢測(cè)電路是由一個(gè)AD轉(zhuǎn)換電路和一個(gè)MQ-2氣體傳感器組成的，下圖為煙霧檢測(cè)電路的原理圖：MQ-2RL1AB,5)43TGNDCSVCCCH0CLKCH1DOGNDDIU2IR75.1ADC0832C426R8104470.：圖3-4煙霧檢測(cè)電路原理圖1）A/D轉(zhuǎn)換電路選用的是ADC0832這種芯片。它的作用是將煙霧傳感器采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后再傳送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，

37、所以它的部分引腳是與單片機(jī)直接相連的。如它的1號(hào)引腳（CS口）接單片機(jī)的P1.2，它的5號(hào)引腳和6號(hào)引腳（DI和D0口）接單片機(jī)的Pl.1，它的7號(hào)引腳（CLK口）接單片機(jī)的P1.0口。它的特點(diǎn)是具有8位分辨率和雙通道A/D轉(zhuǎn)換，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、兼容性強(qiáng)、性價(jià)比高。正因?yàn)樗倪@些優(yōu)點(diǎn)，它的普及率H前已經(jīng)很高了，也因此而受到了很多用戶的喜歡和認(rèn)可。下面簡(jiǎn)要介紹一下它的芯片接口及其各接對(duì)應(yīng)功能：表3-4ADC0832接口劃稱及功能CS片選便能，低電平芯片使能CHO模擬輸入通道0,或作為IN+/-使用CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用GND芯片參考0電位(地)DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制

38、DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出CLK芯片時(shí)鐘輸入VCC/REF電源輸入及參考電壓輸入2)MQ-2是一種氣體傳感器，它可以用來對(duì)城市煤氣、天然氣、液化石油等這些以氫氣為主要成分的氣體進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)它對(duì)水蒸氣、煙等氣體有很強(qiáng)的識(shí)別能力，抗干擾能力比較強(qiáng)。MQ-2型氣敬元件具有以下特點(diǎn)：它具有穩(wěn)定的R阻值，所以它的敏感燒結(jié)體是山燒結(jié)半導(dǎo)體所形成的。從而它的穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以適應(yīng)在工作狀態(tài)下長(zhǎng)期工作使用。當(dāng)它工作時(shí)，它的功率損耗僅僅只有0.7W左右，為單電源供電。它具有極高的靈敬度和信噪比，尤其是對(duì)于所測(cè)試的氣體，而且它的識(shí)別能力也很強(qiáng)。器件的主要參數(shù)如下：響應(yīng)時(shí)間：TrWlOs恢復(fù)時(shí)間：TnW60s加

39、熱電壓：V+=5+0.2V加熱功率：約0.7W工作環(huán)境：溫度TOC+50C濕度八85%RHMQ-2的特點(diǎn)如下：它對(duì)氣體的探測(cè)范圍比較廣泛它具有極高的靈敬度，極快的響應(yīng)速度以及響應(yīng)恢復(fù)速度它的穩(wěn)定性極好，所以就使得它可以在持續(xù)的工作狀態(tài)下?lián)碛泻荛L(zhǎng)的使用壽命。它的驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單3.4人體檢測(cè)模塊在自然界中，一般的物體都將產(chǎn)生紅外光譜。溫度不同的物體，它所能夠釋放的波長(zhǎng)是不一樣的，因此溫度的高低和所檢測(cè)到的紅外波長(zhǎng)是有關(guān)聯(lián)的。而人體檢測(cè)模塊就是根據(jù)這一原理來進(jìn)行檢測(cè)的。圖3-8為人體檢測(cè)模塊電路原理圖：熱釋電紅外傳感器(PIR)和菲涅爾透鏡，這兩個(gè)部分的作用在被動(dòng)紅外探測(cè)器中是至關(guān)重要的，可以說它

40、們是整個(gè)探測(cè)器的核心部分。我們先來簡(jiǎn)單的了解一下其中一個(gè)重要的部分：熱釋電紅外傳感器(PIR)，它可以將紅外信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。當(dāng)然這是有條件的，它所能轉(zhuǎn)化的紅外信號(hào)的波長(zhǎng)范圍只能在8-12um之間。而且它還能夠自動(dòng)的抑制自然界中的白光信號(hào)。這樣就可以將自然界的溫度當(dāng)做背景溫度,然后再去檢測(cè)與背景溫度有差異的物體，因此，紅外探測(cè)器的紅外探測(cè)的探測(cè)原理就是感應(yīng)移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。另一個(gè)重要的核心部件就是菲涅爾透鏡，它有折射式和反射式兩種方式。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè):一是聚焦作用和分區(qū)作用。聚焦作用是將熱釋的紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，而分區(qū)作用是將移動(dòng)物體產(chǎn)生的變化熱釋紅外信號(hào)

41、轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾娦盘?hào)。人體的溫度一般都處于37度左右，變化不會(huì)很大，所以人體發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)是特定的，波長(zhǎng)大約為10微米左右。所以被動(dòng)式紅外探頭主要是靠探測(cè)人體發(fā)射的10微米左右的這種特定波長(zhǎng)的紅外線而進(jìn)行工作的。被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的優(yōu)點(diǎn)主要有以下兒點(diǎn)：它本身不會(huì)產(chǎn)生任何類型的輻射，所以它對(duì)人體沒有傷害。它的功率損耗比較小，所以對(duì)能源浪費(fèi)也比較少。它整體體積較小，便于安裝，隱蔽性好。它所使用的器件都是市面上比較常見的，容易購(gòu)買且價(jià)格低廉，成本較低。但是被動(dòng)式熱釋電紅外探頭也有一些缺點(diǎn)：由于它的工作原理是探測(cè)物體溫度與背景溫度的差異，以及從物體上檢測(cè)到的紅外線波長(zhǎng)，從而判斷有無異常。所以在這樣的

42、判斷條件下比較容易受各種熱源、光源的干擾。被動(dòng)紅外穿透力差，對(duì)檢測(cè)的通道要求較高，一般情況下是在檢測(cè)的通道上障礙物越少越好。因?yàn)楫?dāng)檢測(cè)中途有障礙物阻擋的話，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。易受射頻輻射的干擾。Ill于其探測(cè)原理的特殊性，當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，此時(shí)它們的溫度差異比較小，對(duì)探測(cè)器的靈敬度要求比較高，當(dāng)探測(cè)器的靈敬度達(dá)不到此時(shí)的要求時(shí)，可能會(huì)造成探測(cè)器的短時(shí)失靈。3.5報(bào)電路5.1燈光報(bào)警電路卩31R11Okn1LEDPP3R22.2kr2lA-/LEDR2P3R3220JLEDGP34R42.2k1)4P35R51OkLEDBP36R610kPMLEDW圖3-5燈光

43、報(bào)警電路燈光報(bào)警電路的電路結(jié)構(gòu)圖如圖14所示。在現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代LED的研發(fā)已經(jīng)越來越成熟，LED燈也在越來越多的場(chǎng)合得到廣泛的使用。相對(duì)于普通熾燈而言，它有很多優(yōu)點(diǎn)。比如節(jié)能環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、無頻閃可保護(hù)視力，并且因?yàn)樗碾娏餍?、發(fā)熱少所以安全系數(shù)比較高。所以本次設(shè)計(jì)就是利用了LED的這些特性，用不同顏色的LED指示不同的報(bào)警。3.5.2聲音報(bào)警電路R圖3-6聲音報(bào)警主要是通過聲音來引起用戶的注意，從而達(dá)到警示用戶的的，現(xiàn)在最常用的就是蜂鳴器。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，釆用直流電壓供電。三極管、蜂鳴器、限流電阻這三項(xiàng)，就是蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路的主要構(gòu)成部分。蜂鳴器為驅(qū)動(dòng)電路中的發(fā)聲元件，分為

44、有源蜂鳴器和無源蜂鳴器兩種。這兩種蜂鳴器的發(fā)聲條件即驅(qū)動(dòng)方式不同，有源蜂鳴器在其兩端施加直流電壓時(shí)會(huì)發(fā)聲，無源蜂鳴器在其兩端施加方波時(shí)會(huì)發(fā)聲。本設(shè)計(jì)采用有源蜂鳴器。三極管Q1起開關(guān)作用，它的導(dǎo)通和閉合作用是山其基極的高低電平來控制的。當(dāng)基極的電平為低電平時(shí)，三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)蜂鳴器可以發(fā)聲。當(dāng)基極電平為低電平時(shí)，三極管處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)蜂鳴器不發(fā)聲或停止發(fā)聲。限流電阻在整個(gè)電路中起到一個(gè)保護(hù)電路的作用，它可以在電路中的電流突然增大時(shí)，控制流入電路中的電流，使其達(dá)到一個(gè)平穩(wěn)的狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)殡娏鞯耐蝗辉龃蠖闺娐吩艿綋p壞。報(bào)警電路主要就是山燈光報(bào)警電路和聲音報(bào)警電路這兩部分組成的，這

45、兩種報(bào)警方式是起到一個(gè)互相輔助的作用。傳感器檢測(cè)到環(huán)境中的溫濕度、煙霧等環(huán)境數(shù)據(jù)信號(hào)，將其傳給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。若是檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，則單片機(jī)將信號(hào)發(fā)送到報(bào)警電路，報(bào)警電路將會(huì)啟動(dòng)，引起蜂鳴器發(fā)聲，并且相對(duì)應(yīng)的報(bào)警指示燈會(huì)亮起；若是沒有接收到報(bào)警信號(hào)，則單片機(jī)會(huì)將當(dāng)前所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到液晶顯示器，讓液晶顯示器顯示當(dāng)前所檢測(cè)的環(huán)境數(shù)據(jù)，這樣我們不僅能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)環(huán)境的數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握，也可以在出現(xiàn)安全隱患時(shí)能夠及時(shí)給出警示提醒，這樣就能更好的達(dá)到報(bào)警的效果和LI的。液晶顯示電路3.6LCD1602圖3-7液晶顯示電路設(shè)計(jì)LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶,能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。(1

46、6列2行)。它的Pin7-Pinl4號(hào)管腳分別與單片機(jī)的P0.0-P0.7引腳相連，Pin7接單片機(jī)的P0.0,Pin8接單片機(jī)的P0.1,依次類推Pinl4接單片機(jī)的P0.7引腳。液晶顯示器，顧名思義它是屬于一種輸出器件，它在單片機(jī)系統(tǒng)中也得到了大量的應(yīng)用，作為輸出器件它有以下兒個(gè)優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)它接收到信號(hào)之后，它就可以根據(jù)所收到的信號(hào)要求保持恒定的發(fā)光狀態(tài)。且其亮度和色彩飽和度不會(huì)改變，因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。接口簡(jiǎn)單，操作方便。它的顯示方式是山電極控制液晶分子的狀態(tài)來顯示的，所以重量較輕耗電量比其它顯示器要少得多。表3-5LCD1602的引腳及其作用第1腳VSS為地電源第2腳VDD接

47、+5V電源第3腳VL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，接地時(shí)對(duì)比度最高第4腳RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器第5腳R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作第6腳E端為使能端，當(dāng)E端山高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令第714腳DOD7為8位雙向數(shù)據(jù)線第15腳背光源正極第16腳背光源負(fù)極LCD1602液晶模塊內(nèi)部包含一個(gè)字符發(fā)生存儲(chǔ)器，這個(gè)存儲(chǔ)器中已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。在我們的設(shè)計(jì)中，可能不需要它將所有的圖形都進(jìn)行顯示，只需要讓它顯示一部分我們需要用到的字符圖形，要想使這些點(diǎn)陣字符圖形按照自己的要求顯示出所需要的

48、圖形，就需要通過程序的控制來實(shí)現(xiàn)。要想讓液晶顯示器按照我們所期望的那樣進(jìn)行顯示，我們首先就要了解它的使用規(guī)則或者說顯示要求。它的所有的動(dòng)作都是通過指令來實(shí)現(xiàn)的，所以如果要進(jìn)行讀寫或屏幕和光標(biāo)的移動(dòng)等操作，就要對(duì)它的這些動(dòng)作進(jìn)行指令編程，在指令編程之前，我們先要對(duì)LCD1602液晶顯示器的指令和其對(duì)應(yīng)功能進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的了解和掌握。它的指令及其對(duì)應(yīng)功能如表3-6所示：表3-6LCD1602指令及其功能指令1淸顯示指令2光標(biāo)復(fù)位指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到00H的位置光標(biāo)返回到00H指令3光標(biāo)和顯示模式設(shè)置S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高電平表示有效，低電平表示無效D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表

49、示開啟，低電平表示關(guān)閉指令4顯示開關(guān)控制指令5光標(biāo)或顯示移位C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍s/c：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)DL:高電平時(shí)為4位總線低電平時(shí)位8位總線指令6功能設(shè)置命令N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F：低電平時(shí)顯示5X7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5X10的點(diǎn)陣字符指令7字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置指令8DDRAM地址設(shè)置指令9讀出忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF為忙標(biāo)志位高電平表示忙，低電平表示不忙指令10寫數(shù)據(jù)指令11讀數(shù)據(jù)通過這些指令，我們可以對(duì)液晶顯示器進(jìn)行指令程序編碼，將我們的顯示的要求變成一

50、條條的指令，然后通過程序編寫將其在屏幕上進(jìn)行顯示，讓我們的傳感器所測(cè)到的一組組抽象的信號(hào)，通過顯示器變成我們能夠理解的字符圖形顯示出來，讓我們能夠更直觀的看到當(dāng)前環(huán)境中所存在的問題或者隱患，增加我們的防范意識(shí)，提高環(huán)境安全系數(shù)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹KeilCol軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編和C語言的程序設(shè)計(jì)。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)就是KeilC51生成的標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生

51、成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹KeilC51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil_c軟件界面如圖4-1所示:i-TLTCJ1-1A5A&oxrcGx-cAp1I出ycI前r.jtSShITfldixpl”h81曰T斗比曲m2S3034035036037cnxxncXudexec52O1O011012013014015016O17018019口2002丄)22023024025026d27Vpi8mv-hA0290300034035036037*Hl?)ysAnwru”Vi-srl.on30BCSFL/奇腳產(chǎn)明Sllt匸ED_weni七xn=Pi

52、A5fCQ-Piao；/AIX2O8G0toit；ST-F3-O；sfclCEOCP5*5;EC-F3A2;/aSt2AeyX-F2*5/,StKey2-F2*7/St:KeyS-F3A7-ra，s、adcnArwuA.ntLu;A、匕Aulmt厶/erw-合二ucArtempjuonaryvsne_wen=iAso/uoroixyvsMeVAnwa4Bj/按紐侯武廠uon&xMcdc0f/曲故士明axttirnaxA.DC：O8GQ1);x匕r-mvoid2y();BuildOueptutFroaAArftSxzetcSoiC241xaQn)圖4-1Keil_c軟件界而2系統(tǒng)總程序流程圖圖4

53、-1系統(tǒng)總程序流程圖如圖4-1所示，在系統(tǒng)主程序中，先要將系統(tǒng)進(jìn)行初始化。防止由于在之前的使用過程中產(chǎn)生的信號(hào)殘留影響到后面的產(chǎn)品效果，使結(jié)果產(chǎn)生誤差。系統(tǒng)進(jìn)行初始化之后我們就需要通過溫濕度傳感器對(duì)環(huán)境中的溫濕度進(jìn)行采集，然后傳送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時(shí)還有煙霧傳感器和紅外熱釋電傳感器也在進(jìn)行工作，不同的是煙霧傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換才能發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理。如果溫濕度值、煙霧值等超過了預(yù)先設(shè)定的數(shù)值的范圉，那么將會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行燈光和聲音的雙重報(bào)警，即各模塊相對(duì)應(yīng)的報(bào)警指示LED燈會(huì)亮起，且蜂鳴器會(huì)發(fā)聲。紅外傳感器則是檢測(cè)到有人，就會(huì)將信號(hào)傳送給單片機(jī)并啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。若采集數(shù)據(jù)

54、無異常狀況，則維持上述步驟，設(shè)備在上電情況下一直持續(xù)工作狀態(tài)。4.3各子程序流程圖4.3.1溫濕度檢測(cè)流程圖LCD顯力/JDHT11LCDSP/jviiAf顯丿溫濕度處圖4-2溫濕度檢測(cè)流程圖如上圖4-2溫濕度檢測(cè)流程圖中所示，在溫濕度檢測(cè)的過程中，首先我們要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，防止硬件中有其他信號(hào)殘留，影響整體的溫濕度測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。之后通過DHT11溫濕度傳感器對(duì)當(dāng)前的環(huán)境溫度進(jìn)行采集，將所得信號(hào)傳送到單片機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后通過LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前溫濕度，若溫濕度沒有超過設(shè)定的范圍，則循環(huán)上一過程。若溫濕度超過設(shè)定范圍，則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。4.3.2煙霧檢測(cè)模塊流程圖煙霧

55、濃度處理尤報(bào)秤煙霧濃度是否超過閾值初始化耳FMQ-2煙霧轉(zhuǎn)換器TA/D轉(zhuǎn)換1r數(shù)據(jù)處理開始圖4-3煙霧檢測(cè)流程圖如圖4-3煙霧檢測(cè)流程圖所示，在煙霧檢測(cè)模塊當(dāng)中，我們首先要做的事情依然是初始化，其LI的同樣是為了防止有多余的不相干信號(hào)影響了測(cè)量的準(zhǔn)確度，使得測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。初始化之后，我們就要通過MQ-2煙霧傳感器來對(duì)環(huán)境中的煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)，它不能直接與單片機(jī)相連，所以我們要使用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)所得到的信號(hào)進(jìn)行處理，然后再發(fā)送給單片機(jī)。若檢測(cè)的濃度值沒有超過設(shè)定值，那么就需要返回到原來的地方進(jìn)行下一輪的檢測(cè)，過程還是和前面一樣。若檢測(cè)的濃度值超過設(shè)定的范圍，那么報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)被啟動(dòng)，開始報(bào)警，直

56、至經(jīng)過處理之后煙霧濃度回歸到范圍值，系統(tǒng)將重新回到原來的地方進(jìn)行下一輪的檢測(cè)。4.3.3人體檢測(cè)模塊流程圖人JT始/TS1圖44人體檢測(cè)模塊流程圖1E初始化1f察覺扌布防圖4-4是人體紅紅外檢測(cè)模塊的工作原理流程圖，在圖中我們可以很清晰的看到整個(gè)模塊的工作流程，首先我們要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后就是一個(gè)特殊的操作，就是要選擇是否處于布防狀態(tài)，若是處于布防狀態(tài)，則人體紅外傳感器開始工作，此時(shí)系統(tǒng)就可以執(zhí)行人體感應(yīng)的工作了。若是在紅外感應(yīng)范圍內(nèi)檢測(cè)到異常信號(hào)，那么傳感器會(huì)將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，然后啟動(dòng)報(bào)警程序，蜂鳴器發(fā)出聲音并且人體感應(yīng)指示燈會(huì)亮起。這種狀況會(huì)一直持續(xù)直到人為的

57、關(guān)閉布防狀態(tài)，整個(gè)報(bào)警過程結(jié)束。若是一開始就沒有打開布防狀態(tài)，則紅外傳感器此時(shí)不能進(jìn)行人體感應(yīng)。3.4報(bào)警電路模塊流程圖開始是否超過閩值圖45報(bào)警電路模塊流程圖1r初始化1F傳感器檢測(cè)環(huán)境數(shù)擁1r單片機(jī)處理數(shù)據(jù)聲音報(bào)警燈光報(bào)警蜂鳴器發(fā)聲對(duì)應(yīng)指不燈亮1燉報(bào)驚值進(jìn)行處理r結(jié)束如圖4-5所示，報(bào)警電路模塊的工作流程就如圖中所示一樣，首先在進(jìn)行檢測(cè)之前要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后再讓傳感器進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)闀?huì)擔(dān)心有之前遺留的殘余信號(hào)會(huì)影響之后傳感器的檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)中的傳感器檢測(cè)到環(huán)境中的各種數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)，讓單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析。此時(shí)要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)閾值

58、判斷，看有沒有哪一項(xiàng)數(shù)據(jù)值超過了設(shè)定的閾值。若是有，則報(bào)警系統(tǒng)會(huì)被啟動(dòng)，此時(shí)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警都會(huì)打開，蜂鳴器會(huì)發(fā)聲，并且相對(duì)應(yīng)的LED指示燈會(huì)發(fā)亮，為我們提供雙重的報(bào)警效果。此時(shí)就需要我們對(duì)導(dǎo)致報(bào)警的環(huán)境隱患進(jìn)行處理，比如若是煙霧值過高，我們可以通過開窗等措施來降低當(dāng)前環(huán)境的煙霧濃度；溫度或濕度過高則也可以采取相對(duì)應(yīng)的措施來進(jìn)行處理。等到把超過閾值的環(huán)境數(shù)據(jù)處理過后，報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉，報(bào)警過程結(jié)束。若是環(huán)境數(shù)據(jù)中沒有數(shù)據(jù)值超過設(shè)定的閾值,那么報(bào)警系統(tǒng)將不會(huì)啟動(dòng)。在整個(gè)過程中，傳感器是一直處于工作狀態(tài)的，并不會(huì)因?yàn)閳?bào)警系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉而影響它的正常丄作。測(cè)試結(jié)果及結(jié)論5.1調(diào)試圖5-1實(shí)物上電

59、調(diào)試狀態(tài)圖在調(diào)試時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的現(xiàn)象，比如LED燈的亮暗表示了不同的報(bào)警狀態(tài)，如圖5-1中，LED燈亮了就表示相應(yīng)的模塊進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)各個(gè)按鍵所要表示的功能和作用也不同，下面就簡(jiǎn)單說明一下這些器件的作用以及長(zhǎng)生這些現(xiàn)象所表示的意義：LED燈：LED燈共有六個(gè)，將LED燈從左往右依次列為L(zhǎng)ED1、LED2、LED3LED6,LED1連接的單片機(jī)的P3.1引腳，它代表的是煙霧報(bào)警；LED2連接的單片機(jī)的P3.2引腳，它代表的是溫度上限報(bào)警:LED3連接的單片機(jī)的P3.3引腳，它代表的是溫度下限報(bào)警；LED4連接的單片機(jī)的P3.4引腳，代表的是濕度上限報(bào)警；LED3連接的是單片機(jī)的P3.5引腳，代表的

60、是濕度下限報(bào)警；LED6連接的是單片機(jī)的P3.6引腳，代表的是紅外報(bào)警。按鍵：按鍵在整個(gè)設(shè)汁當(dāng)中所起的作用就是對(duì)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，對(duì)當(dāng)前的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。在整個(gè)設(shè)計(jì)中除了電源開關(guān)之外還有四個(gè)按鍵，對(duì)它們進(jìn)行編號(hào)，從左到右依次為KI、K2、K3、K4oKI連接單片機(jī)的Pl.3引腳，它的功能是對(duì)各傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，所以它是設(shè)置鍵：K2連接單片機(jī)的P1.4引腳，它的功能是對(duì)當(dāng)前選中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加操作，所以它是加操作鍵；K3連接單片機(jī)的P1.5引腳，它的功能是對(duì)當(dāng)前選中的數(shù)據(jù)進(jìn)行減操作，所以它是減操作鍵：K4連接單片機(jī)的P1.6引腳，它的功能是撤銷當(dāng)前布防，所以它是布防撤銷鍵。調(diào)試就是在電路設(shè)計(jì)完成之后，