多用途智能防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10.01

1、 摘 要隨著科技與生活質(zhì)量的提升，現(xiàn)代生活的節(jié)奏加快，盜竊、入室搶劫、火災(zāi)等事件也隨之增加，這毫無(wú)疑問(wèn)地對(duì)社會(huì)的安定和人民的生活帶來(lái)了很大的影響。人們?cè)诜泵Φ纳钪?，不只是追求能有一個(gè)舒適的生存環(huán)境，更重視自己的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，選擇一種科學(xué)而又安全的方式來(lái)保護(hù)自己顯得尤為重要，防火防盜報(bào)警器便成為目前需求量最大也最為實(shí)用的一種防護(hù)裝置。本次課題是基于智能住宅安全防護(hù)設(shè)計(jì)的一款具有誤報(bào)率低、可靠性高、使用方便、性價(jià)比高的防火防盜報(bào)警器。在本設(shè)計(jì)中，使用的是MCS-51系列單片機(jī)，具體的型號(hào)是AT89S51，利用熱釋電紅外探測(cè)器HC-SR501和雷達(dá)式微波探測(cè)器XYC-WB-DC雙重監(jiān)測(cè)盜情

2、，在放火方面，主要從溫度和氣體濃度及煙霧方面進(jìn)行入手，分別使用DS18B20和MQ-2來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的功能，并結(jié)合數(shù)字語(yǔ)音錄放電路、GSM電路、LCD顯示電路以及其他一些輔助電路實(shí)現(xiàn)火情盜情的實(shí)時(shí)語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警，相較于傳統(tǒng)防火防盜報(bào)警器，大大提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度以及防護(hù)效率，而具有更高的實(shí)時(shí)性、可靠性。關(guān)鍵詞：智能報(bào)警；防火防盜；AT89S51；傳感器；語(yǔ)音撥號(hào)ABSTRACTWith the gradual improving of the science and technology, the quality of life has been better, and the rhythm of

3、modern life is getting faster and faster. At the same time, the theft, robbery, fire and other incidents are becoming more and more. There is no doubt that these events have brought a great impact on the stability of peoples lives. In this busy social life, people should not be satisfied with the cu

4、rrent situation, a comfortable environment, but they pay more attention to their own security of lives and property. Therefore, it is very important to choose a scientific and safe way to protect you. The fire alarm system will become the biggest demand and most practical kind of protection.This des

5、ign is an alarm with low false rate, high reliability, and easy to use. This cost-effective fireproof and theftproof alarm system was based on intelligent residential security protection. The core is MCS-51 series microcontroller (AT89S51), and the system uses a pyroelectric infrared sensors (HC-SR5

6、01) and a radar microwave detector (XYC-WB-DC) to monitor the theft, and uses the smoke sensors(MQ-2) and temperature sensors(DS18B20) to monitor the fire. At the same time, it combined with digital voice recording circuit, and GSM circuit, also the LCD display circuit and other auxiliary circuit ca

7、n achieve the fire alarm voice dialing. Compared with traditional fire and theft alarm system, this design has improved the accuracy of monitoring and the efficiency, also the alarm system has higher reliability. Key words: Intelligent Alarm; Fireproof and Theftproof; AT89S51; Sensor; Voice Dial目 錄T

8、OC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28594 第一章 緒論 PAGEREF _Toc28594 5 HYPERLINK l _Toc6718 1.1研究的目的和意義 PAGEREF _Toc6718 5 HYPERLINK l _Toc4180 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc4180 6 HYPERLINK l _Toc18199 1.3我國(guó)家庭報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與展望 PAGEREF _Toc18199 7 HYPERLINK l _Toc10539 1.4論文主要工作 PAGEREF _Toc10539 8 HYPERLINK l _Toc15235

9、 1.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc15235 8 HYPERLINK l _Toc14261 第二章 系統(tǒng)整體方案的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14261 9 HYPERLINK l _Toc21157 2.1智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的要求 PAGEREF _Toc21157 9 HYPERLINK l _Toc6065 2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc6065 9 HYPERLINK l _Toc31141 2.2.1傳感器的選擇 PAGEREF _Toc31141 9 HYPERLINK l _Toc10351 2.2.2語(yǔ)音報(bào)警的選擇 PAGEREF _Toc10

10、351 9 HYPERLINK l _Toc9812 2.2.3顯示屏的選擇 PAGEREF _Toc9812 10 HYPERLINK l _Toc13644 2.3系統(tǒng)的總體框架構(gòu)成 PAGEREF _Toc13644 10 HYPERLINK l _Toc14367 2.4系統(tǒng)的基本原理與工作過(guò)程 PAGEREF _Toc14367 10 HYPERLINK l _Toc866 2.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc866 11 HYPERLINK l _Toc15763 第三章 系統(tǒng)硬件的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc15763 12 HYPERLINK l _Toc13693

11、 3.1單片機(jī)系統(tǒng)模塊的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13693 12 HYPERLINK l _Toc11002 3.1.1 AT89S51單片機(jī)介紹 PAGEREF _Toc11002 12 HYPERLINK l _Toc197 3.1.2單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc197 15 HYPERLINK l _Toc13011 3.2防火模塊的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13011 17 HYPERLINK l _Toc16327 3.2.1溫度傳感器DS18B20 PAGEREF _Toc16327 18 HYPERLINK l _Toc14144 3.2.2

12、煙霧探測(cè)器MQ-2 PAGEREF _Toc14144 20 HYPERLINK l _Toc7877 3.3防盜模塊的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc7877 22 HYPERLINK l _Toc17303 3.3.1熱釋電紅外探測(cè)器HC-SR501 PAGEREF _Toc17303 23 HYPERLINK l _Toc13166 3.3.2雷達(dá)式微波探測(cè)器XYC-WB-DC PAGEREF _Toc13166 25 HYPERLINK l _Toc14260 3.4智能語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警模塊的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc14260 28 HYPERLINK l _Toc9071

13、 3.4.1語(yǔ)音錄放模塊 PAGEREF _Toc9071 29 HYPERLINK l _Toc23242 3.4.2 GSM撥號(hào)報(bào)警模塊 PAGEREF _Toc23242 32 HYPERLINK l _Toc22655 3.5 LCD顯示屏模塊的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc22655 36 HYPERLINK l _Toc31168 3.6本章總結(jié) PAGEREF _Toc31168 39 HYPERLINK l _Toc30160 第四章 系統(tǒng)軟件的分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30160 40 HYPERLINK l _Toc5462 4.1編程軟件介紹 PAGERE

14、F _Toc5462 40 HYPERLINK l _Toc8720 4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體概述 PAGEREF _Toc8720 41 HYPERLINK l _Toc1711 4.3主程序及各功能模塊程序 PAGEREF _Toc1711 42 HYPERLINK l _Toc4699 4.3.1主程序 PAGEREF _Toc4699 42 HYPERLINK l _Toc29938 4.3.2溫度檢測(cè)模塊程序 PAGEREF _Toc29938 43 HYPERLINK l _Toc26057 4.3.3 GSM撥號(hào)報(bào)警模塊程序 PAGEREF _Toc26057 44 HYPERLI

15、NK l _Toc3356 4.3.4 LCD顯示屏模塊程序 PAGEREF _Toc3356 46 HYPERLINK l _Toc7819 4.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc7819 47 HYPERLINK l _Toc13627 第五章 系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc13627 48 HYPERLINK l _Toc11428 5.1硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc11428 48 HYPERLINK l _Toc32426 5.2軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc32426 51 HYPERLINK l _Toc24521 5.3軟硬件聯(lián)合調(diào)試 PAGEREF _

16、Toc24521 53 HYPERLINK l _Toc30471 5.3.1調(diào)試過(guò)程 PAGEREF _Toc30471 53 HYPERLINK l _Toc240 5.3.2 調(diào)試中遇到的問(wèn)題 PAGEREF _Toc240 57 HYPERLINK l _Toc13814 5.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc13814 57第六章 總結(jié)與展望 HYPERLINK l _Toc6543 PAGEREF _Toc6543 58 HYPERLINK l _Toc23964 6.1工作總結(jié) PAGEREF _Toc23964 58 HYPERLINK l _Toc14538 6.2展望 P

17、AGEREF _Toc14538 59 HYPERLINK l _Toc5838 致 謝 PAGEREF _Toc5838 61 HYPERLINK l _Toc15434 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc15434 62 HYPERLINK l _Toc8882 附錄A PAGEREF _Toc8882 64 HYPERLINK l _Toc27284 附錄B PAGEREF _Toc27284 66第一章 緒論1.1研究的目的和意義隨著科技生活與經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)的追求也越來(lái)越高，而隨著經(jīng)濟(jì)的大幅度提高，人們開(kāi)始不僅僅只滿足于溫飽，而將目光轉(zhuǎn)向更高層次的精神與物質(zhì)上來(lái)，也因此開(kāi)始

18、購(gòu)買大量高檔的物品1。然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，由于思想教育與個(gè)人觀念的不同，社會(huì)上仍然有一些不法分子存在著投機(jī)取巧的心理，想通過(guò)違法手段來(lái)獲取非法利益，給許多住戶帶來(lái)了一定的威脅甚至危害，影響了正常的家庭生活。而家庭住宅的安全隱患還不止于此，為了生活更加便利，現(xiàn)在許多家庭都使用天然氣、煤氣作為廚房的燃料，冬日也時(shí)常用火箱、暖爐等工具取暖，雖然能給生活帶來(lái)了諸多的便捷，但同時(shí)也增加了家庭住宅的火災(zāi)隱患。這些隨之而來(lái)的，便是對(duì)于自身財(cái)產(chǎn)及安全的保障問(wèn)題。如今，隨著人們生活質(zhì)量的穩(wěn)步提高，人們對(duì)傳統(tǒng)的家庭防護(hù)措施不再滿足，而是要求有一個(gè)更加智能化安全化的住所，來(lái)保障自身以及財(cái)產(chǎn)的安全，而各式各樣的防火、

19、防盜產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。其中，結(jié)合了防火與防盜雙重功能的家用報(bào)警器已成為目前最實(shí)用的家居防護(hù)裝置。而隨著時(shí)代的前進(jìn)，電子系列產(chǎn)品同樣在不停地推陳出新，層出不窮?？萍硷w速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)作為中堅(jiān)力量推動(dòng)著整個(gè)社會(huì)，而人們?cè)诓粩嗟倪M(jìn)步與變化中，也在尋求著自身的安定，一個(gè)安定的環(huán)境和氛圍也成為了人們最基本的需求和目的2。對(duì)于家庭安全防范來(lái)說(shuō)，市面上的防火防盜報(bào)警器一般都采用單片機(jī)作為控制核心，利用相關(guān)的探測(cè)器、傳感器監(jiān)測(cè)警情信號(hào)，單片機(jī)在接收到信號(hào)后，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，產(chǎn)生強(qiáng)光并伴隨著警鈴。而這種報(bào)警器缺乏與外界及時(shí)聯(lián)系的手段，在家中無(wú)人的情況下，警情發(fā)生后如若無(wú)法及時(shí)告知，仍然會(huì)存在財(cái)產(chǎn)損害的情況，而無(wú)法達(dá)

20、到用戶的實(shí)際目的，并且報(bào)警器存在著一定的誤報(bào)率，尖銳的蜂鳴聲和強(qiáng)光容易影響附近居住用戶的生活，給住戶帶來(lái)不便。所以，人們開(kāi)始尋求一種能預(yù)知警情并及時(shí)處理相應(yīng)事故的方法，以便能有效地提高住宅安全，減少財(cái)產(chǎn)損失，達(dá)到真正的“以防為主，防治結(jié)合”的目的。本課題所研究的防火防盜報(bào)警器，以MCS-51系列單片機(jī)為控制核心，提高了產(chǎn)品效率，利用熱釋電紅外探測(cè)器和雷達(dá)式微波探測(cè)器雙重監(jiān)測(cè)盜情3，利用溫度傳感器和感煙探測(cè)器集為一體的復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器雙重監(jiān)測(cè)火情，提高了產(chǎn)品的可靠性，大大降低了誤報(bào)率和漏報(bào)率，且利用語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警裝置，增加了與外界聯(lián)系的手段，及時(shí)向住戶報(bào)告相應(yīng)的警情信息，提高了處理事故的機(jī)動(dòng)性，達(dá)

21、到了更加先進(jìn)的預(yù)防效果，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，挽回經(jīng)濟(jì)損失有著重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀步入21世紀(jì)，人類進(jìn)入了數(shù)字化、信息化的時(shí)代，智能家居便是這個(gè)時(shí)代衍生出來(lái)的產(chǎn)物，而安全防護(hù)技術(shù)作為智能家居的其中一項(xiàng)分支，也快速地發(fā)展了起來(lái)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，近些年來(lái)，全球家庭安防網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場(chǎng)正以百分之四十的增長(zhǎng)率呈爆發(fā)式上升，由此可見(jiàn)市場(chǎng)需求潛力的巨大，各國(guó)的運(yùn)營(yíng)商以及廠商針對(duì)這一市場(chǎng)也紛紛推出了各式各樣的安防產(chǎn)品以及服務(wù)。而在不同的國(guó)家，家庭安防體系的發(fā)展也相應(yīng)不同。美國(guó)是安全保障行業(yè)最早形成的國(guó)家之一，由Gold Book雜志提供的數(shù)據(jù)可知，美國(guó)將近五分之一的家庭安裝了帶有監(jiān)控裝置的安防系統(tǒng)，家

22、庭電子安防行業(yè)年業(yè)務(wù)額高達(dá)333.5億美元4。目前，美國(guó)emWare公司又推出了一種新型的家庭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)正在被廣大美國(guó)家庭所認(rèn)可，并普及開(kāi)來(lái)。這種新型系統(tǒng)采用了全新思維理念的安全防護(hù)技術(shù)，能夠讓外出或工作的人們通過(guò)因特網(wǎng)來(lái)監(jiān)控自己的住宅安全，用戶只需要在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器軟件中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下，即可使用該技術(shù)達(dá)到監(jiān)控的目的。據(jù)了解，編寫在該系統(tǒng)中的軟件不僅可以控制門鎖的開(kāi)關(guān)，還可以控制家中的恒溫、安全、娛樂(lè)設(shè)備，例如空調(diào)，防盜窗，電視機(jī)等，甚至連家中的病人都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)護(hù)。英國(guó)也是首批發(fā)展安全保障行業(yè)的國(guó)家之一，他們尤其重視視頻監(jiān)控方面的發(fā)展，將其運(yùn)用于交通、醫(yī)院、學(xué)校、銀行、

23、工業(yè)等重要場(chǎng)所，而安裝了不少監(jiān)控設(shè)備，數(shù)量在全球排至首位5。也因此刺激了CCTV市場(chǎng)的發(fā)展，在現(xiàn)有情況下，每年仍以百分之二點(diǎn)九的速率穩(wěn)步增長(zhǎng)，其中，家庭聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控也在逐步增加。而近期有關(guān)安全防護(hù)技術(shù)的展會(huì)2016年英國(guó)倫敦國(guó)際安全技術(shù)展覽會(huì)(IFSEC 2016)也將于2016年的6月21-23日在倫敦舉行，此次的展出將會(huì)看到各類新品和最新技術(shù)，安全防范類、樓宇智能類、消防監(jiān)控類、裝備類、個(gè)人安全類都是此次展出的重點(diǎn)。在日本，有關(guān)家庭報(bào)警業(yè)務(wù)的發(fā)展十分快速，其中，西科姆公司更是在業(yè)界內(nèi)公認(rèn)的龍頭老大。早在20世紀(jì)60年代起，西科姆公司就已經(jīng)將自己的業(yè)務(wù)放在了安全服務(wù)運(yùn)營(yíng)商，并在上個(gè)世界八十年

24、代正式推出了獨(dú)創(chuàng)的綜合家庭安全服務(wù)6。西科姆公司在聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)上主要采用兩種運(yùn)營(yíng)模式：設(shè)備購(gòu)買制以及設(shè)備租賃制，目前，西科姆在日客戶已達(dá)130萬(wàn)戶，年?duì)I業(yè)額超50億美元。不僅僅是西科姆公司，日本的電信公司NTT運(yùn)用自己運(yùn)營(yíng)電信業(yè)務(wù)這一強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，打開(kāi)了安全服務(wù)業(yè)務(wù)的大門，退出了i-mode模式，可以通過(guò)手機(jī)或者其他電子移動(dòng)設(shè)備對(duì)家中的家電或其他設(shè)備進(jìn)行操控，將M2M遠(yuǎn)程控制的理念應(yīng)用在了遠(yuǎn)程監(jiān)控方面7。我國(guó)家庭安防報(bào)警市場(chǎng)發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng)，相比較歐美等國(guó)家的家庭安防報(bào)警系統(tǒng)而言，我國(guó)的報(bào)警系統(tǒng)仍存在著較大差距，報(bào)警產(chǎn)品也相對(duì)較低。前些年我國(guó)的報(bào)警業(yè)務(wù)主要以ADEMCO、BOSCH、以色列EL、日本

25、艾禮富等國(guó)外品牌為主。隨著國(guó)外報(bào)警產(chǎn)品的引進(jìn)，刺激并帶動(dòng)了我國(guó)的家庭安防市場(chǎng)，以深圳、福建泉州為中心的安防產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展和壯大，形成自己的民族品牌，例如：福建冠林科技有限公司，自1990年創(chuàng)立以來(lái)便迅速發(fā)展，時(shí)至今日已擁有超50家分支機(jī)構(gòu)，主打AH8000數(shù)字家居系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)率先推出的以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的數(shù)字化在線智能家居系統(tǒng)；時(shí)刻防盜電子有限公司，主打產(chǎn)品為基于SK 2S9G GSM/PSTN的雙網(wǎng)報(bào)警控制器，可以通過(guò)電話進(jìn)行報(bào)警，既可以使用家庭固定電話也可以使用GSM及手機(jī)進(jìn)行報(bào)警，也就是說(shuō)兼容了有線和無(wú)線的方法，十分便利；深圳市安博士電子科技有限公司，是與德國(guó)想過(guò)產(chǎn)業(yè)公司進(jìn)行嚴(yán)密合作

26、的公司，主要產(chǎn)品安博士全語(yǔ)音防盜報(bào)警器，這種報(bào)警器的特點(diǎn)是無(wú)線連接，分區(qū)布防。除了能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)有的基本功能外，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控以及在線語(yǔ)音報(bào)警8。但整體來(lái)說(shuō)，我國(guó)的安防企業(yè)普遍較小，抗風(fēng)險(xiǎn)能力相對(duì)較低，也沒(méi)有形成特別突出的民族龍頭品牌，但就目前的形勢(shì)而言，我國(guó)的安防市場(chǎng)還有很大的上升空間，可謂是機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存。1.3我國(guó)家庭報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與展望世界日新月異，物聯(lián)網(wǎng)和智能家居的概念逐漸走進(jìn)尋常百姓家。其中，改變最大的幾樣之一就是報(bào)警器，以前的報(bào)警器只有單一的撥號(hào)報(bào)警功能，而如今人們使用的報(bào)警器多位智能控制的，從而使報(bào)警器有了更多的增值服務(wù)。目前市場(chǎng)上的報(bào)警器通常會(huì)選擇分塊設(shè)置，產(chǎn)品出廠，除

27、了設(shè)置安裝好一些必要的功能外，還會(huì)預(yù)留一些可供用戶自行操作的接口。大多數(shù)的附加功能都是通過(guò)對(duì)不同模塊進(jìn)行添加而實(shí)現(xiàn)的，例如：網(wǎng)絡(luò)模塊、語(yǔ)音撥號(hào)模塊、GPRS模塊、家電控制模塊等9。由此可以看出，智能家居的逐步普及帶動(dòng)了防火防盜報(bào)警器行業(yè)的發(fā)展，并逐步轉(zhuǎn)變了市場(chǎng)需求，這樣一來(lái)功能多樣化帶有多種模塊及升值服務(wù)的智能多用途報(bào)警去將變得更加有競(jìng)爭(zhēng)力。目前，雖然我國(guó)的智能家居缺乏具體的標(biāo)準(zhǔn)，各家有各自的配置方案，但這一定是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。防火防盜報(bào)警器也是智能家居的一部分，防火防盜報(bào)警器的發(fā)展也必定能促使智能家居的發(fā)展。家庭安防已經(jīng)邁進(jìn)了智能化時(shí)代，隨著技術(shù)的不斷革新，人們將花費(fèi)更少的錢，便可輕松掌握家

28、中的動(dòng)態(tài)。智能家庭安防系統(tǒng)將會(huì)通過(guò)安裝在用戶住宅中的網(wǎng)關(guān)終端，采集有害氣體泄漏、火災(zāi)、煙霧、門禁、視頻監(jiān)控等設(shè)備的信號(hào)或數(shù)據(jù)，即使住戶遠(yuǎn)在千里之外，家中不論大小動(dòng)態(tài)盡在掌握之中。且當(dāng)一旦家中出現(xiàn)異常情況，便通過(guò)所設(shè)定的報(bào)警系統(tǒng)，向住戶發(fā)送短信或者撥打緊急電話，確保家庭的生命財(cái)產(chǎn)安全。除了這些功能以外，在未來(lái)更先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，智能化還充分考慮與各種網(wǎng)絡(luò)電器相互聯(lián)接，對(duì)家居進(jìn)行綜合布置和管制，使住戶可以輕松地遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)房門、燈、冷暖氣設(shè)備等。1.4論文主要工作根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究以及發(fā)展情況來(lái)看，智能住宅安全防范技術(shù)已成為我國(guó)未來(lái)智能住宅安全建設(shè)的重點(diǎn)發(fā)展方向10。本次課題主要研究并設(shè)計(jì)的是隸屬于

29、智能家居大分類里面的多用途防火防盜報(bào)警器，主要是為了滿足大部分住戶對(duì)家庭防火防盜的基本要求。其實(shí)現(xiàn)的功能有：對(duì)非法分子入侵行為的監(jiān)測(cè)、對(duì)煙霧及火災(zāi)情況的探測(cè)、LCD顯示屏顯示警情類型、語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警、系統(tǒng)異常自動(dòng)復(fù)位。（1）硬件方面：1.單片機(jī)主控電路，包括晶振電路、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。2.傳感器探測(cè)電路，包括盜情監(jiān)測(cè)模塊和火情監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)。3.LCD顯示電路。4.語(yǔ)音報(bào)警電路，包括語(yǔ)言錄放模塊和GSM電路的連接設(shè)計(jì)。5.電源電路。（2）軟件方面：1.主程序設(shè)計(jì)，包括對(duì)傳感器的信號(hào)接收處理以及報(bào)警函數(shù)的編寫。2.溫度檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)，包括DS18B20的讀寫數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。3.GSM撥號(hào)子程序設(shè)

30、計(jì)，包括GSM初始化及數(shù)據(jù)傳輸程序編寫。4.LCD顯示子程序的設(shè)計(jì)，包括溫度顯示和三種報(bào)警類型的顯示程序編寫。（3）軟硬件聯(lián)合調(diào)試：1.利用程序燒錄工具將已編譯的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)中。2.以功能模塊劃分，按先后順序主逐一進(jìn)行調(diào)試。3.整體功能聯(lián)合調(diào)試。 1.5本章小結(jié)本章論述了有關(guān)家庭安全防范的目的以及重要性，介紹了有關(guān)智能家居安防技術(shù)的歷史發(fā)展與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)我國(guó)的智能住宅發(fā)展進(jìn)行展望，由此而引出本論文研究課題，從硬件、軟件、軟硬件調(diào)試三個(gè)方面對(duì)所設(shè)計(jì)的防火防盜報(bào)警器進(jìn)行總體的概述。第二章 系統(tǒng)整體方案的分析與設(shè)計(jì)2.1智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的要求本課題要求在智能安全防護(hù)的范圍中，使用MCS-

31、51系列單片機(jī)AT89S51，設(shè)計(jì)出一款具有誤報(bào)率低、可靠性高、使用方便、性價(jià)比高的防火防盜報(bào)警器。它的主要功能是放火和防盜，能夠?qū)崿F(xiàn)外部情況的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)報(bào)警。其中，由紅外探測(cè)器和微波探測(cè)器實(shí)現(xiàn)盜情報(bào)警，由溫度探測(cè)器和煙霧探測(cè)器集為一體的復(fù)合式探測(cè)器實(shí)現(xiàn)火情報(bào)警，并結(jié)合數(shù)字語(yǔ)音錄放電路、通話電路，以及其他的一些必要的輔助電路，來(lái)完成設(shè)計(jì)出一款性能高的多用途防火防盜報(bào)警器。2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路2.2.1傳感器的選擇本次設(shè)計(jì)中所使用的傳感器均選擇了可直接與AT89S51單片機(jī)的I/O口相連的元器件，可簡(jiǎn)化布線，并易于實(shí)現(xiàn)。熱釋電紅外傳感器選擇了HC-SR501，它不僅具有全自動(dòng)感應(yīng)功能，而且

32、還有靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低功耗等特點(diǎn)。微波探測(cè)器選擇了XYC-WB-DC，是運(yùn)用了多普勒雷達(dá)技術(shù)的探測(cè)器，不僅具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，還其感應(yīng)的距離和角度也非常之廣。將這兩個(gè)傳感器結(jié)合作為盜情監(jiān)測(cè)模塊，能大大提高盜情監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。溫度傳感器選擇了DS18B20，屬于數(shù)字式溫度傳感器，感應(yīng)精度高，溫度檢測(cè)范圍為-55度到+125度，適用于家庭火災(zāi)溫度探測(cè)。煙霧探測(cè)器選擇了MQ-2半導(dǎo)體氣敏元件，適用于液化氣、甲烷、丙烷等可燃?xì)怏w以及煙霧的檢測(cè)。將這兩個(gè)傳感器結(jié)合作為火情監(jiān)測(cè)模塊，能大大提高火情監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。2.2.2語(yǔ)音報(bào)警的選擇語(yǔ)音錄放模塊選擇了ISD1820語(yǔ)音芯片，不僅操作簡(jiǎn)單

33、，使用方便，且語(yǔ)音高度還原，可直接受AT89S51單片機(jī)控制。撥號(hào)報(bào)警模塊決定使用由射頻芯片、存儲(chǔ)器、功率放大器等集成的GSM模塊，選擇SIM900A作為處理芯片，價(jià)格合理，操作容易，可直接通過(guò)串口接入單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)撥號(hào)報(bào)警功能。2.2.3顯示屏的選擇顯示模塊選擇了LCD液晶顯示屏，顯示屏的型號(hào)是LCD1602，能夠?qū)崿F(xiàn)“警情類型顯示”及“溫度顯示”的功能，正常情況下顯示溫度數(shù)值，如若發(fā)生火情，則顯示“jingbao 119”，如若發(fā)生盜情，則顯示“jingbao 110”。2.3系統(tǒng)的總體框架構(gòu)成本系統(tǒng)的主要功能是，將產(chǎn)品安裝在住宅中時(shí)能夠檢測(cè)出外部信號(hào)實(shí)現(xiàn)防火防盜，由四個(gè)傳感器組成的防火防盜

34、模塊熱釋電紅外傳感器和雷達(dá)式微波探測(cè)器（盜情）、溫度傳感器和煙霧氣敏探測(cè)器（火情）對(duì)住宅進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將所檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行分析，如若發(fā)生異常情況，則在LCD顯示屏上顯示警情類型，并通過(guò)GSM模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警。智能報(bào)警系統(tǒng)框架圖如下圖2.1所示。熱釋電紅外探測(cè)器雷達(dá)式微波探測(cè)器溫度傳感器煙霧氣敏探測(cè)器AT89S51單片機(jī)LCD顯示屏語(yǔ)音錄放GSM撥號(hào)報(bào)警圖2.1 智能報(bào)警系統(tǒng)框架圖2.4系統(tǒng)的基本原理與工作過(guò)程本系統(tǒng)有防盜報(bào)警和放火報(bào)警兩種類型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上點(diǎn)后，系統(tǒng)編開(kāi)始復(fù)位且處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)熱釋電紅外監(jiān)測(cè)器發(fā)出的光被遮擋，微波檢測(cè)器采集到警情信號(hào)

35、，有入侵行為發(fā)生或者溫度傳感器檢測(cè)到溫度上升至報(bào)警設(shè)定值，煙霧探測(cè)器檢測(cè)到可燃?xì)怏w或煙霧時(shí)，則將采集到的警情信號(hào)傳送至單片機(jī)，單片機(jī)接收到警情信號(hào)分析后進(jìn)行處理，如果確認(rèn)有警情發(fā)生，判斷出警情類型，并在顯示屏上顯示出來(lái)，如果是火情信號(hào)，則顯示屏顯示“jingbao 119”，如果是盜情信號(hào)，則顯示“jingbao 110”。在確認(rèn)情急情況的種類后，單片機(jī)便通過(guò)程序向程序中寫著的電話號(hào)碼進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警，同時(shí)，單片機(jī)還會(huì)驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音錄放電路，使其播放之前已經(jīng)錄制好的報(bào)警聲效。2.5本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了課題整體的設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過(guò)多方面考察以及資料的翻閱，了解了各類不同傳感器及其他元器件的特性，從而確定

36、了所需要運(yùn)用的各模塊元件，并對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，詳述了家庭智能語(yǔ)音防火防盜報(bào)警器的基本原理以及工作過(guò)程，對(duì)本次所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)有了大致的描述。第三章 系統(tǒng)硬件的分析與設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)系統(tǒng)模塊的分析與設(shè)計(jì)上個(gè)世紀(jì)七十年代，因特爾公司的胡夫成功地研制出了人類史上首個(gè)四位的微處理器芯片Intel 4004，這意味著以此為代表的首代微處理器正式出現(xiàn)在世人的眼前。此后，Intel公司不斷改良創(chuàng)新，先后推出了Intel 8008、Intel 8080、Altair 8800等微處理器芯片。上世紀(jì)七十年代中期，因特爾公司成功推出了MCS-48系列單片機(jī)，不同于4004，它是八位的，且體積小、經(jīng)久耐用

37、、易于控制、性價(jià)比極高11。1980年開(kāi)始，Intel公司以MCS-48單片機(jī)為基礎(chǔ)，研制出了新的MCS-51系列單片機(jī)，MCS-51系列單片機(jī)不管是片內(nèi)RAM容量，或者是I/O口功能、系統(tǒng)擴(kuò)展方面相較MCS-48系列都有了很大的提高，一舉成為應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)系列，直到今天也是國(guó)內(nèi)教材中最為經(jīng)典，參考實(shí)例最多的單片機(jī)系列。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就在實(shí)際的設(shè)計(jì)中就選用AT89S51作為控制核心。3.1.1 AT89S51單片機(jī)介紹AT89S51是由美國(guó)享有盛名的ATMEL公司研制出的擁有者高性能和低功耗雙重優(yōu)點(diǎn)的8位單片機(jī)芯片。片內(nèi)包含有4k Bytes可反復(fù)擦寫1000次的只讀Flash程序存儲(chǔ)器和

38、128 Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列指令系統(tǒng)以及80C51引腳結(jié)構(gòu)12。它有32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口P0口、P1口、P2口、P3口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源、5個(gè)中斷向量，有26個(gè)特殊功能寄存器，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，3個(gè)程序加密鎖定位，片內(nèi)的一個(gè)時(shí)鐘振蕩器，與AT89C51相比還增加了看門狗電路，提高了抗干擾能力。AT89S51芯片的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示，圖中可以詳細(xì)看到芯片片內(nèi)的各組成功能部件，以及他們之間的通信關(guān)系，并且可以從圖中看出，單片機(jī)芯片內(nèi)部各個(gè)功能部件是由單總線連接的，基本結(jié)構(gòu)和以往

39、的芯片一樣，都是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)。通常情況下，CPU會(huì)利用SFR對(duì)其片內(nèi)各個(gè)不同器件進(jìn)行管理操縱。圖3.1 AT89S51單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖其片內(nèi)各功能部件如下：（1）微處理器(CPU)微處理器是8位的，與常見(jiàn)的通用CPU基本相同，其由兩大部分組成，分別是運(yùn)算器和控制器。運(yùn)算器由算術(shù)/邏輯單元ALU、寄存器B、累加器ACC、暫存寄存器等部分組成；控制器由指令譯碼器ID、指令寄存器IR、程序計(jì)數(shù)器PG、及定時(shí)邏輯控制電路等組成13。同時(shí)，CPU還有面向控制的位處理功能。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)RAM有兩個(gè)部分，分別是片內(nèi)RAM和片外RAM，片內(nèi)為128B，當(dāng)遇到片內(nèi)RAM容量不夠用

40、的情況時(shí)，片外最多可擴(kuò)展到64KB。片內(nèi)RAM的集成方式是高速RAM，這樣可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度并且減少芯片的功耗。（3）程序存儲(chǔ)器(Flash ROM)和RAM一樣，程序存儲(chǔ)器也有兩個(gè)部分，一個(gè)是片內(nèi)ROM，一個(gè)是片外ROM。片內(nèi)集成有4KB的Flash存儲(chǔ)器，擦除方式是電擦除，可用通用編程器對(duì)其編程，也可在線編程。當(dāng)遇到片內(nèi)的容量不夠用的時(shí)候，片外存儲(chǔ)器同樣可以擴(kuò)至64KB。 （4）中斷系統(tǒng)具有6個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，工作方式一共有四種。（6）看門狗定時(shí)器(WDT)看門狗定時(shí)器包含一個(gè)14位計(jì)數(shù)器和看門狗定時(shí)器復(fù)位寄存器，當(dāng)CPU陷入

41、死循環(huán)或者跑飛時(shí)，看門狗電路可以讓程序恢復(fù)正常。（7）串行口串行口是全雙工的異步串行口，工作方式一共是四種。它的作用是實(shí)現(xiàn)串口通信，同時(shí)可以擴(kuò)展為I/O口使用，還可以通過(guò)串口與其他單片機(jī)相連，形成多機(jī)系統(tǒng)。（8）P0口、P1口、P2口、P3口4個(gè)雙向8位并行I/O口，其中輸出鎖存器屬于特殊功能寄存器。輸入/輸出端口的組成是輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。（9）特殊功能寄存器(SFR)共有26個(gè)SFR，其作用是管理和監(jiān)視片內(nèi)各部件。SFR是各個(gè)功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，映射在片內(nèi)RAM區(qū)內(nèi)，映射地址為80H至FFH。SFR反映了單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的工作狀態(tài)及方式14。AT89S51一共有

42、40個(gè)引腳，本設(shè)計(jì)選擇的分裝是DIP-40，引腳如圖3.2所示。圖3.2 AT89S51單片機(jī)引腳圖各引腳功能如下表3.1所示。表3.1 AT89S51單片機(jī)引腳功能表引腳名稱引腳功能VCC電源正極引腳VSS/GND電源負(fù)極引腳XTAL1時(shí)鐘引腳，接反相放大器的輸入XTAL2時(shí)鐘引腳，接反相放大器的輸出RST復(fù)位信號(hào)輸入引腳。高電平有效EA/VPP選擇內(nèi)外存儲(chǔ)器/片內(nèi)EPROM編程輸入引腳ALE/PROG地址鎖存允許信號(hào)輸出引腳/編程脈沖輸入引腳；在CPU訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE將低8位地址鎖存在片外地址鎖存器中，該引腳在使用FLASH編程時(shí)作為負(fù)脈沖的輸入端。正常操作情況下，其端口

43、頻率為輸出時(shí)額定頻率六分之一的脈沖，還可做外部定時(shí)信號(hào)。PSEN外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)輸出引腳；低電平有效P0口P0口含有一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路以及一個(gè)輸出控制電路。當(dāng)需要訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，該端口是一個(gè)數(shù)據(jù)總線口，而且是真正的雙向總線結(jié)構(gòu)，同時(shí)又可以輸出八位的地址口。采用了分時(shí)控制的方式。P1口P1口并不是真正意義上的雙向端口，其實(shí)一個(gè)準(zhǔn)雙向端口，其主要是為用戶使用的I/O口。P1端口每一位相互獨(dú)立，所以在使用時(shí)可以單獨(dú)地只使用一個(gè)P1口作為輸入或輸出端口。在我們編程校驗(yàn)的時(shí)候，P1口可以用來(lái)輸入低位的字節(jié)地址。P2口P2端口是一個(gè)雙向口，即可以用來(lái)輸出，也可以用

44、作輸入。在使用中，當(dāng)我們需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的時(shí)候，可以用來(lái)輸出高八位的地址，如果不需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的時(shí)候，我們可以把P2端口作為用戶的I/O口使用。P3口P3口是一個(gè)復(fù)用功能端口，首先和P0、P1、P2一樣，P3口是可以做通用的I/O口的，其次是作為變異功能使用。在實(shí)際使用中，在我們進(jìn)行真正設(shè)計(jì)應(yīng)用電路的時(shí)候，該端口的第二功能尤為重要，P3口第二功能分別為P3.0：串行輸入口（RXD）；P3.1：串行輸出口（TXD）；P3.2：外部中斷0（INT0）；P3.3：外部中斷1（INT1）P3.4：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的輸入口（T0）；P3.5：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的輸入口（T1）P3.6、P3.7：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

45、器選通寫（WR）、讀（RD）端口3.1.2單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)1.電源電路在進(jìn)行一個(gè)電子設(shè)計(jì)時(shí)，第一個(gè)問(wèn)題就是該如何給系統(tǒng)供電。設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的電源電路是使系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行關(guān)鍵所在。AT89S51單片機(jī)的額定電源電壓幅值為+4.0伏到+5.5伏，本次設(shè)計(jì)采用的電壓值是+5伏。電源電路連接示意圖如下圖3.3所示。圖3.3 電源電路連接示意圖2.復(fù)位電路單片機(jī)在一次運(yùn)行結(jié)束或當(dāng)某一步特定的操作執(zhí)行完畢，或者是在程序有故障時(shí)，需要單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位功能，其目的是為了使單片機(jī)重新回到初始狀態(tài)，以便下一次運(yùn)行或糾正錯(cuò)誤狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的復(fù)位電路接線圖如下圖3.4所示。此電路可以實(shí)現(xiàn)上電以及按鍵兩種復(fù)位。(

46、1）上電復(fù)位：在電路圖中，電容為10uf，剛上電時(shí)，電容開(kāi)始充電，電容兩端的電壓由0V變化到3.5V左右，電阻兩端的電壓由5V到1.5V減少，所以在電容充電階段，RESET引腳一開(kāi)始是5V的電壓值，隨后逐漸減少到1.5V。5V在單片機(jī)系統(tǒng)中被認(rèn)定為高電平，此時(shí)單片機(jī)復(fù)位，隨后降到1.5V，被認(rèn)定為低電平，單片機(jī)正常工作。(2）按鍵復(fù)位：在單片機(jī)啟動(dòng)后，電容處于充電飽和階段，此時(shí)RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，電容兩端形成回路，電容開(kāi)始放電，在放電過(guò)程中，RESET引腳處電壓再次從低轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑到y(tǒng)成功復(fù)位。圖3.4 復(fù)位電路連接示意圖3.晶振電路晶振電路在單片機(jī)的系統(tǒng)中，

47、可以說(shuō)是一個(gè)類似于心臟的存在，是必不可少的一個(gè)部件。晶振的全名叫做晶體振蕩器。它的主要作用是配合單片機(jī)內(nèi)部單路一起，為單片機(jī)產(chǎn)生所必須的時(shí)鐘周期頻率，單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)必有有時(shí)鐘周期的，時(shí)鐘周期就由晶振產(chǎn)生。晶振的頻率越高，運(yùn)行速度就越快15。在通常情況下，單片機(jī)使用的晶振范圍在1.2MHz到40MHz，在本次設(shè)計(jì)中選擇的振蕩源是晶振頻率為11.0592MHz的晶體振蕩器。晶振電路連接示意圖如圖3.5所示。圖3.5晶振電路連接示意圖3.2防火模塊的分析與設(shè)計(jì)在我國(guó)，每年約發(fā)生五萬(wàn)起家庭火災(zāi)，這些火災(zāi)造成了不同程度的人身和財(cái)產(chǎn)的損害。在現(xiàn)代家庭中，由于置放一些木制家具、窗簾、沙發(fā)等易燃物品，在發(fā)生火

48、災(zāi)時(shí)，這些物品迅速起火，快速傳播開(kāi)來(lái)，又由于現(xiàn)在的居民樓也十分緊湊，也易造成大面積火災(zāi)，損失更加慘重。因此，家庭防火至關(guān)重要。考慮到一般的住宅通常會(huì)存在火災(zāi)和有害氣體泄漏的隱患，本次設(shè)計(jì)的防火模塊采用靈敏度及可靠性均較高的溫度傳感器DS18B20以及煙霧氣敏探測(cè)器MQ-2，實(shí)時(shí)監(jiān)控住宅溫度變化和煙霧、有害氣體等的濃度。防火模塊設(shè)計(jì)框圖，如下圖3.6所示。圖3.6 防火模塊設(shè)計(jì)框圖3.2.1溫度傳感器DS18B20DS18B20是由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司研制推出的一款單總線式智能溫度傳感器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包含64位ROM、溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、溫度傳感器、配置寄存器等16。DS18B20

49、和傳統(tǒng)的溫度傳感器相比，擁有更遠(yuǎn)的傳輸距離，更高的測(cè)溫精度，更短的轉(zhuǎn)換時(shí)間和更高的分辨率。除此以外DS18B20體積小，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高，得到了廣泛地應(yīng)用。它在測(cè)溫時(shí)，可以直接將所測(cè)得的溫度用數(shù)字信號(hào)的形式表示出來(lái)，并可以根據(jù)用戶需求通過(guò)程序?qū)囟戎缔D(zhuǎn)換成9到12位的數(shù)字讀數(shù)方式，十分簡(jiǎn)潔方便。本設(shè)計(jì)所使用的溫度探測(cè)模塊接線圖如圖3.7所示。圖3.7 溫度探測(cè)器連接示意圖在溫度探測(cè)模塊中，DS18B20采用獨(dú)立的帶上拉電阻的電源供電方式，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)P1.3口寫入單片機(jī)中，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理后輸入至LCD1602液晶顯示屏。1.DS18B20外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20的外形及其管腳封裝有

50、兩種，如下圖3.8所示。圖3.8 DS18B20外形結(jié)構(gòu)封裝圖其以三腳式封裝最為常見(jiàn)，其中：（1）DQ端為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；（2）GND端為電源地；（3）VDD端為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.9所示。圖3.9 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖其內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹如下：（1）64位ROM：在ROM中存放的是DS18B20的序列號(hào)，這個(gè)序列號(hào)可以看做是DS18B20的地址代碼，這樣一來(lái)當(dāng)在一根總線上連接了多個(gè)DS18B20測(cè)溫時(shí)，可以通過(guò)查序列號(hào)的方法識(shí)別數(shù)據(jù)來(lái)自于哪一個(gè)傳感器；（2）溫度敏感元件：用來(lái)檢測(cè)溫度，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)存放在兩個(gè)寄存器中；（3

51、）內(nèi)部存儲(chǔ)器：內(nèi)部存儲(chǔ)器中是一個(gè)高速暫存的RAM和一個(gè)E2PROM。這個(gè)E2PROM是非易失性可擦除的，用來(lái)存放TH、TL和配置寄存器中的數(shù)據(jù)。2.DS18B20的主要特性（1）測(cè)溫范圍為-55125，測(cè)量精度為0.5。（2）采用獨(dú)特的單總線式結(jié)構(gòu)接口，在與處理器之間傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，只需要一根線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通訊。（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可并聯(lián)在一根工作總線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（4）在使用中只需要一個(gè)傳感器就可以完成供電、檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需任何外圍電路輔助。（5）可分辨溫度最小為0.0625，精度十分高。（6）具有良好的負(fù)壓能力和保護(hù)電路，電源反接不會(huì)燒壞傳感器。3.DS18B2

52、0工作原理與測(cè)溫過(guò)程圖3.10 工作原理圖 如上圖3.10所示，低溫度系數(shù)的晶振振蕩頻率不怎么受溫度影響，用來(lái)固定地為計(jì)數(shù)器傳輸脈沖。高溫度系數(shù)的晶振對(duì)于溫度變化較為敏感，其隨著溫度變化而產(chǎn)生的不用頻率脈沖信號(hào)會(huì)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入17。除了這兩個(gè)計(jì)數(shù)器以外，系統(tǒng)中海油一個(gè)計(jì)數(shù)門，該計(jì)數(shù)門對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器發(fā)出的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而完成溫度的測(cè)量。斜率累加器用來(lái)補(bǔ)償和修正計(jì)數(shù)中出現(xiàn)的非線性變化，用于修正預(yù)置值。3.2.2煙霧探測(cè)器MQ-2對(duì)于家庭火災(zāi)來(lái)說(shuō)，著火類型分為明火和陰燃兩種情況。發(fā)生明火時(shí)，由于與氧氣接觸，并且家中有沙發(fā)、窗簾等易燃物品，所以火勢(shì)蔓延較快，溫度會(huì)迅速升高，有利于

53、溫度探測(cè)器的監(jiān)測(cè)并及時(shí)報(bào)警。但當(dāng)火勢(shì)還處于陰燃狀態(tài)時(shí)，例如在冬日門窗緊閉的家中，像西部地區(qū)常用的火箱，就極易發(fā)生被褥在火箱中陰燃的情況，此時(shí)由于空氣不流通，無(wú)法燃起明火，初期只能產(chǎn)生大量煙霧，這時(shí)煙霧探測(cè)器就顯得非常必要了。防火系統(tǒng)中加入煙霧探測(cè)器，可以有效并及時(shí)地探測(cè)出還未失控的火災(zāi)，挽回由火災(zāi)所造成的損失。本次設(shè)計(jì)中選擇的煙霧探測(cè)器MQ-2不僅價(jià)格低廉、硬件抗腐蝕性強(qiáng)，靈敏度也十分高，能很快地探測(cè)出火災(zāi)初期的煙霧，不僅如此，它還能檢測(cè)出甲烷、煤氣等有害氣體的泄漏，并及時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)，十分適用于家庭防火、防煤氣泄漏檢測(cè)。本設(shè)計(jì)所使用的煙霧探測(cè)模塊接線圖如下圖3.11所示。圖3.11 煙霧探測(cè)

54、器連接示意圖在煙霧探測(cè)模塊中，MQ-2的有效電平為低電平，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)P1.2口寫入單片機(jī)中，單片機(jī)經(jīng)過(guò)處理后輸入至LCD1602液晶顯示屏。1MQ-2的結(jié)構(gòu)與外形MQ-2結(jié)構(gòu)與外形圖如下圖3.12所示。MQ-2煙霧氣敏傳感器使用的是半導(dǎo)體氣敏材料，材料是二氧化錫，二氧化錫在清潔的空氣中導(dǎo)電性能較差，是一種表面離子式半導(dǎo)體半導(dǎo)體18。MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)以及外形圖如下所示，MQ-2采用的是六腳封裝，其中，4個(gè)引腳都是用來(lái)取信號(hào)，剩余的倆引腳是用來(lái)提供加熱電流的。圖3.12 MQ-2結(jié)構(gòu)與外形圖2.MQ-2的主要特性（1）對(duì)天然氣、液化氣等多種可燃性氣體以及煙霧具有很高的靈敏度，并且能用來(lái)檢

55、測(cè)甲烷等有害氣體。（2）抗干擾性強(qiáng)，對(duì)有刺激性但并不可燃的氣體能夠準(zhǔn)確排除。（3）具有良好的重復(fù)性以及長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定時(shí)，響應(yīng)的時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好，但在使用前需先加熱一段時(shí)間。（4）檢測(cè)范圍廣。檢測(cè)范圍可達(dá)100-10000ppm。（5）電路設(shè)計(jì)電壓范圍廣，只要在24V以下均可；加熱電壓為50.2V。（6）具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。3MQ-2的工作原理及感煙過(guò)程MQ-2煙霧探測(cè)模塊的電路原理圖如下圖3.13所示。圖3.13 MQ-2電路原理圖傳感器接入電源后，氣敏電阻開(kāi)始預(yù)熱，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的工作溫度后，空氣中的氧氣將會(huì)被其吸引，并吸附在其表面上。隨后，空氣中的氧氣分子便會(huì)變?yōu)殛?yáng)離子，隨

56、后由于氣敏電阻中的自由電子減少，電阻值增加19，由此特性可以得知，當(dāng)空氣中煙味濃度增大時(shí)，電阻值增大，輸出的模擬信號(hào)隨之增加。所以該探測(cè)器被用來(lái)檢測(cè)空氣中的煙霧濃度。當(dāng)檢測(cè)到濃度發(fā)生變化時(shí)，煙霧傳感器的4腳輸出由濃度變化影響后的實(shí)時(shí)電壓值，該電壓為直流電壓。該電壓輸出后，會(huì)輸入模塊中內(nèi)置的一個(gè)比較器中，當(dāng)此直流電壓高于比較器中的設(shè)定值時(shí)，模塊輸出低電平，當(dāng)該直流電壓值低于設(shè)置值時(shí)，模塊持續(xù)輸出一個(gè)高電平。該高低電平信號(hào)將被送入單片機(jī)的P1.2引腳。內(nèi)置比較器的設(shè)定值可以用電位器進(jìn)行設(shè)置。3.3防盜模塊的分析與設(shè)計(jì)近年來(lái)，我國(guó)的盜竊犯罪呈逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，頻發(fā)的入室偷盜、搶劫的案例證明，雖然我國(guó)的

57、經(jīng)濟(jì)水平在不斷上升，但在貧富差距仍然較為嚴(yán)重的當(dāng)代，仍容易使部分人員心理失衡，滋生不勞而獲的違法念頭，又或是因?yàn)樽陨矸ㄖ朴^念淡薄，缺乏理性思考，而受不良風(fēng)氣影響，采取了極端的手段。因此，家庭防盜至關(guān)重要。考慮到竊賊自身可發(fā)出紅外光波，并且會(huì)在偷盜過(guò)程中會(huì)有一定的動(dòng)作，本設(shè)計(jì)采用熱釋電紅外探測(cè)器HC-SR501，檢測(cè)人體發(fā)出的紅外線，用雷達(dá)式微波探測(cè)器XYC-WB-DC檢測(cè)人體的移動(dòng)行為，構(gòu)成雙重防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 防盜模塊設(shè)計(jì)框圖如下圖3.14所示。熱釋電紅外傳感器雷達(dá)式微波探測(cè)器AT89S51單片機(jī)LCD顯示屏圖3.14 防盜模塊設(shè)計(jì)框圖3.3.1熱釋電紅外探測(cè)器HC-SR501在自然界中，任何

58、大于絕對(duì)零度的物體都能夠產(chǎn)生熱輻射，而任何能夠發(fā)熱的物體都能夠產(chǎn)生紅外線。人體的正常體溫一般都恒定在36到37.5，自身輻射出最強(qiáng)的紅外線波長(zhǎng)在9.64m到9.67m20。熱釋電紅外傳感器是利用熱釋電材料自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化所產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)來(lái)探測(cè)紅外輻射能量的器件，它能夠以非接觸性的形式檢測(cè)出來(lái)自人體以及外界物體所輻射出的微弱紅外線能量，并將其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出。本設(shè)計(jì)采用HC-SR501熱釋電紅外探測(cè)器作為盜情監(jiān)測(cè)模塊的一部分，它采用了德國(guó)制造的LHI778熱釋紅外探頭，具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、工作電壓低等優(yōu)點(diǎn)21。本設(shè)計(jì)所使用的熱釋電紅外探測(cè)模塊接線圖如下圖3.15所示。圖3.15 熱釋

59、電紅外探測(cè)器連接示意圖1.HC-SR501的實(shí)物及結(jié)構(gòu)圖圖3.16 HC-SR501實(shí)物及結(jié)構(gòu)圖其中：（1）1端為電源正極 （2）2端為OUT信號(hào)輸出端 （3）3端為電源負(fù)極HC-SR501電氣參數(shù)如下表3.2所示。表3.2 HC-SR501電氣參數(shù)表2.HC-SR501主要特性 （1）全自動(dòng)感應(yīng)。當(dāng)有人進(jìn)入到傳感器檢測(cè)范圍時(shí)，輸出高電平，否則輸出低電平。（2）光敏控制?？勺孕性O(shè)置光敏控制，白天或光強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。（3）溫度補(bǔ)償。當(dāng)周圍環(huán)境溫度升高，超過(guò)三十?dāng)z氏度時(shí)，探測(cè)距離會(huì)有所縮短，內(nèi)置的溫度補(bǔ)償設(shè)置可對(duì)此進(jìn)行一些補(bǔ)償作用。（4）具有感應(yīng)封鎖時(shí)間。（5）工作電壓范圍廣。默認(rèn)的工作電壓為DC4.

60、5V-20V。（6）微功耗。靜態(tài)電流小于50微安。（7）輸出高電平有效信號(hào)?？煞奖銓?shí)現(xiàn)與各類電路的對(duì)接。3.紅外探測(cè)模塊的工作原理及探測(cè)過(guò)程圖3.17 人體感應(yīng)模塊電路圖 如上圖3.17所示，當(dāng)人進(jìn)入探測(cè)區(qū)域中活動(dòng)時(shí)，其本身輻射出的紅外光譜到達(dá)探測(cè)頭的距離以及時(shí)間上會(huì)存在一定差值，并且該差值越大，紅外探測(cè)的感應(yīng)模塊就越靈敏，如果人正在從遠(yuǎn)處向傳感器走，探測(cè)元件無(wú)法檢測(cè)到紅外光譜距離的變化，因此無(wú)差值，稱感應(yīng)不靈敏，或者不工作，因此在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)將探頭朝向盡量與人體活動(dòng)方向保持平行，保證人體經(jīng)過(guò)時(shí)被探頭所感應(yīng)。探頭檢測(cè)到紅外信號(hào)后，再通過(guò)BIS0001高性能處理芯片，將接收到的信號(hào)處理成相應(yīng)的