基于單片機的安全監(jiān)控論文

1、1 緒論國內(nèi)外比較常用的監(jiān)控技術(shù)當中通常還會使用視頻監(jiān)控技術(shù)，市場上完善的監(jiān)控設(shè)備通常還具有自動控制功能，比如檢測到煙霧濃度超過安全警戒線時，報警的同時還會進行斷電灑水等操作，檢測到燃氣泄漏，空氣中燃氣濃度超標時，系統(tǒng)將進行自動打開窗戶，切斷電源等操作。本課題是參照目前市場上現(xiàn)有的技術(shù)，設(shè)計的一個基于單片機的小區(qū)住戶安全系統(tǒng)。1.1 背景和意義我國的小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從無到有、從簡單到復雜的過程，其智能化的程度也越來越高。隨著我國社會經(jīng)濟和文化建設(shè)的發(fā)展，社會公共安全受到人們越來越多的關(guān)注，作為一個新型的產(chǎn)業(yè)，安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展很是迅猛，智能化安防技術(shù)的發(fā)展已取得了一定的成就。企業(yè)和小

2、區(qū)住戶的安防需求日益凸現(xiàn)，數(shù)字化智能安防再次面臨新的發(fā)展契機。為了解決企業(yè)和小區(qū)住戶安全防范等問題，近年來，建設(shè)部、公安部兩部先后簽署下達了多個相關(guān)重要文件，表明了強化建設(shè)企業(yè)和住宅小區(qū)的智能化安全防范設(shè)施的決心。即便現(xiàn)代居民鄰里常年很少往來,即便小區(qū)住戶家庭生活穩(wěn)密、封閉，在有小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)的情況下仍能在極大程度上保障小區(qū)住戶的安全。無論何時何地，發(fā)生何種險情（如有人入室盜竊、發(fā)生漏水漏電漏氣或某戶需要緊急求助等情況），在戶主未察覺險情且得不到鄰里或附近人員幫助時，基于單片機的小區(qū)住戶智能安全監(jiān)控系統(tǒng)便會凸顯它的最大價值，比如，在小區(qū)每個住戶單元安裝一臺報警主機，住戶可選擇安裝在住戶門

3、口、窗戶處安裝聲檢、緊急求助，煙霧/煤氣探頭和瓦斯探頭等報警探測設(shè)備，如果發(fā)生有人闖入、起火煙霧或液化氣泄漏等等諸多險情時，系統(tǒng)便會觸發(fā)報警，讓戶主、周圍能夠給予幫助人或負責安防的部門知曉情況，并做出相應(yīng)的處理，將險情造成的損失減小到最小化。由此可見，無論白天黑夜，戶主離家在外或是在家休息，基于單片機的小區(qū)住戶智能安全監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助人們在最沒有警覺性時提供極大的安全保障。小區(qū)住戶智能安全是如此的重要，這也就是本課題設(shè)計這套系統(tǒng)的意義和價值。1.2 設(shè)計的任務(wù)本課程設(shè)計要求在通過對基于單片機的小區(qū)住戶安全監(jiān)控裝置研究與設(shè)計中，熟悉和掌握各類傳感器的工作原理和應(yīng)用，以及各傳感器電路的設(shè)計，熟悉和

4、掌握以單片機為核心的監(jiān)控系統(tǒng)的組成和工作方式，提高對電子電路的設(shè)計、仿真和制作能力，理解和掌握單片機系統(tǒng)的程序設(shè)計和功能仿正。1.2.1 本設(shè)計要完成的內(nèi)容（1） 設(shè)計各傳感器電路、鎖存器電路、存儲器電路、邏輯電路、LCD顯示器、按鍵電路和聲光報警電路等；（2） 設(shè)計信號調(diào)理電路；（3） 設(shè)計單片機基本電路和其它外圍電路；（4） 設(shè)計部分程序；（5） 對課題進行仿真、調(diào)試和評估。1.2.2 本設(shè)計的主要任務(wù)及難點本設(shè)計著重要研究和解決以下幾個部分的問題，分別為：“傳感器采集部分”、“信號調(diào)理部分”、“鍵盤顯示及聲光報警部分”、“軟件設(shè)計部分”和“Proteus仿真部分”。（1） 傳感器采集部分

5、傳感器采集部分由“紅外傳感器電路”、“煙霧傳感器電路”、“浸水傳感器電路”和“緊急求助開關(guān)電路”組成，分別采集“有無人員闖入”、“火情”、“漏水情況”和“有無求助信號”等參數(shù)。這部分的主要技術(shù)難點是：如何選擇相對合適的傳感器，使得方便的實現(xiàn)對信號的采集。（2） 信號調(diào)理部分信號調(diào)理部分，主要解決對采集到的信號的濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等調(diào)理。部分傳感器等采集電路輸出電壓電流等參數(shù)通常過大或過小，不適宜單片機讀取和處理，所以需要對采集來的信號進行放大等調(diào)理或模數(shù)轉(zhuǎn)換，使得電路輸出電壓和電流在單片機所適宜接受的范圍內(nèi)。常用A/D轉(zhuǎn)換的方法是將采集到的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換芯片配合軟件進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的，而

6、針對本課題，只需要對其輸出信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路后面設(shè)計一個電壓比較器電路，設(shè)置閥值，利用比較器的翻轉(zhuǎn)特性，采集的信號超過閥值時，比較器輸出電平發(fā)聲翻轉(zhuǎn)，單片機讀變化高電平便能分辨參數(shù)情況。這部分的主要難點是：針對各個不同的傳感器的輸出信號，通過計算，準確的將信號放大到合適的強度，并參照器件環(huán)境報警指標，設(shè)置正確報警的閥值。（3） 鍵盤顯示及聲光報警部分本課題設(shè)置聲光報警方式為：紅指示燈閃（每秒閃一次，連續(xù)），蜂鳴器響（連續(xù)報警）。設(shè)計在LCD顯示器上顯示實際時間和實時檢測到的參數(shù)，這樣便需要通過日歷芯片與單片機通信交換時間數(shù)據(jù)，并由單片機輸出顯示。設(shè)計中需要擴展一塊外部存儲器芯片，用以存儲實

7、時檢測到的參數(shù)和檢測的實時時間。鍵盤部分是用以設(shè)定日歷初始時間和設(shè)置調(diào)用讀取存儲時間等功能。這部分主要難點是：充分利用好單片機I/O口資源也是需要思考的問題之一，可以從鍵盤的選擇上入手，選用個別獨立鍵盤，不用矩陣鍵盤。（4） 軟件設(shè)計部分各個器件和電路的功能基本都是通過單片機編程來工作的，如存儲器芯片、日歷芯片、LCD和聲光報警電路等。軟件是貫穿整個智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。這部分主要難點是：熟練應(yīng)用幾種中斷的知識是一個要點，可能涉及到中斷的嵌套使用，是值得思考研究的地方。日歷芯片采用的是SPI通信協(xié)議，而存儲器使用的是I2C通信協(xié)議，如何靈活運用這兩種協(xié)議，和各自的工作指令，并能準確的顯示，都

8、是要深入研究的部分。（5） Proteus設(shè)計部分最終的成果通過Proteus軟件演示出來，在Proteus上繪制出電路圖并加載軟件后，能實現(xiàn)所要實現(xiàn)的功能。這部分的難點是：如何解決Proteus中有部分器件在元器件庫里沒有的問題。考慮到傳感器電路信號的特征和單片機讀取信息的特征，在仿真中可采用開關(guān)電路，利用其輸出電平代替?zhèn)鞲衅麟娐氛{(diào)理后的信號。1.2.3 要實現(xiàn)的部分重要指標（1） 采樣時間：10s；（2） 防盜報警：有；（3） 漏水報警：有，報警電流30mA；（4） 煙霧報警：有，煙霧濃度2%；（5） 緊急求助：有。2 總體方案論證考慮到設(shè)計成本等諸多問題，本設(shè)計并沒有選用市場上常用的視頻

9、監(jiān)控的方案。在本章中將結(jié)合系統(tǒng)框圖對本設(shè)計選用的方案進行介紹和論證。2.1 系統(tǒng)框圖基于單片機的小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案框圖如圖2.1所示。被監(jiān)控區(qū)域A1被監(jiān)控區(qū)域A2信號調(diào)理1信號調(diào)理2鍵盤顯示鎖存器1鎖存器2AT89C52單片機聲光報警存儲器時鐘日歷圖2.1 基于單片機的小區(qū)智能安全監(jiān)控系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖中雙向箭頭表示數(shù)據(jù)信息需要雙向傳輸或控制，單向則是單向傳輸或控制。系統(tǒng)是以AT89C52單片機為核心處理器的單片機智能小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)。2.2 方案概述下面將結(jié)合圖2.1系統(tǒng)框圖對本課題的總體方案進行闡述。本監(jiān)控系統(tǒng)可以同時監(jiān)控2個監(jiān)控區(qū)域，分別以A1和A2來表示這兩個區(qū)域，對每個區(qū)

10、域的四種參數(shù)進行檢測（即監(jiān)控“是否有人闖入”、“是否發(fā)生火災”、“是否有漏水”和“是否有緊急求助”這四種險情）。本設(shè)計中選用熱釋電紅外傳感器電路進行有人闖入?yún)?shù)采集；選用離子式煙霧傳感器電路進行火情參數(shù)采集；選用浸水線纜電路進行漏水情況參數(shù)采集；并設(shè)置一個緊急求助開關(guān)，當任意一個區(qū)域需要緊急求助時，撥動開關(guān)即可，緊急求助開關(guān)電路也一個重要的采集電路。上述幾種被檢測的參數(shù)一旦發(fā)生險情，系統(tǒng)將會發(fā)出聲光報警，在LCD顯示器上，險情參數(shù)和實時時間將會得以顯示。本設(shè)計的報警方案如下：2個監(jiān)控區(qū)域中只要發(fā)生任意險情，無論種類、數(shù)目和位置，便會發(fā)出連續(xù)的聲音報警，同時發(fā)光二極管也將每秒閃爍一次，進行發(fā)光報

11、警。設(shè)計中還包含日歷時鐘芯片DS1302、存儲器芯片AT24C02和LCD顯示器LM032L等器件。DS1302與單片機傳輸實時時間和日期，每隔2秒鐘左右系統(tǒng)進行一次采樣，采樣獲得數(shù)據(jù)和當時時間將會送給存儲器AT24C02存儲起來，存儲器采用每分鐘儲存一次的方式進行存儲，以充分利用存儲資源。系統(tǒng)中設(shè)立了5個獨立按鍵，分別為B1、B2、B3、DD1和TT1，按鈕DD1按下一次時，啟動日歷時鐘芯片起始時間、日期設(shè)置階段，并進入秒位設(shè)置，再按一下進入分位設(shè)置，以此類推，直到年位設(shè)置結(jié)束，再按一下DD1鍵跳出設(shè)置時間日期階段，系統(tǒng)繼續(xù)按設(shè)定的時間往下運行和顯示。在日歷時間設(shè)置階段，每按一下按鈕加鍵（B

12、2），處于設(shè)置狀態(tài)的該位數(shù)值加一；每按一下按鈕減鍵（B3），處于設(shè)置狀態(tài)的該位數(shù)值減一。時間日期顯示在LCD顯示器的第二行，第一行是顯示檢測的區(qū)域代號和對應(yīng)該區(qū)域參數(shù)險情的個數(shù)。當按鈕B1按下一次，進入調(diào)用存儲器查詢時間設(shè)置階段，第一次按鈕B1時，進入分位個位數(shù)值設(shè)置，按加鍵（B2）、減鍵（B3）對設(shè)置位數(shù)值進行設(shè)置，同樣每按一次B1鍵設(shè)置位往前移一位，直至設(shè)置完畢，LCD顯示器顯示調(diào)用查詢的存儲數(shù)據(jù)和時間，再按下B1鍵，系統(tǒng)繼續(xù)工作（重新進入檢測存儲工作等）。另外設(shè)定按鍵TT1，此按鍵是停止報警鍵。按下此鍵后，利用外部中斷0的中斷方式，停止聲光報警，但是顯示器上仍然顯示險情數(shù)據(jù)，可以在系統(tǒng)誤

13、判后解除報警，或者在發(fā)覺險情后，不需要報警時，按下此按鈕，停止聲光報警。具體的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計方案將在第3章和第4章中詳盡闡述。利用Proteus軟件演示成果時，利用設(shè)計的簡單開關(guān)電路的輸出電平代替?zhèn)鞲衅麟娐凡杉{(diào)理后的數(shù)字信號，解決了器件庫中沒有所需要的傳感器而難以仿真的難題。開關(guān)電路輸出高電平表示該參數(shù)發(fā)生險情，相反開關(guān)電路輸出低電平表示該參數(shù)沒有發(fā)生險情。單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入部分中，A1區(qū)域的輸出端連到第一塊8D數(shù)據(jù)鎖存器上，A2區(qū)域的輸出端連到對二塊8D數(shù)據(jù)鎖存器上，這兩組鎖存器的輸出端Q0Q3都一一對應(yīng)接到單片機的P0口的P0.4口到P0.7口上。利用P2.2口和P2.3口分別

14、對這兩塊鎖存器進行選通，實現(xiàn)分時讀取采集的數(shù)據(jù)，節(jié)約了端口又防止了信號“碰撞”。3 硬件電路設(shè)計硬件電路的設(shè)計包括對單片機基本外圍電路的設(shè)計、采集信息的傳感器電路的設(shè)計、信號調(diào)理電路的設(shè)計、聲光報警電路的設(shè)計和開關(guān)按鍵等電路的設(shè)計。下面我們將對各個電路選用的器件進行簡略的介紹，并從節(jié)約成本、設(shè)計合理和實用性等角度出發(fā)，對系統(tǒng)硬件電路進行了設(shè)計，并在本章中對每個部分電路的具體設(shè)計方案進行了詳盡的闡述。3.1 AT89C52單片機外圍電路3.1.1 AT89C52單片機的簡介AT89C52是一個低電壓、高性能的CMOS單片機，它是一款8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（

15、ROM）和256 bytes的可隨機存取數(shù)據(jù)的存儲器（RAM）1。該單片機采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)而得，兼容標準MCS-51系列的指令系統(tǒng)，片內(nèi)置8位中央處理器和Flash存儲單元。本設(shè)計中選用AT89C52單片機在電子行業(yè)里有著廣泛的應(yīng)用。3.1.2 單片機晶振電路單片機內(nèi)部并沒有晶振，需要外加晶振，在內(nèi)部振蕩器的協(xié)同下工作的。將晶振與電容按圖3.1中所示連接，組成并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個自激振蕩器，向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘2。單片機振蕩器的頻率主要取決于所用晶振的振蕩頻率，本設(shè)計中選用晶振約為12MHz，此時選用的電容C1和C2約為30pF左右為宜。如圖3.1所示為

16、單片機外部晶振電路圖。圖3.1 單片機外部晶振電路3.1.3 單片機復位電路單片機的復位電路是單片機外圍電路重要的組成部分之一，復位方式有上電自動復位和外部按鍵手動復位兩種，單片機在時鐘電路工作以后，RESET端保持接收2個機器周期的高電平時就可以完成單片機的復位操作3。例如本設(shè)計中選用的晶振頻率為12MHz，則RESET端應(yīng)保持接收高電平時間2s，才可以完成復位。設(shè)計中采用的是外部手動按鍵復位電路，單片機的復位電路圖如圖3.2所示。圖3.2 單片機復位電路按下復位按鈕時，經(jīng)由電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升至VCC（若電容充電后電壓沒到VCC，芯片復位腳仍近似接低電平。），松開按鈕時電容放

17、電，從而使得復位電路接受到大于2個機器周期的高電平，使得單片機成功復位。3.2 電壓比較器電路設(shè)計3.2.1 LM339的簡介LM339集成塊內(nèi)部具有四個獨立的電壓比較器，LM339的特點是：（1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；（2）電源電壓范圍寬，單電源為2V36V，雙電源電壓為1V18V；（3）對比較信號源的內(nèi)阻限制較寬；（4）共模范圍很大，為0V（VCC-1.5V）V0；（5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；（6）輸出端電位可靈活方便地選用。3.2.2 單限比較器電路輸入信號Uin作為待比較電壓，待比較的電壓加到同相輸入端，反相輸入端接參考電壓（門限電平）Ur，Ur也稱為閥值。

18、當輸入電壓UinUr時，輸出為高電平UOH；反之當UinUr時，輸出為低電平UOL；在Uin=Ur時發(fā)生翻轉(zhuǎn)4。圖3.3給出的是一個基本單限比較器電路。圖3.3 基本單限比較器電路相對應(yīng)的比較器電路輸入輸出電壓特性圖如圖3.4所示。UOUin0VOHVOLUr圖3.4 電壓比較器輸入輸出電壓特性3.3 煙霧傳感器電路設(shè)計3.3.1 煙霧傳感器NIS-09C的介紹本設(shè)計選用的煙霧傳感器是NIS-09C煙霧傳感器，這是一款離子式煙霧傳感器，是日本NEMOTO公司設(shè)計的新型煙霧傳感器5。NIS-09C離子式傳感器的工作方式及部分重要指標參數(shù)如下：檢測方式： 離子式； 放射源： 镅241；電源電壓范圍

19、： 6.0V18.0V； 溫度： -40+50；典型電源電壓： 9V； 輸出電壓： 5.6V0.4V；電流損耗： 27pA3pA； 靈敏度： 0.6V0.1V。要利用此傳感器設(shè)計良好的煙霧傳感器電路還需要了解部分NIS-09C煙霧傳感器的其它特性參數(shù)，下面將進行介紹。NIS-09C的靈敏度特性在表3.1中有所標識，該表是根據(jù)UL217標準制定的（風速條件是0.1m/s）。表3.1 NIS-09C靈敏度特性煙霧濃度（%）輸出電壓（V）誤差（V）05.60.4015.30.50.30.125.00.50.60.134.70.50.90.244.40.51.20.254.20.51.40.2NIS-

20、09C的電源電壓特性在表3.2中有所標識。表3.2 NIS-09C電源電壓特性（溫度：25；濕度：60%RH）電源電壓（V）輸出電壓（V）63.30.395.60.4128.00.71510.00.851813.01.0NIS-09C的溫度特性在表3.3中有所標識。表3.3 NIS-09C溫度特性（濕度：60%）溫度輸出（V）05.150.4255.60.4505.850.4NIS-09C的濕度特性在表3.4中有所標識。表3.4 濕度特性（溫度：25）濕度（%C）輸出（V）305.750.5605.60.4905.450.4NIS-09C的實物圖如圖3.5所示。NIS-09C圖3.5 NIS-

21、09C的實物圖如所示。3.3.3 煙霧傳感器電路設(shè)計方案煙霧傳感器電路是對所監(jiān)控區(qū)域環(huán)境中的煙霧濃度信息進行采集，通過合理的方法將采集到放大調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后才送單片機讀取。參照上一節(jié)中對NIS-09C離子式煙霧傳感器進行的詳盡闡述，利用NIS-09C煙霧傳感器的參數(shù)信息對煙霧傳感器電路進行設(shè)計。基于NIS-09C傳感器的煙霧傳感器電路圖如圖3.6所示。圖3.6 基于NIS-09C傳感器的煙霧傳感器電路圖圖3.6中標識有“NIS-09C”字樣的芯片便是我們選用的煙霧傳感器傳感器NIS-09C。將NIS-09C的1腳和4腳接到+9V直流電源上，3腳接地。工作在+9V直流電壓下時2腳將輸出5.6V0

22、.4V的電壓，其電平大小足以給單片機讀取，所以不需要將煙霧傳感器NIS-09C輸出的模擬信號進行放大，這也是為何選用次傳感器進行設(shè)計的重要原因。將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號也是至關(guān)重要的一步，通常對模擬信號到數(shù)字信號的處理采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合軟件來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的，但針對本設(shè)計，使用采用運放LM339搭建電壓比較器電路，利用比較器翻轉(zhuǎn)特性，將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方法更為高明和方便。設(shè)定當環(huán)境中煙霧濃度2%時，表明出現(xiàn)險情，參照表3.1，可設(shè)計報警閥值為+4.5V。如圖3.6所示，傳感器NIS-09C的輸出端通過電阻接到LM339的反相輸入端，經(jīng)過分流分壓后得到的閥值電壓Ur1接到

23、LM339的正相輸入端，Ur1的值為+4.5V。當環(huán)境中煙霧濃度2%時，LM339反相輸入端取得電壓+4.5V，比較器輸出端輸出為低電平；當環(huán)境中煙霧濃度2%時，LM339反相端取得電壓+4.5V，比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。單片機讀的該高電平便表示讀取到環(huán)境中煙霧濃度超過警戒線，發(fā)生了火災，接著單片機將進行驅(qū)動聲光報警等一系列操作。3.4 熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計3.4.1 熱釋電紅外線原理和特性熱釋電紅外線傳感器發(fā)展于80年代，是一種新型高靈敏度探測元件，它能在檢測到人體發(fā)射的紅外線后輸出相應(yīng)強度的電信號，市場中常利用熱釋電紅外傳感器組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置6。熱釋電紅外傳

24、感器以非接觸形式檢測出人體輻射出的紅外線，產(chǎn)生電量的變化，轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大就可以驅(qū)動各種控制電路。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是由高熱點系數(shù)材料制成的探測元件，在探測器內(nèi)部裝兩個探測元件，將這兩個探測元件反相串聯(lián)起來，從而抑制元件自身溫度升高產(chǎn)生的干擾。由于熱電器件輸出的信號一般為電荷信號，不能直接被其他器件所接受或使用，因而熱釋電紅外傳感器中裝入了一個場效應(yīng)管，利用場效應(yīng)管實現(xiàn)阻抗變換，使其最終輸出為電壓信號。人體輻射的紅外線中心波長約在9m10m左右，而通常的紅外探測元件的波長靈敏度在0.2m20m范圍內(nèi)，所以需要在傳感器頂端開設(shè)一個裝

25、有菲涅爾系列濾光鏡片的窗口，經(jīng)過濾光片濾光后，探測元件能夠接收的輻射波長約在7m10m的范圍內(nèi)，濾光片將其它的波長的紅外線予以吸收，裝有菲涅爾濾光片的熱釋電紅外探測元件就剛好適合人體紅外輻射的探測，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外探頭，一旦有人侵入檢測區(qū)域，人體的紅外輻射通過濾光片濾波并聚焦，被熱釋電紅外探頭接受，誤判率很低。由于兩片熱釋電元接收到的熱量不同，電信號是不能被抵消的，信號經(jīng)處理后可以輸出適當強度的電壓信號。3.4.3 熱釋電紅外傳感器RE200B的簡介本設(shè)計選用的RE200B是一款熱釋電紅外傳感器，這種傳感器是由一種晶體材料做成，當這種晶體表面受到紅外線照射時，會在晶體

26、表面產(chǎn)生電荷，隨著光線對晶體照射的改變，電荷量也會發(fā)生改變。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時,它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。圖3.7為熱釋電傳感器RE200B的實物圖。 圖3.7 熱釋電紅外線傳感器RE200B實物圖和大多熱釋電紅外傳感器一樣，RE200B對于不同波長的光線照射都能產(chǎn)生不同程度的響應(yīng)，因此我們看到的RE200B的封裝中有一個像玻璃似的小窗，這就是加了一塊菲涅爾系列濾光鏡片6。通過這個菲涅爾系列濾光鏡片可以限定晶體對特定波長的光線產(chǎn)生響應(yīng)，加菲涅爾系列濾光鏡片后，RE200B一般接收波長在7m10m，因此只接受接近人體輻射

27、的紅外線波長的輻射。表3.5中列出了熱釋電紅外傳感器RE200B的主要特性和部分技術(shù)參數(shù)，參照這些參數(shù)可利用RE200B設(shè)計相應(yīng)的紅外防盜電路。表3.5 RE200B的主要特性和部分技術(shù)參數(shù)封裝TO-5式封裝工作電壓3V10V（Rs=47k）電源電壓0.3V1.5V（VD=5V，Rs=47k）輸出信號MIN 2.5 Vp-p（TYP 4.0 Vp-p）探測視角水平方向張角138垂直方向張角1253.4.4 熱釋電紅外傳感器電路的設(shè)計基于RE200B熱釋電紅外傳感器的傳感器電路如圖3.8所示，參照圖3.8對電路進行連接。圖3.8 熱釋電紅外傳感器電路圖日常生活中對射式紅外傳感器也常用來進行防盜監(jiān)

28、控的設(shè)計。對射式紅外傳感器是利用當有障礙物阻斷紅外發(fā)射頭發(fā)送至紅外接受頭的紅外線，從而紅外接受頭接收不到紅外時輸出電平改變，通過識別這個電平的變化來設(shè)計防盜系統(tǒng)。而本設(shè)計是利用熱釋電紅外傳感器RE200B進行防盜電路設(shè)計，來檢測區(qū)域是否有人闖入的參數(shù)的，我們之所以選擇熱釋電紅外傳感器，而不選用對射式紅外傳感器來設(shè)計防盜監(jiān)控，是因為，對射式傳感器只要任意一種障礙物阻斷紅外線的發(fā)送路徑，就會產(chǎn)生電平的變化，相反采用熱釋電紅外傳感器，利用人體自身波長的特性，加上菲涅爾系列濾光鏡片進行濾光，就能基本準確的判斷是否是人闖入，動物等其它物體闖入時產(chǎn)生的電平和檢測到人時的電平存在著區(qū)別，誤判率比較小。圖3.

29、8中熱釋電紅外傳感器的D端串聯(lián)一個10k電阻再接到5V電源上，D端還通過連接一個電容接到地線，這樣便構(gòu)成一個降低射頻干擾的電路。G端接地，S端接47k負載電阻再接地，因此偏置電壓約為1V。熱釋電紅外線傳感器輸出電信號的幅度和頻率主要取決于人體的溫度、探測背景、人與傳感器的距離、人的移動速度和光學透鏡系統(tǒng)的焦距等。傳感器輸出通過阻容耦合后連到低噪聲運放LM324，構(gòu)成帶通濾波和第一級放大電路的反向輸入端。再由電阻R6、電容C4耦合到第二級放大器的反相輸入端，進行進一步濾波和放大。濾波的上限截止頻率為： f1=15.9Hz 式（3.1）濾波的下限截止頻率為： f2=0.07Hz 式（3.2）電路增

30、益與頻率是密切相關(guān)的，當輸入信號頻率為1Hz時，第一級放大增益約為：Au1= 式（3.3）第二級放大增益為：Au2= 式（3.4）根據(jù)式（3.1）和式（3.2）計算得濾波后允許通過信號的帶寬為15.83Hz。根據(jù)式（3.3）和式（3.4）計算得放大后信號的總增益約為66dB。經(jīng)過放大后的信號連接到LM339的反相輸入端，設(shè)置參考電壓為3.8V，當被放大后的的輸出信號大于3.8V時，比較器LM339輸出電壓為高點平，此時便表示電路檢測到有人的移動。3.5 漏水傳感器電路設(shè)計3.5.1 浸水線纜JS-RS的介紹在漏水檢測的系統(tǒng)中也常用到浸水線纜JS-RS，浸水線纜JS-RS通常被用于機房、空調(diào)房等

31、場所的漏水檢測，浸水線纜JS-RS的實物圖如圖3.9所示。圖3.9 浸水線纜JS-RS實物圖表3.6列出了浸水線纜JS-RS的一些主要技術(shù)參數(shù)。表3.6 浸水線纜JS-RS主要技術(shù)參數(shù)供電電源直流電10V30V感應(yīng)線纜長度10m（可選其中幾段）連接端子5PIN 5.08mm間距插拔端子電導率5s/cm工作環(huán)境0853.5.2 漏水傳感器電路設(shè)計國內(nèi)外市場上還會使用探極式漏水傳感器來設(shè)計漏水監(jiān)控電路，但由于成本大的緣故，選擇JS-RS浸水線纜來設(shè)計漏水檢測電路即可。該浸水線纜可等效看作為一個阻值可調(diào)電位器，當有水漫過某一段浸水線纜，則該段線纜近似為短路，整段線纜的總阻值將減小，利用這一特性，設(shè)計

32、如圖3.10的漏水傳感器電路。圖3.10 浸水電纜電路圖連接方式如圖3.10所示。設(shè)置翻轉(zhuǎn)閥值Ur2，Ur2=+4.5V，若無浸水情況，利用分壓原理，LM339反相輸入端處電壓Ui大于閥值電壓Ur2，LM339輸出為低電平；若浸水后，檢測電路中電流大于30mA時（出現(xiàn)漏水情況），LM339反相輸入端處電壓Ui小于閥值電壓Ur2，LM339輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。單片機讀取高電平，認為檢測到發(fā)生漏水，從而作出相應(yīng)的處理并驅(qū)動聲光報警。3.6 緊急求助開關(guān)電路設(shè)計緊急求助信息在本設(shè)計中也是要采集的信號之一，和其它參數(shù)一樣需要先送到鎖存器，分時選擇性的送單片機識別該信息情況。在本電路中合上開關(guān)

33、，輸出低電平，斷開開關(guān)輸出高電平，緊急求助電路輸出高電平，表示有緊急求助需求。緊急求助開關(guān)的電路如圖3.11所示。圖3.11 緊急求助開關(guān)電路3.7 聲光報警電路設(shè)計3.7.1 聲音報警電路設(shè)計利用定時器中斷的方式驅(qū)動報警，定時器定時5ms后執(zhí)行使P3.5口的值取反。一旦發(fā)生險情，單片機的P3.5口輸出200Hz的交流方波信號驅(qū)動報警。電路圖連接方式如圖3.12所示。在單片機的輸出端設(shè)置一上拉，將單片機輸出的電平上拉送到NPN三極管的基極，三極管的集電極接高電平VCC，發(fā)射極接蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地7。如圖3.12所示為發(fā)聲報警電路。圖3.12 聲音報警電路3.7.2 發(fā)光報警電路設(shè)

34、計圖3.13所示為發(fā)光報警電路，參照圖3.13對發(fā)光報警的電路進行連接。圖3.13 發(fā)光報警電路本設(shè)計中同樣是利用定時器中斷，用單片機的P3.4口（圖中的T0口）驅(qū)動發(fā)光報警。定時器中斷端設(shè)定的中斷時間是5ms，但我們要實現(xiàn)每秒鐘閃爍發(fā)光一次，那么就需要在每秒中內(nèi)亮500ms滅500ms，于是需要設(shè)一個循環(huán)，定時器每完成5ms的定時后做一次循環(huán)，做完一百次后使得P3.4口的值取反，這樣就能實現(xiàn)要求的每秒發(fā)光二極管閃爍一次的功能了。3.8 8D鎖存器74LS373 3.8.1 74LS373的簡介74LS373為三態(tài)輸出的8D鎖存器，D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q7為數(shù)據(jù)輸出端， 為低電平有效的三

35、態(tài)允許控制端，C為鎖存允許端。當三態(tài)允許控制端為低電平時，74LS373被選通，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可驅(qū)動負載用；當為高電平時，Q0Q7呈高阻態(tài)，但是鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不會受影響8。當鎖存允許端C為高電平時，輸出隨數(shù)據(jù)輸入而變，簡稱數(shù)據(jù)同步，當C為低電平時，數(shù)據(jù)被鎖存。如表3.7所示為74LS373的邏輯功能真值表。表3.7 74LS373的邏輯功能真值表DnCQn11010100X00QnXX1Z74LS373的管腳圖如圖3.14所示。1234567891020191817161514131211QOD0Q1D1Q2D2D3Q3GNDVCCQ7D7D6Q6Q5D5D4Q4C圖3.14

36、74LS373管腳圖3.8.2 74LS373外圍電路設(shè)計74LS373外圍電路設(shè)計如圖3.15所示。圖3.15 74LS373外圍電路設(shè)計監(jiān)控區(qū)域A1和區(qū)域A2輸出的四組數(shù)據(jù)分別接到第一塊鎖存器74LS373（圖3.15中U2）的低四位和第二快鎖存器74LS373（圖3.15中U3）的低四位。對鎖存器U2和U3選擇數(shù)據(jù)同步工作方式，將C端接電源，器件固定在數(shù)據(jù)同步工作方式狀態(tài)。選用單片機的P2.2和P2.3分別接到這兩塊鎖存器U2和U3的端，對這兩塊鎖存器進行選通，從而實現(xiàn)對A1和A2區(qū)域的參數(shù)分時檢測。兩塊鎖存器的輸出端的低四位都接到單片機P0口的高四位（Q1Q4對應(yīng)接到P0.4P0.7上

37、），在對這兩塊鎖存器分時選通的情況下，只用P0口的高四位來讀取檢測的數(shù)據(jù)即可，節(jié)省了單片機I/O口資源。3.9 LM032L液晶顯示器3.9.1 LM032L簡介LM032L字符型液晶顯示器是一款用于顯示字母、數(shù)字和符號等的點陣LCD。市面上類似的點陣LCD有161、162、202和402等幾種顯示規(guī)格。LM032L屬于202顯示規(guī)格的LCD顯示器，也就是說LM032L每行能顯示20個字母、數(shù)字或符號，可以顯示2行9。LM032L有帶背光和不帶背光的兩種封裝型號，內(nèi)部的控制器為HD44780，控制器內(nèi)部具有808位（80字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)。3.9.2 LM032L的基本參數(shù)及引腳功能表3.8

38、為LM032L的對應(yīng)管腳功能說明。表3.8 LM032L的引腳接口說明表編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VEE液晶顯示偏壓4RE數(shù)據(jù)/命令選擇（H/L）5R/W讀/寫選擇6E使能信號7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極16BLK背光源負極1腳：VSS接電源地。2腳：VDD接+5V電源。3腳：VEE為液晶顯示偏壓端，接正電源時顯示器對比度最弱，接地時顯示器對比度最高，可在該段接10k的電位器調(diào)整顯示器對比度。4腳：RE為數(shù)據(jù)/命令寄存器選擇端，取高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。5腳：R/W為

39、讀/寫信號選擇端，高電平時讀選通，可進行讀操作，低電平寫選通可進行寫操作。我們在設(shè)計中用寫操作功能，所以將該端接到電源地線，取低電平。6腳：E端為器件使能端，只有當該端取高脈沖時，液晶模塊才能執(zhí)行命令。714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。15腳：背光源正極，接電源正端取高電平。16腳：背光源負極，接電源地端取低電平。3.9.3 LM032L主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：202個字符；芯片工作電壓：4.5V5.5V；工作電流：2.0mA（5.0V）；模塊最佳工作電壓：5.0V。3.9.4 控制器控制說明（1） LM032L的控制器基本操作時序，基本操作時序表如表3.9所示。表3.9 基本操作時序表工作

40、方式輸入輸出讀狀態(tài)RE=L，R/W=H，E=HD0D7=狀態(tài)字寫指令RE=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖無讀數(shù)據(jù)RE=H，R/W=H，E=HD0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)RE=H，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖無在本設(shè)計中只用到了寫數(shù)據(jù)和寫指令。當RE取低電平（L），R/W取低電平（L），D0D7輸入指令碼，且E端接收到高脈沖時，我們才能寫所要寫的指令。寫完指令后操作使得RS取高電平（H），R/W取低電平（L），D0D7輸入指令碼，且E端接收到高脈沖時進行寫數(shù)據(jù)。（2） LM032L的控制器狀態(tài)字說明八位雙向輸入輸出端的前7位D0D6為地址/數(shù)據(jù)端，第8位D7為讀寫控制使能端。每

41、次對控制器進行讀寫操作之前，都必須進行讀寫檢測，確保第7位D7為0。（3） LM032L的控制器指令說明（a） 初始化設(shè)置LM032L液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，下面將簡要闡述。指令碼為0000DCB：D=1開顯示，D=0關(guān)顯示；C=1顯示光標，C=0不顯示光標；B=1光標閃爍，B=0光標不閃爍。指令碼為000001NS：N=1時，每當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加一，且光標加一；N=0時，每當讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1，且光標減1。S=1時，每當寫一個字符，整屏顯示左移（N=1）或右移（N=0），得到光標不再移動后停止的屏幕移動的效果；S=0時，每當寫一個字符，整屏顯示不移動。（

42、b） 數(shù)據(jù)控制指令碼為80H+地址碼（00H27H，40H67H）時，設(shè)置顯示的數(shù)據(jù)地址指針。指令碼為01H時，所有數(shù)據(jù)指針清屏，所有顯示將會清零。指令碼為02H時，顯示回車，數(shù)據(jù)指針將會清零。3.9.5 LM032L與單片機接口電路本系統(tǒng)的顯示部分采用LM032L字符顯示器，與采用數(shù)碼管相比，硬件連接和軟件調(diào)試上都有優(yōu)勢，只要把要顯示的內(nèi)容放進液晶模塊的顯示存儲器里面就可以直觀的顯示出指定的內(nèi)容，操作方便。系統(tǒng)顯示電路由單片機AT89C52、字符式液晶顯示器LM032L和1k8的排阻構(gòu)成，單片機實現(xiàn)對LCD命令和顯示數(shù)據(jù)的讀寫控制功能，P1口作數(shù)據(jù)口，對應(yīng)與LM032L的D0D7相接（P1.

43、0P1.7對應(yīng)接到D0D7上），在P1口與D0D7數(shù)據(jù)線之間可以分別接8個上拉電阻，以確保電路能夠正常工作顯示。AT89C52的P2口的部分口作為LCD的控制線，P2.0和P2.1分別接LM032L的RS和E端；LM032L的其它三個控制端VDD接電源，VEE接電阻接電源，VSS直接接地。本系統(tǒng)顯示部分電路圖如圖3.16所示。圖3.16 LM032L與單片機的連接3.10 時鐘芯片DS13023.10.1 DS1302的簡介DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘日歷芯片，芯片內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過SPI三線串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路提供秒

44、、分、時、日、日期、月和年等信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，有效至2100年10。時鐘操作可通過AM/PM指示決定采用24或12小時的計時方式。DS1302與單片機之間能簡單地采用三線同步串行的方式進行通信，僅需用到下面三個端口：（1）RES復位；（2）I/O數(shù)據(jù)線；（3）SCLK串行時鐘輸入。下面將對主要的性能指標做一個綜合介紹：（1） 實時時鐘具有能計算2100年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月和年的能力，也具有閏年調(diào)整的能力；（2） 318位（31字節(jié)）暫存數(shù)據(jù)存儲RAM；（3） 采用SPI三線接口串行通信，使得管腳數(shù)量最少；（4） 工作電壓范圍：2.0V5.5V；（5） 工

45、作電流：電壓為2.0V時，電流小于300nA；（6） 讀/寫時鐘或RAM數(shù)據(jù)時，有兩種傳送方式：單字節(jié)傳送和多字節(jié)傳送；（7） 8腳DIP封裝或8腳SOIC封裝；（8） 工業(yè)級工作溫度范圍：-40+85；3.10.2 DS1302的管腳說明DS1302的管腳圖如圖3.17所示。GND12348765VCC2VCC1X1X2SCLKI/O圖3.17 DS1302的管腳圖各管腳的功能說明： VCC1：主電源。VCC2：備份電源。當VCC2VCC1+0.2V時，由VCC2向DS1302供電，當VCC2VCC1時，由VCC1向DS1302供電。SCLK：串行時鐘輸入。I/O：三線接口時的雙向數(shù)據(jù)線。

46、：復位引腳，用于對芯片進行操作。在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高電平。3.10.3 DS1302的工作原理首先通過介紹DS1302的控制字，來介紹DS1302的工作原理。控制字節(jié)的最高位（位7）必須為1，若為0則不能把數(shù)據(jù)寫入芯片；位6決定操作是對于RAM還是時鐘寄存器，位6若為0，則表示存取時鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5位1是RAM或時鐘寄存器在DS1302的內(nèi)部地址；位0為最低有效位，若為0表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節(jié)應(yīng)從最低位開始輸出11。DS1302的控制字如表3.10所示。表3.10 DS1302的控制字節(jié)位7位6位5位4位3位2位1位01RAM/CKA4A3A2

47、A1A0RAM/K在DS1302芯片中，通過把端置高來啟動所有數(shù)據(jù)的傳送。輸入有兩種功能：第一，控制允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸手段。當為高電平時，所有數(shù)據(jù)傳送將會被初始化，可以對DS1302進行操作。若在傳送過程中置成低電平，則會終止次次數(shù)據(jù)的傳送，且I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。值得知道的是，無論哪種同步串行通訊接口，都是對時鐘信號敏感的，且一般是在上升沿數(shù)據(jù)寫入有效，在下降沿讀出有效。在控制指令輸入后的下一個SCLK時鐘上升沿到來時數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開始。在8位的控制指令字后的緊跟的下一個SCLK的下降沿來到時讀出DS1302的數(shù)據(jù)

48、，讀出數(shù)據(jù)也是從低位到高位的，從位0到位7，數(shù)據(jù)讀寫時序圖如圖3.18所示。RW A0 A1 A2 A3 A4 R/C 1SCLKI/O圖3.18 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)DS1302共有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷/時鐘相關(guān)，數(shù)據(jù)位以BCD碼形式存放。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器和與RAM相關(guān)的寄存器等寄存器。時鐘突發(fā)寄存器可以一次性順序讀寫除了充電寄存器以外的所有寄存器內(nèi)的內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器共有兩類：一類是單個RAM單元，共有31個，每個單元是一個8位的字節(jié)，其命令控制字為COHFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；

49、另外一類為突發(fā)方式下的RAM，這種方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。3.10.4 DS1302外圍電路連接DS1302的外圍電路和與單片機的連線如圖3.19所示。圖3.19中單片機的P2.5口接DS1302的5腳，P2.6口接DS1302的SCLK口，單片機的P2.7口接DS1302的I/O口，這幾個口一一對應(yīng)連接進行SPI通信。圖3.19 DS1302的外圍電路和與單片機的連線3.11 I2C總線工作原理3.11.1 I2C總線簡介I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，具備多主機系統(tǒng)所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能的串行總

50、線。I2C總線只有兩根雙向傳輸?shù)男盘柧€，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。I2C總線多級工作示意圖如圖3.20所示。Vcc圖3.20 I2C總線多級工作示意圖I2C總線的SDA線和SCL線通過上拉電阻接到電源正端，當總線處于空閑狀態(tài)時，兩根線均為高電平。在總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變?yōu)榈停锤髌骷腟DA及SCL都是線“與”關(guān)系。接到I2C總線上的器件都應(yīng)有唯一確定的地址。主機與器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的，這時主機即為發(fā)送器，由總線上接收數(shù)據(jù)的器件發(fā)送數(shù)據(jù)，此時主機則為接收器。在多主機系統(tǒng)中，可能同時有幾個主機企圖啟動總線傳送數(shù)據(jù)，為了避免混亂

51、，I2C總線要通過總線仲裁，以確定由哪一臺主機控制總線。在80C51/52單片機應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴展中，我們經(jīng)常使用的是以80C51/52單片機為主機，其它接口器件為從機的單主機情況。 3.11.2 I2C總線工作原理I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持著穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許發(fā)聲變化。I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時序圖如圖3.21所示。SCLSDA要求數(shù)據(jù)穩(wěn)定允許數(shù)據(jù)變化要求數(shù)據(jù)穩(wěn)定圖3.21 I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時序圖SCL為高電平期間，SDA由高電平向低電平跳變時表示起始信號；SCL為高電平期間，SDA線

52、由低電平向高電平跳變時表示終止信號。I2C總線通信起始停止時序圖如圖3.22所示。SCLSDA起始信號S終止信號P圖3.22 I2C總線通信起始停止時序圖起始和終止信號都是由主機發(fā)出，在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)生后，總線則變?yōu)榭臻e的狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易能檢測到起始和終止信號，若一些非I2C總線的可編程器件，可以通過軟件編程來仿真I2C總線，同樣可以實現(xiàn)I2C總線通信。接收器件收到一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能還需要做一些其它的工作，如處理內(nèi)部中斷程序等等，可能無法立刻接收下一個字節(jié)，這時接收器件可以將SCL線拉低，從而使

53、主機處于等待狀態(tài)，直到接收器件準備好接收下一個字節(jié)時，再釋放SCL線使之為高電平，這樣就能使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進行。3.11.3 I2C總線數(shù)據(jù)傳送格式（1） 字節(jié)傳送與應(yīng)答每一個字節(jié)數(shù)據(jù)必須保證是8位長度，在數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位，在每一個被傳送的字節(jié)后都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。字節(jié)傳送與應(yīng)答時序圖如圖3.23所示。 SDA（從機）SDA（主機）起始信號S非應(yīng)答應(yīng)答圖3.23 字節(jié)傳送與應(yīng)答時序圖從機不對主機尋址信號應(yīng)答時（如從機正在進行實時性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)線必須置于高電平，由主機產(chǎn)生一個終止信號以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。若從機對主機進行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳

54、送一段時間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時，從機可以通過對無法接收的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)進行“非應(yīng)答”通知主機，主機則會發(fā)出終止信號以結(jié)束數(shù)據(jù)的傳送12。當主機接收數(shù)據(jù)時，它收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機發(fā)出一個結(jié)束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應(yīng)答”來實現(xiàn)的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產(chǎn)生終止信號。（2） 數(shù)據(jù)幀格式I2C總線上傳送的信號既包括地址信號，又包括的數(shù)據(jù)信號，在起始信號后必須傳送一個7位的從機的地址，第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），主機發(fā)送數(shù)據(jù)時該位為“0”，主機接收數(shù)據(jù)時該位為“1”。每次數(shù)據(jù)傳送結(jié)束由主機產(chǎn)生的終止信號結(jié)束，但是，假如主機希望繼續(xù)占用總線進行新的數(shù)據(jù)

55、傳送，則可以不發(fā)出終止信號，可以立即再次發(fā)出起始信號對另一從機進行尋址，繼續(xù)操作。 主機發(fā)送地址時，總線上的每個從機都將這7位地址碼與自己的地址進行比較，如果相同，則從機就認為自己正被主機尋址，根據(jù)R/T位的值的情況，決定將自己確定為發(fā)送器或接收器13。從機的地址由固定部分和可編程部分組成，在一個系統(tǒng)中可能希望接入多個相同的從機，從機地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)量。一個從機的7位地址有4位是固定地址位，3位是可編程地址位，這時僅能尋址8個同樣的器件，即可以有8個這樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中進行通信。3.12 存儲器AT24C023.12.1 AT24C02的簡介AT2

56、4C02是一個2k位串行CMOS E2PROM，其內(nèi)部含有256個8位字節(jié)，該芯片功耗較低14。AT24C02有四位固定地址，三位可編程地址，通過I2C總線接口進行操作，與其他器件進行通信，該芯片具有專門的寫保護功能。3.12.2 AT24C02的管腳功能AT24C02的引腳圖如圖3.24所示。A0A1A2GNDVCCWPSCLSDA12348765圖3.24 AT24C02的引腳圖SCL：串行時鐘口。AT24C02的串行時鐘輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘信號，這是一個輸入管腳。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址口。雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA是一個開漏輸出

57、的管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線“與”。A0、A1、A2：器件的地址輸入端。這些管腳為硬連線或者不連接，屬于器件的可編程地址選擇端，不接默認為0。WP：寫保護端口。當WP腳連接到VCC時，所有內(nèi)存變成寫保護，只能讀不能寫；當WP引腳連接到GND或懸空時，允許器件進行讀或者寫操作15。 3.12.3 AT24C02外圍電路和與單片機的連線AT24C02外圍電路和與單片機如圖3.25所示。圖3.25 AT24C02外圍電路和與單片機AT24C02的6腳SCK接單片機的P3.7口端；7腳SDA接單片機的P3.6口端；WP接地；將A0、A1和A2接地，可編程地址為000，器件地址為101

58、0000。4 軟件設(shè)計軟件部分采用單片機C語言編程，程序中主要運用了中斷，SPI三線通信協(xié)議，I2C總線通信協(xié)議的知識，來實現(xiàn)要達到的功能，當然必不可少的運用了最基本利用軟件對單片機的I/O口輸入輸出的控制。結(jié)合軟件流程圖對軟件部分進行一下詳盡的介紹，完整的程序清單請見附錄C。4.1 主程序流程圖圖4.1為軟件主程序流程圖。開始初始化檢測參數(shù)存儲并顯示有無險情？聲光報警檢測調(diào)用存儲按鍵檢測修改日歷按鍵調(diào)用按鍵？日歷按鍵？修改日歷時間調(diào)用存儲數(shù)據(jù)顯示示YNYNYN圖4.1 軟件主程序流程圖本設(shè)計中程序開始后執(zhí)行初始化子程序，初始化子程序?qū)︼@示的初始化和初始顯示進行了定義。接著進入大循環(huán)。循環(huán)開始

59、，進行修改日歷顯示時間設(shè)置按鍵的檢測，若有按下按鍵，跳到日歷顯示時間設(shè)置子程序，相反沒有話繼續(xù)向下運行，進行檢測參數(shù)，檢測完畢后判斷有無險情，有險情則跳至報警子程序，并存儲當時時間和參數(shù)情況并顯示出來，若無險情，直接保存時間和參數(shù)，并顯示。掃描到檢測調(diào)用程序按鍵，若檢測有按鍵，則進行調(diào)用時間設(shè)置，設(shè)置到什么時間，將把這個時間保存的參數(shù)顯示到顯示器上，若沒有按鍵，則轉(zhuǎn)入循環(huán)的開始。4.2 子程序流程圖下面將介紹部分重要的子程序流程圖設(shè)計及部分程序。4.2.1 修改日歷子程序修改日歷子程序流程圖如圖4.2所示。開始bb等于6？日歷時間設(shè)置設(shè)置完成并顯示結(jié)束bb自加1bb置0NYDD1是否按下?YN

60、圖4.2 修改日歷子程序流程圖用掃描方式檢測按鍵，子程序開始時對按鍵DD1進行檢測，若有按鍵，讓bb自加1，并進行日歷時間設(shè)置，直到bb值為6時，將bb置0將bb復位，表示完成設(shè)置。設(shè)置一旦完成，將按設(shè)定的顯示時間并顯示。4.2.2 參數(shù)檢測子程序參數(shù)檢測子程序流程圖如圖4.3所示。開始選通A1區(qū)，P0口高四位值送tem0tem0左移，進位位值送j，i自加1i是否小于4?k自加1將k的值給value1選通A2區(qū)，P0口高四位值送tem1tem1左移，進位位值送j1，i1自加1i1是否小于4？k1自加1將k1的值給value2結(jié)束YNNY圖4.3 檢測參數(shù)子程序流程圖程序開始時選通區(qū)域A1，將P