基于單片機(jī)的火災(zāi)防盜監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的火災(zāi)防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的發(fā)展，單個(gè)家庭的經(jīng)濟(jì)積累不斷增加，人們?cè)絹?lái)越重視家庭災(zāi)害的防控。目前，家庭災(zāi)難主要體現(xiàn)在火災(zāi)和盜竊兩個(gè)方面。因此，對(duì)這兩種情況的預(yù)防和監(jiān)測(cè)成為家庭防災(zāi)的重點(diǎn)?；谶@種社會(huì)現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的防火防盜系統(tǒng)。本文分兩部分設(shè)計(jì)，一部分是基于AT89S52單片機(jī)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障和環(huán)境是否發(fā)生火災(zāi)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并采取有效措施控制火災(zāi)的發(fā)展。將火災(zāi)防患于未然，確保人身和財(cái)產(chǎn)安全，最大限度地減少損失。另一部分是基于AT89C51單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)，集傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制和無(wú)線電技術(shù)于一體。本文搭建了硬件電路，設(shè)計(jì)了軟件程序，最后對(duì)軟件進(jìn)行了測(cè)試，主要模塊采用Protues軟件進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：微控制器，傳感器，火災(zāi)，門(mén)控，Protues目錄1緒論 11.1引言 11.2項(xiàng)目研究背景及意義 21.3本文主要內(nèi)容安排 42整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 62.1火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 62.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型和火災(zāi)探測(cè)器的選擇 62.2.1火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)類(lèi)型62.2.2火災(zāi)探測(cè)器原理72.3防盜系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 82.4防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì) 93系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 103.1主要部件的選擇 103.1.1核心處理器單片機(jī)的選擇 103.1.2氣體傳感器的選擇 113.1.3溫度傳感器的選擇 123.1.4無(wú)線通信模塊芯片的選擇 133.1.5A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 143.1.6鍵盤(pán)輸入模塊片選 143.2系統(tǒng)各功能子模塊設(shè)計(jì) 153.2.1電源模塊 153.2.2單片機(jī)結(jié)構(gòu)及最小系統(tǒng) 163.2.3火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)計(jì) 183.2.4RS232串口設(shè)計(jì) 183.2.5A/D模塊設(shè)計(jì) 193.2.6無(wú)線通信模塊 203.2.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 203.2.8鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 213.2.9EEPROM模塊 224系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 234.1火災(zāi)監(jiān)測(cè)部分主程序 234.1.1火災(zāi)監(jiān)測(cè)主程序 234.1.2火災(zāi)監(jiān)測(cè)各部分子程序 244.2防盜監(jiān)控模塊主程序 284.2.1防盜門(mén)控制主程序 294.2.2門(mén)控模塊子程序 295系統(tǒng)調(diào)試 365.1調(diào)試工具 365.2調(diào)試過(guò)程 395.3Protues模擬 406總結(jié) 44附錄 45參考文獻(xiàn) 60到 611簡(jiǎn)介1.1簡(jiǎn)介針對(duì)目前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通信協(xié)議不一致、系統(tǒng)誤報(bào)漏報(bào)頻繁、智能化程度低、聯(lián)網(wǎng)程度低、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警在特殊惡劣環(huán)境下抗干擾能力強(qiáng)等問(wèn)題，提出以滿足國(guó)家要求。在消防規(guī)范的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的通信協(xié)議。通過(guò)新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用研究，系統(tǒng)方案和設(shè)備選型的優(yōu)化組合，可以提高火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作。性能，降低維護(hù)成本和維護(hù)要求，向高可靠性、高靈敏度、低誤報(bào)率、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好地預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供有力保障，從而更好地保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全國(guó)家和人民的安全[1]。這是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)趨勢(shì)。家庭防盜系統(tǒng)近年來(lái)在世界和中國(guó)的快速發(fā)展，是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊市場(chǎng)整合點(diǎn)的必然結(jié)果，是IT產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅行業(yè)滲透的必然結(jié)果和人們的生活。家庭安防系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是為人們提供“便捷高效的信息交流、安全舒適的居住環(huán)境、高效便捷的物業(yè)管理”。發(fā)展家庭安防系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。家用防盜系統(tǒng)是根據(jù)智能技術(shù)的不同功能和功能而開(kāi)發(fā)的。小區(qū)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用一般體現(xiàn)在三個(gè)主要方面：探測(cè)智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能。目前，歐美一些國(guó)家正在大力研究無(wú)線防盜探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。隨著時(shí)間的推移，該產(chǎn)品也將發(fā)展成為中國(guó)的主流[2]。防盜報(bào)警產(chǎn)品整體發(fā)展趨勢(shì)：從少防區(qū)（4防區(qū)）到多防區(qū)（16防區(qū)以上）；有線系統(tǒng)轉(zhuǎn)GSM、總線系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；從有線到無(wú)線；無(wú)線從單頻點(diǎn)（315M）到專用頻段（433M多頻點(diǎn)），從單向/單工到雙向/半雙工或雙工通信[3]。例如，主動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器從傳統(tǒng)型向編碼調(diào)制式發(fā)展表明，隨著技術(shù)的普及和報(bào)警產(chǎn)品應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，傳統(tǒng)主動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器產(chǎn)品存在的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)。誤報(bào)、漏報(bào)可更換同型號(hào)或同類(lèi)產(chǎn)品；對(duì)于新的建筑結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)代造型的柵欄，不能安裝使用；對(duì)于窗戶、陽(yáng)臺(tái)等，無(wú)法有效預(yù)防；防御向室外防御的發(fā)展表明，室內(nèi)防御的局限性日益顯現(xiàn)，防御開(kāi)始向室外/室外推進(jìn)。但由于其產(chǎn)品檢測(cè)原理的限制，其戶外產(chǎn)品在防護(hù)效果、工作穩(wěn)定性等各方面都不盡如人意。1.2課題研究背景及意義隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的活動(dòng)空間和生活空間越來(lái)越大，安全問(wèn)題也越來(lái)越重要。簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的警報(bào)器成為家庭所需要的。而自1980年代以來(lái)，隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越多，引發(fā)的火災(zāi)也越來(lái)越多，火災(zāi)隱患潛伏在我們的生活中。智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單報(bào)警裝置，而是融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，值得一提的是，我國(guó)住宅建筑中幾乎沒(méi)有消防設(shè)施和消防設(shè)備，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。與國(guó)外相比，我國(guó)的安全保障體系存在較大差距。目前，普通住宅的主要防盜措施僅限于防盜窗和防盜門(mén)。雖然它們有一定的防盜作用，但一旦發(fā)生災(zāi)害，逃生難度更大。此外，社區(qū)安全措施不足；居民安全意識(shí)有待提高；安防系統(tǒng)也急需普及。家庭防盜系統(tǒng)近年來(lái)在世界和中國(guó)的快速發(fā)展，是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊市場(chǎng)整合點(diǎn)的必然結(jié)果，是IT產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅行業(yè)滲透的必然結(jié)果和人們的生活。家庭安防系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是為人們提供“便捷高效的信息交流、安全舒適的居住環(huán)境、高效便捷的物業(yè)管理”。發(fā)展家庭安防系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。家用防盜系統(tǒng)是根據(jù)智能技術(shù)的不同功能和功能而開(kāi)發(fā)的。小區(qū)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用一般體現(xiàn)在三個(gè)主要方面：探測(cè)智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能。目前，歐美一些國(guó)家正在大力研究無(wú)線防盜探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。隨著時(shí)間的推移，這款產(chǎn)品在我國(guó)也將發(fā)展成為主流。如今，人們的生活已經(jīng)從溫飽到小康，大宗耐用消費(fèi)品已經(jīng)走進(jìn)尋常百姓家。因此，人們會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的安全意識(shí)，并逐漸接受在家里安裝高質(zhì)量、低成本、運(yùn)行良好的安防系統(tǒng)。.同時(shí)，人類(lèi)進(jìn)入了21世紀(jì)，傳統(tǒng)的防盜門(mén)窗越來(lái)越不能滿足人們?nèi)粘５姆佬l(wèi)需求，因此人們迫切需要一種智能家居安防報(bào)警系統(tǒng)[4]。智能家居已經(jīng)開(kāi)始受到人們的關(guān)注。作為住宅不可分割的組成部分，安防系統(tǒng)也將向多功能、全方位、綜合化、智能化方向發(fā)展。社區(qū)管理最重要的方面之一是確保住宅和居民的安全?，F(xiàn)代生活格局中，鄰居之間的交流越來(lái)越少，家庭生活越來(lái)越隱秘封閉。因此，小區(qū)的安防系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)是現(xiàn)代小區(qū)管理不可缺少的有機(jī)組成部分?？紤]到設(shè)備成本和集中管理的需要，可以將周界報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)和小區(qū)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警系統(tǒng)整合集成，形成綜合防御體系。因此，住宅樓應(yīng)配備安防和報(bào)警系統(tǒng)，以及早發(fā)現(xiàn)和報(bào)告盜竊和入室盜竊，通過(guò)社會(huì)力量和科技手段提高家庭抵御各種突發(fā)情況的能力?；馂?zāi)是可燃物在時(shí)間或空間上不受控制地燃燒而引起的災(zāi)害，是威脅公共安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)，在給人類(lèi)帶來(lái)文明進(jìn)步、光明和溫暖的同時(shí)，在失控時(shí)也給人類(lèi)帶來(lái)了巨大的災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1970年代我國(guó)平均火災(zāi)損失不足2.5億元，1980年代平均火災(zāi)損失接近3.2億元。1990年代，特別是1993年以來(lái)，火災(zāi)造成的直接損失平均每年超過(guò)10億元，平均每年造成2000多人死亡。嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)對(duì)人類(lèi)、社會(huì)和自然的危害也在不斷擴(kuò)大。它不僅破壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序混亂，而且直接威脅生命安全。給人們的心靈造成很大的傷害。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸意識(shí)到監(jiān)測(cè)、預(yù)警和消防的重要性。一個(gè)好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制，可以大大減少人員上網(wǎng)，為社會(huì)減少不必要的損失。隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，引發(fā)的火災(zāi)也越來(lái)越多，火災(zāi)隱患也潛伏在我們的生活中。智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單報(bào)警裝置，而是融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)將得到更快的發(fā)展[5]。單片機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)（MicrocontrollerUnit），是一種集成電路芯片。它是將端口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/定時(shí)器等功能集成到一個(gè)硅芯片中的小型完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)報(bào)警具有體積小、價(jià)格低、集成度高的突出優(yōu)點(diǎn)。采用單片機(jī)開(kāi)發(fā)防盜系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)易于操作，成本較低，因此具有廣泛的應(yīng)用[6]。

1.3本文主要內(nèi)容安排在深入了解家居防火防盜產(chǎn)品的現(xiàn)狀后，發(fā)現(xiàn)防火防盜產(chǎn)品的種類(lèi)很多，但大多是在有非法侵入的情況下，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲、光、電等報(bào)警信號(hào)，有的可實(shí)現(xiàn)外部報(bào)警世界上大部分系統(tǒng)都采用語(yǔ)音報(bào)警；一般布線一般在樓道，容易被小偷破壞，導(dǎo)致報(bào)警系統(tǒng)失靈；而這些系統(tǒng)只注重被動(dòng)防御的思想，只有在災(zāi)難發(fā)生后才發(fā)出警報(bào)。針對(duì)上述問(wèn)題，本系統(tǒng)通過(guò)手持設(shè)備以無(wú)線方式完成各項(xiàng)操作。當(dāng)人們外出，家中長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管時(shí)，家中很容易成為小偷的目標(biāo)。本課題設(shè)計(jì)的家庭智能火災(zāi)防盜報(bào)警系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案是基于單片機(jī)的。它采用無(wú)線通信和自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將家中的異常情況和時(shí)間傳送給用戶或保安人員。是一款方便實(shí)用的火災(zāi)防盜報(bào)警系統(tǒng)，真正滿足新時(shí)代居民的生活需求，真正實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警的要求。針對(duì)家庭防火防盜系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從以下幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了研究：(1)傳感器部分的設(shè)計(jì)。選擇和設(shè)計(jì)火災(zāi)和防盜傳感器，對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算、存儲(chǔ)和致。(2)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。研究滿足系統(tǒng)需要的元器件及其工作原理，以及單片機(jī)的外圍接口電路。主要包括無(wú)線通訊模塊電路、火災(zāi)報(bào)警電路、非法入侵檢測(cè)電路、門(mén)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、鍵盤(pán)輸入和LED顯示模塊等。(3)根據(jù)控制方案繪制軟件流程圖，編寫(xiě)程序，編譯調(diào)試。編寫(xiě)軟件程序，引導(dǎo)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。單片機(jī)采用C語(yǔ)言模塊化設(shè)計(jì)，增加了程序的可讀性和可移植性。(4)系統(tǒng)軟件可靠性設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件采取了一些切實(shí)可行的措施，包括使用結(jié)構(gòu)化編程方法、軟件陷阱和“看門(mén)狗”，以及合理安排中斷。編寫(xiě)軟件程序時(shí)避免嵌套中斷和在中斷中執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)綜上所述，根據(jù)我對(duì)課題的研究和分析，本文的主要內(nèi)容安排如下：第一章：緒論，主要闡述本研究的意義和背景，與本文的主要內(nèi)容相關(guān)；第二章：整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要介紹所設(shè)計(jì)的防火防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；第三章：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路；第四章：系統(tǒng)軟件編程，主要編程；第五章：系統(tǒng)調(diào)試與仿真，主要是對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，無(wú)誤后燒錄到單片機(jī)進(jìn)行硬件調(diào)試，并對(duì)主要模塊進(jìn)行Protues仿真。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案家庭智能火災(zāi)防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種新型的電子安防報(bào)警系統(tǒng)。其開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案參考了國(guó)外相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，更好地立足于我國(guó)住宅建設(shè)的實(shí)際情況和各相關(guān)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。新時(shí)代，居民讓家人更安全、更舒適、更方便、更環(huán)保。本文分別設(shè)計(jì)了防火和防盜兩個(gè)模塊。本章給出了火災(zāi)監(jiān)控模塊和防盜系統(tǒng)模塊的總體設(shè)計(jì)方案。2.1火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成?；馂?zāi)探測(cè)器將探測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)轉(zhuǎn)換成火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，通過(guò)探測(cè)火災(zāi)探測(cè)器發(fā)出的物理化學(xué)現(xiàn)象（可燃?xì)怏w）、煙霧（煙霧顆粒）、熱量（溫度）、光（火焰）等，傳遞給火災(zāi)?；?。報(bào)警控制器。區(qū)域報(bào)警接收到火警信號(hào)后，經(jīng)過(guò)分析處理后發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，集中報(bào)警是將接收到的信號(hào)以聲光的形式顯示出來(lái)[7]。整體電路設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示：傳傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)狀態(tài)指示聲音報(bào)警溫度顯示按鍵圖2.1系統(tǒng)原理及組成框圖2.2火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型和火災(zāi)探測(cè)器的選擇2.2.1火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的類(lèi)型根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中使用的探測(cè)器類(lèi)型，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可分為以下四種：(1)感溫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，燃燒的物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致周?chē)鷾囟妊杆僮兓?。感溫型火?zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一種火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，它通過(guò)判斷周?chē)鷾囟鹊淖兓龀鲰憫?yīng)，然后將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以達(dá)到判斷和報(bào)警的目的。根據(jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，感溫火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般可分為定溫型和溫差型。(2)感煙火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一?；馂?zāi)初期，由于溫度較低，許多物質(zhì)處于陰燃階段，產(chǎn)生大量煙霧。感煙火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)空氣中可見(jiàn)或不可見(jiàn)的煙霧顆粒，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)觸發(fā)報(bào)警。感煙火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要包括激光感煙、光感煙霧和離子感煙。(3)光敏火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)物質(zhì)的燃燒不僅會(huì)產(chǎn)生煙霧和熱量，還會(huì)產(chǎn)生可見(jiàn)或不可見(jiàn)的光輻射。光敏火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)和閃爍頻率來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長(zhǎng)，光敏火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可分為對(duì)較短波長(zhǎng)的光輻射敏感的紫外線報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。(4)復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)響應(yīng)溫度、煙霧和光輻射兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)，則為復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。目前，復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有感溫感煙感、感煙感、感溫感等多種形式。2.2.2火災(zāi)探測(cè)器原理火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然伴隨著煙、熱、火的產(chǎn)生，探測(cè)器對(duì)這些很敏感。當(dāng)有煙霧、高溫、火災(zāi)時(shí)，會(huì)改變正常狀態(tài)，使電流、電壓或機(jī)械部件發(fā)生變化或移位，然后通過(guò)放大、傳輸?shù)冗^(guò)程發(fā)出警報(bào)，有的可以同時(shí)還會(huì)發(fā)出光信號(hào)，并顯示火災(zāi)的位置和位置?；馂?zāi)探測(cè)器主要分為三類(lèi)：煙霧、溫度和光輻射：(1)煙霧探測(cè)器。一種是離子煙霧探測(cè)器，它的外電離室有一個(gè)放射源镅241。電離產(chǎn)生的正負(fù)離子在電場(chǎng)的作用下向正負(fù)電極移動(dòng)。正常情況下，外電離室的電流和電壓是穩(wěn)定的。一旦煙霧從外電離室逸出，干擾帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流和電壓就會(huì)發(fā)生變化，破壞外電離室之間的平衡，從而發(fā)出信號(hào)。還有一種光電傳感器檢測(cè)器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元件。普通光源發(fā)出的光通過(guò)透鏡投射到感光元件上，電路保持正常。如果有煙霧擋住它，到達(dá)感光元件的光線就會(huì)明顯減弱，于是感光元件將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化為電變化，并通過(guò)放大電路向人報(bào)警。還有一種類(lèi)型的煙霧探測(cè)器稱為管道吸入，其工作原理類(lèi)似于光電感應(yīng)探測(cè)器中的另一種散射類(lèi)型。它通過(guò)煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用于船舶上。近幾年也出現(xiàn)了激光煙霧探測(cè)器，也是利用光電感應(yīng)原理。不同之處在于光源使用激光束。該探測(cè)器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)，具有很大的發(fā)展前景。(2)溫度檢測(cè)器。一是利用金屬熱脹冷縮的特性。正常情況下，探測(cè)器的電路是斷開(kāi)的。當(dāng)溫度上升到一定值時(shí)，由于金屬的膨脹和延伸，導(dǎo)體接通，發(fā)出信號(hào)。一種是利用某些金屬的易熔特性將低熔點(diǎn)合金固定在探測(cè)器中。當(dāng)溫度升至其熔點(diǎn)(70-90°C)時(shí)，金屬熔化，并且觸點(diǎn)在彈簧力的作用下形成相位。觸摸，電路接通，發(fā)出信號(hào)。這兩種探測(cè)器都是恒溫型的，即當(dāng)外界溫度超過(guò)一定限度時(shí)會(huì)報(bào)警；另一種是溫差式，當(dāng)溫升超過(guò)一定值時(shí)會(huì)感應(yīng)報(bào)警。如果兩者結(jié)合起來(lái)，就變成了溫差和恒溫的結(jié)合。(3)光輻射探測(cè)器。一種是紅外光輻射探測(cè)器。當(dāng)物質(zhì)燃燒時(shí)，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。放大后，可驚動(dòng)人。另一種是紫外輻射探測(cè)器，利用有機(jī)化合物燃燒時(shí)火中的紫外光激發(fā)紫外光敏管的電極激發(fā)離子，并通過(guò)繼電器等打開(kāi)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行報(bào)警[8]?；馂?zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，應(yīng)安裝在所有重要場(chǎng)所，如大型物資倉(cāng)庫(kù)、隧道、大型船舶、高層建筑等。還可與自動(dòng)滅火設(shè)備組成自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火的“自動(dòng)消防隊(duì)”。2.3防盜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本家用防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種新型的電子防盜報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于AT89C51，結(jié)合傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制和無(wú)線電技術(shù)組成防盜報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)整體構(gòu)成主要包括防盜檢測(cè)、斷電保護(hù)及報(bào)警電路設(shè)計(jì)、密碼控制電路（鍵盤(pán)輸入和顯示）、無(wú)線電控制四個(gè)模塊[9]。具體原理框圖如圖2.2所示。EE2PROM存儲(chǔ)電路門(mén)磁傳感器探測(cè)編碼解碼信號(hào)接收信號(hào)發(fā)射AT89C51單片機(jī)的控制信號(hào)產(chǎn)生鍵盤(pán)輸入與顯示電機(jī)驅(qū)動(dòng)LED指示燈現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警圖2.2防盜系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖2.4防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)(1)門(mén)磁檢測(cè)技術(shù)的本質(zhì)是門(mén)磁開(kāi)關(guān)，由永磁體和門(mén)磁主體兩部分組成。當(dāng)兩部分接近時(shí)，處于報(bào)警等待狀態(tài)，當(dāng)相距一定距離時(shí)，觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。(2)數(shù)字芯片編解碼技術(shù)編碼芯片采用專用集成芯片VD5026，解碼處理器采用與之配套生產(chǎn)的集成芯片VD5027。它們都是CMOS大規(guī)模數(shù)字集成電路。它們可以組合成一個(gè)發(fā)射和接收數(shù)字編解碼系統(tǒng)。(3)無(wú)線發(fā)射和接收技術(shù)無(wú)線發(fā)射電路部分主要是利用高頻功率放大器的原理制成，諧振功率放大器由LC諧振網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載組成。無(wú)線接收電路由超再生接收、放大、整形和解碼電路組成。經(jīng)過(guò)一系列處理后，可以產(chǎn)生直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路的電信號(hào)。(4)智能報(bào)警技術(shù)在報(bào)警電路部分，555芯片構(gòu)成多諧振蕩器驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警，使報(bào)警功能更加智能化，可以隨時(shí)準(zhǔn)確掌握防盜情況[10]。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主要設(shè)備選擇3.1.1核心處理器單片機(jī)的選擇單片機(jī)是集成了微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入輸出接口（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O、串口、A/D轉(zhuǎn)換器）的微控制器的硅片芯片帶脈沖調(diào)制器PWM等）。在火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。一方面需要接收傳感器發(fā)出的溫度和煙霧對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面需要對(duì)這兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行處理以控制后續(xù)電路執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作;同時(shí)檢查是否有按鍵請(qǐng)求。單片機(jī)在完成這些任務(wù)的過(guò)程中，特別是在信號(hào)處理中，比較濃度值并致到顯示器后的軟件實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求單片機(jī)有更快的運(yùn)算速度速度，以便檢測(cè)人員更準(zhǔn)確地觀察煙霧濃度，并根據(jù)情況采取適當(dāng)?shù)拇胧?。并考慮選擇低成本實(shí)用的機(jī)型，為開(kāi)發(fā)同系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備[11]。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為控制器。AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS8位單片機(jī)，內(nèi)置8kBytes（在系統(tǒng)可編程）Flash只讀程序存儲(chǔ)器，可反復(fù)擦寫(xiě)1000次。該器件采用ATMEL的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳結(jié)構(gòu)。該芯片集成了一個(gè)通用8位中央處理器和一個(gè)ISPFlash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供具有成本效益的解決方案。Flash存儲(chǔ)空間，最大支持64K外置存儲(chǔ)擴(kuò)展。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗要求，時(shí)鐘頻率可設(shè)置在0-33M之間。芯片資源有4組I/O控制口、3個(gè)定時(shí)器、8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。它可以在4V到5.5V的寬電壓范圍內(nèi)正常工作[12]。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體技術(shù)也使微控制器的功耗不斷降低。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，采用雙列直插式DIP-40封裝。AT89S52引腳排列如圖3.1所示。圖3.1DIP-40封裝的AT89S52引腳圖在智能防盜系統(tǒng)中，核心依然是單片機(jī)。主要負(fù)責(zé)控制鍵盤(pán)、顯示器、無(wú)線通訊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與聲光報(bào)警模塊配合。本系統(tǒng)選用AT89C51作為主控芯片。AT89C51是一款具有4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)，由于結(jié)合了多功能8位CPU和閃存在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一款高效微控制器[13]。AT89C51微控制器為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且廉價(jià)的解決方案。AT89S52是AT89C51的升級(jí)版，都是8051核心，52是51的增強(qiáng)版，S52比C51多了一個(gè)T2定時(shí)器，多了128B的RAM，多了4K的ROM，多了2個(gè)中斷，多了1個(gè)看門(mén)狗.在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還是有一些改進(jìn)的，S52的最大外接晶振可以達(dá)到33MHz，C51只有24MHz左右。另外，S52相比C51多了一個(gè)ISP功能，這是一個(gè)在線可編程的功能，是一個(gè)非常實(shí)用的功能。首先，它節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)程序員的錢(qián)。另外，對(duì)于買(mǎi)不起仿真器或者希望能在板子上調(diào)試的人（即插上成品電路板調(diào)試的人來(lái)說(shuō)非常有價(jià)值），可以更新程序單片機(jī)隨時(shí)插在電路板上，非常方便。當(dāng)然，S51也有這個(gè)功能，但是C51和C52都沒(méi)有[14]。在本文中，兩個(gè)系統(tǒng)相互獨(dú)立存在，不相互通信。3.1.2氣體傳感器的選擇氣體傳感器是將一定的氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。檢測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體，干燥或冷卻儀表顯示部分。根據(jù)測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境、靈敏度、響應(yīng)特性和線性范圍，我選擇TGS202氣體傳感器作為本次火災(zāi)探測(cè)的氣體傳感器?；馂?zāi)中的煙氣主要是CO和CO。TGS202氣體傳感器可以檢測(cè)CO、CO、甲烷、瓦斯等多種氣體，靈敏度高，穩(wěn)定性好，適用于火災(zāi)中的氣體檢測(cè)。如上圖所示，當(dāng)TGS202檢測(cè)到CO或CO時(shí)，傳感器的電阻變小，V迅速上升。選擇合適的電阻值，使當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定水平（如CO濃度達(dá)到0.06%）時(shí)，V端獲得合適的電壓（設(shè)置為3V）。圖3.2是TGS202檢測(cè)電路。圖3.2TGS202檢測(cè)電路3.1.3溫度傳感器的選擇DS18B20數(shù)字溫度傳感器連接方便，封裝后可用于各種場(chǎng)合，如管道式、螺絲式、磁鐵吸附式、不銹鋼封裝式、各種型號(hào)，如LTM8877、LTM8874等。它主要根據(jù)應(yīng)用程序改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫、高爐水循環(huán)測(cè)溫、鍋爐測(cè)溫、機(jī)房測(cè)溫、農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫、潔凈室測(cè)溫、彈藥庫(kù)測(cè)溫等不限溫場(chǎng)合.耐磨耐沖擊，體積小，使用方便，包裝形式多樣，適用于各種小空間設(shè)備的數(shù)字測(cè)溫控制。DS18B20采用單線通訊接口。由于是單線通訊接口，必須先完成ROM設(shè)置，否則無(wú)法使用內(nèi)存和控制功能。主要是先提供以下功能命令之一：(1)讀ROM；(2)ROM匹配；(3)搜索ROM；(4)跳過(guò)ROM；(5)報(bào)警檢查。如果該命令成功使DS18B20完成溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在DS18B20的內(nèi)存中?？刂乒δ苤甘綝S18B20執(zhí)行溫度測(cè)量。測(cè)量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，而片上內(nèi)存內(nèi)容閱讀器發(fā)出存儲(chǔ)功能的命令，閱讀器。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL有一個(gè)字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報(bào)警檢查命令，這些寄存器可用于一般用戶存儲(chǔ)目的。還包括片上配置字節(jié)，以理想地解決溫度到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。寫(xiě)入TH、TL指令是使用帶有配置字節(jié)的存儲(chǔ)器功能來(lái)完成的。通過(guò)緩沖區(qū)讀取寄存器。所有數(shù)據(jù)讀取和寫(xiě)入都從最低位開(kāi)始。DS18B20封裝如圖3.3所示：圖3.3DS18B20封裝圖3.1.4無(wú)線通信模塊芯片的選擇本文選用nrf24L01作為門(mén)控系統(tǒng)的無(wú)線通信模塊，nrf24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的單片無(wú)線收發(fā)芯片，工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM頻段。無(wú)線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率通道選擇和協(xié)議設(shè)置可以通過(guò)SPI接口進(jìn)行設(shè)置。幾乎可以連接各種單片機(jī)芯片，完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸工作。極低的電流消耗：發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm時(shí)的電流消耗為11.3mA，接收模式下的電流消耗為12.3mA，在掉電模式和待機(jī)模式下的電流消耗更低。NRF24L01主要有以下一系列優(yōu)點(diǎn)：小尺寸，QFN204x4mm封裝寬電壓工作范圍，1.9V~3.6V，輸入引腳可承受5V電壓輸入(1)工作溫度范圍，-40℃～+80℃(2)工作頻率范圍，2.400GHz～2.525GHz(3)發(fā)射功率可選擇0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm(4)數(shù)據(jù)傳輸速率支持1Mbps、2Mbps[2](5)低功耗設(shè)計(jì)，接收時(shí)工作電流12.3mA，發(fā)射0dBm功率時(shí)工作電流11.3mA，掉電模式下僅900nA(6)126個(gè)通信通道，6個(gè)數(shù)據(jù)通道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻的需要(7)增強(qiáng)“ShockBurst”工作模式、硬件CRC校驗(yàn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)地址控制(8)數(shù)據(jù)包每次可傳輸1~32Bytes的數(shù)據(jù)(9)4線SPI通訊口，通訊速率最高可達(dá)8Mbps，適合與各種MCU連接，編程簡(jiǎn)單(10)工作頻率、通訊地址、傳輸速率、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度可軟件設(shè)置(11)MCU可以通過(guò)IRQ管腳快速判斷數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)致是否完成3.1.5A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇TLC549是TI生產(chǎn)的低成本、高性能8位A/D轉(zhuǎn)換器。它采用8位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度小于17us，最高轉(zhuǎn)換速率為40000HZ，典型系統(tǒng)時(shí)鐘為4MHZ，電源為3V至6V。它可以方便地使用三線串行接口與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)。圖3.4是TLC549的引腳圖。圖3.TLC549的4引腳圖3.1.6鍵盤(pán)輸入模塊片選本系統(tǒng)門(mén)控密碼輸入部分采用HD7279(A)和64個(gè)獨(dú)立按鍵組成的鍵盤(pán)電路。HD7279(A)是一款帶串行接口的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管（或64個(gè)獨(dú)立LED）。].HD7279部分包含一個(gè)解碼器，可以直接接受十六進(jìn)制碼。HD7279A還同時(shí)具有2種解碼方式。地址等。其特點(diǎn)如下：(1)串行接口(2)每個(gè)bit獨(dú)立控制解碼/非解碼和消隱閃爍屬性(3)(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令(4)帶段尋址指令，方便控制獨(dú)立的LED(5)64鍵鍵盤(pán)控制器，包括去抖電路圖3.5HD7279引腳圖3.2系統(tǒng)各功能子模塊設(shè)計(jì)3.2.1電源模塊我使用的電源是輸出7V的鋰電池，本文涉及的電路中USB接口的電壓為5V，單片機(jī)的電壓為5V，所以我選擇AMS1117進(jìn)行穩(wěn)壓。圖3.6輸出5V電壓如上圖，圖3.6是輸出為5V的電路示意圖。3.2.2單片機(jī)結(jié)構(gòu)及最小系統(tǒng)AT89S52/AT89C51的結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.7AT89S52/AT89C51部分結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、外接晶振和復(fù)位電路組成。本系統(tǒng)使用的兩顆單片機(jī)都需要5V供電，兩顆單片機(jī)的外接晶振可以使用11.0592M無(wú)源晶振，且管腳布局相同，因此它們的最小系統(tǒng)可以相互轉(zhuǎn)換[16].這里我們以AT89S52為例來(lái)說(shuō)明最小系統(tǒng)的組成。圖3.8是最小系統(tǒng)電路圖。圖3.8AT89S52最小系統(tǒng)AT89S52單片機(jī)采用40引腳雙列直插式封裝（DP）方式，其40個(gè)引腳按功能可分為3類(lèi)：(1)電源和時(shí)鐘引腳：Vet、Vss；XTAL1，XTAL2。(2)控制引腳：、ALE、/VP、RESET。(3)I/O口管腳：PO、P1、P2、P3，是4個(gè)8位I/O口的外部管腳。P0口（P0.0~P0.7共有8個(gè)引腳，即39~32腳）：為雙向8位三態(tài)I/O口。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，可作為時(shí)分低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；P1口（P1.0~-P1.7有8個(gè)引腳，即1~8個(gè)引腳）：P1口為8位雙向I/O口，帶有部分上拉電阻。每個(gè)位都可以用作可編程的通用輸入/輸出線。P2口（P2.0~p2.7共有8個(gè)引腳，即21~28個(gè)引腳）：P2口為8位雙向I/O口，帶有部分上拉電阻。訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，致高8位地址。P3口（P3.0~P3.7共有8個(gè)引腳，即10~17個(gè)引腳）：P3口為8引腳，帶上拉電阻雙向I/O端口。在微控制器中，這8個(gè)引腳有自己的輔助功能。大多數(shù)情況下，AT89S52單片機(jī)使用P3端口的第二個(gè)功能。表3-1列出了P3端口的第二個(gè)功能[17]。表3-1P3端口的第二個(gè)功能別針次要功能姓名P3.0接收端串口接收數(shù)據(jù)輸入P3.1TXD串口致數(shù)據(jù)輸出P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0外部計(jì)數(shù)0脈沖輸入P3.5T1外部計(jì)數(shù)1脈沖輸入P3.6寫(xiě)寫(xiě)外設(shè)控制信號(hào)輸出P3.7研發(fā)讀取外圍控制信號(hào)輸出3.2.3火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)計(jì)火災(zāi)是一種高頻率的災(zāi)害，無(wú)論是電氣設(shè)備、燃?xì)庑孤┻€是人為原因都可能引起火災(zāi)。根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)，火災(zāi)初期報(bào)警，同時(shí)采取滅火措施，可以取得較好的滅火效果。本文使用的DS18B20用作火災(zāi)溫度監(jiān)測(cè)傳感器。它是單總線結(jié)構(gòu)，單片機(jī)只需要一根數(shù)據(jù)線。圖3.9是DS18B20與單片機(jī)的連接圖。2個(gè)端子直接連接到微控制器的引腳。圖3.9CH376與MCU連接圖3.2.4RS232串口設(shè)計(jì)為了方便上位機(jī)查看調(diào)試結(jié)果，我在整個(gè)系統(tǒng)中增加了一個(gè)串口來(lái)監(jiān)控程序的運(yùn)行情況。我們使用串行接口RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。RS-232-C由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制定。串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“RecommendedStandard”的縮寫(xiě)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C是修訂號(hào)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。其電路原理圖如下：圖3.10MAX232串口電路3.2.5A/D模塊設(shè)計(jì)氣體傳感器檢測(cè)到的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)，單片機(jī)無(wú)法直接識(shí)別。因此，經(jīng)過(guò)放大電路后，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為A/D，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。首先，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，得到我們需要的有用信號(hào)。圖3.11顯示了傳感器和隨后的放大和濾波電路。TGS202得到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)前置放大電路和后面的二階低通濾波器進(jìn)行排序后作為A/D的輸入信號(hào)輸出。圖3.11傳感器和后續(xù)放大濾波電路A/D模塊將放大、濾波后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸出到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和相關(guān)控制。圖3.12是A/D模塊的電路圖。圖3.12A/D模塊電路圖3.2.6無(wú)線通信模塊本系統(tǒng)采用nrf24l01作為無(wú)線通訊控制模塊，可通過(guò)手持微型無(wú)線電遙控器使報(bào)警器進(jìn)入布防或撤防狀態(tài)。閘機(jī)和控制端有一個(gè)nrf24l01模塊，用于無(wú)線通信。nrf24l01使用spi接口與微控制器通信。由于AT89s52單片機(jī)上沒(méi)有硬件spi，需要軟件仿真，所以我選擇了單片機(jī)的四個(gè)管腳P0.1到P0.3。作為模擬的spi口，圖313是nrf24l01的連接圖。圖中J2為連接天線的引腳。圖3.13nrf24l01連接圖3.2.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本文采用采用L297+L298的經(jīng)典電路設(shè)計(jì)，具有外圍元件簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。L297+L298集成塊專為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)。L298是雙H橋驅(qū)動(dòng)器。L298中包含的功率輸出設(shè)備是在石英基板上設(shè)計(jì)和制造的。由于制造工藝的同一性，具有分立元件組合電路無(wú)可比擬的性能參數(shù)一致性，運(yùn)行穩(wěn)定。

L297是步進(jìn)電機(jī)控制集成芯片（含環(huán)形分配器），可產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于微處理器控制兩相雙極和四相單極步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)可以半步、正常和斬波驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)，而片上PWM斬波電路內(nèi)容以開(kāi)關(guān)的形式控制電流。該器件僅需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號(hào)。相位由段產(chǎn)生，從而減輕了微處理器和編程的負(fù)擔(dān)。本系統(tǒng)采用電機(jī)控制門(mén)鎖的開(kāi)閉，需要穩(wěn)定的輸出控制，故采用L297加L298電路，L297為步進(jìn)電機(jī)控制器（含環(huán)形分配器），L298為雙H橋驅(qū)動(dòng)器。微處理器和由它們組成的雙橋步進(jìn)電機(jī)之間的接口如圖3所示。這種方法的綜合優(yōu)點(diǎn)是所需的組件更少，從而組裝成本低、可靠性高、占地面積小。并且通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)，可以簡(jiǎn)化和減輕微機(jī)的負(fù)擔(dān)。圖3.14是電機(jī)控制電路圖。圖3.14電機(jī)控制電路L298芯片是一款高壓、大電流雙全橋驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)用于接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)并驅(qū)動(dòng)繼電器、圓柱形線圈、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等感性負(fù)載。有兩個(gè)抑制輸入使設(shè)備不受輸入信號(hào)的影響。每個(gè)橋的三極管的發(fā)射極連接在一起，對(duì)應(yīng)的外部端子可以用來(lái)連接外圍的感應(yīng)電阻?？梢苑胖昧硪粋€(gè)輸入電源以使邏輯能夠在低電壓下運(yùn)行。L298芯片是采用雙列直插式封裝的集成芯片，具有15個(gè)引腳。3.2.8鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)電路是人機(jī)對(duì)話的重要組成部分。主要實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)和傳送指令的功能。是人機(jī)交互不可缺少的輸入法。鍵盤(pán)利用機(jī)械金屬點(diǎn)的組合與斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的輸入。鍵盤(pán)其實(shí)就是一個(gè)開(kāi)關(guān)，單片機(jī)根據(jù)I/O線的高低電平來(lái)判斷一個(gè)按鍵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。微處理器使用的鍵盤(pán)有兩種，一種是全編碼鍵盤(pán)；另一種是非編碼鍵盤(pán)。全編碼鍵盤(pán)可以自動(dòng)提供與硬件邏輯所按下的鍵對(duì)應(yīng)的代碼。此外，它還具有去抖動(dòng)和多鍵、移鍵保護(hù)電路。這種鍵盤(pán)使用方便，但需要更多的硬件，價(jià)格也更高。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)很少使用。非編碼鍵盤(pán)只是提供行列矩陣，其他任務(wù)由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，該方法多用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[18]。本設(shè)計(jì)中使用HD7279A鍵盤(pán)來(lái)減輕MCU的壓力。它可以控制64個(gè)獨(dú)立按鍵與8個(gè)數(shù)碼管之間的通訊，并負(fù)責(zé)獲取輸入的密碼并傳遞給單片機(jī)顯示密碼。比較控制門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)。3.2.9EEPROM模塊EEPROM（電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器）是一種用戶可更改的只讀存儲(chǔ)器（ROM），可以通過(guò)施加高于正常電壓的電壓進(jìn)行擦除和重新編程（重寫(xiě)）。與EPROM芯片不同，EEPROM可以在不從計(jì)算機(jī)中移除的情況下進(jìn)行修改。在EEPROM中，EEPROM的壽命是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮因素，因?yàn)橛?jì)算機(jī)在使用時(shí)可以頻繁地重新編程。EEPROM是一種特殊形式的閃存，其應(yīng)用通常是個(gè)人計(jì)算機(jī)中用于擦除、寫(xiě)入和重新編程的電壓。本系統(tǒng)主要使用EEPROM存儲(chǔ)用戶密碼，配合鍵盤(pán)監(jiān)控門(mén)鎖。電路圖如圖3.15所示。SCL為同步時(shí)鐘輸入端，SDA為數(shù)據(jù)總線。與DS18B20一樣，ST24C02B3也是單總線結(jié)構(gòu)。圖3.15EEPROM電路_

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上一章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，下一步就是在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上編寫(xiě)程序。本章主要介紹主控模塊的單片機(jī)程序及部分功能模塊。火災(zāi)監(jiān)控和防盜監(jiān)控基本功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程不同，本章我將一一介紹。但一般流程是一樣的，都是先初始化硬件系統(tǒng)，然后等待傳感器或輸入設(shè)備獲取外部信號(hào)，然后實(shí)現(xiàn)想要的功能。鑒于整個(gè)系統(tǒng)的硬件資源和實(shí)際應(yīng)用有限，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分沒(méi)有嵌入任何操作系統(tǒng)，通過(guò)中斷系統(tǒng)來(lái)調(diào)度每個(gè)任務(wù)。4.1火災(zāi)監(jiān)測(cè)部分的主要程序4.1.1火災(zāi)監(jiān)測(cè)主程序系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。1、傳感器首先要預(yù)熱三分鐘，因?yàn)閭鞲衅餍枰A(yù)熱一段時(shí)間才能正常采集煙霧和溫度信息。在預(yù)熱的同時(shí)，對(duì)于傳感器發(fā)熱絲的故障檢測(cè)，通過(guò)軟件檢測(cè)傳感器發(fā)熱絲或電纜是否斷線或接觸不良。程序初始化完成后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。AT89S52單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器檢測(cè)到的煙霧濃度和溫度信號(hào)，將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換、平均濾波、線性化處理，并將檢測(cè)值與報(bào)警限值設(shè)定值進(jìn)行比較。并判斷是否報(bào)警，同時(shí)將檢測(cè)到的溫度和濃度信號(hào)致到顯示通道，通過(guò)LED顯示相關(guān)的溫度和濃度。主程序還包括狀態(tài)指示燈和按鍵功能、中斷子程序等。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，傳感器采集的溫度會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)溫度值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)控制狀態(tài)指示等。警報(bào)響起后，我們需要關(guān)閉警報(bào)聲，這需要一個(gè)按鈕，由控制器控制單片機(jī)程序，按鈕關(guān)閉后報(bào)警自動(dòng)消除。這使得報(bào)警器的功能更加完善，給用戶帶來(lái)了方便。YY開(kāi)始初始化傳感器預(yù)熱、故障檢測(cè)鍵盤(pán)處理報(bào)警限設(shè)置報(bào)警子程序平均值法濾波線性化處理設(shè)置指示燈狀態(tài)YN是否按下模式切換A/D轉(zhuǎn)換N是否超過(guò)報(bào)警限濃度顯示圖4.1火災(zāi)監(jiān)測(cè)主程序流程圖4.1.2火災(zāi)監(jiān)測(cè)各部分子程序(1)初始化子程序主程序初始化流程圖如下圖所示。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)置、寄存器初始化、中斷使能等。先設(shè)置定時(shí)器的工作模式，然后打開(kāi)系統(tǒng)中斷，以響應(yīng)中斷定時(shí)，隨時(shí)間對(duì)氣體濃度和溫度進(jìn)行采樣。然后關(guān)閉蜂鳴器，打開(kāi)綠燈，設(shè)置報(bào)警限位初始值。YYN開(kāi)始定時(shí)器初始化開(kāi)中斷關(guān)閉蜂鳴器，打開(kāi)綠燈設(shè)定初值是否保持報(bào)警初值返回圖4.2主程序初始化流程圖(2)過(guò)濾子程序在對(duì)氣體濃度進(jìn)行采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖峰干擾現(xiàn)象。這種干擾通常只影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)有較大差異，需要進(jìn)行處理。如果采用一般平均值法，干擾信號(hào)會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行“平均化”，因此平均值法不易消除脈沖干擾引起的煙氣濃度采樣值偏差。因此，我們提出去極值平均濾波方法，即先比較N個(gè)采樣數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，然后計(jì)算剩余N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。該方法既能濾除脈沖干擾，也能濾除微小的隨機(jī)干擾，從而保證報(bào)警器對(duì)煙霧濃度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，降低誤報(bào)和誤報(bào)的可能性。操作流程如下圖所示。首先設(shè)置采樣次數(shù)，調(diào)用A/D采樣子程序進(jìn)行采樣，每次采樣后采樣次數(shù)自動(dòng)加1。當(dāng)采樣次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的采樣次數(shù)時(shí)，對(duì)采樣值進(jìn)行處理。即先排序，去掉第一個(gè)和最后一個(gè)最大值和最小值，將剩余的第2個(gè)到第9個(gè)樣本值累加求和，然后求平均值，最后將處理后的數(shù)據(jù)送入寄存器存儲(chǔ)。YYN調(diào)用A/D采樣將采樣值排序求第二個(gè)到第九個(gè)采樣值的累加和將累加和求平均值送入寄存器開(kāi)始設(shè)定采樣次數(shù)已達(dá)到設(shè)定次數(shù)到設(shè)定次數(shù)圖4.3過(guò)濾子程序流程圖(3)線性化子程序本文報(bào)警器使用的TGS-202傳感器的電阻隨著可燃?xì)怏w濃度的增加而減小，因此輸入到單片機(jī)的電壓也隨之減小。電壓值與氣體濃度之間存在非線性關(guān)系。為了實(shí)時(shí)顯示煙霧濃度，需要對(duì)其進(jìn)行線性化處理。在誤差容限范圍內(nèi)，根據(jù)校準(zhǔn)曲線的形狀和單片機(jī)的處理能力，將曲線分成若干小段，每段分別按照分段線性插值法進(jìn)行線性化處理。(4.1)式中，N為劃分區(qū)間數(shù)，f(x)為實(shí)際煙霧檢測(cè)濃度，x為實(shí)際氣體檢測(cè)濃度對(duì)應(yīng)的電壓值，xi為區(qū)間下限濃度對(duì)應(yīng)的電壓值,xi+1為區(qū)間的上限濃度。對(duì)應(yīng)電壓值，f(xi)為區(qū)間下限的煙霧濃度值，f(xi+1)為區(qū)間上限的煙霧濃度值。分段插值法線性化程序流程圖如圖4.4所示：開(kāi)始讀取濾波電壓X返回差別并確定X所在的電壓區(qū)間求電壓值X與所在區(qū)間下限差Xm=X-Xi求X所在區(qū)間的上下限濃度值的差Z=f(Xi+1)-f(Xi)求上下限電壓值的差Xd=Xi+1-Xi求Z與Xd的比值K=Z/Xd求K與X的和S=K*Xm求f(X)=f(Xi)+S保存濃度值圖4.4線性化子程序流程圖(4)報(bào)警子程序當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過(guò)報(bào)警限值的設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)收到信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)聲，相應(yīng)指示燈閃爍提示操作人員采取安全措施或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而確保生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)。和爆炸事故。為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)中，對(duì)煙氣濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)，并進(jìn)行延時(shí)報(bào)警，以區(qū)分管道內(nèi)有煙氣泄漏或臨時(shí)打開(kāi)閥門(mén)產(chǎn)生的可燃煙氣微量損失，以防止誤報(bào)。防止誤報(bào)。.報(bào)警子程序的流程圖如下圖4-5所示。溫度設(shè)置為100°C，煙霧濃度設(shè)置為0.06%。第一次采集后，延遲20s采集，對(duì)兩次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。發(fā)出信號(hào)指示并啟動(dòng)警報(bào)。如果不一致，則需要進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷。NNYNYYNNY開(kāi)始讀取處理后的氣體濃度值或溫度值煙霧濃度≥0.06％或溫度≥100℃煙霧濃度≥0.06％或溫度≥100℃延遲20秒后采集一組數(shù)傳感器故障自診斷啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警器啟動(dòng)故障報(bào)警傳感器有問(wèn)題復(fù)位鍵是否按下返回圖4.5報(bào)警子程序流程圖4.2防盜監(jiān)控模塊主程序4.2.1防盜門(mén)控制主程序主程序首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的寄存器、外部引腳的設(shè)置、連接傳感器的配置。然后顯示模塊顯示初始值，并等待按鍵事件。如果有按鍵，則進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理。處理完按鍵事件后，繼續(xù)等待下一個(gè)按鍵，如圖4.6所示。詳細(xì)的模塊設(shè)計(jì)如下：初始化初始化顯示處理鍵掃、求鍵號(hào)鍵處理有鍵按下否?輸入鍵處理確認(rèn)鍵處理修改密碼鍵處理數(shù)字鍵處理開(kāi)始NY圖4.6主閘門(mén)控制程序流程圖4.2.2門(mén)控模塊子程序(1)數(shù)字密鑰處理子程序數(shù)字密鑰處理子程序用于修改或輸入密碼。分為兩部分，一是輸入密碼，二是修改密碼。其設(shè)計(jì)流程圖如圖4.7所示：首先會(huì)判斷是否輸入密碼。如果輸入了密碼，它將保存輸入的密碼和密碼的位數(shù)。如果沒(méi)有輸入密碼，會(huì)判斷是否需要修改密碼。同理，調(diào)用密碼修改程序，保存修改后的密碼和密碼位數(shù)。.YYN數(shù)字鍵處理子程序輸入密碼否？修改密碼否？輸入4~6位密碼并保存密碼與密碼位數(shù)返回輸入4~6位密碼并保存密碼與密碼位數(shù)YN圖4.7數(shù)字鍵處理子程序流程圖(2)確認(rèn)鍵處理子程序輸入或修改密碼時(shí)確認(rèn)操作。程序流程圖如圖4.8所示。當(dāng)確認(rèn)輸入完成后，如果正在執(zhí)行輸入密碼的操作，則調(diào)用密碼比較子程序；如果正在執(zhí)行修改密碼操作，按下按鈕后將執(zhí)行密碼擦除和重寫(xiě)操作。YYN確認(rèn)鍵處理子程序輸入密碼否？修改密碼否？清改密標(biāo)志返回調(diào)用密碼比較子程序并清除輸入標(biāo)志YN圖4.8確認(rèn)鍵處理子程序流程圖(3)密碼判斷子程序輸入密碼并按下確認(rèn)鍵后，啟動(dòng)密碼判斷子程序，將從鍵盤(pán)獲取的數(shù)字串與存儲(chǔ)在EEPROM中的密碼進(jìn)行比較，返回成功標(biāo)志。程序流程圖如圖4.9所示。密碼判斷程序入口密碼判斷程序入口輸入位數(shù)[51H]=密碼位數(shù)[50H]？原始密碼指針R0、輸入密碼指針R1、比較次數(shù)R7初始化輸入值@R1=密碼@R0？R7-1=0?開(kāi)鎖，點(diǎn)亮指示燈，置鎖狀態(tài)標(biāo)志位02H返回錯(cuò)誤次數(shù)53H加1，置鎖狀態(tài)02H為0錯(cuò)誤次數(shù)大于3否？報(bào)警，顯示出錯(cuò)，延時(shí)5分鐘后使系統(tǒng)復(fù)位YYYNNNNY修改指針圖4.9密碼判斷子程序流程圖(4)密碼修改子程序執(zhí)行密碼修改任務(wù)，首先判斷它們是否打開(kāi)，即之前的密碼是否正確，然后獲取新密碼，確認(rèn)后執(zhí)行擦除和重寫(xiě)。程序流程圖如圖4.10所示。NNNYY鎖是否開(kāi)？修改密碼否？改密程序入口輸入密碼位數(shù)送R7、指針初始化輸入4~6位新密碼并保存密碼新密碼@R1覆蓋原始密碼@R0修改指針循環(huán)次數(shù)R7-1=0？返回NY圖4.10密碼修改子程序流程圖(5)顯示處理子程序顯示模塊需要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的操作內(nèi)容。該系統(tǒng)由HD7279控制。程序中只需要致相應(yīng)的操作碼即可。程序流程圖如圖4.11所示：Y顯示程序入口顯緩指針Y顯示程序入口顯緩指針R0、顯示碼R1、循環(huán)次數(shù)R6初始化返回置CS為低電平，并延時(shí)50us發(fā)顯示碼到7279，并延時(shí)25us@R0單元內(nèi)容查表，將得到的字形碼致至7279延時(shí)8us，去除片選信號(hào)，修改R0和R1R6-1=0？N圖4-11顯示處理子程序的流程圖圖4.11顯示子程序流程圖(6)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序單片機(jī)得到指令后，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)與鎖芯連接，從而實(shí)現(xiàn)門(mén)的上鎖和開(kāi)鎖狀態(tài)。程序流程圖如圖4.12所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)5秒延時(shí)5秒電機(jī)停止電機(jī)停止返回圖4.12電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程圖(7)鍵盤(pán)處理子程序HD7279與單片機(jī)通訊，操作相應(yīng)的按鍵。單片機(jī)只需對(duì)HD7279致的代碼進(jìn)行檢測(cè)和比較即可。該子程序的流程圖如圖4.13所示。鍵盤(pán)處理入口置7279的CS鍵盤(pán)處理入口置7279的CS有效，并延時(shí)50us致讀鍵指令碼15H到7279，并延時(shí)12us接收鍵值存于A中，CS信號(hào)置鍵標(biāo)志00HA為FFH否清鍵標(biāo)志00H由鍵值查鍵號(hào)返回NY圖4.13鍵盤(pán)處理子程序(8)門(mén)磁檢測(cè)及聲光報(bào)警子程序門(mén)磁傳感器檢測(cè)到信號(hào)后，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大濾波，經(jīng)過(guò)A/D，然后致到單片機(jī)中斷處理采集到的數(shù)據(jù)。如果超過(guò)限制，聲光報(bào)警系統(tǒng)的使能端將被拉高。，從而開(kāi)啟聲光報(bào)警系統(tǒng)。程序流程圖如圖4.14所示。聲光報(bào)警子程序門(mén)磁檢測(cè)子程序返回中斷返回聲光報(bào)警子程序門(mén)磁檢測(cè)子程序返回中斷返回555芯片使能置1驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警聲光報(bào)警單片機(jī)外部中斷檢測(cè)到門(mén)磁信號(hào)和門(mén)磁傳感器子程序流程圖(9)無(wú)線通信子程序NYYNYYNY接收信號(hào)，開(kāi)中斷是否撤防鎖開(kāi)否？調(diào)用開(kāi)鎖子程序是否布防鎖開(kāi)否？調(diào)用上鎖子程序中斷返回NNY圖4.15無(wú)線通信子程序流程圖無(wú)線通訊模塊在正常睡眠時(shí)，有信號(hào)時(shí)啟動(dòng)并接收。接收到數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生中斷，將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后進(jìn)行相應(yīng)的操作。流程圖如圖4.15所示。5系統(tǒng)調(diào)試除了必要的硬件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也離不開(kāi)軟件。機(jī)器語(yǔ)言可以由單片機(jī)直接執(zhí)行，但機(jī)器不易讀寫(xiě)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)初期，匯編語(yǔ)言多用作軟件工具，而后期則廣泛使用C語(yǔ)言，因?yàn)镃語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的編程語(yǔ)言，具有極好的可讀性和可移植性。，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用周期短，調(diào)試和故障排除也比較簡(jiǎn)單。因此，常用的單片機(jī)編程語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。本文中使用的AT89C52微控制器支持匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言或兩者的混合編程。為了提高編寫(xiě)程序的效率，提高程序的可讀性和可移植性，我們使用C語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)軟件。5.1調(diào)試工具1)單片機(jī)編程工具本系統(tǒng)的軟件編程由KeilμVision4軟件完成。KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司生產(chǎn)的兼容51系列的單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語(yǔ)言具有功能性、結(jié)構(gòu)性、可讀性和可維護(hù)性。在性方面優(yōu)勢(shì)明顯，易學(xué)易用。Keil提供完整的開(kāi)發(fā)解決方案，包括C編譯器、宏程序集、鏈接器、庫(kù)管理和強(qiáng)大的仿真器調(diào)試器，它們通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(uVision)組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎是你的最佳選擇。即使你不使用C語(yǔ)言，只使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，其易用的集成環(huán)境和強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)讓你事半功倍。軟件界面如圖5.1所示。圖5.1KeilμVision4軟件界面2)單片機(jī)編程工具STC-ISP是專為STC系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的單片機(jī)下載燒錄軟件?？上螺dSTC89系列、12C2052系列、12C5410系列STC單片機(jī)。它使用方便，已被廣泛使用。STC-ISP的操作界面如下：（1）打開(kāi)STC-ISP，如下界面所示，在MCUType欄下選擇單片機(jī)，如STC89C52RC：\o"查看圖片"圖5.2STC-ISP操作界面(2)根據(jù)你的9芯數(shù)據(jù)線的連接方式選擇COM口。波特率一般保持默認(rèn)。如果遇到下載問(wèn)題，可以適當(dāng)調(diào)整。選擇如圖所示的項(xiàng)目：圖5.3STC-ISP操作界面（每個(gè)選項(xiàng)的設(shè)置）（3）首先確認(rèn)硬件連接無(wú)誤，如圖點(diǎn)擊“打開(kāi)文件”，在對(duì)話框中找到你要下載的HEX文件：圖5.4STC-ISP操作界面（下載HEX文件）\o"查看圖片"

(4)選擇下圖所示的兩個(gè)條件項(xiàng)，這樣每次編譯KEIL都可以自動(dòng)將HEX代碼加載到STC-ISP中，點(diǎn)擊“下載”：圖5.5STC-ISP操作界面（Download/Download）(5)手動(dòng)按下電源開(kāi)關(guān)，將可執(zhí)行文件HEX寫(xiě)入單片機(jī)，如正在寫(xiě)入的程序截圖所示：圖5.6STC-ISP操作界面（正在編寫(xiě)程序）\o"查看圖片"(6)編寫(xiě)完如圖所示的程序后，目標(biāo)板開(kāi)始運(yùn)行程序結(jié)果：圖5.7STC-ISP操作界面（運(yùn)行程序）\o"查看圖片"

5.2調(diào)試過(guò)程系統(tǒng)綜合測(cè)試是各模塊測(cè)試成功后的聯(lián)合測(cè)試。主要目的是測(cè)試系統(tǒng)是否能滿足設(shè)計(jì)要求。全面調(diào)試是系統(tǒng)順利完成的關(guān)鍵，也是調(diào)試過(guò)程中非常重要的一環(huán)。首先要保證程序的正確性，以火災(zāi)監(jiān)控為例。編程界面最左邊的部分就是本工程中包含的文件，如圖5-8所示。它包含每個(gè)模塊的子程序。中心是程序編寫(xiě)區(qū)，如圖5.8所示，完成代碼的編寫(xiě)。圖5.8編程界面編寫(xiě)完主程序和所有子程序并編譯程序后，在KeilμVision4中有一個(gè)調(diào)試工具欄，如圖5-**所示。單擊調(diào)試按鈕，KeilμVision4將編譯編程的程序。編譯結(jié)果會(huì)針對(duì)當(dāng)前程序指出錯(cuò)誤和警告，如圖5.9所示。根據(jù)顯示的錯(cuò)誤和警告進(jìn)一步修改程序。圖5.9編譯器當(dāng)編寫(xiě)的程序沒(méi)有錯(cuò)誤和警告時(shí)，將其下載到上面提到的帶有STC-ISP的單片機(jī)中進(jìn)行硬件調(diào)試。5.3Protues仿真Protues軟件是英國(guó)Labcenter電子公司發(fā)布的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還可以仿真單片機(jī)和外圍設(shè)備。它是目前模擬微控制器和外圍設(shè)備的最佳工具。雖然在國(guó)內(nèi)的推廣剛剛起步，但受到了單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是全球知名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布局、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路的協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。迄今為止，它是世界上唯一一個(gè)集電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件于一體的設(shè)計(jì)平臺(tái)。其處理器型號(hào)支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。2010年將增加Cortex和DSP系列處理器，其他系列處理器型號(hào)將繼續(xù)添加。編譯方面，還支持IAR、Keil、MATLAB等多種編譯方式。由于軟件限制，并非所有硬件電路都可以仿真，本文僅對(duì)軟件器件庫(kù)中包含的器件進(jìn)行仿真。如圖5.10所示，模擬火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的溫度測(cè)量及其報(bào)警部分。如圖所示，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度。本系統(tǒng)的溫度報(bào)警上限設(shè)置為70攝氏度。當(dāng)溫度超過(guò)70攝氏度時(shí)，會(huì)啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)，啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。圖中，端口紅點(diǎn)為高電平，藍(lán)點(diǎn)為低電平。圖5.10火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的溫度測(cè)量和報(bào)警部分在圖5.11中，是門(mén)控的電子密碼鎖部分。由于protues中沒(méi)有HD7279模塊，所以暫時(shí)換成4*4矩陣鍵盤(pán)，顯示模塊暫時(shí)換成12864，方便觀察。如圖5.11所示，系統(tǒng)初始化后，等待輸入密碼。圖5.11啟動(dòng)門(mén)控制電子密碼鎖部分點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，進(jìn)入密碼設(shè)置界面，如圖5.12所示為密碼輸入界面。輸入8位密碼后，會(huì)出現(xiàn)如圖5.13所示的界面。重復(fù)輸入以確認(rèn)密碼是否正確。如果密碼相同，會(huì)跳轉(zhuǎn)到圖5.14所示界面，再次點(diǎn)擊設(shè)置按鈕確認(rèn)更改，設(shè)置新密碼后即可使用新密碼。圖5.16和圖5.17分別是密碼輸入錯(cuò)誤和正確時(shí)的界面。圖5.12設(shè)置密碼1圖5.13設(shè)置密碼2圖5-14設(shè)置密碼3圖5-15設(shè)置成功圖5.16輸入錯(cuò)誤圖5-17輸入成功6總結(jié)火災(zāi)報(bào)警和防盜報(bào)警器可以確保生產(chǎn)和生活的安全，避免火災(zāi)爆炸事故和氣體中毒。本文在深入研究煙霧、溫度傳感器和報(bào)警技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合比較國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，合理確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了儀器和各部件的整體設(shè)計(jì)。分析與設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的努力，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心的火災(zāi)報(bào)警器，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、故障自診斷、濃度顯示、報(bào)警限值設(shè)置、延時(shí)報(bào)警等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的火災(zāi)報(bào)警器，具有一定的實(shí)用價(jià)值。該報(bào)警電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可維護(hù)性好。由于它實(shí)現(xiàn)了對(duì)普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有非常普遍的意義，可廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位的安全防御。但也有很多不足之處。由于電源的波動(dòng)和傳感器的電氣特性，有時(shí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果波動(dòng)很大，可能會(huì)造成誤報(bào)。由于時(shí)間的關(guān)系，系統(tǒng)中的串口通訊功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，只實(shí)現(xiàn)了煙霧濃度、溫度顯示和按鍵控制。由于上述缺點(diǎn)的存在，系統(tǒng)還不夠完善，需要進(jìn)一步完善。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，我對(duì)這方面的知識(shí)有了更深入的了解和掌握，對(duì)這個(gè)專業(yè)也有了更深的認(rèn)識(shí)，讓自己更加熱愛(ài)這個(gè)專業(yè)，并對(duì)本科四年的學(xué)習(xí)做了進(jìn)一步的總結(jié)水平，我對(duì)自己也越來(lái)越清楚了。學(xué)習(xí)目標(biāo)和方向。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也學(xué)到了很多新知識(shí)，也有了很多感悟和經(jīng)驗(yàn)。而且，我對(duì)工程設(shè)計(jì)的過(guò)程和步驟有了清晰的認(rèn)識(shí)，為我以后的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

附錄附錄A電路原理圖圖1火災(zāi)監(jiān)測(cè)電路示意圖圖2防盜監(jiān)控電路示意圖

附錄BMCU編程程序/****************************消防模塊主程序******************************/#include“reg52.h”#include"ds18b20.h"externuchar數(shù)據(jù)顯示[5]；外部uint溫度；ucharyanwu=50;sbitbaojing_CS=P1^0;無(wú)效的主要（）{uchartemp_yanwu;做{temp_yanwu=AD_Convert(); if(yanwu<temp_yanwu)//獲取煙霧濃度 { baojing_CS=1;//時(shí)間可以聲光報(bào)警 } 數(shù)據(jù)=temp_yanwu;延遲（300）；//延遲顯示tmpchange();//溫度轉(zhuǎn)換tem_deal（臨時(shí)）；//顯示溫度值展示（）;}而（1）；}/************************************************A/D，煙霧傳感器模塊******************************************/#include"intrins.h"#include"ds18b20.h"#include“reg52.h”#defineWait1us_nop_();#defineWait2us{_nop_();_nop_();}#defineWait4us{Wait2us;Wait2us;}#defineWait8us{Wait4us;Wait4us;}#defineWait10us{Wait8us;Wait2us;}#defineWait30us{Wait10us;Wait8us;Wait4us;Wait2us;}#defineN100/************定義接口總線**************/sbit時(shí)鐘=P1^2;//時(shí)鐘端口線sbit數(shù)據(jù)輸出=P1^3;//數(shù)據(jù)輸出線sbit芯片選擇=P1^4;//片選線/************接口總線定義結(jié)束**********//*********函數(shù)名：ADCSelChannel*********功能：將指定通道的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量******************************************/無(wú)符號(hào)字符ADCSelChannel(void){無(wú)符號(hào)字符轉(zhuǎn)換值=0;無(wú)符號(hào)字符i;芯片選擇=1;//芯片復(fù)位芯片選擇=0;芯片選擇=1;時(shí)鐘=0;等待4us；芯片選擇=0;//芯片開(kāi)始等待4us；//等待延遲for(i=0;i<8;i++)//輸入采樣轉(zhuǎn)換時(shí)鐘{時(shí)鐘=1；時(shí)鐘=0;}芯片選擇=1;//開(kāi)始轉(zhuǎn)換等待10us；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束芯片選擇=0;//讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等待4us；for(i=0;i<8;i++)//{時(shí)鐘=1；轉(zhuǎn)換值<<=1;如果（數(shù)據(jù)輸出）{轉(zhuǎn)換值|=0x1;}時(shí)鐘=0;}芯片選擇=1;返回（轉(zhuǎn)換值）；//返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}/************ADCSelChannel函數(shù)結(jié)束**********/無(wú)符號(hào)字符TLC549_GetValue(void){ 無(wú)符號(hào)字符轉(zhuǎn)換值； 芯片選擇=0；//打開(kāi)片選 轉(zhuǎn)換值=ADCSelChannel();//讀取轉(zhuǎn)換后的8位AD值 芯片選擇=1；//關(guān)閉片選 等待30us；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束到17us返回轉(zhuǎn)換值；//返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}unsignedcharTLC549_Filter()//過(guò)濾函數(shù){ 字符數(shù),i,j; 無(wú)符號(hào)字符值_buf[N]; 無(wú)符號(hào)字符溫度； 整數(shù)q; 整數(shù)總和=0； 對(duì)于(count=0;count<N;count++) { value_buf[count]=TLC549_GetValue(); 對(duì)于(q=0;q<10;q++) { 等待30us； }} 對(duì)于(j=0;j<N-1;j++) { 對(duì)于(i=0;i<Nj;i++) { 如果(value_buf[j]>value_buf[i+j]) { temp=value_buf[j]; value_buf[j]=value_buf[i+j]; value_buf[i+j]=溫度；}}} for(count=1;count<N-1;count++) { sum+=value_buf[count]; 返回（無(wú)符號(hào)字符）（總和/（N-2））；}}}}無(wú)符號(hào)字符AD_Convert(void){ 無(wú)符號(hào)字符AD_Value； AD_Value=TLC549_Filter(); 返回AD_Value；}/*************************************************溫度傳感器模塊************************************************/#include“reg52.h”#include"ds18b20.h"sbit