基于物聯(lián)網(wǎng)的智能室內(nèi)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能室內(nèi)安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：在當(dāng)代社會(huì)信息化浪潮翻涌卷席下，現(xiàn)代科技的發(fā)展巨輪不斷向前滾動(dòng)，人們的日常生活與工作學(xué)習(xí)也越來越離不開信息科技。大大小小的科技產(chǎn)品中所體現(xiàn)的功能型、娛樂型和家居性都各有不同。而近現(xiàn)代，隨著人們精神需求增加，生活質(zhì)量也在逐步提高，甚至對(duì)此有更高要求。人們對(duì)于自家的安全性有更高的安全意識(shí)，家庭安全體現(xiàn)在哪，就人身和財(cái)產(chǎn)安全來說，防盜、防火、智能安防自然必不可少。如何將這些需求結(jié)合在一起并實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能布防在一個(gè)系統(tǒng)上還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，這是我所思考的。于是，聯(lián)系此次課題我想我需要設(shè)計(jì)一種建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的可以幫助住戶真正做到防火防盜和進(jìn)行合理監(jiān)控、管理和控制的智能家居系統(tǒng)。使人們享受便捷的生活服務(wù)，增強(qiáng)生活體驗(yàn)感和舒適度。關(guān)鍵詞：信息科技；智能安防；家居系統(tǒng)

目錄TOC\o"1-2"\h\u1緒論 緒論1.1研究背景以及意義1.1.1研究背景近年來，人們的物質(zhì)生活水平伴隨著科學(xué)技術(shù)的井噴和社會(huì)的鼎新進(jìn)步而逐漸提升。正因?yàn)橛?jì)算機(jī)、通信技術(shù)和云上技術(shù)的成熟，人們的工作生活方式與固有概念已然發(fā)生了深刻的轉(zhuǎn)變。為了提高生活的質(zhì)量，人們對(duì)居家生活的便捷、舒適、安全等性能都產(chǎn)生了更高的要求。而傳統(tǒng)家居已然被時(shí)代的浪花卷入海底，其板滯、落后逐漸為年輕人所唾棄。這也讓廣大廠商放棄停步不前，向物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)發(fā)。智能家居將家居控制、環(huán)境檢測、安全告警、網(wǎng)絡(luò)通信等模塊集合起來，為用戶提供更舒適安全的居家體驗(yàn)，其智能化也為廣大年輕人所追捧。1.1.2研究意義家居安全系統(tǒng)業(yè)是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，由電子、自動(dòng)化、及通信技術(shù)相輔而成的產(chǎn)物。它可以自動(dòng)控制管理家庭設(shè)備，時(shí)刻監(jiān)控家居安全，對(duì)家庭環(huán)境的突然變化進(jìn)行報(bào)警，即使身處異處也可以實(shí)現(xiàn)即刻管理，給用戶提供安全、有效便捷的環(huán)境。家居智能化系統(tǒng)則為實(shí)現(xiàn)這些將家庭信息、通信設(shè)備、家用電器和安防系統(tǒng)通過有線和無線方式緊密連接保持居住室的舒適。居住環(huán)境可發(fā)生質(zhì)的改變，在現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)針對(duì)舒適性和個(gè)人設(shè)計(jì)重視度較高的同時(shí)。加強(qiáng)家居安全設(shè)計(jì)的研究工作自然可以填補(bǔ)家居設(shè)計(jì)存在的缺陷，在給人們提供溫馨安靜的家居環(huán)境時(shí)也能提供安全保障，加強(qiáng)家居安全作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1984年，世界有一棟建筑在美國某州出現(xiàn)。本來它僅是一幢舊大樓，后經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行改造控制，并反饋和提供信息化服務(wù)。從那以后某些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)觀察到智能家居市場行業(yè)未來發(fā)展的缺口將會(huì)帶來的巨大商業(yè)財(cái)富，所以在智能家居系統(tǒng)的研究中提供大量資源。1985年，“亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國際展覽會(huì)”在新加坡舉辦，展覽會(huì)上，家庭智能系統(tǒng)功能多種多樣，初具雛形。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2013年，智能家居業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)已達(dá)上億，使得越來越多的國家開始著手研究智能家居控制。人工智能不斷發(fā)展，在人類歷史上留下不可磨滅的一筆。即使是在電影、電視和文學(xué)創(chuàng)作中，人們的夢想也離不開擅長的先進(jìn)機(jī)器，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁行У纳钯|(zhì)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和社會(huì)生產(chǎn)力。與西方的知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域研究相比，國內(nèi)的研究起步則較晚開始，但已得到飛速發(fā)展的成效。自80年代開始引入智能家居概念至今，雖然不像一些發(fā)達(dá)國家那樣對(duì)行業(yè)指定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是在實(shí)踐上，已經(jīng)利用此概念進(jìn)行建設(shè)智能化的住宅小區(qū)了。據(jù)悉，國家將投資上億人民幣用來將概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。而某市建設(shè)的高達(dá)萬數(shù)的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)已然發(fā)展起來。這必然促使智能化的建設(shè)從小區(qū)向家庭化發(fā)展。但制約因素依然存在，由于政府在房地產(chǎn)行業(yè)的調(diào)控，地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)泡沫化所導(dǎo)致的不景氣對(duì)整個(gè)住宅業(yè)和相對(duì)應(yīng)的電子設(shè)備行業(yè)有所打壓，所以必然使得智能家居市場所面對(duì)的客戶群體減少。但機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，某些政策將會(huì)加大控制，給智能家居的發(fā)展帶來全新機(jī)遇。近階段，智能家居系統(tǒng)的主要方向在網(wǎng)絡(luò)連接上，建立一個(gè)多模塊綜合管理平臺(tái)。只要通過移動(dòng)終端用戶就可以和家中各類設(shè)備聯(lián)系，足不出戶也可以享受智能家居系統(tǒng)提供的好處。1.3論文的主要工作綜合運(yùn)用所學(xué)例如：電路分析、模電、數(shù)電、傳感器和微機(jī)控制等，解決實(shí)際中遇到的種種問題，應(yīng)做到如下工作:(1)對(duì)軟硬件的綜合設(shè)計(jì)：熟練掌握某某軟件工具的使用方法，編寫軟件驅(qū)動(dòng)程序。熟悉硬件實(shí)物的原理及應(yīng)用選擇合適的主控芯片畫出設(shè)計(jì)原理圖，并使實(shí)現(xiàn)其家居智能安全系統(tǒng)的感知能力和處理能力。（2）完成家居防盜監(jiān)控功能：利用熱釋電紅外探測器和振動(dòng)傳感器來感知防盜信號(hào)。（3）完成智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)：結(jié)合空氣質(zhì)量、煙霧和溫度三者信號(hào)分析完成火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。（4）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊功能：結(jié)合防盜、防火報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)與網(wǎng)絡(luò)連接，反饋家居安全信息。本課題主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安全系統(tǒng)，對(duì)相應(yīng)的功能要求完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。利用它的可行性進(jìn)行理論指導(dǎo)，然后使用硬件設(shè)計(jì)中提供的技術(shù)理論進(jìn)行扼要分析，選擇物聯(lián)網(wǎng)家居安全系統(tǒng)下的組成和構(gòu)建。針對(duì)現(xiàn)下存在的問題，包括功能需求全面結(jié)合，設(shè)計(jì)出各個(gè)功能模塊以及該程序和電路設(shè)計(jì)圖。即防盜監(jiān)控模塊和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)模塊。隨后對(duì)兩模塊進(jìn)行必要連接、調(diào)試，最后與網(wǎng)絡(luò)通訊連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決問題，保證兩模塊的有機(jī)結(jié)合能夠發(fā)揮出它們的實(shí)際應(yīng)用功能，做到真正的家居安全系統(tǒng)的防控。最后，指出本次設(shè)計(jì)的不足和實(shí)物硬件的缺點(diǎn)之處，便于自我改進(jìn)和后來者的拓展，以達(dá)到更進(jìn)一步的高度和展望。

2方案選擇2.1單片機(jī)的選擇方案一：使用DSP，它是一種微處理器，可以利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信息的處理。其優(yōu)勢包括，對(duì)元件的容量尺度不敏感，容易達(dá)到積分效果，受到外界干擾因素較小，可以實(shí)現(xiàn)處理器的通用，處理器系數(shù)易調(diào)節(jié)以達(dá)到自適應(yīng)的效果，可以更好的適用于低頻信號(hào)。缺點(diǎn)是價(jià)格不合理，缺少可用的無源設(shè)備。方案二：中央處理器采用單片機(jī)。近年來，單片機(jī)以其高可依賴性、低電壓、低功耗、適中性能與價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)得到了迅猛的發(fā)展和普及。單片機(jī)的算術(shù)運(yùn)算功能相對(duì)較強(qiáng)，軟件應(yīng)用靈活低耦，功能實(shí)現(xiàn)輕量明了，內(nèi)部集成計(jì)數(shù)器與計(jì)時(shí)器，體積小，功耗低，計(jì)數(shù)技術(shù)成熟。最后提出了第二種方案，以STC12C5A60S2為中央控制單元。2.2防盜探測器的選擇方案一：熱釋電紅外傳感器。一般來說，物體的絕對(duì)溫度為0℃情況下依然能產(chǎn)生熱輻射，此時(shí)熱光譜明顯集中在紅外區(qū)域，由此可見，自然界中的所有物體都在熱光譜上成像。當(dāng)物質(zhì)呈現(xiàn)不同的物理化學(xué)性質(zhì)和不同的溫度，紅外輻射的波長和距離會(huì)有所差異；溫度越高，紅外輻射越強(qiáng)。人的體溫是恒定的，大約在36℃~37℃區(qū)間浮動(dòng),紅外輻射相對(duì)穩(wěn)定?？梢酝ㄟ^把濾光片粘貼在硅片表面，將一部分波過濾，只允許波長7到10μM的波通過。從而獲得了具有良好檢測性能的紅外傳感器。它具有制作成本低、設(shè)計(jì)簡單、電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)是檢測錯(cuò)誤率比較高，比較適合本設(shè)計(jì)的應(yīng)用。方案二：超聲波傳感器。超聲波穿透強(qiáng)，人耳不可測得，強(qiáng)方向性和透射過程衰減小，反射能力強(qiáng)作為檢測報(bào)警的檢測源。但是超聲波是通過空氣傳播的，因此房間的空氣流通情況和溫度濕度等條件都會(huì)影響其探測靈敏度。且超聲波的驅(qū)動(dòng)電壓較高，很多時(shí)候需要脈沖變壓器進(jìn)行升壓。由于其對(duì)壞境要求高和高昂的造價(jià)，并不選擇它用于本設(shè)計(jì)。方案比較及選擇：對(duì)比以上二種防盜傳感器的應(yīng)用效果和特性，可以清晰明確的看出紅外熱釋電傳感器和震動(dòng)傳感器的優(yōu)點(diǎn)有：自己無任何類型發(fā)生輻射、本身其損耗小、體積小隱蔽性能好。在價(jià)格上也是適中，經(jīng)濟(jì)承擔(dān)小，使用壽命長。且本身具有非常高的抗干擾能力，例如抗燈光和電磁波干擾。準(zhǔn)確靈敏捕捉外來物信息，有效的降低了報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率。在正確的安裝高度下，探測目標(biāo)也一般集中在人身上，不出現(xiàn)對(duì)小動(dòng)物報(bào)警狀況。因此，本課題的設(shè)計(jì)中采用紅外熱釋電傳感器作為防盜監(jiān)控系統(tǒng)核心采集信息器，以震動(dòng)傳感器為輔助探測信息的采集器。兩者在同一工作條件下，分別發(fā)揮其不可缺少的作用。紅外熱釋電傳感器不排除一定的誤報(bào)率，而發(fā)生不必要的意外。所以起輔助作用的震動(dòng)傳感器就不可或缺了?？蓪?duì)前者進(jìn)行查缺補(bǔ)漏，做到真正的萬無一失，確保家居防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的完整性可實(shí)施性和安全性。2.3煙霧傳感器的選擇方案一：接觸式燃燒傳感器。其缺陷尤為明顯，探頭電阻慢、煙霧中毒問題難以避免。因此，為了保證傳感器的精度，有必要對(duì)傳感器進(jìn)行頻繁的標(biāo)定。一般情況下，傳感器應(yīng)在連續(xù)多次使用后重新校準(zhǔn)。問題是，這種斷斷續(xù)續(xù)的檢查無形中增加了人力資源的工作量，也增加了探測器的維護(hù)成本。方案二：半導(dǎo)體煙霧傳感器。其主要材料為氧化物半導(dǎo)體陶瓷，以此單晶半導(dǎo)體元件作為敏感點(diǎn)。該傳感器對(duì)煙霧識(shí)別能力高度敏感，響應(yīng)速度快，體積小，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單，這也是它得到廣泛應(yīng)用的緣由。半導(dǎo)體煙霧傳感器的性能要求很大程度上更注重于其靈敏度、抗干擾強(qiáng)度和使用壽命。所以這里我選擇mq-2煙霧傳感器。2.4顯示方案的選擇方案一：LED數(shù)碼管的價(jià)格極為合適。除了在顯示數(shù)據(jù)的方面最為適合，包括與單片機(jī)連接的非靜態(tài)掃描方式，需要占用單片機(jī)接口線數(shù)目也是極少的缺點(diǎn)也很明顯，由于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描依賴于74LS164移位寄存器進(jìn)行移位，在芯片的電路調(diào)試中容易遇到無法解決的問題，這無疑加大了配置難度。方案二：采用液晶顯示，顯示能力同樣強(qiáng)大，可顯示大量文字甚至簡易圖形。對(duì)于這種設(shè)計(jì)，一塊1602液晶屏就足夠了，而且價(jià)格比較合理。因此，此次設(shè)計(jì)計(jì)劃使用LCD1602液晶屏作為顯示部分。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)概述本系統(tǒng)最終采用單片機(jī)STC12C5A60S2作為設(shè)計(jì)的核心部分，僅需5伏特USB供電，加以電阻電容晶振等輔助零件構(gòu)成的旁支電路，組合成單片機(jī)內(nèi)最小系統(tǒng)。其他功能模塊也以其為中心設(shè)計(jì)展開，滿足功能需求。因?yàn)闊熿F采集的傳感器選擇了MQ-2，但囿于輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，將數(shù)據(jù)模通過數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行適配，轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接受的數(shù)字信號(hào)；熱釋電紅外傳感器選擇了HC-SR52。傳感器表面的電荷密度會(huì)根據(jù)不穩(wěn)定強(qiáng)度的紅外光影響從而產(chǎn)生熱釋電電流，阻抗能將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需的電壓信號(hào)；另外，單片機(jī)與傳感器通過引腳連接，溫度模塊方面由DS18B20數(shù)字傳感器采集；顯示裝置選用1602液晶屏，可實(shí)時(shí)在屏幕上顯示我所預(yù)置的安全預(yù)設(shè)內(nèi)容和數(shù)值；另外，聲光報(bào)警由蜂鳴器和LED燈組成，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)熿F、溫度和紅外是否有告警需要，無論哪個(gè)數(shù)值超出預(yù)設(shè)數(shù)值，報(bào)警模塊都會(huì)啟動(dòng)；本作品提供了5個(gè)按鍵提供鍵入操作，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況修改預(yù)設(shè)閾值。物聯(lián)網(wǎng)層面，ESP8266模塊內(nèi)部設(shè)有STA/AP模式，能夠與無線路由、熱點(diǎn)連接，可以輕松接入網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。

3.1.2系統(tǒng)框圖圖3.1系統(tǒng)框圖3.2STC12C5A60S2單片機(jī)介紹圖3.1STC12C5A60S2實(shí)物圖STC12C5A60S2單片機(jī)是我研究此課題時(shí)接觸到的一個(gè)全新51單片機(jī)種類，甚至在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室也未曾見過。在全然不了解的情況下對(duì)它進(jìn)行資料查閱、網(wǎng)絡(luò)視頻觀看和不斷的試驗(yàn)才開始慢慢有些皮毛了解。因此這里將我所學(xué)并結(jié)合百度百科做出詳細(xì)介紹：本系列單片機(jī)屬于采用技術(shù)生產(chǎn)的單次時(shí)鐘和單機(jī)周期的單片機(jī)。它的抗干擾能力相對(duì)來說更高，消耗電能更低卻擁有很快的運(yùn)行速度。在具備了這些優(yōu)點(diǎn)條件下，它成為了新一代8051單片機(jī)且指令代碼與傳統(tǒng)的8051相同，都可以完全集成支持串口程序進(jìn)行燒寫，且對(duì)開發(fā)前置的機(jī)械要求不高，運(yùn)行速度卻可以高上八倍甚至是十二倍。它的內(nèi)部集成MAX810可以用來復(fù)位電路。綜合來說此次選擇的STC12C5A60S2單片機(jī)完全契合此次課題的設(shè)計(jì)要求，完成效果質(zhì)量也大大提升。當(dāng)然，STC12C5A60S2也是隸屬8051系列，但它與普通的51系列單片機(jī)略有不同,在以下列舉出：①在它與普通51同為晶振的前提下，它的速度可達(dá)普通51的8到12倍，既保證了工作質(zhì)量又具有工作效率。近年來也是大熱的單片機(jī)之一。②存有8路10位的AD，可將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的一種電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也達(dá)了它的精度要求，所以對(duì)集成電路的處理能力是比較強(qiáng)的，為我們設(shè)計(jì)制造實(shí)物提供硬件基礎(chǔ)。③也比普通的51要多倆按時(shí)設(shè)定器效果，縮短周期。并且自帶有PWM功能，不但可以簡略化設(shè)計(jì)的硬件電路，而且可以減少所需硬件成品。④有串行外設(shè)接口總線（SPI）接口，可以在軟件控制下構(gòu)成各種系統(tǒng)。⑤有EEPROM（帶電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器），方便在于不需從計(jì)算機(jī)中取出來，可以即插即用。⑥具有1K大小的內(nèi)部可擴(kuò)展的RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器），因?yàn)槭莾?nèi)部擴(kuò)展的，所以定義成idata仿真器通不過。⑦有看門狗（watchdog）定時(shí)器電路，避免外部磁場干擾導(dǎo)致程序指針錯(cuò)誤，陷入死區(qū)，使整個(gè)系統(tǒng)陷入無效狀態(tài)，造成無法的后果。所以看門狗在程序中斷中擁有最高優(yōu)先級(jí)，從根本上解決問題。⑧比普通的51多了一個(gè)串口，也就是說可以分配多個(gè)串口/并口進(jìn)行終端連接，這就保證了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)外部設(shè)備數(shù)量的最方便、最簡單的解決方案。⑨可對(duì)I/O口定義，有準(zhǔn)雙向口輸出：輸入輸出雙向（標(biāo)準(zhǔn)）、僅為輸出（高阻）、推挽輸出（輸出大驅(qū)動(dòng)電流）、開漏輸出四種狀態(tài)。⑩可以定義四種中斷優(yōu)先級(jí)，即設(shè)備中斷和屏障中斷。如果計(jì)算機(jī)意外發(fā)生故障，內(nèi)部自動(dòng)故障檢測裝置將開始工作。CPU啟動(dòng)相應(yīng)的中斷處理請(qǐng)求，處理特殊故障問題；當(dāng)滿足定時(shí)檢測和時(shí)間控制的請(qǐng)求時(shí)，使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷。內(nèi)部CPU可以發(fā)出啟動(dòng)時(shí)鐘電路的命令來開始計(jì)時(shí)。當(dāng)設(shè)定時(shí)間結(jié)束時(shí)，發(fā)出時(shí)鐘中斷請(qǐng)求，然后CPU開始處理中斷請(qǐng)求。這種情況通常應(yīng)用在一些主流的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。圖3.2STC12C5A60S2管腳排列圖3.3煙霧傳感器的介紹煙霧傳感器是一種可以實(shí)現(xiàn)電轉(zhuǎn)換的特殊組件，它可以接收空氣中的易燃?xì)怏w并分析濃度，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過AD轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為實(shí)際可見的信號(hào)。更改數(shù)字量，然后將其發(fā)送到微機(jī)，以完成數(shù)據(jù)處理，濃度處理和警報(bào)控制，由于煙霧信號(hào)記錄是煙霧檢測和警報(bào)的一部分，因此傳感器是整個(gè)煙霧檢測模塊的開始，你會(huì)發(fā)現(xiàn)選擇符合要求的傳感器非常重要。由于煙霧種類的多樣性，煙霧傳感器不能做到有針對(duì)性，所以如果需要我們探測所有的氣體，需要我們開發(fā)出各種能檢測不同性質(zhì)氣體的煙霧。表3-1簡要列出了已研究和開發(fā)的各種類型的煙霧傳感器以及可檢測的氣體類型。表3-1各種煙霧傳感器可檢測的煙霧種類傳感器種類C0CO2H2SNH3HCNHCICOCI2CI2NOXSO2O2CH4C3H2H2H2O半導(dǎo)體氣體傳感器○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學(xué)式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○○○○注：○好◎不太好3.3.1MQ-2型煙霧傳感器工作原理導(dǎo)體煙霧傳感器根據(jù)敏感機(jī)理可分為電阻型和非電阻型。半導(dǎo)體氣體傳感器又可分為兩種即n、p兩種類型。n型阻力隨煙氣濃度的增加而減小，p型則截然相反。半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類如表3-2所示：表3-2半導(dǎo)體氣敏傳感器的分類類型所利用特性正常工作溫度被檢測氣體電阻型電阻表面電阻控制器300～450°C可燃性氣體體電阻控制器300～450°C700°C以上乙醇、可燃性氣體非電阻型二極管整流特性室溫～200°CH2、CO、乙醇晶體管特性150°CH2、H2S設(shè)計(jì)中采用的煙霧傳感器主材料由二氧化錫制成，隸屬N型半導(dǎo)體。其工作原理為:當(dāng)傳感器處于200到300°C溫度區(qū)間，二氧化錫能夠?qū)⒖諝庵械难鯕馕缴蟻?，氧離子在空氣中增多，由此導(dǎo)致半導(dǎo)體中的電子密度變小，于是二氧化錫電阻值明顯增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，二氧化錫表面電導(dǎo)率發(fā)生變化。由此利用這一點(diǎn)就可以獲得某種煙霧的濃度異常證明前置條件。遇到可燃煙霧時(shí)，原來吸附的氧則會(huì)脫附，而由可燃煙霧以正離子狀態(tài)吸附在二氧化錫半導(dǎo)體表面，煙霧以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，氧脫附放出電子，二氧化錫半導(dǎo)體導(dǎo)帶電子密度因此會(huì)明顯增加，電阻值下降。而當(dāng)空氣中沒有煙霧時(shí)，二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)自動(dòng)吸附空氣中的氧離子，將電阻值升高到警報(bào)前置狀態(tài)，其外觀如3.6所示。圖3.6MQ-2型傳感器的外觀3.3.2MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn):(a)它烷烴類煙霧高度敏感。(b)具有良好的重復(fù)性和長期穩(wěn)定性。(c)具有良好的抗干擾能力，能準(zhǔn)確不燃煙霧的干擾效果。(d)電路電壓范圍寬，可在24V下工作，加熱電壓5±0.2伏。MQ-2型傳感器的基本特性：(a)靈敏度特性(b)初期穩(wěn)定特性。(c)加熱特性。MQ-2型傳感器的特性參數(shù):(a)回路電壓：(Vc)5~24V(b)取樣電阻：(RL)0.1~20K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW(e)靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒(g)恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒3.4LCD1602液晶顯示器介紹圖3.3LCD1602液晶顯示器實(shí)物圖顯示器件的重點(diǎn)要在于液晶體積、重量和功耗。LCD1602具有其功耗低、信息量大、無電磁輻射、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。它由LCD、HD44780和hd44100以及少量的電阻、電容和結(jié)構(gòu)部件組成。它可以顯示2行16個(gè)字符，英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字、常用符號(hào)等都可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然也可通過特殊需求實(shí)現(xiàn)顯示簡單漢字功能。我選用的1602是一款符合要求又便宜的液晶顯示器。廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)自動(dòng)化、智能操作儀表和辦公設(shè)備中。1602液晶顯示器可分為有背光和無背光兩種。有背光的比沒有背光的厚，無論是否帶背光，在應(yīng)用上都沒有區(qū)別。兩者的大小差別如下所示：圖3-5液晶尺寸說明1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：◆顯示容量:16×2個(gè)字符◆芯片工作電壓:4.5—5.5V◆工作電流:2.0mA(5.0V)◆模塊最佳工作電壓:5.0V◆字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm3.4.1液晶引腳說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)14或16腳接口，各引腳接口說明見下表：表3-31602液晶引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.4.2指令說明通過指令編程可實(shí)現(xiàn)LCD1602Y液晶顯示模塊的讀寫操作、顯示屏操作和光標(biāo)操作，分別介紹如下：（1）清屏指令指令如表3-4所示：表3-4清屏指令功能表（2）光標(biāo)歸位指令表3-5光標(biāo)歸位指令功能表（3）進(jìn)入模式設(shè)置指令指令如表3-6所示表3-6進(jìn)入模式設(shè)置指令功能表功能：當(dāng)定入一位數(shù)據(jù)之后光標(biāo)移動(dòng)的方向?qū)⒈辉O(shè)置，參數(shù)設(shè)定的情況如下：（4）顯示開關(guān)設(shè)置指令表3-7顯示開關(guān)設(shè)置指令功能表功能：它可以控制顯示器開關(guān)，光標(biāo)開關(guān)，以及光標(biāo)是否需要閃爍。參數(shù)設(shè)置如下：（5）設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令指令如表3-7所示表3-8設(shè)定顯示屏或光標(biāo)移動(dòng)方向指令功能表功能：移動(dòng)光標(biāo)或整個(gè)顯示屏。參數(shù)設(shè)置如下：（6）功能設(shè)定指令指令如表3-9所示表3-9功能設(shè)定指令功能表功能：將設(shè)置數(shù)據(jù)總線中的位數(shù)和顯示的行數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下：（7）設(shè)定CGRAM地址指令指令如表3-10所示表3-10設(shè)定CGRAM地址指令功能表功能：將設(shè)置下次存儲(chǔ)的CGRAM地址。（8）設(shè)定DDRAM地址指令指令如表3-11所示表3-11設(shè)定DDRAM地址指令功能表

4單元電路的設(shè)計(jì)4.1最小系統(tǒng)電路圖4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)由晶體振蕩器電路、復(fù)位電路和電源電路三部分組成，由上圖4.1可示。4.2煙霧檢測模塊電路圖4.2煙霧檢測模塊電路圖煙霧檢測模塊的電路連接圖如上圖所示，由于mq-2這種傳感器只能收集煙霧模擬量，所以我們必須要通過ADC0832芯片將輸出結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再傳送給單片機(jī)接收然后再進(jìn)行處理數(shù)字量最后顯示在液晶屏上。這里簡單介紹下此芯片它是NS公司生產(chǎn)的一種具有串行接口的8位A/D轉(zhuǎn)換器。通過三線接口與單片機(jī)相連。特點(diǎn)是低功耗、高性能、高價(jià)格，但適用于體型小、易于攜帶的智能電子儀器中。4.3空氣質(zhì)量檢測模塊電路圖4.3MQ-135連接圖本設(shè)計(jì)采用mq-135空氣質(zhì)量傳感器，它對(duì)于某氣體敏感的主要成分是SnO2，因?yàn)橐话銞l件下，空氣中成分比較穩(wěn)定也比較干凈不會(huì)有什么雜質(zhì)類的。二這種傳感器特殊在它處于這種空氣條件下時(shí)導(dǎo)電率是比較低的。我們知道，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，有些物體燃燒會(huì)有氣體分子溢出，然后環(huán)境被污染，空氣中也會(huì)存在雜質(zhì)氣體，這樣它的導(dǎo)電率相對(duì)增加，且隨著空氣中雜質(zhì)不斷增多也會(huì)不斷變高。在我們這種設(shè)計(jì)的簡略電路中，這種導(dǎo)電率的變化完全合適作為一種信號(hào)即將這種變化率作為氣體濃度變化率轉(zhuǎn)化為相應(yīng)輸出信號(hào)。這種空氣質(zhì)量傳感器又恰好對(duì)氨氣、硫化物和苯蒸氣敏感，因此它再合適不過此電路的監(jiān)視煙塵空氣質(zhì)量等的理想選擇了。再一個(gè)，它的制造成本低，售賣價(jià)格也低。是一種適合各種應(yīng)用的低成本傳感器。4.4DS18B20（溫度）傳感器模塊電路圖4.3DS18B20模塊連接圖4.5熱釋電紅外傳感模塊電路圖4.5HC-SR501連接圖本課題選用的是HC-SR501，Hc-sr501是屬于自動(dòng)控制模塊系統(tǒng)且自帶紅外感應(yīng)技術(shù)的傳感器。4.6液晶顯示模塊電路圖4.6液晶模塊連接圖4.7按鍵輸入模塊電路本設(shè)計(jì)中使用到的按鍵數(shù)量有5個(gè)按鍵，分別是“切換鍵”“減量鍵”、“加量鍵”、“歸位鍵”和“布防模式鍵”。故采用了較為簡單的獨(dú)立鍵盤的方式，按鍵的連接圖如下：圖4.7按鍵電路4.8報(bào)警模塊電路4.8.1蜂鳴器報(bào)警模塊電路蜂鳴器電路如圖4.8所示。圖4.8蜂鳴器電路4.8.2LED報(bào)警模塊電路對(duì)于LED報(bào)警電路如圖4.9所示，圖4.9LED燈電路5軟件設(shè)計(jì)5.1主程序模塊#include"display.h"#include"adc0832.h"unsignedcharvalue=l;unsignedcharcount=0;voidmain(){TMOD=0x11;//定時(shí)器T1初始化TH1=(65535-1000)/256;TL1=(65535-1000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;Init_DS18B20();//溫度芯片初始化P0=0xff;//初始化斷口P1=0xff;P3=0xff;while(1){Scan__Key();baojin()value=ReadAdc0832(0);//讀取溫度傳感器顯示溫度}}5.2溫度采集處理模塊溫度轉(zhuǎn)換流程圖如下圖5.1所示：圖5.1溫度傳感器程序流程圖18b20程序:#inc1ude<reg52.h>sbitDQ=P2^3;voidDelay(intnum)//延時(shí)函數(shù)2uS/次{while(num--);}voidInit_DS18B20(void)//初始化ds18b20{unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復(fù)位De1ay(8);//稍做延時(shí)DQ=0;//單片機(jī)將DQ拉低De1ay(80);//精確延時(shí)大于480usDQ=1;//拉高總線De1ay(14);//稍作延時(shí)后，若x=0初始化成功，x=1初始化失敗x=DQ;De1ay(20);}unsignedcharReadOneChar(void)//讀一個(gè)字節(jié){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號(hào)dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號(hào)if(DQ)dat|=0x80;#include"display.h"#include"adc0832.h"unsignedcharvalue=l;unsignedcharcount=0;voidmain(){TMOD=0x11;//定時(shí)器T1初始化TH1=(65535-1000)/256;TL1=(65535-1000)%256;EA=1;ET0=1;ET1=1;TR0=1;TR1=1;Init_DS18B20();//溫度芯片初始化P0=0xff;//初始化斷口P1=0xff;P3=0xff;while(1){Scan__Key();baojin()value=ReadAdc0832(0);//讀取溫度傳感器的溫度}}5.3液晶程序模塊圖5.3液晶顯示流程圖5.4煙霧采集處理模塊本設(shè)計(jì)中由于為了求得煙霧濃度值必須得測出氣敏感測量器的電阻值大小而傳感器采集的是負(fù)載電阻的電壓值，為了便于下一步的處理，首先采集電壓值并進(jìn)行標(biāo)度變換，可得下列式子。Ax=A0+(Am-A0)*(Nx-NO)/(Nm-N0)=0+(5-0)*(Nx-0)/(255-0)=Nx/51(5-3-2)

6系統(tǒng)調(diào)試6.1電路的調(diào)試調(diào)試是由于各種原因?qū)ο到y(tǒng)錯(cuò)誤的地方做出適當(dāng)調(diào)節(jié)完善。首先在整個(gè)電路安裝完畢基礎(chǔ)上再對(duì)每個(gè)元器件的參數(shù)與工作狀態(tài)進(jìn)行測量，而在這種測量后進(jìn)行糾正，彌補(bǔ)各種錯(cuò)誤缺陷使其滿足我的設(shè)計(jì)需求。調(diào)試之前的工作步驟應(yīng)該是先按照調(diào)試要求列舉出需要測試的項(xiàng)目以及各自的測試步驟、調(diào)試方法和所必需的儀器等。然后再進(jìn)行一系列“測量、判斷、再測量”，做到手中有方法，心中有數(shù)，讓設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)想的功能和指標(biāo)上，保證本次測試任務(wù)流暢完成。6.2調(diào)試方法因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)都較為簡單，而我選擇在每個(gè)模塊焊接完成后才開始進(jìn)行第一次預(yù)先測試。按照原理圖功能分成幾個(gè)單元大概是煙霧傳感、紅外傳感、空氣質(zhì)量檢測模塊和報(bào)警模塊等再安裝調(diào)試。最后基于單元電路測試完畢后逐漸擴(kuò)大范圍進(jìn)行整裝調(diào)試，最后完成整機(jī)調(diào)試。（1）通電前檢查有關(guān)于電路安全問題，更要謹(jǐn)慎處理。電路板焊接完畢后,不可立馬通上電。第一步要仔細(xì)查看實(shí)物連線是否和電路原理圖上所畫一致，包括接錯(cuò)的線，漏掉的、多出來的線，和短路部分，短路部分一定要重視。當(dāng)然還要檢查元件兩端參數(shù)，查線時(shí)最好用指針式萬用表或數(shù)字萬用表的蜂鳴器檢查,避免出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。而且一定要先開電源再接電路，防止集成電路受到電壓過大沖擊。（2）單元電路調(diào)試先明確本單元的調(diào)試要求，在對(duì)單元電路進(jìn)行調(diào)試，這是必須基本達(dá)到的。電路原理圖的信號(hào)流向在哪兒，調(diào)試順序就應(yīng)根據(jù)它而定。以便于劃分整個(gè)電路為幾部分再對(duì)它們分步驟調(diào)試，可將之前調(diào)試電路結(jié)果的輸出端作為下一個(gè)調(diào)試電路的輸入端，這樣就可保證此調(diào)試更加順利與便捷。單元調(diào)試有兩種，分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)調(diào)試?yán)碚摻忉屩冈谡Ｇ闆r下測試有源元器件的靜態(tài)工作點(diǎn)和電路的各個(gè)電位點(diǎn)。通過它們的測試情況，我們就可以即時(shí)發(fā)現(xiàn)被毀壞的重要部件。而利用上一級(jí)的輸出信號(hào)或本身的信號(hào)，就可測試出單元電路的各項(xiàng)指標(biāo)，如信號(hào)幅度值、機(jī)器上波形的形狀、它們電位的相位關(guān)系以及頻率赫茲等。最后，我們要將靜動(dòng)態(tài)各自測試的結(jié)果結(jié)合來觀察，然后對(duì)照此設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求是否一致。求同存異、精益求精再