智能家居安防系统的设计与制作

1、陕西理工学院毕业设计 PAGE I智能家居安防系统的设计与制作 摘要本设计主要以单片机AT89S51为智能控制中心，结合烟雾检测模块、火灾检测模块、人为非法入侵检测模块及声控报警模块，及其外围辅助电路，构成了一个集防盗、防火、防毒气等多种检测功能为一体的多功能防盗报警系统。首先由各传感器检测烟雾、火灾及人为非法入侵信号，当检测到的信号超出自身的设定值时，将其转化为电信号并传送给单片机处理，再由单片机将电信号传送给蜂鸣器驱动其报警。该系统具有轻便灵巧、电路简单易实现，所使用的各类元器件灵敏度较高的特点。利用单片机编程，可使电路功能易于控制，从而实现了识别不同警情的具有智能报警的家居报警系统。关键

2、词AT89S51单片机; HC-SR501；DS18B20数字温度模块；智能报警：热释电Design of Intelligent Home Furnishing Security System AbstractThis design mainly with AT89S51 single chip computer as the control center, combined with smoke detection module, fire detection module, human intrusion detection module and the voice alarm modu

3、le, and its auxiliary circuit, constitutes a set anti-theft, fire, gas and other detection the multifunctional anti-theft alarm system. First of all , the sensors detect smoke, fire and human intrusion signal, when the detected signal exceeds the set value, the sensors will transform it into an elec

4、tric signal and transmit it to the MSC for processing, and the transmit electrical signals will be transmitted to the alarm buzzer for driving. The system is portable and flexible, the circuit is simple and easy to implement, used by various components of high sensitivity characteristic. The use of

5、MSC programming, can make the function of the circuit is easy to control, thus realizing the pyroelectric sensor to detect illegal invasion, gas sensor for detection of gas and other harmful gases, temperature sensor for detecting the fire.Key words AT89S51; HC-SR501；DS18B20；MQ-2目 录 TOC o 1-3 h z u

6、HYPERLINK l _Toc326745999 引言 PAGEREF _Toc326745999 h 1 HYPERLINK l _Toc326746000 1.系统方案设计 PAGEREF _Toc326746000 h 2 HYPERLINK l _Toc326746001 1.1报警系统的组成及结构 PAGEREF _Toc326746001 h 2 HYPERLINK l _Toc326746002 1.2模块方案选择 PAGEREF _Toc326746002 h 2 HYPERLINK l _Toc326746003 1.2.1控制模块 PAGEREF _Toc32674600

7、3 h 2 HYPERLINK l _Toc326746004 1.2.2电源模块 PAGEREF _Toc326746004 h 2 HYPERLINK l _Toc326746005 1.2.3烟雾检测模块 PAGEREF _Toc326746005 h 3 HYPERLINK l _Toc326746006 1.2.4人体检测模块 PAGEREF _Toc326746006 h 3 HYPERLINK l _Toc326746007 1.2.5声控报警模块 PAGEREF _Toc326746007 h 3 HYPERLINK l _Toc326746008 2系统各检测模块 PAGER

8、EF _Toc326746008 h 4 HYPERLINK l _Toc326746009 2.1烟雾检测模块 PAGEREF _Toc326746009 h 4 HYPERLINK l _Toc326746010 2.1.1 MQ-2简介 PAGEREF _Toc326746010 h 4 HYPERLINK l _Toc326746011 2.1.2 LM339简介 PAGEREF _Toc326746011 h 6 HYPERLINK l _Toc326746012 2.1.3烟雾检测模块电路 PAGEREF _Toc326746012 h 7 HYPERLINK l _Toc3267

9、46013 2.2火灾检测模块 PAGEREF _Toc326746013 h 7 HYPERLINK l _Toc326746014 2.2.1 DS18B20简介 PAGEREF _Toc326746014 h 8 HYPERLINK l _Toc326746015 2.2.2温度检测模块电路 PAGEREF _Toc326746015 h 9 HYPERLINK l _Toc326746016 2.3人体检测模块 PAGEREF _Toc326746016 h 9 HYPERLINK l _Toc326746017 2.3.1核心处理芯片BISS0001 PAGEREF _Toc3267

10、46017 h 9 HYPERLINK l _Toc326746018 2.3.2菲涅尔透镜 PAGEREF _Toc326746018 h 11 HYPERLINK l _Toc326746019 2.3.3红外热式电感应模块 PAGEREF _Toc326746019 h 12 HYPERLINK l _Toc326746020 3.单片机控制模块 PAGEREF _Toc326746020 h 13 HYPERLINK l _Toc326746021 3.1单片机AT89S51简介 PAGEREF _Toc326746021 h 13 HYPERLINK l _Toc326746022

11、3.1.1 AT89S51特点 PAGEREF _Toc326746022 h 13 HYPERLINK l _Toc326746023 3.1.2 AT89S51管脚说明： PAGEREF _Toc326746023 h 13 HYPERLINK l _Toc326746024 3.2控制模块原理 PAGEREF _Toc326746024 h 16 HYPERLINK l _Toc326746025 3.3单片机AT89S51最小系统 PAGEREF _Toc326746025 h 16 HYPERLINK l _Toc326746026 4声控报警模块 PAGEREF _Toc32674

12、6026 h 18 HYPERLINK l _Toc326746027 总结 PAGEREF _Toc326746027 h 19 HYPERLINK l _Toc326746028 致谢 PAGEREF _Toc326746028 h 20 HYPERLINK l _Toc326746029 附录A 外文文献及翻译稿 PAGEREF _Toc326746029 h 22 HYPERLINK l _Toc326746030 附录B 总体电路仿真图 PAGEREF _Toc326746030 h 29 HYPERLINK l _Toc326746031 附录C单片机源程序 PAGEREF _To

13、c326746031 h 30 HYPERLINK l _Toc326746032 附录D 元器件清单 PAGEREF _Toc326746032 h 34 HYPERLINK l _Toc326746033 附录E 实物图 PAGEREF _Toc326746033 h 35第 PAGE 42页 共35页引言随着人类社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，主要表现在他们不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。人们迫切需要一种智能的家庭安全防范报警系统，能可靠地进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭

14、在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。家居安防系统的设计与实现，是一项专业性很强的实用技术。人们普遍认为，所谓的智能家居安防系统，就是以安全防范为主要目的，依靠和运用各种高科技设备及手段，系统、实时、全面、不间断地对人、设备及周边环境进行监督、控制的一系列设备的总和。随着社会经济的发展进步，家居安防系统的应用普及越来越广，科技含量越来越高。先进的安防系统集中体现了现代科学技术发展的最新研究成果，是现代高科技产品和技术的一个结晶和缩影。当然，安家居防监系统的研发不能一味地追求高、精、尖，其最根本的立足点还是必须回归实用性，在保障适用性的前提下追求最低的成本与价格。

15、本文基于上述原因提出一种能够及防火、防盗、防有毒气体的智能家居安防系统。具体来说，该系统以热释传感器检测非法入侵、气体传感器检测煤气等有害气体、温度传感器检测火灾等，结合各种报警电路装置，及其外围辅助电路，以单片机为智能控制中心，构成了一个集防盗、防火、防毒气等多种检测功能为一体的多功能防盗报警系统。1.系统方案设计1.1报警系统的组成及结构本设计共由烟雾检测模块，火灾检测模块，人体检测模块，单片机程序控制部分，蜂鸣器报警部分等五部分组成。具体结构框图如图1.1所示：图1.1 智能家居安防系统的结构框图1.2模块方案选择1.2.1控制模块方案一: 采用 SPCE061A 单片机来实现，此单片机

16、I/O接口比较多，虽然易于扩展外围电路，但不方便位寻址，且没有总线。开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。 但内部开发函数不是很了然，且占用内存太大， 且模组比较贵，不经济，性价比比较高。方法二：采用现在比较通用的 51 系列单片机。51 系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，虽然处理速度不是很快，但资料丰富，系列之52单片机，内部集成8kflash空间，256BRAM区，足以实现设计程序，不需要外扩，而且其最小系统板已经设计好，不需要附加太多的外围电路，可以方便可靠的使用。本设计需要网络控制，需要多块控制板，单价也要考虑在内，51系

17、列单片机造价低，不会耗费太大开销。综合考虑我们选用方案二。1.2.2电源模块由于本系统传感器比较多，需要多电平供电，我们考虑了如下几种方案为系统供电。方案一：采用电池组供电。3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6V给直流电机供电，经过7812的电压变换后给支流电机供电，然后将12V电压再次降压、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足，并且可以充电，重复利用，因此，这种方案比较可行。但锂电池的价格过于昂贵，不满足低成本的要求，因此，我们放弃了这种方案。方案二： 采用变压器组和电池组并举的方式。从机检测部分采用市电变压供电：主机接收部分采用电池组供电，即适合从机检测部分的家居应用，

18、也适合主机接受部分的方便携带。因此，我们选择了这种方案。1.2.3烟雾检测模块方案一：选用光电烟雾传感器。灵敏度高，可视范围大，具有报警锁定功能，可靠性高。但价格昂贵，不适合设计的低成本要求。方案二：选择气敏性烟雾传感器。价格适中，可视范围大，可靠性高，体积小，电源电压小，灵敏度虽有些差，但可以满足监控无人时有无烟雾的设计要求。故本模块选用方案二。1.2.4人体检测模块方案一：选用人体红外热释电传感器探头。造价低，性能优良，电路制作裕度大。但鉴于对其了解不够充分，若自己设计外围电路，性能可能不稳定，而且传输距离只有一米左右，距离较短，不符合题目要求。方案二：选用人体红外热释电传感器模块。性能稳

19、定，体积小，外型美观，尤其是装有菲涅尔透镜，使得检测范围较宽，而且价格不高，三线引脚，输出距离可控，应用、编程简单方便。故本模块选用方案二。1.2.5声控报警模块方案一：声音发生体采用蜂鸣器，驱动只需要一只三极管，方便直接。光电报警采用一个发光二极管。功耗低且发光效果也很好。方案二：采用R110/120（10/20秒）语音录放模块，单片可分段录放模块，反复录放，零功耗永久保存信息，单5V供电，自动节电，接口简单，使用方便，但费用较高，所以放弃使用此方案。综合之，我们采用方案一。2系统各检测模块2.1烟雾检测模块在本设计中,利用气敏性烟雾传感器MQ-2及其外围电路控制烟雾超标的检测。2.1.1

20、MQ-2简介MQ-2气体传感器是一款适合多种应用的低成本传感器。它所使用的气敏材料是在清洁空气中导电率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增大而增大。现实应用中，可以使用简单的电路将电导率的变化转化为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高，也可以对天然气和其他可燃蒸气进行检测。其结构和外形图分别如图2.1和图2.2所示：由微型AL203陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内。加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其

21、中4只用于信号提取，2只用于提供加热电流。图2.1 气敏性烟雾传感器MQ-2的结构图图2.2 气敏性烟雾传感器MQ-2的外形图以下是对于MQ-2物理性质的简要说明：(a) 尺寸：长X宽X高为32mm X22mm X27mm；(b)主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器；(c)工作电压：直流5伏；(d)特点：(1)具有信号输出指示；(2)双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；(3)TTL输出有效信号为低电平；（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）(4)模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高；(5)对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；(6)具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；(

22、7)快速的响应恢复特性。MQ-2的内部芯片结构如图2.3所示。图2.3 MQ-2的内部芯片结构图2.1.2 LM339简介LM339/E内部包括有四个独立的电压比较器，在很宽的电源电压范围内适用于双电源工作模式，也适用于单电源工作模式.它的使用范围包括方波发生器、时间延长器、脉冲发生器、多谐振荡器、高压数字逻 辑门、A/D转换器和MOS时钟驱动器等。LM339/E的封装形式为14引线双列塑封直插式其内部结构图和外形图分别如图2.4和图2.5所示：图2.4 LM339内部结构图图2.5 LM339外形图2.1.3烟雾检测模块电路烟雾检测模块电路图如图2.6所示：图2.6 烟雾检测模块电路图图7中

23、，烟雾传感器MQ-2相当于一个可变电阻，当空气中有烟雾时MQ-2的阻值会变小，导致其电压降低，从而K点电压升高；滑动变阻器Rv2的作用是调节烟雾浓度的基准值的；最初设定Q点电压大于K点电压，随着K点电压的降升高，最终当电压值超过预设Q点电压时，比较器LM339输出低电平信号给单片机的P1.2管脚，实现目标。当K点电压未超过Q点电压时，比较器LM339会输出高电平，但在程序中设定单片机读取低电平信号有效，故这种情况无需担心。2.2火灾检测模块理论上说，火灾检测部分应包括烟雾以及温度两方面的检测。由于上述介绍的烟雾传感器MQ-2可实现普通气体以及有毒气体的检测，故火灾检测的烟雾检测部分也可以利用上

24、述检测模块，故在此部分仅介绍温度检测模块。在本设计中，利用温度传感器DS18B20及其外围电路控制温度超标的检测。2.2.1 DS18B20简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与纯铜的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写。温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18

25、B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。以下对DS18B20的主要特点做简单介绍：(1)独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯；(2)在使用中无需任何外围元件；(3)可用数据线供电，电压范围：+3.0+5.5V；(4)测温范围：-55125C；国有测温分辨率为0.5C;(5)通过编程可实现912位的数字读数方式。(6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。(7)支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一

26、的三线上，实现多点测温。(8)负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。具体内部原理图和外形图如图2.7和图2.8所示：图2.7 温度传感器DS18B20内部原理图DS18B20的内部有64位的ROM单元和9字节的暂存器单元。64位ROM包含了DS18B20唯一的序列号。图2.8 温度传感器DS18B20外形图2.2.2温度检测模块电路DS18B20有三个管脚：VCC,DQ和VDD。电路图如图2.9所示：图2.9 温度检测模块电路其中输出管脚与单片机的P1.0管脚相连。本设计设定报警温度为40C。2.3人体检测模块在此模块中，选用红外热式电感应模块作为检测人为入侵的元件

27、。其核心处理芯片为BISS0001，配套有360度体积为252525mm的球形菲涅尔透镜，以及体积为8.34.2mm的配套的热释电元件。以下对相关元件作简要介绍。2.3.1核心处理芯片BISS0001BISS0001是一款与有较高性能的传感信号处理集成电路，他配以热释电红外传感器和少量外界元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的国道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。其外形图和管脚图如图2.10和图2.11所示：图2.10 BISS0001外形图 BI

28、SS0001具有以下特点：(1)数模混合；(2)具有独立的高输入阻抗运算放大器；(3)内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰；(4)内设延时时间定时器和封锁时间定时器；(5)采用16脚DIP封装。图2.11 BISS0001管脚图表2.1 BISS0001管脚说明：引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使V0输出从低到高时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变沿电平状态。3RR1输出延迟时间Tx调节端。4RC1输出延迟时间Tx调节端。5RC2触发封锁时间Ti调节端。6RR2触发封锁时间Ti调节端。7VSS工作电源负极。8

29、VRFI参考电压及复位输出端；通常接VDD。9VCI触发禁止端；当VcVR时允许触发。(VR0.2VDD)10IB运算放大器偏置电流设置端。11VDD工作电源正极。122OUTO第二级运算放大器的输出端。132IN-I第二级运算放大器的反向输出端。141IN+I第一级运算放大器的同相输出端。151IN-I第一级运算放大器的反相输出端。161OUO第一级运算放大器的输出端。2.3.2菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (图2.12所示) ，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀菲涅尔（AugustinFresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统灯塔透镜。菲涅尔透镜多

30、是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。图2.12 菲涅尔透镜菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大

31、镜、红外探测器等。其原理如下：假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。如图2.13所示：图2.13 传统透镜到菲涅尔透镜结构的变化另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。如图2.14所示：图2.14 塌陷到平面示意图从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。这种透镜还能够消除部分球形像差。 简单地说，菲涅尔透镜一面是平坦的，另一面是凸起的。人们首次使用

32、菲涅尔透镜是在18世纪初，当时它被用在灯塔的探照灯上，聚焦射出来的光束。当人们需要一面又薄又轻的透镜时，塑料菲涅尔透镜便派上了用场。尽管成像质量不如玻璃透镜，但是在很多应用中我们并不需要完美的图像质量。 菲涅尔透镜的原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。它也有类似于透镜的成像公式 ，式中 为光源到波带的距离， 为透镜中心到像点的距离 （ 透镜半径、 为波带数、 为入射光波长）。但波带片与透镜有个重要的区别，即一个波带片有很多焦点，上式给出的是它的主焦点，除此之外，还有一系列的次焦点，它们的距离分别是 。在其对称位置（即 ）还存在着一系列虚

33、焦点。2.3.3红外热式电感应模块通过上述介绍可知，热释电红外传感模块是一种能检测人或物体所发射的红外线而输出电信号的传感器。型号为HC-SR501，外形图如图2.15所示：图2.15 热释电红外传感模块HC-SR501外形图由图可知，HC-SR501具有延时调节和距离调节，本设计中将延时设置为100s，将距离设置为20cm。为检测准确起见，我将红外检测模块还配有360度菲涅尔透镜，模块背面焊有高电平、低电平以及输出端三个端口。其中输出端口连接单片机的P1.1管脚。 3.单片机控制模块在此模块中，利用型号为AT89S51的单片机作为核心控制部件来实现对烟雾、温度、人为非法入侵信等号的接收及控制

34、蜂鸣器报警。在此部分中，为实现上述功能，对单片机进行了简单的编程并在Protues软件中实现了仿真。此外，AT89S51还具有其自身的复位电路和晶振电路。3.1单片机AT89S51简介AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高

35、性价比的解决方案。3.1.1 AT89S51特点AT89S51具有40个引脚，4k的 Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP

36、和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 其主要特性为： (1)8031 CPU与MCS-51 兼容；(2)4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)；(3)全静态工作：0Hz-33MHz；(4)三级程序存储器保密锁定；(5)128*8位内部RAM；(6)32条可编程I/O线；(7)两个16位定时器/计数器；(8)6个中断源；(9)可编程串行通道；(10)低功耗的闲置和掉电模式；(11)片内振荡器和时钟电路。3.1.2 AT89S51管脚说明：AT89S51管脚图如图3.1所示：图3.1 AT89S51管脚图VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏

37、级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输

38、出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将

39、输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口）。P3.1 TXD（串行输出口）。P3.2 /INT0（外部中断0）。P3.3 /INT1（外部中断1）。P3.4 T0（记时器0外部输入）。P3.5 T1（记时器1外部输入）。P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）。P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线

40、。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。89C51的P0/P1/

41、P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， A

42、LE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内

43、部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 AT89SXX系列单片机实现了ISP下载功能，故而取代了89CXX系列的下载方式，也是因为这样，ATMEL公司已经停止生产89CXX系列的单片机，现在市面上的AT89CXX多是停产前的库存产品。 3.2控制模块原理在控制模块中，我利用单片机编程实现了对气体、温度和非法入侵信号的检测和报警。具体编程程序见附录二。在程序中，设定单片基检测烟雾传感器的高电平信号为有效信号；检测温度报警器超标温度为40C；在检测红外热式电感应信号时，存在HC-SR501自身的误操作情况。具体来说，当电路通电时，HC-SR501即可检测出人为入侵信号并将信号立

44、即传输给单片机从而驱动蜂鸣器报警，为了克服这种情况，我在程序中预先设定延时100s，再由HC-SR501判断周围环境是否有红外信号并检测报警。为了显示不同的报警，我在程序中将不同频率的声控报警信号分配于三种检测信号，具体情况见源程序及声控报警模块。在程序编写的基础上，对其在Protues软件中进行了仿真。具体仿真电路图见附录三。3.3单片机AT89S51最小系统单片机最小系统，是指用最少的元器件组成单片机可以工作的应用系统。对S51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路。其框图如图3.2所示：图3.2 单片机最小系统框图(a)复位电路：单片机系统常常有上电复位和按钮复

45、位两种方法。所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚上出现大于10ms的正脉冲，使单片机进入复位状态。按钮复位是指在用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。复位时靠外部电路实现的。上电时，+5V电源立即对单片机芯片进行供电，同时经R1对C1充电。C1上电压建立的过程就产生一定宽度的负脉冲，经过反相后，RST上出现正脉冲，使单片机实现了上电复位。按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。(b)时钟电路：单片机的定时控制功能是由片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生方式有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。本文就采用内部时钟方式。内部时钟方式片内高增益反相放大器通过

46、XTAL1和XTAL2外接作为反馈元件的晶体与电容组成的并联谐振回路，构成一个自激振荡器向内部时钟电路提供振荡时钟。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.212MHz之间任选；电容C2、C3的值则有微调作用，通常取30pF左右的瓷片电容。 (c)单片机:最小系统中复位电路的电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10uF左右极性电容，单片机最小系统的电容值越大复位的时间越短。在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。特别注意：对于31脚(/EA/Vpp)，当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM

47、的0000H开始执行；当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。单片机最小系统电路图如图3.3所示：图3.3 单片机最小系统电路图4声控报警模块在本设计中，利用主程序控制蜂鸣器发出不同的报警声音来显示不同的报警。具体来说 ，设置烟雾超标报警为蜂鸣器长鸣，设置每隔100ms蜂鸣器响一次为温度超标报警，设置每隔10ms蜂鸣器响一次为非法入侵报警。蜂鸣器的报警电路图如图4.1所示：图4.1 蜂鸣器的报警电路图其中输出端口与单片机的P2.7管脚相连，当单片机输出低电平时蜂鸣器报警，即当单片机写出低电平时三极管9018导通，故三极管在报警电路中相当于一个开关。总结本设计以单片机AT89S

48、51为主要控制部件，以气敏性烟雾报警器MQ-2及其外围电路为检测烟雾超标的元件，以温度传感器DS18B20及其外围电路以及烟雾传感模块作为检测火灾的元件，以红外热式电感应模块HC-SR501作为检测非法人为入侵的元件，通过软件编程下载实现了烟雾、火灾、人为入侵的不同种类报警。此报警系统轻便灵巧、电路简单易实现，所使用的各类元器件灵敏度较高，所以，本设计具有较强的应用性。本设计电路调试中，主要解决了以下问题：(1).蜂鸣器模块与单片机接口连接后不能正常工作，经检查发现蜂鸣器模块把单片机的高电平拉低，故在单片机的接口接上10kohm上拉电阻解决此问题。(2).热释电红外模块检测到温差后，数据口会输

49、出高电平。由于单片机模块与热释电红外模块的电平不匹配导致此模块与单片机接口连接后，单片机不能读到此模块数据口输出的高电平。故可在热释电红外模块数据口接一个由三极管组成的电压跟随器，再接到单片机接口解决此问题。(3).单片机复位后，热释电红外模块有乱报警的现象。此现象由于热释电红外模块的初始化需要时间，程序中未设置单红外模块的初始化延时。故在程序中设置单片机在一定延时后再读热释电红外模块的数据可解决此问题。本次设计还有需要改进的部分：(1).烟雾传感器的烟雾报警浓度应通过一个电位器来调节。实现此功能需要将烟雾浓度先用AD芯片数字化，再将此数字信号传送给单片机，经单片机处理，进行报警浓度的调节。(

50、2).温度报警电路中温度值应通过显示屏显示出来，便于对温度的及时了解。参考文献1 MeHome(TM)全移动智能家居系统J. 数字社区&智能家居, 2007, (08)2 智能家居系统分类尼科智能家居系统J. 电脑知识与技术(学术交流), 2006, (06)3 李春丽. 智能家居产品体系及核心技术J. 建设科技, 2009, (09)4 陈鹏. 完整意义的智能家居系统LonWorks智能家居系统J. 电脑知识与技术(学术交流), 2006, (Z1)5 张鼎盛. 看看专业服务商眼中的智能家居系统J. 建材与装修情报, 2007, (04)6 瑞典PPD智能家居系统E-PowerSecurit

51、yJ. IB智能建筑与城市信息, 2004, (10)7 邓增绍. 智能家居DIY方案J. 数字社区&智能家居, 2008, (09)8 陈鹏. Nico智能家居系统特点浅析J. 数字社区&智能家居, 2008, (12) 9 智能化生活“触手可及”J. 硅谷, 2010, (17) 10 何朝. 基于ZigBee技术的智能家居数据采集控制系统D. 太原理工大学, 2011, (08) . 11 杨琛. 智能家居物联网监控终端的研究与设计D. 太原理工大学, 2011, (08) . 12 万槟. 智能家居系统的ZigBee无线网络方案的设计与实现D. 重庆大学, 2011, (07) . 1

52、3 邹丽. 基于ZigBee技术的智能家居无线网络设计与实现D. 华中师范大学, 2011, (10) . 14 杨峰. 智能家居信息平台的设计D. 杭州电子科技大学, 2011, (06) . 15 沈淀. 基于zigbee技术和android系统的智能家居系统设计D. 武汉理工大学, 2011, (09) . 16 杨浩杰. 智能家居远程监控系统的研究与实现D. 东华大学, 2011, (07) . 17 BRITISH STANDARD, Fire detection and fire alarm systems-part7: Smoke detectors-Point detector

53、s using scattered light, transmitted light of ionizationS .BS EN 54-7:2001:5-20. 5 Dave Randall. Inside the Smart HomeM .London: Springer, 2003.18 Futoshi Kobayashi, Fumihito Arai, Toshio Fukuda, Makoto Onoda, et al. Sensor Selected Fusion System .Proceedings of the 1999 IEEE International Conferenc

54、e on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent SystemsC. Taiwan: IEEE, 1999/19 J.R.D urreet, L.J. B urnell, J. W.Priest. A Hybrid Analysis and Architectural Design Method f or Development of Smart Home Components .IE EEW ireless Communications, 2002, (12):68.20 BRITISH STANDARD, Fire detect

55、ion and fire alarm systems-Part5: Heat detectors-Point detectors using scattered light, transmitted light of ionizationS .BS EN 54-5:2001:5-20. 附录A 外文文献及翻译稿文献原文Intelligent Community “anti-theft perimeter alarm system” composed of Through examples of projects systematically introduced the Intelligent

56、 Community anti-theft perimeter alarm system components. 整个系统是由入侵报警、闭路电视监控系统、门禁系统、巡更签到系统等共同组成一个有机的防御体系，各部分相互独立又相互联系。The whole system by the intrusion alarm, closed-circuit television monitoring systems, access control systems, such as Patrol attendance system comprising an organic defense system, pa

57、rt of the independent and interrelated.1 One week of community anti-theft alarm system composed of district boundary anti-theft alarm system is the Intelligent Community realize the importance of safety management systems, including intrusion alarm system, the Patrol attendance systems, access contr

58、ol systems, closed-circuit television monitoring system, telephone alarm system, emergency System. 1.1 Alarm System five security line of defenseRoad safety first line of defense: the perimeter alarm system to prevent pose to guard against the wall and turned into the communities surrounding the ill

59、egal invaders. Active sensors using infrared or cable on the injector. Road Safety second line of defense: a monitoring system by the community, the community access channel, and the main vehicles, and the personnel and facilities to focus on monitoring and management. Community Alarm System with pe

60、rimeter protection system and on-site records to monitor and improve the efficiency of the police response. The third line of defense security: security patrol from a management system, through residential areas on the residential areas of security personnel suspicious persons, incidents supervision