黄俊杰-----基于单片机的智能家电控制及远程安防系统的实现.doc

i 编编 号：号： 审定成绩：审定成绩： 重庆邮电大学重庆邮电大学 自考本科毕业论文自考本科毕业论文 专专 业：业： 通信工程通信工程 论文题目：论文题目：基于单片机的智能家电控制基于单片机的智能家电控制 及远程安防系统的实现及远程安防系统的实现 准考证号：准考证号： 011809102874 姓姓 名：名： 黄俊杰黄俊杰 指导教师：指导教师： 陈均陈均 工作单位或家庭地址：工作单位或家庭地址： 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 联系电话联系电话i i 重庆邮电大学通信工程重庆邮电大学通信工程(本科本科)专业专业 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 学学 生生 姓姓 名名 黄俊杰黄俊杰 准考证号码准考证号码 011809102874 专专 业业 通信工程通信工程 指导教师姓名指导教师姓名 陈均陈均 指导教师单位指导教师单位 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 一、一、设计题目：设计题目： 基于单片机的智能家电控制及远程安防系统的实现 二、设计（论文）要求：二、设计（论文）要求： 查阅智能家电控制及远程安防系统的方案手册，分析单片机的工作原理和 tc35i 控制方式，先绘制电路图，再进行硬件搭建及调试。 主要研究要求： 明确智能家电控制及安防系统的硬件配置，连接情况及其控制方式，明确 整个系统的软硬件的工作流程，及其 gsm 网络与 tc35i 单片机之间的信息交换， 解决家居无人自动检测防火、防盗、防煤气泄漏，远程报警及家电控制，能够 实现一对多、多对多的控制，能够熟练阅读大量相关英文资料。 三、设计（论文）的主要内容：三、设计（论文）的主要内容： 根据单片机与 tc35i 和 gsm 网络构成特点，设计能正常工作的家电控制及 远程安防系统。主要包括：需求分析、硬件选择、预算、单元电路、硬件搭建、 调试、总结。 四、主要参考资料：四、主要参考资料： 1李广弟等.单片机基础m.北京航空航天出版社，2001. 2王东峰等.单片机 c 语言应用 100 例m.电子工业出版社，2009. 3陈海宴.51 单片机原理及应用m.北京航空航天大学出版社，2010. ii 4刘守义等.单片机技术基础m.西安电子科技大学出版社，2007. 5钟富昭等.8051 单片机典型模块设计与应用m.人民邮电出版社，2007. 6李平等.单片机入门与开发m.机械工业出版社，2008. 指指导导教教师师（签签名名） 部门负责人（签部门负责人（签 名）名） （校外设计请加盖单位公章）（校外设计请加盖单位公章） 年年 月月 日日 iii 重重 庆庆 邮邮 电电 大学大学 自考本科毕业设计（论文）开题报告自考本科毕业设计（论文）开题报告 考考 号号 011809102874011809102874 姓姓 名名 黄俊杰黄俊杰 导师单位导师单位 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 导师姓名导师姓名 陈均陈均 填表日期填表日期 20112011 年年 9 9 月月 iv 论文论文 题目题目 基于单片机的智能家电控制及远程安防系统的实现 课 题 调 查 与 文 献 阅 读 1、选题背景： 远程无线控制技术是一种新的不可忽视的发展趋势，不仅可靠 性高、使用方便、维护简单、用户较密时成本低。而且对自己毫无 妨害 为了让更多的人知道远程控制相关技术，在这里写了一篇基于 单片机的智能家电控制及远程安防系统 ，便于对远程控制技术和 安防系统技术有更多的解。 2、技术现状： at89 系列的 51 单片机已是非常的成熟，我们在应用与技术上 都能很快的建模与硬件的搭建。51 系列单片机也是我们用的最多最 熟悉的单片机之一。所以，用 51 单片机已是不可阻挡的选择。 gsm 网络是全球移动通信系统的一个典范，他在通话，短信， 数据业务都有着非常成熟的技术。通过 gsm 网络我们可以利用通信 模块来对我们的产品进行一系列的控制。不仅如此，由于 gsm 网络 的通用性和普遍性，所以我再次决定利用 gsm 网络进行系统的设计 与搭建。 3、未来发展 远程控制及远程安防系统，是未来控制领域的不可阻挡的发展 趋势，在未来的几年里，由于通信事业的发展和控制领域技术的提 高，远程控制技术将会在我们的生活中无处不在，比如现在的停车 场、仓库、等无人值守的地方，现在都有陆续安装和适用。但是它 们都存在不足。所以我在这里将他们都优化了一些。是本系统更实 用更稳定。 4、选题研究的方法 文献研究法： 查阅相关专业书籍，搜集相关文献，同时进行网络检索；在此 基础上整理、分析远程控制系统的理论知识与实践过程，总结需要 v 运用的相关技术，分析其技术重点。 实践研究法： 通过对 gsm 网络的应用于学和对 tc35i 通信模块的使用对网络 的连接，硬件的搭建等方面进行全面分析与总结。 理理 论论 分分 析析 与与 实实 验验 方方 法法 理论分析： 1、1、单片机技术的概念。 2、2、单片机与 tc35i 技术探析。 3、3、单片机与 tc35i 和 gsm 网络接入方案的了解。 4、4、安装设计时的关键技术与注意事项。 实验方法： 1、1、测试 gsm 网络的可靠性与针对性 2、2、测试 tc35i 通信模块的可靠性与连接性 3、3、测试单片机与 tc35i 通信模块的连接性与数据传输性 4、4、测试单片机与硬件驱动电路的连接性与可靠性 5、5、全局测试。 注：注：此页不够可增加。 vi 工工 作作 进进 度度 计计 划划 1、第一、二周根据任务书要求，对相关资料进行收集、整理，撰写 开题报告。 2、第三、四周根据整理后的资料写出文章大纲，并提交指导老师检 查、讨论。 3、第五、六、七周根据大纲撰写论文的初稿，并提交指导老师审阅、 修改。 4、第八、九周根据指导老师给的修改意见完成论文的中稿。 5、第十周修正论文内容及格式，定稿。 6、第十一、十二周熟悉论文并打印论文，做好答辩课件，准备答辩。 学生签字：学生签字： 年年 月月 日日 指指 导导 教教 师师 意意 见见 签字：签字： 年年 月月 日日 部部 门门 意意 见见 负责人签字：负责人签字： 年年 月月 日日 说明：说明：1. 开题报告工作是毕业设计的重要环节，务必高度重视。 2. 开题报告在毕业设计的第三周内完成，并由导师和导师所在部门负责 vii 人签字。 重庆邮电大学通信工程重庆邮电大学通信工程(本科本科)专业毕业设计（论文）专业毕业设计（论文） 指指 导导 教教 师师 意意 见见 指导教师评语：指导教师评语： 建议成绩建议成绩 （分数）（分数） 指导教师（签名）指导教师（签名） 年年 月月 日日 viii 重庆邮电大学通信工程重庆邮电大学通信工程(本科本科)专业毕业设计（论文）专业毕业设计（论文） 评评 阅阅 教教 师师 意意 见见 评阅教师评语：评阅教师评语： 建议成绩建议成绩 （分数）（分数） 评阅教师（签名）评阅教师（签名） 年年 月月 日日 ix 重庆邮电大学通信工程重庆邮电大学通信工程(本科本科)专业毕业设计（论文）专业毕业设计（论文） 答答 辩辩 记记 录录 一、一、 学生介绍设计（论文）情况：学生介绍设计（论文）情况： 二、提问及答辩情况：二、提问及答辩情况： 提问一：提问一： 答答 辩：辩： 提问二：提问二： 答答 辩：辩： x 提问三：提问三： 答答 辩：辩： 提问四：提问四： 答答 辩：辩： 提问五：提问五： 答答 辩：辩： 记记 录（签名）录（签名） 年年 月月 日日 xi 重庆邮电大学通信工程重庆邮电大学通信工程(本科本科)专业毕业设计（论文）专业毕业设计（论文） 答辩小组意见答辩小组意见 答辩小组评语：答辩小组评语： 答辩成绩答辩成绩 （分数）（分数） （校外加盖单位公章）（校外加盖单位公章） 毕业设计总评成绩：毕业设计总评成绩： 指导教师给定指导教师给定 建议成绩（建议成绩（1） 评阅教师给定评阅教师给定 建议成绩（建议成绩（2） 答辩小组给定答辩小组给定 答辩成绩（答辩成绩（3） 毕业设计总评成绩毕业设计总评成绩 （1）0.3（2）0.3（3）0.4 答辩小组结论性意见：答辩小组结论性意见： 答答 辩辩 小小 组组 负负 责责 人（签名）人（签名） 院答辩委员会负责人院答辩委员会负责人 （签名）（签名） xii （校外设计请加盖单位公章）（校外设计请加盖单位公章） 年年 月月 日日 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） - 1 - 摘摘 要要 伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落， 成为一种势不可挡的历史化大趋势。面对当前犯罪分子作案手段日趋技能化、 智能化、团伙化和暴力化的势态，单靠传统的“人防”一种途径已远不能适应 新形式下斗争的需要 。 随着网络通讯技术及图像压缩处理技术以及传输技术的快速发展，使得家 庭能够采用最新的通讯和图像处理技术，通过网络传输数字图像，可为实现家 庭监控系统提供高效可行而且价格低廉的解决方案。本课题所研究的基于 gprs 的远程安防监控系统,目的在于使得人们在可以繁忙工作的同时，在远程就了解 自己家庭概况，及时作出分析与判断。 本文主要介绍了以 at89s52 和 gsmtc35i 模块的无线远程监控系统的硬件和 软件方面的设计。主要内容包括：at89s52 芯片的详细分析；tc35 外围与硬件 电路的设计分析；at 指令的收发等等。该系统实现了以下功能：实时远程监控； 短信服务；入侵报警；火灾报警。 本文重点介绍了在实际研究开发过程中采用的一些技术手段和具体的实现 过程，并简要介绍了一些嵌入式相关理论基础，同时指出了该系统开发有待于 进一步完善发展的方向。 关键词关键词：单片机 tc35i 远程监控 防盗火灾报警 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） - 2 - abstract accompanied by a digital network and the process, intelligent wave swept every corner of the world, become a kind of be a trend which cannot be halted the historical trend. in the face of the current crime means of increasing skill, intelligence, gangs and violence of the situation, relying on the traditional “air“ a way has been far can not meet the needs of new forms of struggle. along with the network communication technology and image compression technology and transmission technology rapid development, the family can use the latest communication and image processing technology, through the network transmission of digital image, for home monitoring system provides a feasible and efficient low-cost solutions. the subject of the study of gprs based remote monitoring system, the aim is to enable the people in the busy working at the same time, in the distance about her family situation, timely analysis and judgment. this paper mainly introduced to the at89s52 and gsmtc35i module of the wireless remote monitoring system hardware and software design. the main contents include: at89s52 chip detailed analysis; tc35 peripherals and hardware circuit design analysis; at instruction and so on. the system to achieve the following functions: real-time remote monitoring; short message service; intrusion alarm; fire alarm. this paper introduces the research and development process in actual uses some technical means and the concrete realization of the process, and briefly describes some related embedded theory foundation, pointed out at the same time the system waits for further consummates the development direction. key words: scm tc35i remote monitoring anti-theft alarm 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） - 3 - 目目 录录 第一章 前 言1 第一节 国内安防系统的发展现状.1 第二节 国外安防系统的发展现状.3 第三节 系统的功能及原理.4 一、系统框图介绍.4 二、硬件电路的设计.4 第二章 温度控制系统6 第一节 温度传感器电路原理.6 一、温度传感器接口.7 二、液晶显示电路.7 三、串口通讯.8 四、按键接口电路.9 五、时钟电路.10 六、存储器接口电路.10 第二节 温度系统程序.10 一、计算温度子程序.11 二、按键处理子程序.12 三、计算温度子程序.13 第三章 红外传感器16 第一节 红外传感器原理.16 一、红外传感器原理.16 二、放大电路的设计.16 三、发光二极管报警电路的设计.17 四、软件的程序实现.18 第四章 火灾检测报警系统20 第一节 报警驱动电路.20 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） - 4 - 一.系统软件设计20 二、红外探测模块.20 三、温度采集模块.21 第二节 原理图及分析.22 第五章 玻璃破碎报警器27 第一节 硬件选择.27 第二节 硬件连接.31 第六章 驱动电路设计32 第一节 硬件驱动电路图.32 第二节 工作原理.33 附 录36 结 论35 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 1 第一章第一章 前前 言言 第一节第一节 国内安防系统的发展现状国内安防系统的发展现状 经过二十多年的发展,中国安防行业已经形成集研发、生产、销售、工程与 系统集成、报警运营与中介服务等为一体的朝阳产业,全国现有安防产品生产、 工程系统集成、产品经销和安防报警服务企业 1.5 万余家,涉及保安报警服务、 cctv 监控、防盗报警、楼宇对讲、智能家居、生物识别、智能交通等诸多领 域。据资料统计,世界上有一半的安防产品是由中国企业制造的,而中国安防市场 以每年增长 20% 30% 的速度发展,预计今年全国安防行业产值可以达到 1200 亿元人民币,其中,安防产品制造产值约 700 亿元,安防工程产值 420 亿元,安防报 警服务 80 亿元。随着国家经济持续发展,人们生活水平不断提高, 安防市场会 不断扩大,需求将更加迫切,可以预计“, 十一五”后期至“十二五”期间,将成为 中国安防行业发展的黄金时期。 从整体上看,中国安防产业在历经了 20 世纪 90 年代中后期的快速发展, 2002 年进入技术升级结构调整时期后,2006 年,因为平安城市建设,安防市场步 入发展快车道。从市场地域分布来看,安防产品市场比较活跃的地区以华南华东、 华北为主。华南市场的珠江三角洲八个城市(广州、深圳、珠海、中山、佛山、 惠州、江门、东莞) 安装 100 万个摄像机加强城市治安防控,引发了华南安防市 场火爆性增长;华东市场由于江苏、浙江、上海三省市近年来全面推进科技强警 示范城市建设以及 2010 年上海世博会,安防产品在各地一、二、三级市场遍地 开花;华北市场因为 2008 年北京奥运会安全防范的需要,带来了各种安防产品的 几何增长。 伴随我国安防产业规模的扩大,珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等安 防制造基地已经形成。这些地区的共同优势是,安防制造企业集中,产业链比较完 整,具有很强生产和配套能力。其中,以深圳为中心的珠江三角洲已成为我国规模 最大、发展速度最快、品种最全、产品出口所占比重最高的安防产品加工密集 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 2 地区;以杭州为中心的长三角,也成为国内最重要的 dvr 制造、安防监控软件基 地;以天津为中心的环渤海地区则逐步形成了摄像机产业集群。 但在我国安防制造业中,外商和港澳台投资企业生产的安防产品仍然占据半 壁江山。2006 年,外商和港澳台企业更是加紧了对中国安防市场的凌厉攻势,收 购、兼并、合作、加大在国内投资,他们凭借其技术优势和成熟的运作模式,在国 内市场占有相当的优势条件。一些企业不断扩大自身优势,对销售模式进行了调 整,取消了原来的多级代理,实行区域代理+ 直销的销售模式,强化渠道控制力。 除在省会城市布下营销团队外,还加速了在地、市甚至是县级市场的营销,同时二、 三、四级市场的竞争正在逐步升温,是近年国内安防市场渠道营销的一个最为明 显变化。 我国安防产业经过多年的发展已经初具规模，并且发展迅速。 “十五”期 间，我国安防产业年均增长速度超过了国民经济发展的 1 倍以上，以年均 25 增长速度快速发展。安防行业正由启动期走向发展期，根据统计数据显示: 2005 年安防企业已达 1.5 万家，从业人员近 100 万人，实现增加值 300 多亿元，其 中出口创汇产品约占 10左右。但据统计，目前国内安防企业销售额在 100 万 元以下的企业占 23%，100-500 万元的占 37%，而年销售额在 500 万元以上的 企业只有不到 40%的份额，1000 万元以上的企业数量更少。虽然，国内的安防 企业以小型的私营企业和股份制企业为主，但这两年安防行业发展非常快，尤 其在闭路监控、防盗报警两项业务作为行业市场启动的龙头业务，现处于高速 发展期，并将逐渐向成熟期迈进。 在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居安防监控相关标准及组织， 明确了智能家居安防监控概念等问题。比如以微软、intel 等公司为主要成员 upnp（通用即插即用）组织、欧洲 knx 协议等。智能家居从概念引进到现在 发展已有 10 个年头，国内一直未能有一个统一的行业标准及规范来约束和引导 智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设 备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。因此，中国智能家 居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居 安防监控必须首先解决的问题。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 3 第二节第二节 国外安防系统的发展现状国外安防系统的发展现状 自从世界上第一幢智能建筑 1984 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、 澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智 能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。 1998 年 5 月新加坡举办的“98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上， 通过在场内模拟“未来之家” ，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统 功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电 控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、 智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。目前在新加 坡也有近 30 个社区(住宅小区)近 5000 户的家庭采用了“家庭智能化系统” ，美 国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统” ，相信到了 21 世纪将 会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。目前美国有一种占据市 场主流的产品 x-10，销售已超过 1 亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房 改造，仅在美国便有超过 400 万个家庭在使用。但这些产品技术限制较多，并 不适合在我国原样照搬使用应用。三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时 推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安 防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居 控制网络。 根据美国该行业之专业顾问公司 parks 的统计资料显示：1995 年，美国 一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在 7000 至 9000 美元之间。 1995 年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为 0.33，看来市场真正启动尚 需时日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为 8。 parks 公 司的资料亦显示：到 2004 年，家庭网络市场总额可达 57 亿美元。据国际专家 预测，到 2010 年底国际智能家居的产品销售额可达 500 亿美元。 2020 年可达 1000 亿美元。 由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日， 但并未能阻止企业去争食智能家居市场。虽然每家公司的策略各不相同，但它 们都坚持同样的信念：山那边遍地是金。ibm 公司的迈克尔凯罗斯克说：“这 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 4 是个不容 ibm 公司忽视的市场机会。 ” 第三节第三节 系统的功能及原理系统的功能及原理 一、系统框图介绍一、系统框图介绍 系统的总体框图如图 1.1 所示 图 1.1 总体结构图 控制模块由单片机芯片、lcd 显示、手机控制、手持遥控器和电源电路组 成。控制模块主要控制协调系统的正常工作，单片机芯片将传感器送来信息进 行处理、识别，并将关键信息在 lcd 显示屏上显示出来；用户可通过手机控制 和 lcd 显示查看家里当前状态，可以进行手动布防和撤防操作，使用方便灵活。 信息采集模块由各类传感器及信号处理电路组成，主要功能是采集家居的 环境信息和安全信息。传感信号经信号处理电路处理后送主控模块进行处理。 报警模块由声光报警和 gsm 模块组成，在接收到危害家里的信息时，按 照预先设定的警情处理模式，开启相应的报警方式。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 5 二、硬件电路的设计二、硬件电路的设计 主控模块主要由单片机最小系统、和 lcd 显示电路组成。 目前，51 系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可 以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输 出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。at89s52 单片机是深圳宏晶 科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各 个组成部分。每一个单片机包括：一个 8 位的微型处理器 cpu；一个 512k 的 片内数据存储器 ram；4k 片内程序存储器；四个 8 位并行的 i/o 接口 p0-p3， 每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控 制系统；一个全双工 uart 的串行 i/o 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石 英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是 12mhz。以上各个部分通过 内部总线相连接。 单片机最小系统：单片机最小系统： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 6 10pf c6 10pf c7 12 y1 10k r1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 jp at89s52 22uf c9 s1 reset vcc 图 1-2 单片机最小系统 第二章第二章 温度控制系统温度控制系统 第一节第一节 温度传感器电路温度传感器电路原理原理 硬件电路主要包括 at89s52 单片机最小系统，测温电路、实时时钟电路、 lcd 液晶显示电路以及通讯模块电路等。 采用一线制数字温度传感器 ds18b20 来作为本课题的温度传感器。传感器 输出信号进 4.7k 的上拉电阻直接接到单片机的 p1.0 引脚上。 ds18b20 温度传感器是美国达拉斯(dallas)半导体公司推出的应用单总 线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、a/d 转换器、存储器等 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 7 做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器 件 ds18b20，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因： （1）系统的特性：测温范围为-55+125 ，测温精度为士 0.5；温 度转换精度 912 位可变，能够直接将温度转换值以 16 位二进制数码的方式串 行输出；12 位精度转换的最大时间为 750ms；可以通过数据线供电，具有超低 功耗工作方式。 （2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电 路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支 ds18b20 的体积 与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。 （3）系统复杂度：由于 ds18b20 是单总线器件，微处理器与其接口时仅 需占用 1 个 i/o 端口且一条总线上可以挂接几十个 ds18b20，测温时无需任何 外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的 复杂度，减少工程的施工量。 （4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系 统的调试带来方便。同时因为 ds18b20 是全数字元器件，故障率很低，抗干扰 性强，因此，减少了系统的日常维护工作。 ds18b20 温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口 dq ，外供 电源线 vdd，共用地线 gnd。ds18b20 有两种供电方式：一种为数据线供电 方式，此时 vdd 接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完 成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个 i/o 口来完成对 ds18b20 总线的上拉。另一种是外部供电方式(vdd 接+5v)， 相应的完成温度测量的时间较短。 一、温度传感器接口一、温度传感器接口 在本设计中采用外部供电方式实现 ds18b20 传感器与单片机的连接，其接 口电路如图 1 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 8 图 1 温度传感器接口 二、液晶显示电路二、液晶显示电路 温度控制系统是采用液晶屏 128*64 作为显示模块，其接口原理图如下图 2 所示： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 9 图 2 液晶显示接口电路 三、串口通讯三、串口通讯 通讯采用的是常见的串口通讯，协议转换芯片是采用 max232，其接口原 理图如下图 3 所示： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 10 图 3 串口通讯接口电路 四、按键接口电路四、按键接口电路 此电路采用的是键盘模块，其接口原理图如下图 4 所示： 图 4 键盘模块电路 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 11 五、时钟电路五、时钟电路 时钟电路采用的时钟芯片为 ds1302，其接口原理图如下图 5 所示： 图 5 时钟接口电路 六、存储器接口电路六、存储器接口电路 存储器采用的是 at24c256，其接口原理图如下图 6 所示： 图 6 存储器电路 第二节第二节 温度系统程序温度系统程序 系统的软件主要是采用 c 语言，对单片机进行变成实现各项功能。主程序 对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示、键盘等模块。用的是 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 12 循环查询方式，来显示和控制温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、 读出并处理 ds18b20 的测量的当前温度值并负责调用各子程序,其程序流程如 图 1 系统程序流程图。 图 1 系统程序流程图 一、计算温度子程序一、计算温度子程序 读出温度子程序的主要功能包括初始化,判断 ds18b20 是否存在,若存在 则进行一系列的读操,作若不存在则返回。其程序流程图如图 2 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 13 图 2 读温度流程图 二、按键处理子程序二、按键处理子程序 按键处理子程序主要是负责参数的设置，主程序每循环一次都要对按键进 行扫描,判断是否有输入键按下则进行一系列的按键输入操作。其程序流程框图 如图 3 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 14 图 3 温度转换流程图 三、计算温度子程序三、计算温度子程序 计算温度子程序将 ram 中读取值进行 bcd 码的转换运算，并进行温度值 正负的判定，其程序流程图如图 4 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 15 图 4 计算温度子程序 显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当 最高显示位为 0 时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图 5。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 16 图 5 数据刷新子程序 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 17 第三章第三章 红外传感器红外传感器 第一节第一节 红外传感器原理红外传感器原理 一、红外传感器原理一、红外传感器原理 本设计所用的红外传感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及 设计电路如图 1 所示, 在 vcc 电源端利用 c1 和 r2 来稳定工作电压，同样输 出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过 fet 放大后，经过 c2，r1 的稳压后使输出变为高电位，再经过 npn 的转化， 输出 out 为低电平。 rs y2 y1 r1 r2 c2 c1 r3 r4 q2 npn q1 fet vccvcc 3v12v out 图 1 红外传感器原理图 二、放大电路的设计二、放大电路的设计 如图 2 所示为最基本的放大电路，vi 是输入电压信号，vo 是输出放大的 电压信号。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 18 q2 9014 r12 10k r11 10k c5 47u c4 47u vcc c6 47u vo vi 图 2 放大电路图 三、发光二极管报警电路的设计三、发光二极管报警电路的设计 由 4 个发光二极管接上电阻后连上单片的 rxd 的引脚，外接 vcc，当单 片机的 rxd 引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图 3 所 示为发光二极管报警电路。 d3led单 d5 led单 d4 led单 d6 led单 r7 220 r8 220 r9 220 r10 220 vcc 单单单 rxd 图 3 发光二极管报警电路 5、红外报警器原理图 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 19 图 4 红外报警器原理图 红外报警器的设计原理如上图 4，从以上的分析可知在本设计中要用到如 下器件： 89c51、热释电红外传感器、led、按键、反相器 74ls04、蜂鸣器等 一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中 d1 为电源工 作指示灯，d2 是正常工作指示灯，d3d6 是起报警指示作用，当 rxd 脚被 置低电平时，d3d6 亮红灯开始报警，同样，txd 脚置高电平时声音报警电 路开始工作。电路设有 2 个按键，s1 键作为倒计时的暂停键, s2 键作为作为电 路复位键。 四、软件的程序实现四、软件的程序实现 按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图 5 所示： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 20 系统初始化 声光报警结束 检测外部有 无信号输入 声光报警是否持 续 10 秒 开始 启动声光报警电路开始报警 是否还有检测信 号等待下次报警 结束 y n n y y n 图 5 主程序工作流程图 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 21 第四章第四章 火灾检测报警系统火灾检测报警系统 第一节第一节 报警驱动电路报警驱动电路 图 1 lm386 驱动电路 一、系统软件设计一、系统软件设计 软件流程图 图 2 二、红外探测模块二、红外探测模块 本系统的红外检测模块采用单光束反射取样式光电传感器 st178，该传感 开始 初始化 报警 是否检测到可燃气体 否 是 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 22 器是由南平旭光电子科技有限公司开发生产的主要应用于物体运动方向及正反 转转速、行程测量等。 其在本系统中的应用原理是，光电传感器接收孔探测到火焰辐射的较强烈 的红外线时，接收管导通输出一定的电压，辐射越强烈，则 3 脚输出的电压也 越大，应此把 3 脚接与比较器 lm339，当辐射达到一定时比较器输出高电平， 当在无红外辐射或辐射较少时，比较器输出底电平，并且 st178 对人体辐射的 红外线波长不敏感，对火焰辐射的红外线可灵敏检测，价格实惠，因此本系统 采用该传感器作为红外敏感元件。其检测电路如图 3 所示。 图 3 st178 检测电路 三、温度采集模块三、温度采集模块 本系统要求要实时显示环境温度当温度高于常态时作出声光报警，为了能 够更准确更快速地采集到环境温度，采用 ad590 温度传感器。 ad590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为 330v，输出电流 223a（-50）423a（+150） ，灵敏度为 1a/。当 在电路中串接采样电阻 r 时，r 两端的电压可作为喻出电压。注意 r 的阻值不 能取得太大，以保证 ad590 两端电压不低于 3v。ad590 输出电流信号传输距离 可达到 1km 以上。作为一种高阻电流源，最高可达 20m，所以它不必考虑选 择开关或 cmos 多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量 和远距离温度测量的控制。其检测电路如图 4 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 23 图 4 ad590 检测电路 第二节第二节 原理图及分析原理图及分析 原理图如图 5 所示： 图 5 原理图 分析： （1） 、当开关 1（p24）按下时，数码管显示的是温度值。此温度可调范围 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 24 为 0255，当温度超过 50 时，开始报警；仿真图如图 6 所示。 图 6 温度仿真图 （2） 、当开关 2（p25）按下时，数码管显示的是烟雾值。此烟雾浓度可调 范围为 0510，当浓度超过 100 时，开始报警；仿真图如图 7 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 25 图 7 烟雾仿真图 （3） 、当开关 3（p26）按下时，数码管显示的是辐射值。此辐射可调范围 为 0765，当辐射超过 200 时，开始报警；仿真图如图 8 所示。 图 8 辐射仿真图 主要设计思路 主程序循环判断以上三项是否发生异常，当有一项异常时，则系统认为发 生了火灾，发出声光报警，直到异常被排除。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 26 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 27 图 9 初始化定时器 0 但是不打开中断 开始 关闭报警器 温度开关是 否关 辐射开关是 否关 烟雾浓度开 关是否关 选中 adc0808 的 in_0 通 道，进行温度采集 选中 adc0808 的 in_2 通 道，进行烟雾采集 选中 adc0808 的 in_1 通 道，进行浓度采集 温度值是否 大于 50 浓度值是否 大于 100？ 浓度值是 否大 200？ 声光报警声光报警声光报警 数码管显示浓度值数码管显示辐射值数码管显示温度值 结束 yyy nnn nnn yyy 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 28 第五章第五章 玻璃破碎报警器玻璃破碎报警器 第一节第一节 硬件选择硬件选择 我们所设计的报警系统是基于麦克风采集玻璃破碎时的高频声音信号，麦 克风输出的高频电压信号通过放大器的放大后输入到滤波器中进行滤波，最后 将蜂鸣器导通发出声音报警，整个系统由单片机进行控制。 1、麦克风 选择松下公司生产的 wm-61a 麦克风，可捕获 20hz20khz 范围内的声 音信号，最大工作电压达 10v，最小信号噪声比达 62db，输出电压幅值为约为 2mv。其技术参数如表一所示： 表 1 灵敏度 354db (0db = 1v/pa, 1khz) 阻抗小于等于 2.2 千欧 频率20-20khz 最大工作电压10v 标准工作电压2v 信噪比大于 62db 高频信号带通滤波器麦克风信号放大器 模拟开关单片机蜂鸣器 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 29 2、信号放大器 选择美国国家半导体公司生产的 lh0084 集成数字式可编程增益放大器， 电源电压为 15v，功率为 2.5w。它是将运算放大电 路、电阻网络和模拟开关 以及译码电路等集成在一 起制成的单片集成电路。 如图所示，其输入级是两 个匹配的高速 fet 输入 运算放大器 a1 和 a2，通 过 fet 开关 s1as4a 和 s1bs4b，以及高稳定温 度补偿网络 r1r7 是现 对 a1 和 a2 的控制。不 同的数字输入控制不同的 开关闭合，得到输入级不 同的增益。输出级有运算 放大器 a3 和电阻 r8r15 组成，为双端输 入单端输出。lh0084 的 数字输入、输出端子和放大倍数表如表 2 所示 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 30 表 2 数字输入 d1d0 闭合开关 输入级放大 倍数（u2- u1）/(ui2- ui1) 连接端子 输出级放大 倍数 u0/(u2-u1) 总放大倍数 u0/( ui2-ui1) 0 0 1 1 0 1 0 1 sa1 、 sb1 sa2 、 sb2 sa3 、 sb3 sa4 、 sb4 1 2 5 10 6-10 和 13-地1 1 2 5 10 0 0 1 1 0 1 0 1 sa1 、 sb1 sa2 、 sb2 sa3 、 sb3 sa4 、sb4 1 2 5 10 7-10 和 12-地4 4 8 20 40 0 0 1 1 0 1 0 1 sa1 、 sb1 sa2 、 sb2 sa3 、 sb3 sa4 、sb4 1 2 5 10 8-10 和 11-地10 10 20 50 100 3、滤波器选择 由 maxim 公司生产的单片集成通用有源滤波 器 max263。该器件是 28 脚封装的 cmos 芯片， 该芯片内部还有两组 2 阶电路，各有其独立的始终 输入端 clk。其中 clka 与 oscout 课直接跨接晶 振，实现内驱动。因为所有编程引脚为两组电路共 享的，所以两组二阶电路 q 值与通带增益相同。其 引脚分布如图所示。该芯片通过外接逻辑电平对引 脚 m0 和 m1 编程，控制三个模拟开关 s1、s2、s3，实现四种不同的工作模式。在管脚图 中，引脚 in 为信号输入端，lp 为低通输出端，bp 为带通输出端，n/ha 输出性质由工作模式决定。当芯片工作在模式 1、3、4 是，对 f0f4 编程，可通过改变内部电容比，改变积分器等效时间常数 rc， 实现 32 种不同的分频比，其范围从 10053 到 197.92。当编码控制电路的 7 个 输入 q0q7 全接低电平，芯片进入节电休眠模式，其余 27-1=127 种编程状态， 可改变等效电阻 qr，实现 127 种不同的 q 值。对于模式 1、3、4 电路的 q 值为 q，其范围为 0.504 到 64。模式 2 与模式 1 具有相同的功能，但模式 2 可是 q inb lpb lpa bpb bpa n/hab n/haa q4 ina f0 q5 f2 m1 max263 q3 m0 q2 q6 oscout v+ gnd f4 v- f3 f1 clka q1 clkb q0 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 31 值提高根号 2 倍，其代价是使分频比也降低同样的倍数。4 种工作模式如表 3 所示 表 3 模式m1m0s1s2s3n/ha 100接 gnd接 lp断开带阻 201接 gnd接 lp闭合带阻 310接 gnd接 gnd闭合高通 411接 in接 lp断开全通 4、单片机 单片机采用美国 atmei。公司生产的 at89s52 单片机。at89s52 是一种 带 4k 字节闪存可编程可擦除只读存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能 cmos 8 位微处理器，俗称单片机。at89c2051 是一种带 2k 字节闪存可编程 可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。 该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs- 51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单 个芯片中，atmel 的 at89s52 是一种高效微控制器，at89s52 是它的一种精 简版本。单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外 形及引脚排列如图所示。 5、蜂鸣器选用宏研公司的 sfb-55 型报警蜂鸣器。它是一种高声压报警蜂 鸣器,其特点是声压电平高.声音急促,紧迫感强,体积小,重量轻,适用于各种报警场 所,如:防盗,防火,煤气泄漏,抢险,呼救报警以及需要强提示音的设备等。其参数如 下表所示 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 32 第二节第二节 硬件连接硬件连接 以 at89s52 为控制器将 p2 口与可编程增益放大器 lh0084 的 d0、d1 相 连确定放大器的放大倍数。p0 口与滤波器的 m0、m1 以及 f0f3 口相接，p1 口与 q0q6 相接，设置 p0 口和 p1 的初值使滤波器工作在模式 1 同时使带