毕业设计(论文)-基于单片机的家庭防火防盗系统.

1、信息工程学院 家用多功能报警器的设计前 言随着社会经济的快速发展以及人们生活水平的日益提高，在家庭中液化石油气、管道煤气、天然气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，人们在享受这些现化设施所带来便利的同时，却也增加了火灾隐患和有害气体中毒等的危险。与此同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出不断增长的趋势，人们越来越渴望有一个安全舒适的生活空间。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于传统的防盗窗、防盗网等机械式家居防卫设备，其虽具有一定的防盗作用，但在实际使用中不仅影响市容的美观，更带来了很多安全隐患。因此人们

2、迫切需要一种智能型的多功能家庭防火防盗报警系统，使其能可靠进行日常安全防范工作，及时发现各种警情并做出相应处理，以便将警情消灭在萌芽状态，保障居民生命和财产的安全。但是因经济、技术等原因，目前防火防盗报警系统设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报，以及报警系统不动作。人们希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全，家庭防火防盗问题就成为人们极为关心的问题。因此，对防火防盗报警装置的研究对现实意义重大。摘 要该系统采用了超声波测距传感器与单片机的结合，其中采用超声波测距传感器来提供报警信号的方法使得成本低，易于维护，探头小，可安放于隐蔽的地方且

3、不易被发现，接受信号灵敏，因此有明显的优势和广阔的发展前景。本次设计的产品以AT89C52单片机作为系统控制核心，完成对外来人员的连续监测，提供了一个带有4位LED显示、并使其集中到一块面板上，使得操作方便快捷，直接在LED显示实时温度，该设计中使用DS18B20作为温度测量传感器，对温度进行实时采集，使用红外传感器采集人体信号信息，使用烟雾传感器采对气体烟雾进行检测，返回信号都由单片机接收并将信息反馈出来。该系统不仅具有传统防盗控制方法的优点，还具有易于维护和实现非接触、高可靠监测的特点，并且硬件开销成本低，适宜大多数普通家庭、寝室、办公住所等。 关键词： 单片机； 红外检测； 温度检测；

4、烟雾检测目 录1 绪 论31.1 防火防盗报警系统的概述31.2 国内外防盗控制系统的历史、现状与发展31.3 研究的目的和意义52 系统的总体设计62.1 总体设计思想62.2 系统总机构72.3 系统设计原理图73 检测信号放大电路设计93.1 热释红外线传感器典型电路93.2 红外线探测信号放大电路设计113.2.1 集成电路运算放大器133.2.2 精密多功能运算放大器INA105133.2.3 低功耗、双运算放大器LM358154 单片机接口电路设计164.1 单片机的选型164.1.1 AT89S51的主要功能特性164.1.2 AT89S51的内部结构及管脚174.2 温度检测电

5、路194.2.1 温度传感数据采集电路194.2.2 DS18B20温度传感器引脚功能204.3 键盘电路214.4 显示电路225 软件部分设计255.1 主程序255.2 按键扫描程序265.3 按键执行程序27结 论31致 谢32参考文献33附录A 电路图33附录B 程序351 绪 论1.1 防火防盗报警系统的概述防盗控制广泛可应用于工厂、家庭、汽车等场合。实现无接触、智能化报警是防盗控制系统目前的发展方向。随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，近年来防盗控制的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。从监测范围来说，有的防盗控制只能监测几厘米，有的却可达几

6、十米。从监测条件和环境来说，有的非常简单，有的却十分复杂。例如:有的是利用红外线感温传感器，有的是压力传感器，有的震动，也有声响来监测，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。因此在进行综合分析后进行了该设计。它将实现自动监控的智能防盗系统，通过超声波传感器采集距离信号，通过AD传给系统核心单片机，单片机通过处理与分析将距离值显示于三位的数码管上，检测到需要报警时，LED二极管将实时点亮，达到报警的功能，本设计的程序应用单片机C语言编写实现。国外关于防盗控制早期从防火的基础上发展起来的，逐步向智能化自动化发展，并且发展及应用了许多新的监测原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微

7、机技术，结构有了很大的改善、功能有了很大的提高，从国内外关于防盗控制系统的发展来看当前的发展热点向非接触，如超声波传感器，红外线传感器，无线报警等1。1.2 国内外防盗控制系统的历史、现状与发展防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并辅助提示值班人员或其主人发生报警的区域部位，显示可能采取的对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了入侵防范系统。防盗报警系统通常由探测器（又称防

8、盗报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的用来探测入侵者入侵行为的电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的核心，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置2。 中国防盗控制技术的发展大致起源于上世纪60年代初北京故宫博物院的安防报警系统。当年，中国老一辈的安防技术工作者在完全隐蔽、可靠报警、绝对防火的全木质结构环境下完成了该系统的安装与调试，该系统就发挥了很好的作用。之后的若干年，中国安防技术一直是以防盗报警系统为主，其应用场合也主要限于金融与文博系统。由于当时基于光电导摄像管的

9、摄像机体积大且价格昂贵，因而在安防技术市场中可视化的闭路电视监控系统的应用案例极少。随着时代的变迁，智能防盗技术有了较大的发展， 1994年秋在北京全国农业展览馆举办的展览会上，展出了部分关于防盗控制系统产品；1995年夏在天津国际展览中心的消防安防设备展览会上，展出了更多的安防技术相关产品，气氛火热。紧接着到1996年，由中国安防产品行业协会等单位主办了全国首届“国际社会公共安全产品博览会”，一下子吸引了国内外300多厂商参展，由此标志了中国防盗及安防技术市场的形成。在国内安防防盗市场开始蓬勃发展的同时，2001年11月，中国安防界在深圳成功举办了首届中国安防论坛，全国人大副委员长、中国科协

10、主席周光召院士题词。中国科学院和中国工程院的5位院士以及国内30多位安防领域的知名专家、教授发表了演说，较全面地展示了中国安全防范领域的技术动态和发展方向，促进了学术界和企业界的交流与合作，探讨了中国公共安全行业如何应对WTO，以及行业发展、管理、动作更加科学化、规范化的有关问题。首届安防论坛的举办，为架构中国安防的理论体系，研讨中国安防的发展战略，开创良好的学术氛围，为举办更大规模的学术论坛积累了经验，创造了条件。到2008奥运项目首都国际机场捷运系统监控项目就是在先进的数字化、网络化视频监控系统中进一步整合了无人驾驶车辆自动传感监控系统、无线移动网络系统以及多系统的智能网管系统，一改传统电

11、视监控系统仅仅是画面监视及简单报警联动的实现方式，而安防系统整体解决方案（Total Solution）概念必将成为现代电视监控系统的发展方向。对于超声波监测的应用随着自动测量和自动控制技术的发展特别是微机技术的发展，促进了超声测量技术的研究和应用。80年代中后期，单片机技术的应用使超声波传感器的监测向高性能、智能化方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波监测的测量精度，而且还能设计出友好的人机界面。超声波传感器是当前应用较多的非接触型传感器。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。可实现非接触监测、测量

12、范围宽、并且测量量不受其他因素的影响，因此它的适用范围非常广泛，超声传感器监测技术在越来越多的领域发挥其重要作用。由于超声波传感器没有可动部件，不存在机械磨损、机械故障，因而其可靠性和使用寿命比多数接触型传感器要高。该监测装置结构简单，不需要其它附加设施，且安装、使用和维护都较方便。随着电子技术的发展。单片机嵌入应用，超声波液位计的精度有了进一步的提高，功能更加齐全9。目前，在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技术同时处理多种信息，并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系，集成为一

13、个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能。1.3 研究的目的和意义随着微电子技术与网络技术的飞速发展，人们对于居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求，因此智能化住宅随之出现，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃、抢劫居高不下，因此家庭智能安全防范系统是智能化社区建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技

14、的电子防盗报警系统也就应运而生。目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盗门，商店的防盗措施主要是监控器和出门口的红外报警器。随着人们认识的深入，利用智能防盗、防火、防煤气将成为人们的首要选择，智能安防也是安防行业的发展趋势。本系统采用常用的AT89S52单片机系列作为系统的核心控制部分，是一个利用红外传感器作为信号输入控制部分的多路智能报警器。当有不明物体经过某一发射器与接收器中间时，会有控制信号输入单片机，进而输出刺耳的报警声来引起相关人员的注意，同时利用显示器来显示不明物体的地理位置，这样很大程度上减少了搜索时间，从而提高了实效性。达到了信号接收灵敏度高，显示反映快，报警声音响的效果。2 系统

15、的总体设计2.1 总体设计思想以单片机为控制中心，外部传感器为检测元件，通过按键控制其报警温度与传感器的开关，输出由LED显示数码管与声光报警电路组成，其中温度传感器使用数字化的一线总线技术的传感器DS18B20作为检测器件，烟雾传感器使用检测烟雾气体的凯聪BS03作为烟敏器件，红外传感器JS-311作为人体热释电检测器件，单片机I/O口通过接收各个传感器的返回状态值来判断是否进行报警，报警电路由单片机控制输出信号，蜂鸣器产生蜂鸣，对应报警指示灯点亮，且数码管可以显示实时温度，整个系统设计简单合理，通过单片机控制其外围器件，单片机按键输入显示输出红外检测温度检测烟感检测声光报警更加简单可靠，防

16、盗控制系统的总体设计框图如图2.1所示。图2.1 防火防盗报警系统框图2.2 系统总机构为了实现设计要求的基本功能，本系统必须包含四个基本功能模块：1.单片机控制模块2.传感器模块3.报警模块4.显示模块其中单片机控制模块主要用于回应传感器信号和进行显示程控；传感器模块主要用于感应是否有物体通过，并形成电平信号输出；报警模块主要用于报警声响提示；显示模块主要用于显示报警地点。为完善系统的功能同时能够达到系统的设计指标，本系统必须包含以下功能模块：1.复位电路：实现单片机的复位控制2.振荡电路：提供所需的单片机时钟频率2.3 系统设计原理图本系统基本原理结构图如图2.2所示。图2.2 系统基本原

17、理结构图由以上系统基本原理框架图可以看出，本系统的外围电路相对比较简单，功能的实现主要是从外部获取控制信号之后在单片机中进行数据处理，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。所以本系统的单片机数据处理方面的程序相对比较复杂一些，所有的感应信号和显示数据的处理和输入控制都是在单片机中进行处理，这就要求在设计程序的时候要认真思考单片机存储空间的合理分配和管脚的分配问题。系统基本原理利用单片机监控传感器信号来判断防火以及防盗事务发生并做出相应的反映，以到达时刻预防意外发生并在乎外发生时作出及时的调停办法。设计分为3个部门：信号监视部门，信号处理部门

18、以及调停实行部门。信号监视部门由于设计的要求，分为两个分离的小部门，1个用于防火的烟雾传感器，1个是用于防盗的红外线发生器以及吸收器。烟雾传感器有1个极限值，当烟雾浓度超过这个极限时检验测定电路就会输出1个低电平的烟雾信号。红外线发生器以及红外线吸收器是一路事情的，红外线发生器拍发某频率的红外线信号给红外线吸收器，一般情况下，发生器以及吸收器中间是没有反对物体的，吸收器吸收到的信号是连续的，而当她们中间有物体颠末反对时，吸收器吸收到的信号就会有1个跳变，这里吸收器就会输出1个低电一般信号给单片机申明有物体进入该区域。信号处理部门是1个承结上下两个部门的存在，它的事情是单片机接收到监视部门发过来

19、的信号来做出相应的处理，并调用相应的程序来处理事务。调停实行部门就是连结在单片机上的以及种应急开关跟着单片机程序的执行而进行捭阖，比如预防火灾的喷泉开首以及防盗防火共用的警报开首。设计简单但很实用，它在只管即便削减生产力的情况下可以时刻保证监控区域的安全。3 检测信号放大电路设计红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。而本设计输入部分主要是各种各样的传感器，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警。本

20、章节主要介绍几种不同的利用红外线检测报警的电路，并由此得出检测信号放大电路。3.1 热释红外线传感器典型电路热释红外线传感器由于具有独特的优异功能，被广泛应用在国防和民用领域，作遥控、遥测、防盗、警戒、放火及自动化设施，其原理及典型应用电路如图3.1所示。 热释红外线传感器主要由高热系数的锆钛酸铅系陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘钛等配合滤光镜片窗口组成，它能以非接触形式，检测出物体放射出来的红外能量变化，并将其转换成电信号输出5。金属、塑料封装热释红外传感器，内装有变换阻抗用的场效应晶体管，输出阻抗一般为1047k，顶端或侧面装有滤光镜片，用来选择接收不同波长的热释红外线。人体辐射的红外线中心波长为

21、910m,而这种探测元件的波长灵敏度特性在0.220m,范围几乎是稳定不变的.在硅片表面上截止波长710m的滤光片,使波长超过710m的红外线通过,而小于7m的红外线被吸收,于是就得到只对人体敏感的热释红外线。如果用菲涅耳透镜配合放大电路，将检测出来的红外信号放大6070dB，则可检测出1020m处人的行动。热释红外线传感器的文字符号为AT。图3.3为热释红外线传感器的典型应用电路。若AT为双元件热释红外线传感器其内部电路见图3.1，其接收波长为6.514m，适用于防盗报警系统，输出阻抗为10k;若AT为单元件热释红外线传感器其内部电路如图3.2所示，接收波长为120m，适用于温度遥测，但同样

22、亦可用于防盗及自动控制系统。 在这例电路中，当AT接收到人体信号时，输出一个微弱的低频信号，其频率约为0.33Hz。经晶体管VT1和运算放大器A1组成的两级放大器将信号放大至7075dB。由A2等组成的电压比较器，设定一个参考电压。在无目标进入时，末级无输出；一旦有目标进入探测范围，AT则有信号输出，经放大后，电压高于比较器设定电压时，A2输出高电位，VT2导通，继电器K吸合，其触点接通报警电路或控制电路，实现热释红外线探测之目的。图3.1 双元件热释红外线传感器 图3.2 单元件热释红外线传感器图3.3 热释红外线传感器典型电路3.2 红外线探测信号放大电路设计红外线探测信号放大电路设计中红

23、外线探测器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 该设计电路原理见图3.4。由红外线传感器、晶体三极管、运算放大器、电压比较器、V/I转换器等组成。图3.4 微弱信号放大电路(1) 检测部分传感器采用带菲涅耳透镜的热释电红外线传感器。U2-热释电红外线传感器U3-低功耗双运算放大电路LM358U4-电压比较器LM393U5-低漂移高增益运算放大器OP27U6-V/I转换器芯片INA105红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由U2的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大

24、，再通过C2输入到运算放大器U3中进行高增益、低噪声放大，此时由U3的7脚输出的信号已足够强。U3作电压比较器，它的第脚由R9、VD2提供基准电压，当U3的1脚输出的信号电压到达U3的5脚时，两个输入端的电压进行比较，此时U4的1脚由原来的高电平变为低电平。此时LM393的1脚输出的是一个方波信号，然后将之输入到一个V/I转换器INA105,它的输出将是一个420mA的电流信号，以便于远距离传输。U2采用进口器件Q74，波长为910um。U3采用运放LM358，具有高增益、低功耗。U4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。RP

25、1是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。制作时，在U2传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体活动频率范围为0.110Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。（2）单片机系统部分检测信号入单片机接口图如图3.5所示。红外线探测放大电路与单片机的具体连接见附录总图。P3.6单片机的P3.6口用来检测热释电红外传感器的返回信号，传感器传过来的是一个420mA的电流信号，接一个250欧姆的电阻使其转换成1V5V的电压信号，此电路中只可能为1V和5V两种情况，再通过一个电压比较器LM393,当LM393的2脚为5V时，输出为高电平，光电耦合器导通，单片机P3.6的输入口将为低电平（其余时刻为

26、高电平），表示检测到有人。图3.5 检测信号与单片机接口图3.2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多极直接耦合器放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图3.6表示集成运放的内部电路组成框图。输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成，输出级一般由电压跟随放大器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各

27、级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等18。3.2.2 精密多功能运算放大器INA105INA105精密多功能运算放大器是集成运放与外围元件有机结合、并利用集成工艺与激光调阻技术相结合所形成的不同于常规集成运放的放大器件。利用这种新器件的不同组合连结，可以组成各种很有特色的精密应用电路。该器件核心部分是一个精密运算放大器，其失调电压典型值仅为50µV，失调电压漂移5µV/，共模抑制比大大于86dB。与常规集成运放不同的是，它在芯片上同时制作了四个电阻，分别连接运放的两个输入端，如图3.7所示。这四个电阻通过激光调阻技术将它

28、精确到25K。这样利用四个电阻的不同连接，就能组成很有特色的应用电路，而且一般无需再外接精密电阻。图3.6 集成电路运放大器内部组成原理框图由于激光调阻值精度极高，用它组成增益为1的电压跟随器（缓冲器）时，其增益误差小于0.01%,非线性误差小于0.001%。该器件最大工作电压为±18V，工作温度范围为070(后缀为P及U)及2585(后缀为M)。1、具有差动输入的电压电流变换器电路图3.8是具有差动输入的电压电流变换器电路.输入的差动电压分别为V1 、V2。输出的电流。式中R为外接电阻，改变不同的R值可获得不同的I0值。2、精密420MA电流变送器电路图3.9是一种由010V变化的

29、电压（由传感器经放大器输出的电压）经本电路转变为420mA的变换器电路。电路设计成在0V时为4mA电流，而在10V为20mA电流的电压-电流变换电路。其中REF为10V的基准电源。 图3.7 INA105精密多功能运算放大器电路图3.8 具有差动输入的电压电流变换器电路图3.9 精密420MA电流变送器电路3.2.3 低功耗、双运算放大器LM3581、概述LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用

30、运算放大器的场合。引脚图如下所示。 图3.10 LM358引脚图2、LM358的特性(1)内部频率补偿 (2)直流电压增益高(约100dB) (3)单位增益频带宽(约1MHz) (4)源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V) (5)低功耗电流，适合于电池供电 (6)低输入偏流 (7)低输入失调电压和失调电流 (8)共模输入电压范围宽，包括接地 (9)差模输入电压范围宽，等于电源电压范围(10)输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)4 单片机接口电路设计4.1 单片机的选型4.1.1 AT89S51的主要功能特性AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS

31、 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性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k 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

32、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，外中断系统等可继续工作，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。同时该芯片还具有适应不同产品需求的PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式。1主要特性1) 8031 CPU与MCS-51 兼容2) 128*8位内部RAM3) 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)4) 全静态工作：0Hz-24KHz5) 三级程序存储器

33、保密锁定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4.1.2 AT89S51的内部结构及管脚AT89S51的内部结构如图4.1所示： 图4.1 AT89S51内部结构图管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。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。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。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

34、被拉高。P1口：P1口是一个由内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收和输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部拉高，将用作输入，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，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，被内部上拉电阻拉高，作为输入。当作为输入时，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。当P2口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

35、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口管脚也是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，它们同样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口将输出电流(ILL)。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

36、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上面。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，无需手动操作，然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错。如果不对端口置1，端口锁存器原来的状态有可能为0Q端，当0Q为1加到场效应管栅极的信号为1则该场效应管就导通并且对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低

37、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/P2/P3口作为输入时都是准双向接口。RST：复位输入端口。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做定时器。然而要

38、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。ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时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的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信号不会出现。/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。但是在加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部为程序存

39、储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：反向振荡放大器及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。4.2 温度检测电路4.2.1 温度传感数据采集电路传感器是检测系统中的必要工具，处于检测系统的输入端，是检测系统的第一环节，通常是检测系统与被测量对象间的接口，我们将自动检测装置中最初感受被测量并将其转换为可用信号输出的器件称为传感器，它由敏感元件，转换原件和其他辅助部分组成，传感器的工作特点具有高精度，低成本，高灵敏度，稳定性好，工作可靠，抗干扰能力强，动态特性良好，结构简单，便于维护，功耗低等。基本功能如下：(1)它是一种测量装置，具

40、有一定精度，能完成检测任务。(2)其输入量是某一被测量，或是物理，化学，生物。(3)其输出量是一种物理量，这种量便于传输，转换处理，显示等。(4)传感器的输入量与输出量是已知的。本电路温度传感器数据采集部分由温度传感器DS18B20和电阻R14等器件组成。DS18B20支持一线总线接口，测量温度范围为55+125。可直接将被测温度转化成串行数字信号，以供单片机处理，通过编程DS18B20可以实现912位的温度读数，信息经过单线接口送入DS18B20读、写和执行温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。由于DS18B20温度传感器要求，R14为上拉电阻，选R14=4.7K。如图4

41、.3所示：图4.3 温度传感数据采集电路4.2.2 DS18B20温度传感器引脚功能温度传感器选用达拉斯公司的单线数字温度传感芯片DS18B20(8引脚SOIC封装)，其引脚分布如图4.4所示：图4.4 DS18B20引脚分布图引脚功能说明如下：NC(1、2、6、7、8脚)：空引脚，悬空不使用。VDD(3脚)：可选电源脚，电源电压范围35.5V。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DQ(4脚)：数据输入/输出脚。漏极开路，常态下高电平。DS18B20内部有4个主要器件：64位激光ROM、温度传感器、非易失性温度告警触发器(TH和TL)和配置寄存器。DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导

42、体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可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。DS18B20的性能特点如下：独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；零待机功耗；温度以9或12位数字；用户可定义报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件；负电压特性，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。DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后

43、11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。16位数字摆放是从低位到高位。 4.3 键盘电路按键分为独立式按键与行列式按键，两种按键都可以与单片机I/O口直接相连，但是两种按键的工作方式大不相同，独立按键的每一个按键都需要一根独立的I/O口使用，而矩阵按键是成阵列排列的，用行扫描控制的I/O口与列扫描控制的I/O口的个数相乘的个数即为按键的个数。所以在使用多按键的设计中，大多选用行列式按键作为键盘的输入部分，而在本设计中使用了8个按键作为按键输入，所以选用矩阵按键作为键盘

44、的部分，其电路图如图4.5所示。使用单片机的P1.0口与P1.1口作为行控制口，使用P1.4P1.7作为列控制口，单片机通过软件编程控制其按键值的判断，在判断中我们采用编程扫描的方式，也就是在无中断产生时，不断的扫描按键程序，判断过程为：先将P1.0与P1.1置0进行行扫描，判断是否有列值按下，其判断时对P1口赋值0XF0，如果有按键按下，行列将会有一处交点，相当于对两个I/O短路，则另一个列I/O口也被强制下拉为低电平，该值中的高8位将会有某一列全部为0，有按键按下，则将该列编码值保存，然后将P1口赋值0X0F；进行全列扫描，判断行是否有为0的状态，然后将这个行编码值保存，最后将行列值的编码

45、值进行或运算，就组成按键的原始编码值，完成了按键的扫描。图4.5 键盘电路图4.4 显示电路数码管显示的工作原理八段LED显示器由8个发光二极管组成。基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。LED显示器有两种不同的形式：一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。如图4.6所示:图4.6 数码管显示器在选用共阴的LED时，只要在某一个发光二极管加上高电平，该二极管即点亮，反之则暗。而选用共阳极的LED时，要使某一个发光二极

46、管发亮，则需加上低电平，反之则暗。为了保护各段LED不受损坏，需要外加限流电阻。为了要显示某个字型，则应使此字形段的相应点二极管点亮，也即送一个不同的电平组合代表数据来控制LED显示的字型，此数据称为字符的段码。共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。8个笔划段Dpgfedcba对应于一个字节(8位)的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二进制码就可以表示需要显示的字符的字形代码。例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地(为零电平)，而阳极Dphgfedcba各段为01110011时

47、，显示器显示"P"字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。如果是共阳LED显示器，共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100(8CH)。本电路采用共阴极接法。十六进制数字型代码表如表4.1所示:表4.1 十六进制数字型代码表共阴极接法七段代码D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Dp g f e d c b a 00 0 1 1 1 1 1 13FH10 0 0 0 0 1 1 006H20 1 0 1 1 0 1 15BH30 1 0 0 1 1 1 14FH40 1 1 0 0 1 1 066H50 1 1 0 1 1 0

48、16DH60 1 1 1 1 1 0 17DH70 0 0 0 0 1 1 107H80 1 1 1 1 1 1 17FH90 1 1 0 1 1 1 16FHA0 1 1 1 0 1 1 177HB 0 1 1 1 1 1 0 07CHC0 0 1 1 1 0 0 139HD0 1 0 1 1 1 1 05EHE0 1 1 1 1 0 0 179HF0 1 1 1 0 0 0 171HP0 1 1 1 0 0 1 173H单片机驱动LED显示有很多方法,按显示方式可以分为静态显示和动态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将要显示的数据送出后就不再控制LED，直到下一次显示时

49、再传送一次新的数据。只要当前显示的数据没有变化，就无须理睬数码显示管。静态显示的数据稳定，占用的CPU时间少。静态显示中，每一个显示器都要占用单独具有锁存功能的I/O口，该接口用于笔画段字型代码。这样单片机只要把显示的字型数据代码发送到接口电路，该字段就可以显示要发送的字型。当需要要显示新的数据时，单片机再发送新的字型码。另一种方法是动态扫描显示。动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段(ag和dp)同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM各自独立接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受相同的字型码，但究竟使哪一位则由I/O线决定。动态扫描用分时的方法

50、轮流控制每个显示器的COM端，使每个显示器轮流电亮。在轮流点亮过程中，每位显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，给人的印象就是一组稳定的显示数据。图4.7 显示电路本设计中使用动态扫描的方式对数码管进行控制扫描，其电路图如图4.7所示，图中SRD2为上拉电阻排，电阻值为10K，驱动芯片用74HC573作为驱动使用，U2为位选驱动，U3为段码驱动，单片机的P0口接LED的段码驱动，单片机的P2口接LED的位选码驱动，该器件驱动电流可以达到100mA，而LED数码管全亮时，最大电流可以达到32mA，如果全部驱动输出会将数码管烧坏，所以在程序中使用PWM输出的控制，

51、在消隐时，也就是禁止数码管的输出，之后加上一段时间的延时，要确保加入的时间与显示时间和不能超过20ms，同时74HC573具有锁存功能，在本设计中没有使用该功能。5 软件部分设计5.1 主程序主程序完成对程序的初始化设置与按键程序的执行，初始化单片机的I/O口与定时器0的设置，I/O口的初始化主要有关闭蜂鸣器，关闭报警指示灯，检测口复位，然后进行定时器的设置，设置定时器0，选择模式1，然后将定时值设定为1ms，开定时器，之后进入按键扫描与按键执行程序，对按键的扫描在中断的空闲时将会一直执行，流程图如图5.1所示。开 始关闭显示延时等待1s定时器0设置开定时器按键扫描按键动作图5.1 主程序流程

52、图5.2 按键扫描程序按键扫描程序是按键判断的程序，判断按键是否按下，哪个按下，由于密码锁程序所需按键为8个，所以我们使用矩阵式键盘，4个I/O口即可完成对按键的扫描与判断，其中P1口的低四位作为行扫口，高四位作为列扫口，先将行清0，判断列值，如果有按键按下，延时50ms进行延时去除抖动，以防止有勿动产生，然后再次判断是否有按键按下，如果第二次判断成功，有按键按下，则将此时的列值储存，其中有一列值为0，然后将列值全置0，去扫描行，行中也同时又一行为0，记录这个值，然后将记录的行列值组合起来，在取反，则会得到按键处行列相交的两个I/O口都为0的键码值，返回这个键码值，以待处理，同时进行按键释放的

53、等待程序，如果按键不释放，按键程序将不会继续进行判断，如果没有按键按下，返回值为0，流程图如图5.2所示。开 始全行置0有按键动作延时50ms再次判断储存列键值全列置0储存行键值行列值组合取 反按键释放返回键值返 回行列全置1行列全置1YNYNYN图5.2 按键扫描流程图5.3 按键执行程序 按键执行程序流程图如图5.3所示，此程序主要接收在按键扫描程序返回的键码值，并对键码值进行查询，查询出需要执行的按键对应程序，执行后判断是否有数字按键输入，如果有按键输出，在判断是否是在密码输入界面，如果两者俱全则进入屏幕的移动程序，后面的密码数字的输入推动前面的都向前移动一位，当输入满六个数字后在输入的

54、密码将无效，8个按键的功能如下：按键1：菜单切换按键，在主测量界面与设置温度界面来回切换。按键2：在设置温度界面，为温度值加1。按键3：在设置温度界面，为温度值加10。按键4：屏蔽所有判断程序，即屏蔽对温度、红外、烟感的检测。按键5：单独屏蔽红外检测。按键6：开启红外检测。按键7：单独屏蔽烟感检测。按键8：开启烟感检测。图5.3 按键执行程序流程图5.4 中断服务子程序图5.4 中断服务程序流程图开 始重装初始值中断次数清0中断累计值加1中断300次半秒位取反显示子程序判断位为1判断程序中断次数初始化初始化开始测温转换数据温度值转换读取温度返 回YNYNYN在本设计中，中断服务程序为定时器0中断服务程序，中断程序中完成对外部检测的判断、数码管显示的扫描、对时间的定时、温度值的提取，为程序中的重要部分，进入中断后，先重装初始值，然后将中断累加为加1，记录中断次数，记录300次时，将半秒屏蔽位取反，进入数码管扫描程序，显示完成后，判断是否允许判断程序执行，如果允许则执行判断程序，如果不是则进行温度提取程序，由于为数码管动态扫描显示，所以扫描的周期时间不能大于20ms，而DS18B20提取温度的时间最短为5ms，这样只能显示4个数码管，如果中断时在执行其他命令，则显示部分就会闪烁，所示我们使用温度提取分步执行的方法来进行温度值的提取，在第十