智能防盗防火报警系统的设计

摘要伴随着社会经济的快速发展，人们对生活的品质保障有了新的定义，不仅对居住环境有所追求，对其安全性也提出了更高的要求。有数据研究表明，绝大数人在做饭时会离开厨房，其中大部分人在家中未配有烟雾报警装置，还有部分家庭功率电器装接混乱。从上可知，许多家庭都还存在安全隐患问题，一旦这些隐患显露出来，后果将非常严重。安装防盗防火装置可以解决以上问题，但大部分防盗防火装置运用于重要公共场所，其系统复杂，价格昂贵，很难在普通家庭及小型场所普及。针对此现象，本课题设计了一款智能防盗防火报警系统，该系统以STC89C52为主要核心器件，通过温度、烟雾、人体红外线传感器来采集环境参数，根据参数判断是否需要报警，同时采用GSM技术实现短信报警功能。该设计操作简单，价格低廉，能够实现自动、手动报警，可以对火灾现场进行简单处理，为用户提供了安全可靠的环境。关键词：智能单片机GSM通信传感器

目录TOC\o"1-3"\h\u1引言 智能防盗防火报警系统的设计引言研究的目的及意义随着现代电子信息技术和通讯技术的飞速发展，无论是天然气、液化石油气，还是地暖、煤气都被人们广泛使用。虽然在使用过程中带来了很大的便利，但也会引发安全隐患。与此同时，伴随着经济的快速发展，这也暴露出了许多危害：人口不断增长，社会治安工作自然也增加了难度，存在抢劫、盗窃等事故。人们越来越关注他们所居住的社区是否具有安全性和可靠性，这对城市、社区和居民区的治安敲响了警钟。目前大部分家庭虽装有防盗装置，但绝大数都是机械式装置，这种装置不但使用寿命短，而且防盗效果往往不尽人意；非机械装置的防盗系统由于价格昂贵，使用复杂，所以也很难在市场上普及。针对以上现象，本课题设计的智能防盗防火报警系统能够高效地解决盗窃以及火灾问题。它的核心控制系统是单片机，其具有体积小、价格低、集成度高、实用性好等突出优点。本系统设计的智能防盗防火报警系统，它的应用环境是家庭、办公室、仓库等小型场所，能够检测环境中的温度值、烟雾浓度以及人体信号，当温度值、烟雾浓度超过设定值时，系统会进行及时报警，并通过GSM通信技术发送短信给指定用户；当检测到有人闯入时，系统同样会做出上述反应。另外，当发生火灾时，该系统可通过小水泵、风扇对现场进行简单处理，做到最优化控制。研究现状国外研究现状不得不说国外在智能监控防盗方面已经达到了高层次水平。他们所研发的安防产品应用于一些发达地区，比如欧洲、北美、澳大拉西亚等，而且这些智能监控产品能够在小型商场及普通超市内销售，可见其普及性高。美国UNIKEY科技研发了一款远程控制产品，即能够通过APP来进行远程控制门锁。这款设计支持安卓，IPhone以及黑莓手机使用。UNIKEY拥有独立的创造技术，这些技术可与其他高级应用程序相提并论，在手机操作范围内就可进行控制，即能实现数据传输并能开锁。而且，UNIKEY科技不断在努力探求各个用户对生活点滴的各种要求，它的每个设计都能打动民心，已获得国际的认可。国内研究现状伴随着科技的迅速发展，智能化必将是未来的发展趋势，许多行业都在为各种产品能够实现智能化在不断的探索和奋斗。国内在智能产业方面也在逐渐的壮大起来，不断更新每个领域的运营理念以至影响到每个家庭，给我们生活带来了安全、便捷、舒适、节能的智能化生活，解决了一些生活中的繁琐问题。而且人工智能作为国家战略的新兴产业，带动着各行各业的发展，影响着我国向更高领域努力发展。经过数十年过后，所有领域都会涉及智能制造。这也代表着人类拥有更多的时间和经济，往更深的领域去改革，无论如何，智能制造都是人类一个重要的研究产业，如何发展好智能企业，是当今世界的探索核心。设计研究内容本设计包括硬件与软件部分，其中硬件部分可划分为信号采集模块、单片机控制模块、按键模块、温度控制模块、显示报警模块、GSM短信报警模块以及其它子模块。软件部分体现在程序的编写与调试上，主要包括：单片机作为主控芯片完成信息采集、处理、通信、显示、报警等功能。本系统的功能主要有五点：（1）可检测周围环境温度值、烟雾浓度和人体信号；（2）可通过按键开启布防、设置报警值、进行手动报警；（3）报警方式采用蜂鸣器报警、GSM短信报警；（4）可通过LCD显示当前温度、烟雾浓度、报警内容；（5）采用小水泵、电风扇对现场进行温度控制。

系统方案设计系统总体设计思路根据系统的可运行功能特点，该智能防盗防火报警系统主要由单片机、温度采集模块、烟雾采集模块、人体检测模块、温度控制模块、显示报警模块、GSM短信报警模块、按键模块组成。其整体框图如图2.1所示。图2.1智能防盗防火报警系统整体框图工作原理：STC89C52作为本系统的控制芯片，它主要完成的任务是对传感器收集的信号进行转换，再有选择性的收集以及判断。当该系统开始工作时，首先要进入布防状态，然后对系统环境进行设定，包括温度的报警值以及烟雾的报警浓度，相应的传感器就会收集当前的环境信息并通过STC89C52进行智能分析。假设当前环境已超过预设值或检测到人体信号时，系统会自动通过GSM短信报警模块向指定用户发送短信，告诉用户存在的安全隐患，系统也会对当前环境进行控制，如果温度值和烟雾浓度过高，电风扇和水泵则开始工作。同时为了避免不必要的损失，系统会驱动声光报警装置向周围进行报警。主控芯片主控芯片是系统的核心控制器，为了能够达到设计的低成本、高实用价值，本设计选用的是单片机STC89C52RC/RD，它是由运算器，控制器，存储器，输入输出设备等构成，具有体积小、质量轻、价格优惠等特点。虽然STC89C52使用的是经典8051内核，但是数据存储器比51系列单片机大256字节，其抗干扰能力和稳定性也比51系列单片机高。它还有一个特别的优点就是无需每次进行编程的时候都要在指定的编程器上进行下载，可经过串口直接下载需要的程序，因为这种单片机的工作方式是全双工异步串行口进行编程的，在进行功能性测试时，可以直接把程序下载到单片机上。STC89C52实物图如图2.2所示。图2.2STC89C52单片机实物图信号采集模块在本设计中，信号采集模块作为采集周围环境信息的重要模块，它由温度采集模块、烟雾采集模块、人体检测模块和信号处理器组成。温度传感器温度传感器的器件类型可分为热电阻型和数字型。热电阻的工作原理是通过温度的变化使其相应阻值也会发生变化，当温度升高时，阻值增大。虽然此类型传感器体积小、操作简单、灵敏度较高，容易在大多数测温系统运用，但在测温时，需要A/D转换器进行转换，而且转换时精确度较低。通过两种器件类型的对比，本设计采用数字型温度传感器，型号为DS18B20，其精确度比热电阻型高，而且在使用时，无需A/D转换。它采用的是特有的单总线技术，在外界干扰时，具有较强的抗干扰能力，而且DS18B20硬件设计简单，成本低，焊接与调试简便，这也缩短本设计的开发时间。DS18B20实物图如图2.3所示，该传感器共有三个引脚，其中，1脚接地，2脚作为输出端接入单片机内，3脚接地。图2.3DS18B20温度传感器实物图烟雾传感器采集周围烟雾浓度信息需用到烟雾传感器，烟雾传感器有以下两种方案：第一，选用半导体式烟雾传感器，该类型的传感器在使用时不仅具有高灵敏度的反应，而且不会受到外界的干扰，所以它稳定性较高，使用周期长，适用于多种场合，因此被不同厂商广泛使用。第二，选用接触燃烧式传感器，其敏感材料为金属铂，此类型的传感器是通过与空气中的氧气发生反应而工作的，当空气中的可燃性气体浓度上升时，反应就越大，金属铂的温度就会升高使其阻值变大。其优点是对气体的选择性较强，不受温湿度的影响，且反应快，缺点是会对敏感性元件进行破坏，容易发生中毒现象，使用周期短，一般为2-3个月。比较这两种类型的优缺点并结合设计的要求，本系统采用MQ-2型号半导体式烟雾传感器，且在成本方面来说，半导体烟雾传感器价格低廉，体积小。MQ-2实物图如图2.4所示，它的工作原理是烟雾浓度越高，电导率越大，输出电阻就越小，输出模拟信号越大。图2.4MQ-2烟雾传感器实物图人体红外感应模块本设计采用HC-SR501型号人体红外传感器来实现防盗功能，检测有无人员闯入，它采用的工作原理包括：热释电效应、菲涅尔透镜。人体正常温度一般在37℃左右，无人时，传感器不发出红外线，当有人闯入时，正是人体的温度使HC-SR501传感器中的红外探头发出波长为10μM左右的红外线，再通过菲涅尔滤光片使光度增强后聚集到红外感应源上，即检测到有人闯入。HC-SR501实物图如图2.5所示。图2.5HC-SR501人体检测感应模块实物图使用HC-SR501型号人体红外传感器的不仅灵敏度高，自身不发出辐射，而且功耗低，减少散热，价格低廉。如今不少家庭也会养宠物，HC-SR501传感器能够对小动物进行抗干扰，避免受其影响。A/D转换器使用A/D转换器的目的是将MQ-2输出的模拟量转换为数字量，使单片机能够检测到周围烟雾浓度信息。根据设计需求选用ADC0832模数转换器，它与ADC0809比较，ADC0832在价格方面占优势，而且外围电路简单，速度也比ADC0809快。虽然ADC0809通道比ADC0832数量多，但是也能满足本设计的需求。ADC0832实物图如图2.6所示。图2.6ADC0832模数转换器实物图ADC0832是8引脚的传感器，采用串行输出方式。本设计采用单通道模拟信号输入，输入电压为0-5V，当它与单片机连接时，对应接口分别为CS、CLK、D0、D1，该芯片的主要信息如表2.1所示。表2.1ADC0832功能说明引脚号功能说明第1引脚CS_片选使能，低电平芯片使能第2引脚CH0模拟输入通道0第3引脚CH1拟输入通道1第4引脚GND接电源地第5引脚D1数据信号输入，选择通道控制第6引脚D0据信号输出，转换数据输出第7引脚CLK芯片时钟输入第8引脚VCC电源输入及参考电压输入温度控制模块本设计选用小水泵和电风扇对温度进行简单的控制。选用小水泵和电风扇的主要原因是体积小、价格便宜，操作简单。当信号采集模块采集到环境中的温度值或烟雾浓度超标时，在单片机的控制下，小水泵和电风扇同时工作，实物图如图2.7所示。图2.7温度控制实物图显示报警模块LCD显示模块该模块主要是显示当前温度值与烟雾浓度，当有人闯入时，显示屏显示“thiefalarm”以及当前的温度值和烟雾浓度；当有火灾发生时，显示屏显示“Firealarm”以及当前温度值和烟雾浓度；当有人闯入和火灾同时发生时，显示屏显示“fire_thiefalarm”以及当前温度值和烟雾浓度。本设计选用常用的LCD1602型号显示屏，实物图如图2.8所示，它能够显示2行，每行能显示16个字符。LCD1602工作电压为4.5V~5.5V，只适用于显示字符、数字等点阵行列，由于每位和每行之间都会有一个点距的间隔，此类型的传感器不能用于图片的显示。LCD1602引脚功能说明如表2.2所示。图2.8LCD1602显示模块实物图表2.2LCD1602功能说明引脚号功能说明第1引脚显示屏的电源正极第2引脚显示屏的电源负极第3引脚液晶显示器对比度调整端，正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高第4引脚寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器第5引脚读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作第6引脚EN端为使能（enable）端，高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令第7～14引脚B0～B7为8位双向数据端，单片机以此来向液晶显示屏输入数据第15引脚LCD1602液晶显示屏背光的电源正极VCC第16引脚LCD1602液晶显示屏背光的电源负极GND报警模块本设计运用发光二极管以及蜂鸣器进行声、光报警功能，其中，蜂鸣器采用有源蜂鸣器。当有盗贼闯入或者温度值以及烟雾浓度超过预设值时，二极管就会发光，同时报警器产生鸣叫。蜂鸣器实物图如图2.9所示。图2.9蜂鸣器实物图GSM短信报警模块全球移动通信系统（GSM）是基于TDMA技术的最完整、最成熟、实用性最广泛的移动通信系统。GSM移动通信这一新技术，为用户提供了另外一种新型的远程监控手段，使用短信报警和传输数据是一个很好的选择方式。在原有的声、光报警基础下，为了能够实现远程报警功能，本设计选用SIM800C通信模块，该模块能够实现通信、电话监听、短信报警、发送彩信、TCP/IP数据采集、DTMF监听、HTTP文本传输、FTP文件传输等功能。本设计只需用到短信报警功能，当有人闯入或者发生火灾时，SIM800C模块受单片机控制，向指定用户发送短信息进行报警，用户也能够发送短信开启布防，以便进行有效控制。实物图如图2.10所示。图2.10SIM800C通信模块实物图按键模块本设计按键模块可进行布防的开启、温度值和烟雾浓度报警值的设定、进行手动报警功能，使用5个按键来完成上述功能，其实物图如图2.11所示。图2.11按键模块实物图

系统硬件设计单片机最小系统电路本系统可用单片机STC89C52作为核心控制器来进行数据分析以及数据处理，该单片机封装形式是PDIP-40，由电源部分、复位电路部分、时钟电路部分组成最小系统电路。具体原理图如图3.1所示。电源部分：在本系统中单片机的工作电压为5V，所以在进行设计时需要将40脚接入5V的电源，其中本设计需要选择内部存储，所以需将单片机的31脚接入高电平。复位电路设计：当系统受外界干扰时容易造成程序跑偏，设计复位电路就是能够确保单片机回到原先的工作状态。本设计采用按键复位形式，在单片机的9脚RES中需要将按键K0与10μF的复位电容并联，其中复位电容连接VCC，接地的同时需连接一个10K的电阻，设计的目的是能够保证单片机上电后9脚RES有充足的时间进行复位，复位后也能够回到正常的工作状态。时钟电路设计：它为系统提供了基本的时钟信号，能让系统进行正常的工作。时钟电路设计有内部激振荡方式和外部激振荡方式，本设计采用的是内部时钟方式。在这种方式下就需外接石英晶体和微调电容，微调电容取值在20pF-100pF之间，该系统采取22pF，即构成一个稳定的自激振荡器。图3.1单片机最小系统原理图信号采集模块电路设计温度采集电路温度采集电路设计原理图如图3.2所示，该电路的功能是采用温度传感器DS18B20检测当前环境温度值，工作电压为5V，因为DS18B20是单线通信，且本身不具有输出高电平的能力，所以在连接时需要在2脚和6脚之间连接一个10K的上拉电阻可提高电平稳定性。图3.2温度传感器电路设计原理图若要读出当前的温度数据我们需要执行两次工作周期，第一个周期为复位、跳过ROM指令、执行温度转换存储器操作指令、等待500uS温度转换时间。紧接着执行第二个周期为复位、跳过ROM指令、执行读RAM的存储器操作指令、读数据（最多为9个字节，中途可停止，只读简单温度值则读前2个字节即可）。烟雾采集电路火灾烟雾感应装置是检测烟雾必不可少的装置。在本系统中，烟雾采集电路由烟雾传感器MQ-2、A/D转换器ADC0832组成，其原理图如图3.3所示，MQ-2是一个电流型的烟雾传感器，所以需要在4脚、6脚连接一个10K的负载电阻，将其转换为电压，ADC0832通过CH0通道采集该电压对其进行模数转换，并将转换的数据D0发送到单片机。图3.3烟雾传感器电路设计原理图人体检测电路人体检测是防盗的重要武器，当红外探头发出红外线时，表示有盗贼闯入。该装置应用范围广，适用于走廊、楼道、地下室、车库灯光的控制以及办公室、仓库、家庭的实时监控。本系统由HC-SR501人体红外模块进行检测，其内部结构图如图3.4所示，从图中可看出，人体红外探测电路包含信号放大器、数字信号、输入电压比较器、红外线传感器、电路等。它的工作原理是当有人从周围经过时，会产生信号即红外线，该信号会被红外线探测传感器J1探测到，J1中的S端引脚就会产生微弱的电信号，这个信号一般会在1HZ至10HZ之间，第一级放大电路由三极管Q1、电阻等组成，该放大电路产生的信号随即由电容C2输入到运算放大器U1A，此时进行高增益、低噪声放大让信号足够强。只要有盗贼闯入范围区内，人体检测电路就会利用电压差来进行采集。图3.4人体检测内部结构图对外连接图如图3.5所示，1脚VCC接入5V的电源，2脚OUT接入单片机的12脚进行控制，3脚GND接地，其中2脚和3脚之间需接入10K的电阻，起到限流作用。图3.5人体检测原理图温度控制模块电路温度控制模块包括小水泵和电风扇，发生火灾时，能够对其进行简单的控制。如图3.6所示为小水泵及外围电路原理图，J2为小水泵插座，这样在使用时可方便插入和取出。其中三极管作为驱动装置选用PNP型，基极需接1K的电阻起到限流作用来保护三极管的发射结。由于单片机是低电平输出，本设计选用电压为5V继电器带动电动机，电容C6作用是保证电源的稳定，最后将三极管的基极连接到单片机的22脚。图3.6水泵及外围电路原理图电风扇的驱动设计比小水泵简单，只需三极管进行驱动即可。此时电源为5V，集电极接入插座J1的1脚，基极接入单片机的22脚。电风扇及外围电路原理图如图3.7所示。图3.7电风扇及外围电路原理图显示报警模块电路设计LCD1602显示屏电路本设计采用LCD1602显示屏来完成显示功能，在设计该电路时，采用5V电压设计，第3引脚为显示器对比调整端，当它接地时对比度非常高，会产生“鬼影”，需使用2K的电阻来调整对比度。LCD1602显示屏原理图如图3.8所示。图3.8LCD1602显示屏原理图蜂鸣器报警电路本系统采用有源蜂鸣器作为报警装置，其内部有振荡电路，当发生报警时，蜂鸣器会一直鸣叫。蜂鸣器报警原理图如图3.9所示，该电路中D1为续流二极管，R8起到限流作用，由于蜂鸣器工作时电流较大，无法被单片机驱动，因此增加三极管Q1来增强驱动能力。当蜂鸣器工作时，三极管导通，此时电流逐渐增大；当关闭蜂鸣器时，VCC-蜂鸣器-三极管-地这条回路已经被截断，此时储存的电流经过续流二极管和蜂鸣器自身的环路消耗，避免了方向冲击的电流。图3.9蜂鸣器报警原理图GSM短信报警模块电路GSM短信报警模块在本系统中提供短信报警功能。当温度值和烟雾浓度超过预定值，无盗贼时，发送内容“Pleasenotethat!Therearefire，nothief!”；当有盗贼，无火灾时，发送内容“Pleasenotethat!Therearethief，nofire!”；当既有火灾又有盗贼时，发送内容“Pleasenotethat!Therearethieves，therearefires!”。由于SIM800C电路复杂，在设计原理图时，将其简化。图3.10为GSM短信报警模块原理图，11脚接入5V的电源，12脚接地，引脚13作为发送数据端接入单片机的P3.0，引脚14作为接收数据端接入单片机的P3.1。在工作时，该模块突发模式时电流峰值可达到2A，所以在外部供电电源小于10W时，增加C5以防止模块掉电关机。图3.10GSM短信报警模块原理图电源模块电源模块为本系统所有模块的电路提供电源，由于本设计只用到5V电压，所以不需要稳压模块，只需一根电源线，运用自锁开关控制电源即可。电源模块原理图如图3.11所示。图3.11电源模块原理图按键电路按键是为了能够方便选择所需要的功能，其原理图如图3.12所示。本设计用到5个按键，其中按键1（K1）为设置布防工作状态，开启时，当温度或者烟雾浓度超过设置报警值时或者有人体信号触发时，将产生报警；关闭时，不发生报警，显示屏只显示当前温度值以及烟雾浓度。按下按键2（K2），进行温度报警值设置，按键3（K3）表示“+”操作，按键4（K4）表示“-”操作；第二次按下K2，进行烟雾浓度报警值设置；第三次按下K2时，表示回到了界面状态。按键5（K5）是手动报警按键。K1-K5分别接入单片机的5脚，6脚，7脚，8脚和17脚。图3.12按键原理图

系统软件设计主程序设计本系统程序部分是在KeilC环境下完成的，因为它支持C语言的编程，所以使用时非常方便。硬件电路为整个系统的功能打下了坚实的基础，硬件从设计到确定选型后，整个软件设计工作就会逐一确定。系统软件设计工作是进行程序的编写，使之能够达到预想的功能要求。主要包括：单片机作为主控芯片完成信息采集、处理、通信、显示、报警等功能。根据软件的不同功能分为主程序和子程序。主程序作为本设计的核心，它的作用就是当执行模块完成后，操作者能够更好的进行协调，流程图如图4.1所示。（1）系统首先进入初始化状态，采集烟雾浓度、温度值、进行人体检测，温度值和烟雾浓度显示到显示屏上；（2）判断是否有按键设置，是进行按键操作，否返回上一步；（3）进入按键操作后，判断是否开启布防，是则开启布防，否返回上一步；（4）开启布防后，判断是否进行温度值与烟雾浓度的报警值设置，是即设置报警值，否默认程序设定报警值进行报警；（5）进行报警值设置后，判断温度/烟雾是否超出报警值，是否有人闯入，是GSM发送短信报警，蜂鸣器鸣叫，否则继续等待；没有进行报警值设置时，判断温度/烟雾是否超出默认报警值，是否有人闯入，是GSM发送短信报警，蜂鸣器鸣叫，否则继续等待；（6）判断是否消除报警，是系统回到初始化状态，否蜂鸣器继续鸣叫。图4.1主程序工作流程图除了主程序外，子程序也是必不可少的一部分。子程序主要是完成各种实质性的功能。其主要包含有以下子程序：（1）信号采集程序；（2）LCD显示模块程序；（3）报警模块程序；（4）温度控制程序。信号采集程序系统要实现火灾报警、防盗报警功能，首先需要采集各传感器输出的信号。本系统中，单片机需要向外采集物理信号，采集程序主要控制各传感器运作，同时需遵循传感器的相关时序。信号采集程序中包括烟雾检测程序、温度采集程序、人体检测程序。编写烟雾检测程序时，由于烟雾值输出的是模拟信号，要进行模数转换再读取烟雾浓度；进行温度采集时，将通信引脚设置于P3.3端口，此时DS18B20为待命令状态，当单片机开始发送命令时，即开始启动温度转换命令。读写字节时，写入“0x44”指令码，读取温度时，写入“0xBE”指令码；进行人体检测时，将通信引脚设置于P3.2端口，设置状态标志“Infra”，无人时为“0”，有人时为“1”。信号采集程序流程图如图4.2所示。部分代码如下：#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"sim800.h" #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineK_MG_MV120/66typedefunsignedcharU8;typedefunsignedintU16;inttest_boot;inttest_net_register;unsignedcharidataGSM_receive[60];unsignedcharGSMDATA_count;unsignedchar*content_temp="Warning:overtemperature\r\n";unsignedchar*content_smoke="Warning:excessivesmokeconcentration\r\n";unsignedchar*content_body="Warning:bodyentry\r\n";unsignedcharstr_yw[12];//烟雾值unsignedcharT_baojing=30;//温度报警值unsignedintC_baojing=200;//烟雾浓度报警值unsignedcharT_buff[3];//报警缓存unsignedcharH_buff[3];unsignedcharC_buff[4];bitsf_flag=0;//设防标志unsignedcharmoshi=0;unsignedchardata1;longValue;图4.2信号采集程序流程图由于烟雾采集的浓度为模拟信号，需要进行模数转换，所以A/D转换也是信号采集模块中重要的部分。因为模数转换的数据采样频率本身很高，所以运行时间非常短。ADC0832在第四个下降沿时接收数据，然后再进行接收校验数据与接收数据进行比较，如果正确就返回数据，将处理的数据存入寄存器。ADC0832芯片接口子程序流程图如图4.3所示。图4.3ADC0832芯片接口程序流程图LCD显示程序在本系统中，LCD1602显示当前温度值、烟雾浓度、报警信息，需用LCD显示程序来实现此功能。在进行LCD显示模块编写程序时，首先要进行接口初始化，等待液晶准备就绪时开始设置，首先写入字节命令，此时RS（数据/命令选择）为低电平表示选择指令寄存器，R/W（读写选择）为低电平表示选择写操作，E（使能）为下降沿时执行命令，再写入字节数据，此时RS为高电平，R/W继续为低电平，E继续为下降沿。然后设置RAM起始地址和屏幕上的起始坐标，最后在进行初始化，主要起到清屏作用。LCD显示模块程序流程图如图4.4所示。图4.4LCD显示模块程序流程图报警模块程序蜂鸣器报警程序系统在检测到火灾或盗窃事件后需要驱动蜂鸣器报警。蜂鸣器报警时将单片机P2.0作为蜂鸣器报警程序端口。当判断P2.0为低电平时，即系统开始报警。蜂鸣器报警程序流程图如下图4.5所示。图4.5蜂鸣器报警程序流程图GSM短信报警程序在火灾或盗窃事件发生后，GSM短信模块随即被单片机驱动进行短信报警，显而易见，GSM短信报警程序也是本设计较为重要的部分。如图4.6所示为GSM短信报警程序流程图，首先进行UART初始化，主函数为voidUart_Init(void)，然后编写单字符和字符串发送函数。为了保证数据能够完全接收需要设置延时函数，配置接收短信模式为英文模式，配置成接受短信提醒，同时接受短信内容，最后设置短信内容模式参数并编写报警内容。图4.6GSM短信报警程序流程图温度控制程序系统检测到火灾时，需要对当前火灾进行控制，温度控制是利用电风扇和小水泵实现的。将电风扇和小水泵分别与单片机P2.2端口、P2.1端口连接，判断这两个端口输出是否为低电平，当输出为低电平时，电风扇和小水泵开始工作，为高电平时不工作。温度控制程序流程图如图4.7所示。图4.7温度控制程序流程图代码实现过程如下：sbitbADcs=P3^4;sbitbADcl=P3^6;sbitbADda=P3^5;sbitsf_led=P1^3;//设防指示灯sbitshefang=P1^4;//设防按键sbitshezhi=P1^5;//设置sbitjia=P1^6;// 加sbitjian=P1^7;//减 sbitBUZZER=P2^0;//LED蜂鸣器sbitInfra =P3^2;//人体红外模块unsignedcharIntToString(unsignedchar*str,intdat);externbitStart18B20();externbitGet18B20Temp(int*temp);externvoidInitLcd1602();externvoidLcdShowStr(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*str);floatintT,decT;//温度值的整数和小数部分longkssj()//开始收集{unsignedchari;bADcs=0;//当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用. bADcl=0; bADda=1; bADcl=1; bADcl=0;//1down bADda=1; bADcl=1; bADcl=0; //2down bADda=0; bADcl=1; bADcl=0; //3down bADda=1; bADcl=1; bADcl=0; //4down

系统调试与测试验证硬件调试硬件调试主要是对智能防盗防火报警系统电路板的调试，保证其功能的完善。在进行硬件调试时，首先要明白每一个部分的工作特性以及工作原理，这样在调试时可快速的检查出问题所在之处。对于本设计硬件调试，步骤如下：（1）因为智能防盗防火报警系统是焊接在万能板上的，所以在完成焊接之后，必须对每一个焊接点进行认真的检查，检查其是否存在漏焊、虚焊、断路等情况，如有，及时进行处理。如图5.1所示为系统焊接检查图；图5.1系统焊接检查图（2）用万用表检查电路的通电状态以及连线的正确性，如图5.2所示为万用表检查电路图。图5.2万用表检查电路图软件调试软件调试虽然无硬件调试的支持，但可以设计出模拟硬件电路图进行调试，本系统的软件调试是利用Proteus仿真软件开发工具完成的。用Proteus画出设计好的硬件电路图，并将Keil4中编译完成子程序的Hex文件下载到调试软件中，进行相应模块的调试，找出程序中存在的错误，并对相应程序错误进行修改，如图5.3所示。图5.3hex文件下载到仿真软件由于GSM短信报警模块要发送短信，所以不能仿真，可在硬件调试下进行检测。hex文件下载到仿真软件中，开始调试。步骤如下：（1）点击开始按钮，即系统在初始状态中，LED显示的是目前系统状态下的温度值以及PM2.5值。如图5.4所示为LED显示状态图；图5.4仿真软件下LCD显示状态（2）按键及温度报警：复位按键、布防按键、加减按键、手动按键、手动报警操作均正常，其中按下布防按键时，D1亮，假设设置温度30℃时，系统开始报警，系统进行仿真，经过仿真后，与预期效果一致，此时D2灯亮，表明正在进行蜂鸣器报警；D3灯亮，表明水泵正在进行工作；与初始状态图比较，可得知电风扇正在工作；LCD1602显示屏显示当前温度和PM2.5值，同时显示“Firealarm”。经过反复调试，仿真与预期效果一样。如图5.5所示为温度报警图；图5.5进行温度报警（3）模拟烟雾报警：因为烟雾浓度越高，其电阻就越小，避开温度报警的误导，改变烟雾传感器内的电阻值，设置烟雾浓度在267PPM后报警，将电阻值减小，其烟雾浓度为267PPM，此时D2亮，表明蜂鸣器正在报警；D3灯亮，表明水泵正在进行工作；与初始状态图比较，可得知电风扇正在工作；LCD1602显示屏显示当前温度和PM2.5值，同时显示“Firealarm”。经过反复调试，仿真与预期效果一样。如图5.6所示为烟雾报警图；图5.6进行烟雾报警（4）模拟防盗报警：进行防盗报警时，避开温度烟雾报警误导，将温度烟雾调至设置温度以下，点击模拟人体按钮，此时D2灯亮，表明此时蜂鸣器正在报警，LCD1602显示屏显示当前温度和PM2.5值，同时显示“thiefalarm”，仿真与预期效果一致。如图5.7所示为防盗报警模拟图；图5.7进行防盗报警（5）模拟防火防盗报警：设置温度30℃，PM2.5为267PPM时进行报警，点击模拟人体按钮，将温度调至30℃，PM2.5调至267PPM，此时D2亮，表明蜂鸣器正在报警；D3灯亮，表明水泵正在进行工作；与初始状态图比较，可得知电风扇正在工作；LCD1602显示屏显示当前温度和PM2.5值，同时显示“fire_thiefalarm”。经过反复调试，仿真与预期效果一样。如图5.8所示为防火防盗报警图。图5.8进行防火防盗报警系统测试在进行系统测试时，首先对系统各模块进行单独测试，各模块测试步骤如下：（1）利用串口将程序烧写到单片机内，打开电源，检查LED1602显示屏是否正常显示。如图5.9所示为LCD1602显示图；图5.9LCD显示图（2）检查按键1是否能进行布防设置，按键2是否能进行选项设置，按键3是否能进行预设值“+”设置，按键4是否能进行预设值“-”设置，按键5是否能进行手动报警。如图5.10所示为按键模块图；图5.10按键模块图（3）检查人体红外线传感器是否能正常工作，拔掉人体红外感应模块，使用打火机检测烟雾传感器、温度传感器是否正常工作。图5.11所示（从左到右）依次为人体红外线传感器、烟雾传感器、温度传感器；图5.11信号采集模块图（4）利用按键设置报警温度值以及PM2.5值，检查蜂鸣器是否能够正常报警，GSM短信模块是否能进行短信报警，温度控制模块是否正常工作。图5.12所示（从左到右）依次为蜂鸣器报警、GSM短信模块、温度控制模块。图5.12报警及温度控制模块图进行整体模块测试时，由于本系统含有温度值、烟雾浓度以及人体信号三个变量，所以在系统测试时，需要采用“控制变量法”进行系统测试。如图5.13所示为系统测试连接图。图5.13系统测试连接图系统测试如下：（1）温度数据测试：设置系统温度值在30℃进行报警，烟雾浓度保持在175PPM不变，保持无人状态。测试时，当温度小于30℃时，蜂鸣器未报警、GSM短信未报警、小水泵未工作、电风扇未工作，系统工作状态正常；当温度30℃或以上时，蜂鸣器报警、GSM短信报警、小水泵工作、电风扇工作，系统工作状态正常。通过不同温度值测试，系统未出现异常，能够实现系统所设计的功能。测得的温度值与各应答模块工作状况如表5.1所示。表5.1系统温度数据测试及工作状况温度值烟雾浓度有无人状态蜂鸣器报警模块GSM短信报警模块温度控制模块系统工作状况27℃175PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常28℃175PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常29℃175PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常30℃175PPM无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常31℃175PPM无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常32℃175PPM无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常（2）烟雾数据测试：设置系统烟雾浓度在93PPM进行报警，温度值保持在28℃不变，保持无人状态。测试时，当烟雾浓度小于93PPM时，蜂鸣器未报警、GSM短信未报警、小水泵未工作、电风扇未工作，系统工作状态正常；当烟雾浓度在267PPM及以上时，蜂鸣器报警、GSM短信报警、小水泵工作、电风扇工作，系统工作状态正常。通过不同烟雾浓度测试，系统未出现异常，能够实现系统所设计的功能。测得的温度值与各应答模块工作状况如表5.2所示。表5.2系统温度数据测试及工作状况烟雾浓度温度值有无人状态蜂鸣器报警模块GSM短信报警模块温度控制模块系统工作状况0PPM28℃无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常67PPM28℃无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常80PPM28℃无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常93PPM28℃无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常100PPM28℃无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常110PPM28℃无人报警发送短信小水泵/电风扇工作正常（3）防盗测试：当有人闯入时进行报警，温度值控制在30℃以下，烟雾浓度控制在93PPM以下。经多次测试测试时，当无人时，蜂鸣器未报警、GSM短信未报警、小水泵未工作、电风扇未工作，系统工作状态正常；当有人时，蜂鸣器报警、GSM短信报警、小水泵未工作、电风扇未工作，系统工作状态正常。通过多次有无人测试，系统未出现异常，能够实现系统所设计的功能。测得数据与各应答模块工作状况如表5.3所示。表5.3系统有无人状态测试及工作状况有无人状态温度值烟雾浓度蜂鸣器报警模块GSM短信报警模块温度控制模块系统工作状况21℃0PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常21℃0PPM有人报警发送短信小水泵/电风扇未工作正常22℃50PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常22℃50PPM有人报警发送短信小水泵/电风扇未工作正常23℃67PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常23℃67PPM有人报警发送短信小水泵/电风扇未工作正常24℃80PPM无人未报警未发送短信小水泵/电风扇未工作正常24℃80PPM有报警发送短信小水泵/电风扇未工作正常问题及解决措施在智能防盗防火报警系统的调试过程中，遇到的问题及解决措施：（1）在进行硬件调试时，GSM短信模块不能够进行正常报警，查找相关资料发现在进行短信报警时，会发射很大的电流，因此须在短信模块加入1000μF的电容可解决此问题。（2）在进行硬件调试时，显示屏不能正常显示，检查排线后发现在万能板焊接时，把LCD1602显示屏的EN引脚连错到单片机的P1.3引脚，经修改后连到P1.2引脚。修改后，显示屏能正常显示。（3）在进行软件调试时，发现LCD1602显示屏不显示，检查程序没问题，通过硬件电路图对比检查发现LCD1602显示屏VEE引脚未接电阻，导致电压不正常。对显示屏对比度的电压进行调节，显示屏正常显示。（4）在进行软件调试时，预设23℃进行报警，但是23℃无报警，且24℃时才进行报警，经过软件程序检查过后，才发现温度报警值比较的是整数，修改前的程序是intT>T_baojing，经过改进之后为intT>=T_baojing，经过验证后，23℃能够正常报警。

结论本设计首先确定了系统方案设计和各个模块的选型，然后根据可运行功能特点采用硬件与软件结合的方式进行研究并做出相应的调试，最后通过系统的测试后，智能防盗防火报警系统的设计可进行正常的工作。STC89C52是本设计的核心控制芯片，同时利用人体热式传感器、温度传感器、烟雾传感器实时监测，为用户提供具有安全保障的场所。本设计根据各个模块的功能，以对比方式更优化的进行选型。在设计的过程中，软件的程序编写是本系统的难点，特别是GSM短信通信的程序的设计。硬件调试主要是利用万用表对实物进行检查，再对各个模块进行相应的调试，保证功能完善；软件调试利用Protues软件，通过对各个子模块的调试判断程序是否出错。系统测试通过“控制变量法”验证该系统能够满足功能要求。

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