【《基于STC89C52单片机的智能家居安防系统设计（附图）》9800字（论文）】

绪论1.1课题背景及其意义1.1.1研究背景随着经济的快速发展和科学技术的不断进步,智能家居的概念逐渐进入人们的生活。随着中国经济蓬勃发展,中国智能家居市场正在逐步扩大,而且智能家居理念也已经深入人心。智能家居让您拥有安全舒适的工作和住宿环境、便捷的通讯、全面的信息服务、智能化的家庭系统。与其他传统的家居理念相比,智能家居不但具有别于其他传统的家居管理功能,而且大大增强了其安全、舒适、便捷、艺术等特点,实现了一种环保、节能的家居生活环境,优化了现代人的日常生活。智能家居具备了安全、舒适的日常生活条件、便捷快速的通信、全方位的信息服务和智能化家庭管理系统。随着进入现代信息社会对于提高人们家居日常生活的使用水平和生活品味上的改善,智能家居正在逐步逐渐走进我们的日常生活和人们日常生活,受到了广大人们的广泛认同喜爱。经过近几年的快速行业发展,智能家居相关产品在整个行业中已经逐步得到了发展空间和高度普及。但随之而来的安全问题不容忽视。1.1.2研究意义居住环境已经成为了人类赖以生存的基础,人们的生活水平和物质得到了提高,科学和技术不断向前推进,智能家居正慢慢地走进老老百姓的日常生活。在国内外的企业当中,都极剧地要求我们加快推动智能家居行业的发展。通过智能家居这一产业这些年的发展,受到业界前所未有的关注,随之也越来越普及。为实时检测得出每一个居住地的温度,湿度,烟雾浓度以及其他安防工作情况,本产品设计针对性地开发了一种智能家居的安防监控系统,以STC9C52单片机技术为主要核心,一种新型的智能家居安全监控系统旨在提供对家庭状况的实时监控，使人们可以实时了解他们的居住环境。通过集成烟雾检测，温度检测，湿度检测和警报模块等功能，我们实现了自动检测外部环境变化并实时提供反馈的功能，从而易于管理和操作,并且保证家庭和个人财产安全，以及使人拥有保证的家庭居住环境。2系统总体设计的方案2.1设计要求经济的迅猛发展使得我国人们的物质生活水平得到了极大地提升，使得人们在生活中的品质等待需求日益增强，住宅建筑的防范问题越来越受到人们的关心。在当前，它在欧洲等国家已经得到了大量的应用，但在我国还没有得到应用。根本缘由是中国住宅与西方国家房屋有着明显的区别，其房屋种类大多为复合式公寓。从我国国情考虑,本节安防家居报警系统实时检测室内温度、湿度、气体浓度,防止室内气体浓度过高,并可通过LED和扬声器报警,同时实时显示室内温度和湿度,保证住户安全,提高生活幸福感。2.2设计思路安防家庭报警监控系统的开发和设计是否能够跟用户的确切工作背景是紧密联系的。经过对中国中高型建筑的调研和对其居民居住出行的走访，本安防设计在研究时应多方面计划下列多个层次的开发研究目的：探测与过温警示安防系统的核心功能技术目的就是对各类住宅办公室、窗口区域进行安全检测和火灾防范:住宅火灾吸烟报警监控系统主要技术目的就是对于住宅厨房等容易吸烟引起住宅火灾的公共场所位置安装一个小型烟雾式报警传感器;厨房防火和煤气火灾报警监控系统的主要技术目标就是在住宅厨房内部位置安装一个微型天然气自动警示型信号接发器。因此，综上所述系统的核心研究条件和可保证其经济实用性和设计稳定性的必须原则，明确了本系统的总体设计方案(1)安防模块主要由防煤气组成。MQ-2烟雾传感器进行烟雾检测判断;(2)警示系统即为室内报警模块。室内报警模块大多为声光报警，其器件多为半导体发光器与蜂鸣器。(3)对于室内温湿度状态和室内空气中的污染物浓度可以通过使用LCD1602进行现场实时显示,以便于保证居民能够及时地检测得到当前房子的安全情况。2.3设计总体构成该系统的开发将信号收发器、信号处理技术和非人工式调控紧密结合起来，设计出了稳定性强、安防度高的居家监控警示信号收发系统。该系统主要由温湿度传感器电路,烟雾报警模块,红外报警模块,液晶显示模块、半导体式灯、按钮、微型报警电路、供电源构成。传感器模块主要由检查电路组成，该检查电路由构成多个不同检查点的多个传感器单元组成。该系统用烟雾和温湿度传感器模块来检测居住环境中的有毒气体和温湿度。如果系统运行正常，则将实时收集现场数据，并且每个STC89C52单片机都会处理这些数据。如果发送的值超过设定值，即气体浓度超过100mg/ml，或者温度传感器检测到室温值超过40，则主站进行发送。警告系统和报警系统命令都打开了。在这个显示模块中所要展示的也就是这个房子当前的安全情况,一旦发生了报警事件就系统自动向用户展示相关报警消息和信号的数据来源。本地的报警模块三个部分共同组成了报警模块,其中本地的报警模块有LED、喇叭。而主控模块则是用STC89C52组成的嵌入式微处理器作为主控电路。2.4设计主要模块构成2.4.1温湿度传感器模块Temperatureandhumiditysignal传感系统的DSP设计采用DHT11为本次温湿度传感模块的信号收发器。其器件外形基本样式如软件图2-1所示。DHT11数字式复合传感器是一种高效率稳定型传感器，它包括了已经被严格精确校准的各种数字信号模拟输入以及数字化信号输出的各种空气温湿度智能化的复合数字传感器,与目前ds18b20只能够直接用来实现空气温湿度测量的两种特性相比,DHT11数字空气温湿度复合传感器既不仅能够同时用于直接测量空气中的温度,也甚至可以同时用来直接检测空气湿度,这是其优势。图2-1DHT11数字温湿度传感器2.4.2可燃气体传感器模块在我们的现代家居安全防护系统中,除了室外的安全防盗防护装置外,室内关于各种日常生活工作环境中温室气体排放浓度的日常检查也尤其重要。本解决方案所用的烟雾测量传感器称为MQ-2,MQ-2型天然气体烟雾传感器是一种广泛应用于由液化氢气和煤作为主要燃气组成组分部件的大型民用城市中的煤气、天然气、液化气和石油等的烟雾测量,而且其抗干扰能力强,水蒸气、烟等其它受到直接干扰的天然气体对它的流动影响很小,气体的自动响应控制效果相对较好,性能稳定,功耗相对较低,适用于室内燃气发生重大火灾的特殊危急情。MQ-2烟雾温度传感器主要就是通过运用它的电导率函数来精确测量可燃冰对气体的热敏感性这一--个体的特征。当大气烟雾中的浓度很大时,烟雾浓度报警器就一定会开始运行,其电路输出的输入电压一定要远远低于超过了一个门槛设定值的输出电压,而且电路会同时呈现一个低电平。我们通过一个A/D十字数据信号转换器,每个MQ-2传感器输出的每个模拟数字信号转换成模拟数字信号，然后传送给每个单片机进行报警处理，同时在每个控制器的报警信号电路中的LED闪光灯会自动做出了一个相应的控制报警信号指示。本设计中主要设计采用的两个A/D十字数据信号转换器芯片型号,芯片内部主要包括了一个内部带有8通道的多路信号开关,可以按照相关地址顺序锁存和读取译码完成后所执行产生的相关信号,对每个相关信号输入端的信号数据进行了精确挑选和完成执行后的A/D数据转换。其中，MQ-2型气敏元件有以下特点:(1)它所指的是一种直接采用高温烧结器件或者半导体所技术加工制造而来生产和形成的敏感高温烧结体,具有一个稳定的电压r(该值即在纯净高温空气环境中该烧结器件在高温电流和热能条件下的稳定电流和温度的阻抗)和高温电压和热能条件下温度迅速变化时稳定的电压和热能条件下温度迅速变化时的阻抗,从而充分保证了长期正常的高温工操作时稳定的电流和温度。(2)单电源供电,其功耗仅0.7W左右。(3)对所测试的气体有很高的灵敏度和信噪比。2.4.3报警模块报警模块是监视器的反馈部分。我们不仅要知道控制器是否接收到系统发出的指令，并要让它在运行错误时警示使用者。这时候报警模块显得非常重要。使用者设置温度极限后，在温度升到时，报警模块会工作并关闭继电器，以确保器件和继电器的可循环利用性。在设计上要满足经济性、效率高、声音幅度等条件，选用无源蜂鸣器作为报警模块的发声装置。2.4.4液晶显示模块液晶显示模块主要用于实时显示房间中的温度，湿度以及气体浓度。该测试系统的英文显示符号选择系统使用英文LCD模块1602，该模块基于行业标准字符。它可以在各种英文文本中显示拉丁字符的大小。同时，书写更方便。通过手动查看自定义项，您可以自动显示简单的简体中文拼音字符。该数字显示操作系统中使用的1602是一种高质量、低成本的大型液晶数字显示器。它可以同时在两行或多行上显示多个标准英文字符，每行总共包含16个字符。在现代无线通信系统中，智能显示操作也被广泛应用于现代移动办公自动化仪器仪表等移动办公设备中。其中一个主要的应用功能是同时显示aascii的四个字符。在当代被多方面称为“字符显示设备”。所以当没有适合日用文本的日文显示器，就需要快速、直接地表达日文字符。第一步是您需要快速直接获得它。汉字可能希望基于用户的汉字或汉字图形在这些子表达模式下使用数据。子模块Kanji软件模具不能直接使用子模块Kanji数据的5x8点矩阵，它可以从Kanji手动机器中提取打印的Kanji并创建字体作为模具。第二步是将所获取的中文拼音电子模型数据由存储器存储到LED数字存储器中。1602液晶的主要特殊功能性质可以大致分为两种,常的液晶是没有带背光和非常的的则是没有带背光,微控制器的大多数基本功能设计的特殊功能性质特点均可以表现如下为aaachd44780,带背光的比不是一个液晶带有非常背光的厚,是否与非常的一样带有彩色背光在实际的各种液晶显示应用中并没有太多的特殊功能性质可以区别,两者之间的整体尺寸相同时的情况所示如下面右图(具体参见液晶图2-2)所示图2-2液晶尺寸说明3硬件电路的设计3.1STC89C52单片机核心系统电路设计本设计采用STC89C52，STC89C52是一款低供电、高效率的CMOS8位微控制器。该芯片包含8KB的可擦除闪存只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器（RAM）。该设备采用了阿特梅尔的高密度非易失性存储技术。产品兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8位CPU和flash单元，强大的STC89C52单片机，可以提供更复杂的系统控制应用。（1）8051单片机的引脚功能图3-1STC89C52引脚图其特殊用途如表3-1所示：表3-1P3口第二用途 3.2STC89C52单片机最小系统说明51单片机的最小电源控制电路系统基本电路主要原理是由电源复位控制电路、时钟信号控制器和驱动电源环路控制器三个大部分共同工作构成。单片机最小化系统的工作原理电路框图显示如下图3-2。图3-2单片机最小系统原理3.3电源电路设计本次控制系统采用5v直流电源方式作为控制系统的总电源,为整个控制系统提供电源,电路简单、稳定,原理框图设计如下表所示。dc为无线电源的设备dc插座,可以直接通过连到usb的无线电源设备插座,一端直接安装到dc的无线电源设备插座上,另外还有设备可以将dc的无线电源插入5v的无线电源,例如使用计算机USB。图3-35V电源电路原理图led为一个红色的LED灯,作为控制系统中是否有一点的指示灯,电阻值设定为1k电阻,起到了限流的功能,保护LED灯,以防止因电流太大而直接烧坏LED灯。sw是一个带有闭合启动控制器的开关,该闭合键被按下后,红灯熄灭,此时系统启动控制器的电源5v直流输出。开关再次按下后,红灯熄灭,此时系统的输入电源将显示无5v的输出。3.4烟雾检测模块烟雾传感器是一种属于气敏式传感器，它采用的是气-电转换器，将气体的信号转换为无线电信号，继而通过A/D转换，转换为时域上离散数字后发送到显示屏上进行显示。图3-4烟雾检测模块电路图烟雾检测模块电路连接图如图3-4所示。由于MQ-2在时域上输出连续的信号，因此首先需要将检测结果在时域上转换成离散的数字量，然后传输给MCU进行处理。3.5LCD显示模块LCD显示器分为两种，字段显示和字符显示。本设计采用字符显示。LCD1602作为显示设备输出信息。在本设计中选择LCD1602作为主要的显示器件来检测图像。在显示器上会有温湿度数值的实时显示。其具体电路原理图图3-5所示。图3-5LCD1602液晶显示电路原理LCD1602的D0到D7端口连接单片机的P0口，RS连接P234，RW连接P25，E连接P26。VSS、K、AO端口均接地，其余端口接VCC。显示屏上实时显示温湿度的数值以及烟雾浓度的数值。3.6按键电路设计轻触开关按键自动指示器开关是一种简单的驱动电子机械启动器的开关,只要用户按下一个轻触按键,则电子启动器的开关就可能会被自动接通,松开这个轻触按键时电子启动器的开关将可能会与之同时断开。按键的操作单片机相关控制引脚可以被默默确认为一个高电平,当一个按键被控制单片机自动按下后,相关引脚被自动转换而成为一个低电平。进而直接有效实现了对系统音频信号的手动音频输入。它的集成电路设计原理以及框图结构如图3-6左右所示。图3-6按键电路原理S2为"设置"按键,S3为"减"按键,S4为"加"按键。即先按下S2设置按键,通过S3和S4的增减来设置温度的范围,设置完毕之后,再次按动S2"设置"按键,此时即可通过S3,S4来调节湿度的范围。其中只有S2按键可以连接每个单片的主机接口P15管脚,S3按键可以连接每个单片的主机接口P16管脚,S4按钮可以连接到每个单芯片主机接口的引脚P17。按键的相互连接位置如下图见图3-7所示。图3-7按键电路其中K1表示设置按键,K2,K3分别表示减少和增加按键,K4表示入侵设置报警功能按键。按下K1设置,通过按键K2,K3来自动设置空气中的温度和烟雾气体浓度的最高上限。之后在按下K4即可启动报警装置。3.7报警电路3.7.1LED信号指示灯电路LED光电灯发光即是光子发光光电二极管,也就是发光半导体中的发光光电二极管的一种,可以把大量的光子电能直接将其转化而成为大量光能。只要把MCU的控制引脚拉下来，LED灯就会亮，否则LED灯就不会亮。具体的集成电路设计原理和框图结构如图3-8所示。图3-8LED灯指示电路原理LED2亮，表示空气中的湿度超标而报警；LED3亮，表示空气中的湿度太小而报警；LED4亮，表示空气中的温度超标而报警；LED5的温度太低则无法报警的是指示灯。3.7.2温湿度蜂鸣器报警电路有源发声蜂鸣器系统是一种采用集成电路一体化供电结构的家用电子讯号音响器，采用射频交流或带电压电的方式进行供电。图3-9蜂鸣器报警电路原理本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块，当温度湿度超过或低于规定范围值时，蜂鸣器就会报警。反之则不鸣叫。3.7.3温湿度烟雾报警电路对于使用如下所示图3-10所示的一个LED自动报警控制电路，LED的一个正极在首先连接至两个ioio的一个io输入端口之前先与1k内的电阻端口进行电路串联,而它的负极则应该是首先连接至两个io的一个io输出端口。微控制器。因此,只要一个单片机的对应io端口输出信号为一个低电平，LED灯就已经可以被点亮。此设计共使用三组LED灯，分别用于湿热警报指示器和高烟浓度警报指示器。图3-10LED灯电路4系统软件设计完整的控制体系是由整个硬件系统和软件体系两个大部分共同构成。上一节章节主要是介绍系统中各个硬件电路的总体设计。为了能够充分利用该系统的设计功能,必须使其编程成为支持该硬件平台的应用程序。4.1程序语言及开发环境C语言本身实际上是为计算机应用系统设计的汇编语言。它不仅具有高级汇编语言在设计中的所有基本功能，而且还具有与其他汇编语言在设计中相同的基本功能。1972年，诺基亚贝尔实验室（NokiaBellLabs）成员丹尼斯里奇（denismRitchie）首次推出了这款手机。自1978年以来，C语言被系统设计者广泛地移植到许多微型计算机上。除了直接用于创建可作为小型工作系统软件编辑的系统设计应用程序编辑语言和可作为系统设计使用的应用程序外，它还可以是可直接创建为系统设计应用程序的系统设计应用程序编辑语言。它的应用领域必须非常广泛,并且必须具有处理大量数据以及执行逻辑分析和计算的强大功能。它不仅可以应用于系统软件开发,还可以应用于各种教育和研究任务。C++语言。用户非常适合编译各种系统管理软件,3D和2D系统图形以及计算机动画。某些软件应用程序开发方案包括,例如,针对相应的单芯片微型计算机和各种其他嵌入式操作系统的软件开发。4.2程序流程图本次在系统程序开发中主要采用了keiluvision4软件对其进行编写和调试的过程，程序语言采用C++语言编写，易于阅读和移植。本次系统运行的过程框图说明如下,见图4-1。设计完成上电后,单片机就已经开始了对io口和定时器的初始化,然后可以判断每个按键都是否被按下,当没有一个按键被直接按下时就进行了按键的处理,同时读取温湿度传感器的数值。将读取的数值与设置的数值进行比较,若果过高或者过低就会触发蜂鸣器报警,并且LED灯亮。如果没有按下按键就保持默认的数值进行比较。图4-1系统运行流程按键处理部分的原理图如图4-2所示。S2按键是设置温度和湿度的判断按键。按下S2先显示的是对于温度设定,然后通过S3,S4两个按键来自动设定温度的最高值；再次按下S2按键,通过S3,S4按键来控制湿度的最大上限。图4-2按键处理部分图按键处理部分原理图如图4-3所示。通过单片机可以实时监测到居室中的温度,烟雾和空气质量。若温度超出预先设定的温度上限值,led2灯会自然地闪亮,蜂鸣器就会自动报警;当空气中的烟雾含量浓度达到上限值,led3灯亮,蜂鸣器自动报警。图4-3报警电路模块软件操作系统的电视软件优化工作原理流程图如下：具体设计方案如图4-3所示。首先，对液晶电视软件进行初始化。包括LED功能初始化、LED显示内容初始化和报警值初始化。然后，循环过程首先读取传感器检测到的烟雾浓度，然后在led1602上显示，以确定读取的烟雾浓度是否大于设定的报警值。如果声音太大，你会听到声光警报。下一步是确定是否按下了设置按钮。如果按下，则需要调整报警值的大小。图4-4主函数流程图5系统调试5.1元器件的选择与测量通常，集成电路是通过焊接和插入面包板来组装的。无论采用何种焊接方法，都应特别注意以下几个方面。(1)所有集成电路的焊接和组装应相同，布线应优化，以便于正确焊接。(2)在每一个分立元件的操作过程中，都要仔细识别每个元件的关系和正负，标记的位置要选择在一个相对简单的位置，便于人们观察，便于以后的检查和调试。对于正负极性的部件在装配过程中一定要非常小心，否则很容易导致实验的失败。(3)对于实际的零件焊接安装工作中,连线排版位置同样需要尽可能地准确做到连线排版简单,并且保证连线方便。同时还强调应尽量坚持做到各个电源通过连线之间不相互直接穿插或者相互重叠,尽量避免从集成电路设备中的任何元器件上方直接进行电源通过。5.2电路的调试调试是指对系统进行调整、改进和测试。测试是对电路组装后的电路参数和工作状态进行测量，调整是在测试的基础上改变一些电路参数以满足设计要求。在测试运行之前，您需要创建测试项目、测试过程、测试运行方法和设备，以了解如何成功完成测试运行。5.2.1调试方法调试方法有两种。电路调试的第一种方法是在整个电路系统用人工材料焊接后，对整个电路系统进行一次调试。这种自动调试控制方式比较安全，适合广泛的工业应用，比较简单，系统调试控制电路不复杂。第一种是同时调试和安装。它的主要功能是将复杂的电子集成电路按其工作原理和电路图上的各种基本功能划分成若干个集成单元，并直接安装调试。在直接安装调试单元功能的基础上，逐步拓展单元安装调试的功能深度，最终确定集成电路的安装调试能够顺利完成。这种操作模式在新一代集成电路中已变得更加普遍。5.2.2调试步骤(1)通电前检查电路焊接后，不要因为急于启动开关而暂时停止电源。首先，我们要根据电路的工作原理，对电路进行仔细的比较，以确保每个电路中的每一个接线位置都是正确的，主要包括多个错误的连接（一端连接正确，另一端没有错误），有几根线（焊接过程中会漏接），很多错误的电线（我们连接的两端在电路中），并且存在短路（特别是在引脚间距小的元件的引脚和焊点之间）。我们还需要仔细检查所有使用结束的部件销的位置是否与图纸所示的位置完全一致。准确检查零件的连接电路时，最好使用基于指针的电路万用表ω×1“准确检查电路中各部件的信号，或使用数字万用表”ω"为了准确地测量这些元件，我们往往需要直接选择引脚对这些元件进行准确的测量，这样就可以很容易地发现一些接触不良的连接部位。(2)通电观察确认各个电路的安装正确后,打开各个电源(首先自动关闭各个电源的互连,等待各个电源的互连,然后再重新打开各个电路的互连。。但是,切勿在接通短路电源后立即对钝化电路的重要功能组件进行安全检查或异常测试。首先,必须认真观察和确认整个钝化电路中有无异常的系统。它检查各种重要组件中的异常情况,例如电路发热,设备烧坏,泄漏,短路和断路。如果在测试过程中电路出现异常,则必须立即关闭电源,检查完成后,解决故障并重新启动。然后,根据设计要求,测量每个组件的引脚功率以及每个引脚电源的输入和负载,以确保每个组件正常工作。(3)单元电路调试在决定设计、安装和调试各功能单元的调试电路时，应明确单元部件设计和调试的性能要求。在这个原理图中，调试顺序要求必须按照潮流方向和输出信号的顺序进行，这样才能对整个电路进行分步调试。它可以作为上一个调试电路的下一个阶段。输入信号，使电路调试更加顺畅方便。单元软件调试主要由静态软件调试和动态软件调试两部分组成。静态电位调试的一般定义是在任何电源都没有附加电信号的情况下，必须进行静态试验，检查有源电路中各点之间的串联电位，特别适用于各种有源电路器件。通过这种检测算法，我们可以快速找到这些已经损坏的部件，并且质量仍然处于一定的临界状态。动态测试调试的主要原理是利用先进的系统前端输入控制信号或自身的输入信号技术，测试动态测试控制单元中每个输出信号的幅度和信号质量参数是否能满足系统设计的性能要求，包括幅度、波形与信号形状的关系，放大器输出信号的相位角倍数与输出频率的关系。对于信号产生电路，我们通常只看动态指标。对于信号产生电路，我们通常只看动态指标。将静态和动态试验结果与设计指标进行了比较。经过深入分析，对各种测试电路和参数提出了合理的修改建议。调试时应有详细记录。(4)整机联调在对每个单元的整体电路进行调试之后，不太可能