基于單片機(jī)的宿舍智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、山東交通學(xué)院2013屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 院(系)別 信息科學(xué)與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣091 學(xué) 號(hào) 090819112 姓 名 王程 指導(dǎo)教師 潘為剛 二一三年六月原 創(chuàng) 聲 明本人王程鄭重聲明：所呈交的論文“宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，是本人在導(dǎo)師潘為剛的指導(dǎo)下開展研究工作所取得的成果。除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明，本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果，尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并愿為此承擔(dān)一切法律責(zé)任。 論

2、文作者(簽字)： 日期： 年 月 日 摘 要本設(shè)計(jì)是以凌陽SPCE061A為控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍人員進(jìn)出情況及人數(shù)的統(tǒng)計(jì)、貴重物品的檢測(cè)以及宿舍火災(zāi)檢測(cè)及報(bào)警功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)主機(jī)，多個(gè)從機(jī)。從機(jī)由信號(hào)采集單元、信號(hào)傳輸單元、控制單元等組成，完成對(duì)宿舍火情、盜情等信息的采集、處理和發(fā)送功能。其中盜情檢測(cè)由熱釋電紅外傳感器、光電開關(guān)和電磁信號(hào)感應(yīng)技術(shù)（電磁型霍爾開關(guān)）完成，而火情檢測(cè)由MQ-2煙霧傳感器和溫度探測(cè)器為一體的復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器完成。當(dāng)防盜探測(cè)器或防火探測(cè)器檢測(cè)到險(xiǎn)情的時(shí)候，向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)，再由單片機(jī)控制報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警。主機(jī)通過無線傳輸器件nRF905接受從機(jī)信

3、息，實(shí)現(xiàn)異地實(shí)時(shí)監(jiān)控功能；該系統(tǒng)成本較低，應(yīng)用于學(xué)生宿舍，能較好地完成宿舍內(nèi)的安防，在異常情況時(shí)立即報(bào)警。經(jīng)過測(cè)試，本系統(tǒng)完成了題目的各項(xiàng)要求。該系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)防盜控制方法的優(yōu)點(diǎn)，還具有易于維護(hù)和實(shí)現(xiàn)非接觸、高可靠監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，并且硬件開銷成本低，適宜宿舍、普通家庭、寢室、辦公場(chǎng)所等。 關(guān)鍵詞:凌陽SPCE061A單片機(jī), nRF905，熱釋電紅外傳感器，煙霧傳感器，光電開關(guān)Abstract The design is based on SPCE061A as the control center, to achieve the hostel staff out of the situatio

4、n and statistics, as well as the detection of valuables dormitory fire detection and alarm functions. The system is designed and produced a host, multiple slaves. Slave by the signal acquisition unit, signal transmission unit, control unit and other components to complete the dormitory fire, Pirates

5、 of the situation and other information collection, processing and transmission capabilities. Pirates of the situation in which detection by the pyroelectric infrared sensors, photoelectric switches and electromagnetic signal sensing technology (electromagnetic Hall switch) completed and fire detect

6、ion by the MQ-2 smoke sensors and temperature probes as one of the completed composite fire detectors . When the anti-theft detectors or fire detectors detect danger, when an interrupt request to the microcontroller, and then by the MCU control alarm circuit, automatic alarm. Information received fr

7、om the host machine, to achieve real-time remote monitoring capabilities by nRF905; low cost of the system, used in student dormitories, can better accomplish dormitory security, in exceptional circumstances the police. After testing, the system completed the requirements of the subject.The system n

8、ot only has the advantages of traditional anti-theft control methods, but also has easy to maintain and achieve non-contact, highly reliable monitoring features, and hardware overhead, low cost, suitable quarters, ordinary family, bedroom, office space and so on.Keywords: SPCE061A MCU, nRF905, pyroe

9、lectric infrared sensors, smoke sensors, photoelectric switches目錄摘 要IAbstractII前 言11 任務(wù)要求與系統(tǒng)方案的論證21.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.2 總體方案論證21.3 主控單元的選取方案31.4 無線信號(hào)傳輸模塊的選取方案31.5 煙霧傳感器模塊的選取方案31.6 溫度傳感器模塊的選取方案41.7 宿舍人員檢測(cè)模塊的選取方案51.8 人員出入檢測(cè)模塊的選取方案61.9 顯示模塊的選取方案71.10 時(shí)間模塊的選取方案71.11 鍵盤的選取方案72 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)92.1 主控單元92.1.1 凌陽SPCE061A概

10、述92.1.2 凌陽SPCE061A結(jié)構(gòu)圖92.1.3 凌陽SPCE061A性能102.1.4 凌陽SPCE061A的最小系統(tǒng)102.2 無線信號(hào)傳輸模塊112.2.1 nRF905概述112.2.2 nRF905的特點(diǎn)112.2.3 nRF905的外部管腳圖122.2.4 無線信號(hào)傳輸模塊電路設(shè)計(jì)132.3 煙霧信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊132.3.1 MQ-2煙霧傳感器工作原理132.3.2 MQ-2煙霧傳感器特點(diǎn)142.3.3 MQ-2煙霧傳感器基本測(cè)試回路142.3.4 煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)142.4 溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊152.4.1 DS18B20工作原理152.4.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖162

11、.4.3 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)162.5 宿舍人員檢測(cè)172.5.1 熱釋電紅外傳感器工作原理172.5.2 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路原理182.5.3 熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計(jì)192.6 人員出入檢測(cè)202.6.1 光電開關(guān)工作原理202.6.2 人員出入檢測(cè)電路設(shè)計(jì)202.7 貴重物品的檢測(cè)212.8 時(shí)鐘芯片電路212.8.1 DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理212.8.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)222.9 液晶顯示電路設(shè)計(jì)232.9.1 LCD 12864接口時(shí)序232.9.2 LCD12864引腳說明242.9.3 液晶顯示電路設(shè)計(jì)252.10 語音報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)262.11 鍵盤解警電路設(shè)計(jì)27

12、2.12 電源模塊283 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)293.1 主機(jī)程序流程293.2 從機(jī)程序流程303.3 時(shí)鐘讀取顯示流程設(shè)計(jì)313.4 按鍵模塊設(shè)計(jì)323.5 密碼模塊設(shè)計(jì)33總 結(jié)34致 謝35參考文獻(xiàn)36附 錄37附錄1主機(jī)系統(tǒng)接口連接示意圖37附錄2 從機(jī)系統(tǒng)接口連接示意圖38III山東交通學(xué)院畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))前 言防盜防火控制可廣泛應(yīng)用于工廠、家庭、汽車等場(chǎng)合。實(shí)現(xiàn)無接觸、智能化報(bào)警是防盜控制系統(tǒng)目前的發(fā)展方向。隨著工業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器等高新技術(shù)的應(yīng)用和研究，近年來防盜控制的研制得到了長足的發(fā)展，以適應(yīng)越來越高的應(yīng)用要求。近年來,各高校及職工宿舍,如何有效地對(duì)宿舍進(jìn)行監(jiān)控已經(jīng)成

13、為一個(gè)亟待解決的問題。本文介紹了宿舍智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)，采用SPCE061A為核心單片機(jī)控制，集智能化防盜防火功能于一體宿舍報(bào)警系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)與無線傳輸報(bào)警。防盜檢測(cè)是指由熱釋電紅外探測(cè)與光電開關(guān)及電磁信號(hào)感應(yīng)技術(shù)（電磁型霍爾開關(guān)）構(gòu)成的探測(cè)器實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)，同時(shí)由溫度探測(cè)器和光電感煙探測(cè)器集為一體的復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器完成防火檢測(cè)。多傳感器的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了低誤報(bào)率，增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性。當(dāng)防盜、防火探測(cè)器檢測(cè)到險(xiǎn)情的時(shí)候，向單片機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)，從機(jī)與主機(jī)直接通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，表現(xiàn)智能化。主機(jī)可以與各從機(jī)無線通信，能顯示當(dāng)前各監(jiān)控端的平安信息與人員進(jìn)出情況，并能發(fā)送一些安防提醒信息。智能宿舍防盜報(bào)

14、警系統(tǒng)主要應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代化電子通信技術(shù)，具有多項(xiàng)功能。并且防盜防火報(bào)警系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、能全天候工作、耗電省，安裝使用方便等特點(diǎn)。防盜系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊前端傳感器有紅外線探頭、溫度傳感器，采用熱釋電技術(shù)的紅外探頭，具有超低誤報(bào)率、防電磁干擾、自動(dòng)溫度補(bǔ)償、長探距、大角度、功耗小等特點(diǎn)，應(yīng)用較廣；防盜防火系統(tǒng)的報(bào)警模塊為聲、光報(bào)警，形式多樣、反應(yīng)迅速。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊檢查到入侵信號(hào)報(bào)警模塊能將被盜狀態(tài)以聲音和指示燈方式傳輸?shù)绞畮酌咨踔翈资椎姆秶７辣I系統(tǒng)的通知模塊能在有盜情時(shí)通知管理中心，達(dá)到及時(shí)報(bào)警的目的，使人們能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高靈敏度監(jiān)聽，并進(jìn)一步核實(shí)火情和盜情。1 任務(wù)要求與系統(tǒng)方案的論證1

15、.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 （1）實(shí)現(xiàn)人體檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（2）實(shí)現(xiàn)煙霧檢測(cè)與聲光報(bào)警功能。（3）用鍵盤輸入密碼完成報(bào)警系統(tǒng)的解警等工作狀況。（4）實(shí)現(xiàn)異地監(jiān)控。（5）能反映宿舍內(nèi)人員的進(jìn)出情況及人數(shù)的記錄。（6）宿舍無人時(shí)提示鎖門。 (7) 能記錄最近幾天的宿舍安防情況。 (8) 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，可在監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)控多個(gè)宿舍。（9）能檢測(cè)本宿舍貴重物品的進(jìn)出情況。1.2 總體方案論證根據(jù)題目要求的需要，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃成三個(gè)主要模塊：一個(gè)主機(jī)模塊，兩個(gè)從機(jī)模塊(以兩個(gè)從機(jī)模擬多個(gè)從機(jī))。主機(jī)模塊主要由無線接收模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、鍵盤解警模塊和電源模塊等構(gòu)成；從機(jī)模塊主要由無線發(fā)射模塊，各種

16、檢測(cè)模塊和電源模塊等構(gòu)成。硬件部分就應(yīng)該包括以下幾部，如圖1.1所示。人員有無檢測(cè)報(bào)警模塊煙霧檢測(cè)主機(jī)無線收發(fā)模塊液晶顯示模塊人數(shù)檢測(cè)從機(jī)貴重物品檢測(cè)煙霧檢測(cè)從機(jī)報(bào)警模塊人數(shù)檢測(cè)貴重物品檢測(cè)無線收發(fā)模塊人員有無檢測(cè)報(bào)警模塊鍵盤輸入圖1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig. 1.1 The structure of system diagram1.3主控單元的選取方案在該系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分中，都存在著MCU的選取問題，MCU的性能及其成本決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能和成本。在異地監(jiān)控站部分，MCU主要是對(duì)煙霧報(bào)警器和紅外報(bào)警器進(jìn)時(shí)監(jiān)控、記錄宿舍內(nèi)的安防情況以及當(dāng)警報(bào)發(fā)生時(shí)通過輸入特定密碼以達(dá)到解警行實(shí)的目的，因此可

17、以有三種主控單元的選擇方案。 方案一：選用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA作為新一代的可編程器件使得其應(yīng)用較為靈活，功能從簡單到復(fù)雜都可以實(shí)現(xiàn)，但是在該系統(tǒng)中，若使用FPGA則會(huì)提高系統(tǒng)的成本，同時(shí)由于增加的FPGA,也會(huì)給電路的維修工作帶來不可必要的麻煩。 方案二：選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是8位的單片機(jī)，有32個(gè)I/0構(gòu)成1，對(duì)于該系統(tǒng)來說端口不夠使用，而且如果從機(jī)更多的話,單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)空間不夠。方案三：選用凌陽SPCE061A單片機(jī)。凌陽SPCE061A單片機(jī)具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、可靠性高、低功耗、處理中斷能力強(qiáng)等特點(diǎn)，5

18、V低電壓供電，功耗較低；16位微處理器芯片能保證任務(wù)快速準(zhǔn)確的執(zhí)行；不需任何外圍器件就可以完成語音播放功能。SPCE061A具有豐富的功能模塊資源：RAM、ROM空間大，SPCE061A單片機(jī)自身支持/轉(zhuǎn)換，并且有專門的語音播放模塊，語音播放功能強(qiáng)大，該芯片內(nèi)置了在線仿真、編程接口3，可方便地實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，同時(shí)簡化了外圍電路，極大地提高了開發(fā)效率。綜上，將凌陽SPCE061A單片機(jī)作為主控單元的最終選取方案。1.4無線信號(hào)傳輸模塊的選取方案在該系統(tǒng)中無線信號(hào)傳輸模塊主要完成對(duì)報(bào)警信號(hào)的采集以及完成報(bào)警信號(hào)的無線發(fā)送，因此有以下兩種方案可供選擇:方案一：采用挪威Nordic公司生產(chǎn)的nRF905

19、無線發(fā)射與接收模塊。nRF905工作在433/868/915MHz 3個(gè)ISM頻道，傳輸距離1000米左右，對(duì)于該系統(tǒng)來說，正合適對(duì)整個(gè)宿舍樓進(jìn)行檢測(cè)。雖然其成本高，但其器件得到充分利用。方案二：采用PT2262/PT2272無線發(fā)射與接收模塊。PT2262/PT2272工作于315MHz，傳輸距離比nRF905要近，但該系統(tǒng)是對(duì)整個(gè)宿舍樓進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控，其傳輸距離不足。因此選用nRF905作為該系統(tǒng)的無線發(fā)射與接收模塊。1.5 煙霧傳感器模塊的選取方案方案一：離子式煙霧傳感器。該煙霧報(bào)警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各消防報(bào)警系統(tǒng)

20、中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。但其成本高不適于本系統(tǒng)的低成本要求。方案二：光電式煙霧傳感器。光電煙霧報(bào)警器內(nèi)有一個(gè)光學(xué)迷宮，安裝有紅外對(duì)管，無煙時(shí)紅外接收管收不到紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，當(dāng)煙塵進(jìn)入光學(xué)迷宮時(shí)，通過折射、反射，接收管接收到紅外光，智能報(bào)警電路判斷是否超過閾值，如果超過發(fā)出警報(bào)。此傳感器對(duì)煙霧要求高，比如前向式光電煙霧報(bào)警器對(duì)稍大的煙霧粒子的感應(yīng)較靈敏，對(duì)灰煙、黑煙響應(yīng)差些。不適應(yīng)本系統(tǒng)的煙霧綜合性檢測(cè)。方案三：MQ-2氣體傳感器。MQ-2所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增

21、加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)13。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。根據(jù)綜合需求考慮，本設(shè)計(jì)使用MQ-2煙霧傳感器1.6溫度傳感器模塊的選取方案方案一：測(cè)溫電路?？梢允褂脽崦綦娮柚惖钠骷闷涓袦匦?yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過來，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來。存在的主要缺點(diǎn)是：互換性差，同一型號(hào)的產(chǎn)品特性參數(shù)有較大差別；穩(wěn)定性差較差；非線性嚴(yán)重，且不能在高溫

22、下使用。且設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，電路比較復(fù)雜。方案二：使用溫度傳感器?？梢院苋菀字苯幼x取被測(cè)溫度值，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具有體積小，接口方便，傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。電路連接簡單，同種產(chǎn)品性能相差不大，性能穩(wěn)定，可以方便的替換壞掉的傳感器。而且價(jià)格不高。綜合考慮，采用方案二來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。溫度傳感器有很多種，按輸出量可分為模擬和數(shù)字溫度傳感器。模擬輸出溫度傳感器具有很高的線性度 (如果配合一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC可產(chǎn)生數(shù)字輸出)、低成本、高精度(大約1%)、小尺寸和高分辨率。它們的不足之處在于溫度范圍有限(-55150)，并且需要一個(gè)外部參考源。數(shù)字輸出溫度傳感器帶有一個(gè)內(nèi)置參考源，它們的響應(yīng)速度也相當(dāng)慢(1

23、00 ms數(shù)量級(jí))。雖然它們固有地會(huì)自身發(fā)熱，但可以采用自動(dòng)關(guān)閉和單次轉(zhuǎn)換模式使其在需要測(cè)量之前將IC設(shè)置為低功耗狀態(tài)，從而將自身發(fā)熱降到最低。數(shù)字輸出溫度傳感器不需要外部線性化電路轉(zhuǎn)換。此外，由于其IC集成特性，自然會(huì)降低成本?？膳c常見的計(jì)算機(jī)總線（例如I2C總線、SPI總線和SMBus等）連接。而且它們?cè)试S與遠(yuǎn)端其它傳感器進(jìn)行通信，以完成一些控制任務(wù)。設(shè)計(jì)采用常用的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，5V直流電壓供電。圖1.2 為DS18B20引腳分布圖。DS18B20的性能特點(diǎn)：采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測(cè)溫度值（9

24、位二進(jìn)制數(shù)，含符號(hào)位），測(cè)溫范圍為-55-+125，測(cè)量分辨率為0.0625，內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲(chǔ)器ROM，適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)，用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限，內(nèi)含寄生電源，價(jià)格較低，約為8元人民幣。 （a） PR-35封裝 （b） SOSI封裝圖1.2 DS18B20 引腳分布圖Fig. 1.2 distribution of DS18B20 pin溫度芯片DS18B20測(cè)量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化的趨勢(shì)。部分功能電路的集成，使總體電路更簡潔，搭建電路和焊接電路時(shí)更快。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測(cè)量電路的精確度。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢(shì)

25、。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢(shì)。1.7宿舍人員檢測(cè)模塊的選取方案熱釋電紅外傳感器（人體紅外感應(yīng)模塊）是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。它目前正在被廣泛的應(yīng)用到各種自動(dòng)化控制裝置中。除了在我們熟知的樓道自動(dòng)開關(guān)、防盜報(bào)警上得到應(yīng)用外，在更多的領(lǐng)域應(yīng)用前景看好。比如：在房間無人時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)的空調(diào)機(jī)、飲水機(jī)；電視機(jī)能判斷無人觀看或觀眾已經(jīng)睡覺后自動(dòng)關(guān)機(jī)的機(jī)構(gòu)；開啟監(jiān)視器或自動(dòng)門鈴上的應(yīng)用；結(jié)合攝影機(jī)或數(shù)碼照相機(jī)自動(dòng)記錄動(dòng)物或人的活動(dòng).紅外發(fā)射接收有兩種方式，可以采用主動(dòng)和被動(dòng)方式。主動(dòng)方式需要紅外接收源和相應(yīng)的接收、檢測(cè)設(shè)備，紅外線的發(fā)、收光路，或?qū)?zhǔn)，或依靠反射方式

26、進(jìn)行。為了加大監(jiān)控距離，要求發(fā)射功率較大，接收靈敏度較高。主動(dòng)方式最大的缺點(diǎn)是把運(yùn)動(dòng)著的生物體和運(yùn)動(dòng)著的非生物體區(qū)分開來，只要將紅外線束或紅外光路遮擋，就會(huì)觸發(fā)誤報(bào)。如果有物體墜落遮擋，都會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)。被動(dòng)式紅外傳感技術(shù)是利用紅外敏感元件將活動(dòng)生物體發(fā)出的微量紅外線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，并進(jìn)行放大、處理，對(duì)被監(jiān)控的對(duì)象實(shí)施監(jiān)控。它能可靠地將運(yùn)動(dòng)著的生物體（人）和飄落的物體加以區(qū)別。同時(shí)，它還具有監(jiān)控范圍大、隱蔽性好、抗干擾能力強(qiáng)和誤報(bào)率低等特點(diǎn)。綜合考慮后本設(shè)計(jì)采用被動(dòng)式紅外傳感器作防盜傳感器。紅外線波長范圍大致在0.761000m之間。物體發(fā)射出的紅外線輻射能，最強(qiáng)波長和溫度的關(guān)系滿足m*T=2

27、989（um*k） 其中m為最大波長，T為絕對(duì)溫度。人體的正常體溫為3637.5ºC，即309310.5K，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長為m=2989/（309310.5）=9.679.64um中心波長為9.65um。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)分，熱釋電紅外傳感器有單探元、雙元件、四元件及特殊型。雙探元是將兩個(gè)特性一致的探測(cè)元進(jìn)行串接，組成差動(dòng)平衡電路，有利于抑制因探測(cè)元自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾13。四元件與雙元件類似。用于人體探測(cè)的熱釋電紅外傳感器多采用雙（探測(cè)）元或四元的器件。由于靈敏度要求不是很高，加之四元件價(jià)格相比雙元更貴，因而設(shè)計(jì)最終采用雙元的熱釋電紅外傳感器。選擇了幾種器件作比較，如表1.

28、1所示。表1.1 幾種紅外傳感器的主要參數(shù)Tab. 1.1 The main parameters of several infrared型 號(hào)Q74P228LN084性能說明探測(cè)元雙元雙元雙元探頭類型封裝形式TO-5TO-5TO-5金屬封裝響應(yīng)度6500V/M4500 V/M3900 V/M衡量靈敏度的重要指標(biāo)等效噪聲功率9.6×10-101×10-91.1×10-9衡量穩(wěn)定度的主要指標(biāo)窗口波長715um714um714um探測(cè)器接收紅外線的譜范圍使用溫度-55+125-40+80-40+80器件能正常使用的溫度范圍從上表分析可以知道Q74的綜合性能較好，且?guī)渍?/p>

29、的價(jià)格相差不大，因而選用Q74熱釋電紅外傳感器用于電路設(shè)計(jì)。1.8人員出入檢測(cè)模塊的選取方案光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達(dá)到探測(cè)的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電絕緣），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和鏡面反射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離近，可檢測(cè)半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體。本系統(tǒng)選擇對(duì)射式光電開關(guān)。1.9顯示模塊的選取方案12864A-1漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可

30、顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣，16*8=128，16*4=64，一行只能寫8個(gè)漢字，4行；）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。本系統(tǒng)選取其作為顯示模塊，適時(shí)顯示宿舍的安防情況。1.10 時(shí)間模塊的選取方案DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302時(shí)鐘芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM

31、，通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒分時(shí)日日期月年的信息，每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整。DS1302工作時(shí)功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW。DS1302時(shí)鐘芯片的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)單片機(jī)掉電后DS1302時(shí)鐘芯片能繼續(xù)計(jì)數(shù)12。DS1302的引腳如圖1.3所示。圖1.3 DS1302的引腳功能圖Fig. 1.3 DS1302 pin function1.11鍵盤的選取方案鍵盤有兩種，一種是編碼鍵盤，一種是非編碼鍵盤。編碼鍵盤主要通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和一個(gè)選通脈沖，選通脈沖常作為CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)，以便通知CPU以中斷的方式接受按鍵的鍵碼，這種鍵盤

32、使用方便，但硬件電路復(fù)雜，一般不采用。而非編碼鍵盤的每個(gè)按鍵的作用只是使相應(yīng)接點(diǎn)接通或斷開，每個(gè)按鍵的鍵碼并非由硬件電路產(chǎn)生，而是由相應(yīng)的掃描處理程序?qū)λ鼟呙栊纬傻?，因此，非編碼鍵盤的硬件電路簡單，得到廣泛的應(yīng)用。非編碼鍵盤又有矩陣式和獨(dú)立式兩種。矩陣式鍵盤（也稱行列式鍵盤）適用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點(diǎn)上。一個(gè)3×3的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)有9個(gè)按鍵的鍵盤。同理，一個(gè)4×4的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16鍵的鍵盤，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口。按鍵設(shè)置在行列線交點(diǎn)上，行列線分別接到按鍵開關(guān)兩端。行

33、線通過上拉電阻接到+5V上。平時(shí)無按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)，行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平，則行線電平為低電平，列線電平如果為高電平，則行線電平為高電平。這是識(shí)別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行列信號(hào)配合起來做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置

34、靈活，軟件簡單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。為了節(jié)省I/O口，我決定使用矩陣式鍵盤，使用4×4的。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 主控單元2.1.1 凌陽SPCE061A概述SPCE061A是凌陽科技推出的又一個(gè)16 位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A內(nèi)嵌32K 字的閃存FLASH ROM。較高的處理速度使其能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相同， SPCE061A微

35、控制器也適用在數(shù)字語音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域。SPCE061A在2.6V3.6V 工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0.32MHz49.152MHz，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域更加拓寬。2K字SRAM和32K字閃存ROM僅占一頁存儲(chǔ)空間，32位可編程的多功能I/O端口；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘；低電壓復(fù)位/監(jiān)測(cè)功能；8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換輸入功能并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式；雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能5。SPCE061A是數(shù)字聲音和語音識(shí)別產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。2.1.2 凌陽SPCE061A結(jié)構(gòu)圖SPCE061A的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：圖2.1 SPCE06

36、1A結(jié)構(gòu)圖Fig. 2.1 SPCE061A diagram2.1.3 凌陽SPCE061A性能 16 位微處理器； 工作電壓：VDD 為2.63.6V(cpu), VDDH 為VDD5.5V(I/O)； CPU 時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz ； 內(nèi)置2K 字SRAM； 內(nèi)置32K 閃存ROM； 2 個(gè)16 位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)； 2 個(gè)10 位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道； 32 位通用可編程輸入/輸出端口； 14 個(gè)中斷源可來自定時(shí)器A / B，時(shí)基，2 個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒； 使用凌陽音頻編碼SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容納21

37、0 秒的語音數(shù)據(jù)； 7 通道10 位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器； 聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)功能。2.1.4 凌陽SPCE061A的最小系統(tǒng)SPCE061A的最小系統(tǒng)組成圖如圖2.2所示，由圖可見，其接線比較簡單，在OSC0、OSCl端接上晶振及諧振電容，并在鎖相環(huán)壓控振蕩器的阻容輸入VCP端接上相應(yīng)的電容和電阻即可工作。在其它不用的電源端和地端接上0.1uF或1uF的去耦電容可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力7。圖2.2 SPCE061A最小系統(tǒng)圖Fig. 2.2 SPCE061A minimum system diagram2.2 無線信

38、號(hào)傳輸模塊2.2.1 nRF905概述nRF905單片無線收發(fā)器工作在433/868/915MHz的ISM頻段，由一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體震蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器。組成ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC，可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為-10dBm時(shí)，發(fā)射電流為11mA，快速參考數(shù)據(jù)接收電流為12.5mA.進(jìn)入POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。nRF905無線傳輸模塊；編程簡單，性能也簡單穩(wěn)定，工作電壓為1.9V3.6V，nRF905可以自動(dòng)完成處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))的工作，可

39、由片內(nèi)硬件自動(dòng)完成曼徹斯特編碼解碼，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低。nRF905傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為非實(shí)時(shí)方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲(chǔ)器內(nèi)；nRF905較穩(wěn)定，傳輸距離較遠(yuǎn)，且可穿透墻體。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技術(shù)。ShockBurst技術(shù)使nRF905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速M(fèi)CU來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理/時(shí)鐘覆蓋。通過將與RF協(xié)議有關(guān)的高速信號(hào)處理放到芯片內(nèi)，nRF905提供給應(yīng)用的微控制器一個(gè)SPI接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nRF905通過ShockBurst工作模式在RF以最大

40、速率進(jìn)行連接時(shí)降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU一個(gè)有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)通知MCU數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。2.2.2 nRF905的特點(diǎn)（1）載波檢測(cè)當(dāng)nRF905工作在接收模式時(shí)，如果有與器件被編程通道相同的載波出現(xiàn)，載波檢測(cè)（CD）引腳置高，這一特征對(duì)于避免工作在相同頻率的不同發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)碰撞非常有效，任何時(shí)候當(dāng)器件準(zhǔn)備發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)入接收模式，判斷是否希望的通道可以輸出數(shù)據(jù)，這種形

41、式是非常簡單的發(fā)射前先監(jiān)聽的協(xié)議，運(yùn)行低功耗接收模式下的載波檢測(cè)（CD）是非常強(qiáng)勁的RF系統(tǒng)，典型的載波檢測(cè)水平（CD）是低于靈敏度5dBm，例如靈敏度是-100dBm時(shí)低于-105dBm的載波檢測(cè)CD信號(hào)為低，例如；0V高于-95dBm的載波檢測(cè)CD信號(hào)為高，例如；VDD-105dBm到106dBm之間的載波檢測(cè)信號(hào)將觸發(fā)。（2）地址匹配當(dāng)nRF905工作在接收模式，時(shí)引入的數(shù)據(jù)包的地址與器件自身地址相同時(shí)，地址匹配AM引腳置高。使用這個(gè)引腳控制被提示在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)置高前，器件正在接收數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)沒有置高，例如CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，地址匹配AM引腳在數(shù)據(jù)包接收結(jié)束時(shí)復(fù)位置

42、低。這以特征對(duì)MCU來說非常有用，如果地址匹配AM引腳置高，MCU可以決定等待，觀察如果數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)置高，說明一個(gè)有效的數(shù)據(jù)包已經(jīng)接收，或者放棄一個(gè)可能已經(jīng)接收的有效數(shù)據(jù)包并改變工作模式。（3）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒在發(fā)送模式時(shí)，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包發(fā)射結(jié)束時(shí)DR信號(hào)置高，告訴MCUnRF905已經(jīng)準(zhǔn)備好新的動(dòng)作，DR信號(hào)在數(shù)據(jù)包傳輸開始時(shí)或轉(zhuǎn)換到其他模式如接收模式或Standby模式時(shí)復(fù)位置低。在自動(dòng)重發(fā)模式時(shí)，DR信號(hào)在前導(dǎo)碼的開始時(shí)置高，在前導(dǎo)碼的結(jié)束時(shí)置低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒DR信號(hào)在每次數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拈_始時(shí)產(chǎn)生脈沖。在接收模式時(shí)，DR信號(hào)在接收到有效的數(shù)據(jù)包，如：有效的地址，有效的數(shù)據(jù)長度和CRC

43、時(shí)置高，然后MCU可以通過SPI接口，讀取數(shù)據(jù)當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖起中數(shù)據(jù)被讀空或者器件轉(zhuǎn)換到發(fā)送模式時(shí)，DR信號(hào)置低。（4）自動(dòng)重發(fā)在有噪聲的環(huán)境或沒有碰撞控制的系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)可靠性的一種辦法是將同一數(shù)據(jù)包重復(fù)發(fā)幾次，這可以使用nRF905自動(dòng)重發(fā)。的特性很容易實(shí)現(xiàn)通過將配置寄存AUTO_RETRAN位置高，只要TRX_CE和TX_EN保持為高，電路將連續(xù)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包，當(dāng)TRX_CE為低時(shí)，器件完成當(dāng)前正在發(fā)送的數(shù)據(jù)包后轉(zhuǎn)換到Standby模式。2.2.3 nRF905的外部管腳圖圖2.3 nRF905外部管腳圖Fig. 2.3 nRF905 external tube feet2.2.4 無線

44、信號(hào)傳輸模塊電路設(shè)計(jì)nRF905與單片機(jī)連接如2.4所示，通過設(shè)置IOB7、IOB8、IOB9口的電平高低設(shè)置nRF905的工作模式。當(dāng)從機(jī)有信號(hào)需發(fā)送時(shí)，在發(fā)送端時(shí)，數(shù)據(jù)打包發(fā)送完畢（打包也就是加入前導(dǎo)和校驗(yàn)碼），CD置位；在接收端，接收端監(jiān)聽空中的無線載波，檢測(cè)到自己頻段的信號(hào)后，至CD有效，然后對(duì)數(shù)據(jù)包解包，把其中“接收端地址”和自己的地址比較，匹配后至AM有效，接收數(shù)據(jù)；不匹配則不接收數(shù)據(jù)15。圖2.4 nRF905與單片機(jī)接口連接圖Fig. 2.4 nRF905 and MCU connection diagram2.3 煙霧信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊2.3.1 MQ-2煙霧傳感器工作原理MQ-2

45、是一種體電阻控制型的氣敏器件，其阻值隨被測(cè)氣體的濃度（成分）而變化。氣敏器件又是一種“氣電”傳感器件，它將被測(cè)氣體的濃度（成分）信號(hào)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)。氣敏器件阻值與氣體濃度之間一般為非線性關(guān)系，但在濃度域的氣體檢測(cè)時(shí)可近似認(rèn)為是線性的。因此，在一定的濃度范圍內(nèi)（通常取氣體爆炸下限濃度的14110）的檢測(cè)是有效的，它不適合于儀表之類精確濃度的測(cè)定。氣敏器件一般都是在加熱條件下工作，但工作溫度不宜太高（一般不要超過35），_否則會(huì)造成性能衰減，降低氣敏靈敏度。器件放置一段時(shí)間后，再通電使用時(shí)，阻值是先下降，然后又上升，通電大約10分鐘后（叫初期穩(wěn)定時(shí)間），才能穩(wěn)定到與氣氛狀態(tài)相應(yīng)的阻值。為了避免

46、通電開始時(shí)的誤報(bào)動(dòng)作，應(yīng)特別注意要設(shè)置十幾分鐘的延遲電路。器件的響應(yīng)時(shí)間約為10秒，恢復(fù)時(shí)間約為30秒60秒。使用氣敏器件，要避免油浸或油垢污染，更不要將氣敏器件長時(shí)間放在腐蝕氣體中15。長時(shí)間使用時(shí)，要有防止灰塵堵塞不銹鋼網(wǎng)的措施。2.3.2 MQ-2煙霧傳感器特點(diǎn)(1)具有信號(hào)輸出指示。(2)雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL 電平輸出）。(3)TTL 輸出有效信號(hào)為低電平（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)）。(4)模擬量輸出05V 電壓，濃度越高電壓越高。(5)對(duì)液化氣，天然氣，燃燒煙霧有較好的靈敏度。(6)具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。(7)快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。2.3.3 MQ

47、-2煙霧傳感器基本測(cè)試回路MQ-2煙霧傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。其測(cè)試回路如圖2.5所示。圖2.5 MQ-2測(cè)試回路Fig. 2.5 MQ-2 test loop2.3.4 煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)該方案采用煙霧傳感器檢測(cè)信號(hào)，MQ-2的靈敏度為40PPM, PPM是體積濃度表示法，一百萬體積的空氣中所含污染物的體積數(shù)，即PPM。即當(dāng)環(huán)境中煙霧顆粒濃度超過40ppm時(shí)，煙霧傳感器的阻值下降很快。電源用設(shè)計(jì)的+

48、5V直流電源供電。MQ-2氣敏管A-B之間的電阻，在無煙環(huán)境中為幾十千歐，有煙霧環(huán)境中可降到幾千歐。一旦有煙霧存在，A-B間電阻迅速減小，比較器LM339通過電位器R2所取得的分壓隨之增加，當(dāng)正向端電壓高于負(fù)向端時(shí)，比較器LM339翻轉(zhuǎn)，輸出端便可輸出高電平觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理。其接口電路如圖2.6所示：圖2.6 煙霧傳感器接口電路圖Fig. 2.6 schematic diagram of smoke sensor interface circuit2.4 溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊2.4.1 DS18B20工作原理DS18B20的讀寫時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因

49、分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測(cè)溫原理如圖2.7所示。低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器 1 ，為計(jì)數(shù)器提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，很敏感的振蕩器，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入，為計(jì)數(shù)器 2 提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將 -55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器 1

50、和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 -55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器 1 對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)溫度寄存器的值將加 1 ，減法計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器 1 重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。圖2.7 DS18B20 的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖F

51、ig.2.7 Internal temperature measuring circuit diagram of DS18B202.4.2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.8 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.2.8 DS18B20 internal structure2.4.3 溫度傳感器電路設(shè)計(jì)在硬件上，DS18B20與單片機(jī)的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機(jī)的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時(shí)VDD、GND接地，I/O接單片機(jī)I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接4.7K左右的上拉電阻。圖2.9 溫度探測(cè)器電路接口圖Fig. 2.9

52、schematic diagram of temperature detector circuit外部供電和寄生供電方式電路都比較簡單，外部供電方式不需接場(chǎng)效應(yīng)管，可節(jié)省一個(gè)器件，因而本設(shè)計(jì)采用外部供電方式連接。圖2.9為溫度探測(cè)器電路接口示意圖。只需要把DS18B20的信號(hào)線接單片機(jī)的IOB14口。再在DQ上接一上拉電阻，GND接地，VDD接+5V直流電源，通過軟件的編寫就能用此電路實(shí)現(xiàn)溫度的采集。2.5宿舍人員檢測(cè)2.5.1 熱釋電紅外傳感器工作原理熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元

53、件兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有T的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，T=0，則傳感器無輸出13。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測(cè)距離小于2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離最大可超過7m。模塊采用低功耗穩(wěn)壓器件7

54、133A-1，可以保證在很寬的輸入電壓下穩(wěn)定提供3.3V的工作電壓，確保模塊能正常工作。模塊有三個(gè)輸出腳，由紅、黃、黑三色線插座引出，紅線和黑線分別接DC624V電源的“+”、“”，標(biāo)有“OUT”的黃線是輸出腳，有人輸出約3V高電平，無人輸出0V低電平。上右圖中左上角藍(lán)色箭頭指示有一個(gè)檢測(cè)方式設(shè)置區(qū)，產(chǎn)品默認(rèn)設(shè)置和H連接，為可重復(fù)觸發(fā)方式（見上圖左上角藍(lán)色箭頭指示處，如果改成和L連接，則為不可重復(fù)觸發(fā)方式），即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且

55、以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn))；如果和L連接為不可重復(fù)觸發(fā)模式，這種模式下感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖?。模塊電平輸出時(shí)間約15秒左右。2.5.2 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路原理熱釋電紅外探測(cè)器電路采用的器件包括紅外探測(cè)器專用芯片紅外傳感信號(hào)處理器BISS0001、熱釋電紅外探頭Q74 (傳感器)及一些外圍元件(電阻電容)。它的正常工作電壓是5V(工作范圍可在3V到5V之間)。檢測(cè)元件BISS0001是CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐罚哂歇?dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理。另外它還具有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾，其內(nèi)部設(shè)有延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器。BISS0001可重復(fù)觸發(fā)工作方式下波形如圖2.10所示。圖2.10 BISS0001可重復(fù)觸發(fā)工作方式下各點(diǎn)波形Fig. 2.10 BISS0001 repetitive trigger mode of each waveform圖2.11所示為紅外探測(cè)器分立元件電路圖。利用BISS0001的運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將Q74（PIR）探測(cè)到的微弱的紅外信號(hào)無損耗地傳過來并進(jìn)行第一級(jí)高增益信號(hào)放大。然后經(jīng)C3耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，