智能家居報(bào)警系統(tǒng)-課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告智能家居報(bào)警系統(tǒng)姓 名： 班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：日期： 摘 要智能家居是人們的一種居住環(huán)境，其以住宅為平臺(tái)安裝有，實(shí)現(xiàn)家庭生活更加安全，節(jié)能，智能，便利和舒適。本小組設(shè)計(jì)的是基于STC89C52的智能家居報(bào)警系統(tǒng)，其主要模塊包括單片機(jī)主控制系統(tǒng)、檢測(cè)模塊、密碼鎖模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊等。其主要通過(guò)人體熱釋紅外感應(yīng)獲取室內(nèi)人員信息，通過(guò)溫度傳感器獲取室內(nèi)溫度，并發(fā)送信號(hào)到單片機(jī)，以輸入密碼的方式確定目標(biāo)身份，并通過(guò)蜂鳴器、LED燈、語(yǔ)音報(bào)警、GSM短信報(bào)警的全方位方式聯(lián)合來(lái)警示輸錯(cuò)三次密碼者或發(fā)生火災(zāi)。本系統(tǒng)還可以不僅大大提高系統(tǒng)安全性及智能性，

2、也方便用戶的使用。相信在不久的將來(lái)，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷推動(dòng)下,智能家居將真正走進(jìn)尋常百姓的家中，人們也將真正享受到智能家居的舒適生活?！娟P(guān)鍵詞】AT89C52單片機(jī) 檢測(cè) 密碼門(mén)禁 報(bào)警 目 錄··································

3、;····························3·····················

4、3;······························32.1主控單元的選擇··················

5、;································32.2溫度傳感器模塊的選擇···············

6、83;····························32.3遠(yuǎn)紅外檢測(cè)模塊的選擇···················&

7、#183;························42.4密碼鍵盤(pán)的選擇·······················&#

8、183;··························42.5顯示模塊的選擇·····················

9、83;····························53.總體電路設(shè)計(jì)····················

10、··································53.1 總體設(shè)計(jì)框圖··············&

11、#183;····································53.2 總體電路圖···········

12、83;··········································64. 單元電路設(shè)計(jì)······

13、;···············································64.1密碼存儲(chǔ)模塊 ·

14、·················································74.2 檢

15、測(cè)模塊·················································

16、83;······74.2.1人體熱釋感應(yīng)模塊 ·········································

17、····74.2.2 溫度探測(cè)模塊············································

18、;······84.3 液晶顯示模塊 ··········································

19、;········94.4 報(bào)警模塊 ········································&

20、#183;·············104.4.1 蜂鳴器及LED報(bào)警·································&#

21、183;···········104.4.2 GSM報(bào)警····································&

22、#183;················114.4.3 語(yǔ)音報(bào)警·······························&

23、#183;·····················115. 焊接與調(diào)試··························

24、83;···························135.1 電路焊接·····················

25、;··································135.2 電路調(diào)試··············&

26、#183;·······································146.收獲與體會(huì)········

27、3;··············································15參考文獻(xiàn)附錄：附錄A：任務(wù)分配表 附錄B

28、：部分實(shí)物圖致謝1. 前言 智能家居是現(xiàn)代社會(huì)最熱門(mén)的話題之一，它的目標(biāo)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運(yùn)行，而不論距離的遠(yuǎn)近。正是因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實(shí)現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信、設(shè)備自動(dòng)控制、安全防范三個(gè)方面。短信服務(wù)（short Message Servicce, GSM）是 GSM（Global System for M

29、obile Communication） 系統(tǒng)中提供的一種 GSM 終端 （手機(jī)）之間， 通過(guò)服務(wù)中心(servicecenter)進(jìn)行文本信息收發(fā)的應(yīng)用服務(wù)，其中服務(wù)中心完成信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能由于家庭環(huán)境設(shè)備功能各異，數(shù)據(jù)類型不同，必然需要使用不同的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)得以實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)集成融合，在此也得以體現(xiàn)。相信在不久的將來(lái)，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷推動(dòng)下,智能家居將真正走進(jìn)尋常百姓的家中，人們也將真正享受到智能家居的舒適生活。2.1主控單元的選擇 方案一：選用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)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(jiǎn)單到復(fù)雜都可以實(shí)現(xiàn)，但是在該系統(tǒng)中，

30、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(lái)不可必要的麻煩。方案二：選用STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)。STC89C52是公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的。綜合考慮后，選用功能相對(duì)簡(jiǎn)單而且能滿足要求的單片機(jī)，即方案二。2.2溫度傳感器模塊的選擇方案一：測(cè)溫電路。可以使用熱敏電阻之類的器件利

31、用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，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(lái)。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。可以很容易直接讀取被測(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(jiǎn)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(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。2.3遠(yuǎn)紅外檢測(cè)模塊的選擇紅外發(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

32、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(kāi)來(lái)，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。2.4 密碼鍵盤(pán)的選

33、擇方案一：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(guò)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)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)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(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。方案二：矩陣式鍵盤(pán)（也稱行列式鍵盤(pán)）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(pán)。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(pán)，很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)

34、合，矩陣式鍵盤(pán)與獨(dú)立式鍵盤(pán)相比，要節(jié)省很多的I/O口。由于矩陣鍵盤(pán)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(lái)做適當(dāng)?shù)奶幚?，才能確定閉合鍵的位置。 為了節(jié)省I/O口，我決定方案二，矩陣式鍵盤(pán)，使用4×4的。2.5顯示模塊的選擇 方案1：采用利用發(fā)光二極管的特性組合而成的數(shù)字顯示器件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的段碼，控制相應(yīng)的二極管的狀態(tài)顯示相應(yīng)的數(shù)字，其中靜態(tài)顯示方式只能顯示單個(gè)數(shù)字，而動(dòng)態(tài)顯示方式因其掃描時(shí)間會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源。方案2：液晶模塊，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。采用1602液

35、晶模塊，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。而且其顯示的字符在下一條指令為到來(lái)之前不會(huì)改變，能夠維持顯示的字符并且占用的系統(tǒng)資源也少。 綜合比較上述兩種方案，應(yīng)采用1602液晶組成本設(shè)計(jì)的顯示模塊。3.總體電路設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)框圖圖1 智能家居設(shè)計(jì)框圖3.2 總體電路圖本小組所設(shè)計(jì)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)， 由密碼鎖模塊、人體熱釋感應(yīng)模塊、溫度探測(cè)器模塊、LCD顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、GSM模塊和外圍功能電路等功能模塊組成，電路圖如圖所示,圖2 智能家居電路原理圖圖3 智能家居PCB圖4. 單元電路設(shè)計(jì)4.1 密碼存儲(chǔ)模塊AT24C

36、02支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議,I2C總線協(xié)議規(guī)定任何將數(shù)據(jù)傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件為接收器。數(shù)據(jù)傳送是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的模式通過(guò)器件地址輸入端A0、A1和A2可以實(shí)現(xiàn)將最多8個(gè)AT24C02器件連接到總線上。密碼存儲(chǔ)模塊如下圖4所示。圖4 密碼存儲(chǔ)模塊4.2 檢測(cè)模塊4.2.1人體熱釋感應(yīng)模塊 熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向等有關(guān)的低頻電信號(hào)。由于傳感器的電壓響應(yīng)度與入射光輻射變化的頻率成反比，

37、因此，當(dāng)恒定的紅外輻射照射在探測(cè)器上時(shí)，探測(cè)器沒(méi)有電信號(hào)輸出，所以恒定的紅外輻射不能被檢測(cè)到；而物體移動(dòng)速度越快，同樣的入射功率下，輸出電壓就會(huì)越小，只有達(dá)到報(bào)警閾值電平時(shí)，探測(cè)器才會(huì)有電壓信號(hào)輸出。根據(jù)該特性，選擇熱釋電紅外探測(cè)器適用于盜情信號(hào)的檢測(cè)。圖5 人體熱釋感應(yīng)模塊4.2.2 溫度探測(cè)模塊溫度探測(cè)器使用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，5V直流電壓供電。DS18B20的測(cè)溫原理是利用溫敏振蕩器的頻率隨溫度變化的關(guān)系，把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為串行數(shù)字信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部計(jì)數(shù)器對(duì)受溫度影響的振蕩器周期的計(jì)數(shù)可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。探測(cè)器中DS18B20采用寄生電源供電方式，保證在有效的DS18B20時(shí)鐘周期內(nèi)

38、能提供足夠的電流，圖10中采用一個(gè)MOSFET管和MCU的I/0口來(lái)完成對(duì)DS18B20的總線上拉，然后通過(guò)另一I/0對(duì)DS18B20進(jìn)行控制并取得溫度值。圖6 溫度探測(cè)模塊4.3液晶顯示模塊液晶顯示屏的引腳圖如圖7所示。圖7 液晶顯示屏引腳圖液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。其中LCD1602液晶顯示模塊是常用的選擇，它可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。其外圍電路如圖8所示。圖8 液晶顯示模塊4.

39、4報(bào)警模塊4.4.1 蜂鳴器及LED報(bào)警蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，應(yīng)用于電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。采用無(wú)源蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，只要編寫(xiě)相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)發(fā)出不同頻率的聲音。蜂鳴器所使用的報(bào)警頻率為單片機(jī)內(nèi)部提供，不需外部提供時(shí)鐘頻率。因此，減少外圍設(shè)備元件。而普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此在報(bào)警機(jī)制中選擇二極管與蜂鳴器相結(jié)合的電路，當(dāng)檢測(cè)出有異常情況的時(shí)候，對(duì)P2.3引腳輸出方波，使得蜂鳴器發(fā)出嗶嗶嗶聲，二極管閃爍發(fā)光，達(dá)到聲光報(bào)警的效果。圖9 蜂鳴器及LED報(bào)警4.4.2 GSM報(bào)警本次采用TC35型號(hào)的GS

40、M短信模塊，將單片機(jī)的RXD 和TXD引出來(lái)與GSM模塊相連接。GSM手機(jī)終端通信功能報(bào)警，采用GSM的短信功能,可以使某些控制達(dá)到“零距離"。由于短信息的費(fèi)用低廉,可以取代傳統(tǒng)的無(wú)線遙控。模塊有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話,漫游檢測(cè)功能,常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。4.4.3 語(yǔ)音報(bào)警ISD1420語(yǔ)音芯片是由美國(guó)ISD(Information Sto

41、rage Device)公司開(kāi)發(fā)的高保真、不怕斷電、錄放一體化的單片固態(tài)語(yǔ)音集成電路。其片內(nèi)設(shè)有時(shí)鐘振蕩器、128K字節(jié)E2PROM(電可編程可擦除只讀存貯器)、低噪前置放大器、自動(dòng)增益控制電路、反混疊濾波器、平滑濾波器、模擬轉(zhuǎn)發(fā)器、差動(dòng)功率放大器等高品質(zhì)語(yǔ)音錄放系統(tǒng)所需的全部基本功能電路。ISD1420引腳排列如圖10所示。圖10 ISD1420引腳排列ISD1420具有多種工作模式，其地址輸入端具有雙重功能。它可以根據(jù)地址中的A6、A7的電平狀態(tài)決定A0A7的功能。如果A6、A7有一個(gè)低電平，A0A7輸入全解釋為地址位，即作為起始地址用，此時(shí)地址線僅作為輸入端，在操作過(guò)程中不能輸出內(nèi)部地址

42、信息。根據(jù)、或的下降沿信號(hào)，地址輸入被鎖定。如果A6、A7同為高電平時(shí)，它們即為模式位。操作模式可以方便的與微控制器一起使用，也可通過(guò)硬件連線得到所需系統(tǒng)操作。地址0是ISD1420存儲(chǔ)空間的起始端，所有初始操作都是從0地址開(kāi)始，后面的操作可根據(jù)模擬模式的不同，而從不同的地址開(kāi)始工作。當(dāng)電路中的錄、放音轉(zhuǎn)換將進(jìn)入省電狀態(tài)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。當(dāng)、或變?yōu)榈碗娖?，同時(shí)A6、A7為高電平時(shí)，執(zhí)行地址線所對(duì)應(yīng)的操作模式。這種操作模式一直執(zhí)行到下一個(gè)低電平控制輸入信號(hào)出現(xiàn)為止。其外圍電路如圖11所示。圖11 語(yǔ)音模塊電路原理圖圖12 語(yǔ)音模塊PCB圖5. 焊接與調(diào)試5.1 電路焊接由于我們小組的成員之

43、前都不是很懂技術(shù)，基本是從零開(kāi)始學(xué)習(xí)的，所以在初期設(shè)計(jì)階段，花費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)軟件操作。然后在制作過(guò)程中出現(xiàn)一些問(wèn)題：1 為了焊接的方便，將線調(diào)的很粗結(jié)果導(dǎo)致線與線之間的間隙較小，比較容易造成腐蝕不完全而引起的短路，經(jīng)過(guò)后期調(diào)整，使得線的寬度與線與線之間的間隙保持一個(gè)平衡；2 在布線的時(shí)候我們遵循的原則合理的布線原則以防止干擾防止降低板子的性能，布線要緊湊，格局要合理清晰，所有的線都不能太細(xì)因?yàn)樘?xì)有可能在腐蝕的時(shí)候把碳粉下面的線路也腐蝕掉。在設(shè)置焊盤(pán)的時(shí)候低估了焊盤(pán)的大小，結(jié)果導(dǎo)致鉆孔的時(shí)候會(huì)把銅片給鉆爛了；3 為了使得PCB板的大小做到比較小，在元器件的排列上下了一點(diǎn)功夫，但是由于元器件與元器件過(guò)于緊湊，導(dǎo)致元器件與元器件存在空間上的擠壓現(xiàn)象。比如液晶顯示器把復(fù)位按鈕給覆蓋住，液晶顯示器的邊框?qū)ν鈬娐返幕瑒?dòng)變阻器有一定擠壓。4在腐蝕覆銅板的時(shí)候因?yàn)槲覀兊陌遄颖容^小我們只倒了適量的比較少的鹽酸和雙氧水，為后面做板的同學(xué)節(jié)省材料。5 在熱轉(zhuǎn)印的時(shí)候，我們適當(dāng)?shù)卣{(diào)高了熱轉(zhuǎn)印機(jī)子的溫度使碳粉覆蓋在覆銅板上面的效果更好，來(lái)回過(guò)了40遍以上的次數(shù)。發(fā)現(xiàn)有些碳粉沒(méi)有覆蓋上去的時(shí)候，我們用油性筆把線路補(bǔ)充完整。另外，我們?cè)谥谱鱌CB電路板的時(shí)候，有些芯片的型號(hào)在Altium Designer 里面找不到原理圖和封裝，我們查找和觀看Altium Designer的教學(xué)視頻來(lái)學(xué)習(xí)如