基于單片機的火災(zāi)防盜監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與仿真設(shè)計

基于單片機的火災(zāi)防盜報警系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會的發(fā)展，單個家庭的經(jīng)濟積累不斷增加，人們越來越重視家庭災(zāi)害的防控。目前，家庭災(zāi)難主要體現(xiàn)在火災(zāi)和盜竊兩個方面。因此，對這兩種情況的預防和監(jiān)測成為家庭防災(zāi)的重點。基于這種社會現(xiàn)象，本文設(shè)計了一個簡單的防火防盜系統(tǒng)。本文分兩部分設(shè)計，一部分是基于AT89S52單片機的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，可以監(jiān)測系統(tǒng)故障和環(huán)境是否發(fā)生火災(zāi)。一旦發(fā)生火災(zāi)，將實現(xiàn)聲光報警，并采取有效措施控制火災(zāi)的發(fā)展。將火災(zāi)防患于未然，確保人身和財產(chǎn)安全，最大限度地減少損失。另一部分是基于AT89C51單片機的防盜報警系統(tǒng)，集傳感器檢測技術(shù)、智能控制和無線電技術(shù)于一體。本文搭建了硬件電路，設(shè)計了軟件程序，最后對軟件進行了測試，主要模塊采用Protues軟件進行仿真。關(guān)鍵詞：微控制器，傳感器，火災(zāi)，門控，Protues目錄1緒論 11.1引言 11.2項目研究背景及意義 21.3本文主要內(nèi)容安排 42整體系統(tǒng)設(shè)計方案 62.1火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計 62.2火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型和火災(zāi)探測器的選擇 62.2.1火災(zāi)報警系統(tǒng)類型62.2.2火災(zāi)探測器原理72.3防盜系統(tǒng)的整體設(shè)計 82.4防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計 93系統(tǒng)硬件設(shè)計 103.1主要部件的選擇 103.1.1核心處理器單片機的選擇 103.1.2氣體傳感器的選擇 113.1.3溫度傳感器的選擇 123.1.4無線通信模塊芯片的選擇 133.1.5A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇 143.1.6鍵盤輸入模塊片選 143.2系統(tǒng)各功能子模塊設(shè)計 153.2.1電源模塊 153.2.2單片機結(jié)構(gòu)及最小系統(tǒng) 163.2.3火災(zāi)探測器的設(shè)計 183.2.4RS232串口設(shè)計 183.2.5A/D模塊設(shè)計 193.2.6無線通信模塊 203.2.7電機驅(qū)動模塊 203.2.8鍵盤電路設(shè)計 213.2.9EEPROM模塊 224系統(tǒng)軟件設(shè)計 234.1火災(zāi)監(jiān)測部分主程序 234.1.1火災(zāi)監(jiān)測主程序 234.1.2火災(zāi)監(jiān)測各部分子程序 244.2防盜監(jiān)控模塊主程序 284.2.1防盜門控制主程序 294.2.2門控模塊子程序 295系統(tǒng)調(diào)試 365.1調(diào)試工具 365.2調(diào)試過程 395.3Protues模擬 406總結(jié) 44附錄 45參考文獻 60到 611簡介1.1簡介針對目前火災(zāi)自動報警系統(tǒng)通信協(xié)議不一致、系統(tǒng)誤報漏報頻繁、智能化程度低、聯(lián)網(wǎng)程度低、火災(zāi)探測報警在特殊惡劣環(huán)境下抗干擾能力強等問題，提出以滿足國家要求。在消防規(guī)范的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一、標準、開放的通信協(xié)議。通過新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的應(yīng)用研究，系統(tǒng)方案和設(shè)備選型的優(yōu)化組合，可以提高火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的工作。性能，降低維護成本和維護要求，向高可靠性、高靈敏度、低誤報率、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好地預防和遏制建筑火災(zāi)提供有力保障，從而更好地保護生命財產(chǎn)安全國家和人民的安全[1]。這是火災(zāi)自動報警應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)趨勢。家庭防盜系統(tǒng)近年來在世界和中國的快速發(fā)展，是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊市場整合點的必然結(jié)果，是IT產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅行業(yè)滲透的必然結(jié)果和人們的生活。家庭安防系統(tǒng)建設(shè)的目標是為人們提供“便捷高效的信息交流、安全舒適的居住環(huán)境、高效便捷的物業(yè)管理”。發(fā)展家庭安防系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。家用防盜系統(tǒng)是根據(jù)智能技術(shù)的不同功能和功能而開發(fā)的。小區(qū)報警系統(tǒng)的應(yīng)用一般體現(xiàn)在三個主要方面：探測智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能。目前，歐美一些國家正在大力研究無線防盜探測報警系統(tǒng)。隨著時間的推移，該產(chǎn)品也將發(fā)展成為中國的主流[2]。防盜報警產(chǎn)品整體發(fā)展趨勢：從少防區(qū)（4防區(qū)）到多防區(qū)（16防區(qū)以上）；有線系統(tǒng)轉(zhuǎn)GSM、總線系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；從有線到無線；無線從單頻點（315M）到專用頻段（433M多頻點），從單向/單工到雙向/半雙工或雙工通信[3]。例如，主動式紅外入侵探測器從傳統(tǒng)型向編碼調(diào)制式發(fā)展表明，隨著技術(shù)的普及和報警產(chǎn)品應(yīng)用范圍的擴大，傳統(tǒng)主動式紅外入侵探測器產(chǎn)品存在的問題逐漸暴露出來。誤報、漏報可更換同型號或同類產(chǎn)品；對于新的建筑結(jié)構(gòu)，如現(xiàn)代造型的柵欄，不能安裝使用；對于窗戶、陽臺等，無法有效預防；防御向室外防御的發(fā)展表明，室內(nèi)防御的局限性日益顯現(xiàn)，防御開始向室外/室外推進。但由于其產(chǎn)品檢測原理的限制，其戶外產(chǎn)品在防護效果、工作穩(wěn)定性等各方面都不盡如人意。1.2課題研究背景及意義隨著社會的發(fā)展，人們的活動空間和生活空間越來越大，安全問題也越來越重要。簡單、經(jīng)濟的警報器成為家庭所需要的。而自1980年代以來，隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的使用越來越多，引發(fā)的火災(zāi)也越來越多，火災(zāi)隱患潛伏在我們的生活中。智能火災(zāi)報警系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡單報警裝置，而是融合了計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器應(yīng)用等各個領(lǐng)域的知識。隨著科學技術(shù)的不斷進步，值得一提的是，我國住宅建筑中幾乎沒有消防設(shè)施和消防設(shè)備，火災(zāi)報警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。與國外相比，我國的安全保障體系存在較大差距。目前，普通住宅的主要防盜措施僅限于防盜窗和防盜門。雖然它們有一定的防盜作用，但一旦發(fā)生災(zāi)害，逃生難度更大。此外，社區(qū)安全措施不足；居民安全意識有待提高；安防系統(tǒng)也急需普及。家庭防盜系統(tǒng)近年來在世界和中國的快速發(fā)展，是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊市場整合點的必然結(jié)果，是IT產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅行業(yè)滲透的必然結(jié)果和人們的生活。家庭安防系統(tǒng)建設(shè)的目標是為人們提供“便捷高效的信息交流、安全舒適的居住環(huán)境、高效便捷的物業(yè)管理”。發(fā)展家庭安防系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。家用防盜系統(tǒng)是根據(jù)智能技術(shù)的不同功能和功能而開發(fā)的。小區(qū)報警系統(tǒng)的應(yīng)用一般體現(xiàn)在三個主要方面：探測智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能。目前，歐美一些國家正在大力研究無線防盜探測報警系統(tǒng)。隨著時間的推移，這款產(chǎn)品在我國也將發(fā)展成為主流。如今，人們的生活已經(jīng)從溫飽到小康，大宗耐用消費品已經(jīng)走進尋常百姓家。因此，人們會產(chǎn)生更強的安全意識，并逐漸接受在家里安裝高質(zhì)量、低成本、運行良好的安防系統(tǒng)。.同時，人類進入了21世紀，傳統(tǒng)的防盜門窗越來越不能滿足人們?nèi)粘５姆佬l(wèi)需求，因此人們迫切需要一種智能家居安防報警系統(tǒng)[4]。智能家居已經(jīng)開始受到人們的關(guān)注。作為住宅不可分割的組成部分，安防系統(tǒng)也將向多功能、全方位、綜合化、智能化方向發(fā)展。社區(qū)管理最重要的方面之一是確保住宅和居民的安全?，F(xiàn)代生活格局中，鄰居之間的交流越來越少，家庭生活越來越隱秘封閉。因此，小區(qū)的安防系統(tǒng)和智能管理系統(tǒng)是現(xiàn)代小區(qū)管理不可缺少的有機組成部分?？紤]到設(shè)備成本和集中管理的需要，可以將周界報警探測系統(tǒng)和小區(qū)網(wǎng)絡(luò)報警系統(tǒng)整合集成，形成綜合防御體系。因此，住宅樓應(yīng)配備安防和報警系統(tǒng)，以及早發(fā)現(xiàn)和報告盜竊和入室盜竊，通過社會力量和科技手段提高家庭抵御各種突發(fā)情況的能力?；馂?zāi)是可燃物在時間或空間上不受控制地燃燒而引起的災(zāi)害，是威脅公共安全和社會發(fā)展的主要災(zāi)害之一?；馂?zāi)，在給人類帶來文明進步、光明和溫暖的同時，在失控時也給人類帶來了巨大的災(zāi)難。據(jù)統(tǒng)計，1970年代我國平均火災(zāi)損失不足2.5億元，1980年代平均火災(zāi)損失接近3.2億元。1990年代，特別是1993年以來，火災(zāi)造成的直接損失平均每年超過10億元，平均每年造成2000多人死亡。嚴峻的事實證明，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，社會財富日益增加，火災(zāi)對人類、社會和自然的危害也在不斷擴大。它不僅破壞物質(zhì)財產(chǎn)，造成社會秩序混亂，而且直接威脅生命安全。給人們的心靈造成很大的傷害。殘酷的現(xiàn)實讓人們逐漸意識到監(jiān)測、預警和消防的重要性。一個好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時的報警機制，可以大大減少人員上網(wǎng)，為社會減少不必要的損失。隨著電子產(chǎn)品在人類生活中的應(yīng)用越來越廣泛，引發(fā)的火災(zāi)也越來越多，火災(zāi)隱患也潛伏在我們的生活中。智能火災(zāi)報警系統(tǒng)不再是傳統(tǒng)意義上的簡單報警裝置，而是融合了計算機技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器應(yīng)用等各個領(lǐng)域的知識。隨著科學技術(shù)的不斷進步，火災(zāi)報警系統(tǒng)將得到更快的發(fā)展[5]。單片機簡稱單片機（MicrocontrollerUnit），是一種集成電路芯片。它是將端口和中斷系統(tǒng)、定時器/定時器等功能集成到一個硅芯片中的小型完整的計算機系統(tǒng)。采用單片機實現(xiàn)報警具有體積小、價格低、集成度高的突出優(yōu)點。采用單片機開發(fā)防盜系統(tǒng)，可以使系統(tǒng)易于操作，成本較低，因此具有廣泛的應(yīng)用[6]。

1.3本文主要內(nèi)容安排在深入了解家居防火防盜產(chǎn)品的現(xiàn)狀后，發(fā)現(xiàn)防火防盜產(chǎn)品的種類很多，但大多是在有非法侵入的情況下，系統(tǒng)會發(fā)出聲、光、電等報警信號，有的可實現(xiàn)外部報警世界上大部分系統(tǒng)都采用語音報警；一般布線一般在樓道，容易被小偷破壞，導致報警系統(tǒng)失靈；而這些系統(tǒng)只注重被動防御的思想，只有在災(zāi)難發(fā)生后才發(fā)出警報。針對上述問題，本系統(tǒng)通過手持設(shè)備以無線方式完成各項操作。當人們外出，家中長時間無人看管時，家中很容易成為小偷的目標。本課題設(shè)計的家庭智能火災(zāi)防盜報警系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計方案是基于單片機的。它采用無線通信和自動控制技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將家中的異常情況和時間傳送給用戶或保安人員。是一款方便實用的火災(zāi)防盜報警系統(tǒng)，真正滿足新時代居民的生活需求，真正實現(xiàn)智能報警的要求。針對家庭防火防盜系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從以下幾個方面對系統(tǒng)進行了研究：(1)傳感器部分的設(shè)計。選擇和設(shè)計火災(zāi)和防盜傳感器，對傳感器的輸出信號進行相應(yīng)的處理，并通過單片機對處理后的信號進行轉(zhuǎn)換、計算、存儲和致。(2)系統(tǒng)硬件設(shè)計。研究滿足系統(tǒng)需要的元器件及其工作原理，以及單片機的外圍接口電路。主要包括無線通訊模塊電路、火災(zāi)報警電路、非法入侵檢測電路、門控電機驅(qū)動模塊電路、鍵盤輸入和LED顯示模塊等。(3)根據(jù)控制方案繪制軟件流程圖，編寫程序，編譯調(diào)試。編寫軟件程序，引導硬件實現(xiàn)系統(tǒng)所需的功能。單片機采用C語言模塊化設(shè)計，增加了程序的可讀性和可移植性。(4)系統(tǒng)軟件可靠性設(shè)計。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件采取了一些切實可行的措施，包括使用結(jié)構(gòu)化編程方法、軟件陷阱和“看門狗”，以及合理安排中斷。編寫軟件程序時避免嵌套中斷和在中斷中執(zhí)行復雜任務(wù)綜上所述，根據(jù)我對課題的研究和分析，本文的主要內(nèi)容安排如下：第一章：緒論，主要闡述本研究的意義和背景，與本文的主要內(nèi)容相關(guān)；第二章：整體系統(tǒng)設(shè)計，主要介紹所設(shè)計的防火防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理；第三章：硬件系統(tǒng)設(shè)計，主要設(shè)計整個系統(tǒng)的硬件電路；第四章：系統(tǒng)軟件編程，主要編程；第五章：系統(tǒng)調(diào)試與仿真，主要是對軟件系統(tǒng)進行調(diào)試，無誤后燒錄到單片機進行硬件調(diào)試，并對主要模塊進行Protues仿真。2系統(tǒng)總體設(shè)計方案家庭智能火災(zāi)防盜報警系統(tǒng)是一種新型的電子安防報警系統(tǒng)。其開發(fā)設(shè)計方案參考了國外相關(guān)技術(shù)的開發(fā)，更好地立足于我國住宅建設(shè)的實際情況和各相關(guān)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。新時代，居民讓家人更安全、更舒適、更方便、更環(huán)保。本文分別設(shè)計了防火和防盜兩個模塊。本章給出了火災(zāi)監(jiān)控模塊和防盜系統(tǒng)模塊的總體設(shè)計方案。2.1火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計火災(zāi)報警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測器、區(qū)域報警器和集中報警器組成?；馂?zāi)探測器將探測到的火災(zāi)信號轉(zhuǎn)換成火災(zāi)報警信號，通過探測火災(zāi)探測器發(fā)出的物理化學現(xiàn)象（可燃氣體）、煙霧（煙霧顆粒）、熱量（溫度）、光（火焰）等，傳遞給火災(zāi)?；?。報警控制器。區(qū)域報警接收到火警信號后，經(jīng)過分析處理后發(fā)出聲光報警信號，集中報警是將接收到的信號以聲光的形式顯示出來[7]。整體電路設(shè)計框圖如圖2.1所示：傳傳感器放大電路A/D轉(zhuǎn)換單片機狀態(tài)指示聲音報警溫度顯示按鍵圖2.1系統(tǒng)原理及組成框圖2.2火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型和火災(zāi)探測器的選擇2.2.1火災(zāi)報警系統(tǒng)的類型根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)中使用的探測器類型，火災(zāi)報警系統(tǒng)可分為以下四種：(1)感溫火災(zāi)報警系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時，燃燒的物質(zhì)會產(chǎn)生大量熱量，導致周圍溫度迅速變化。感溫型火災(zāi)報警系統(tǒng)是一種火災(zāi)報警系統(tǒng)，它通過判斷周圍溫度的變化做出響應(yīng)，然后將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號，以達到判斷和報警的目的。根據(jù)探測溫度參數(shù)的不同，感溫火災(zāi)報警系統(tǒng)一般可分為定溫型和溫差型。(2)感煙火災(zāi)報警系統(tǒng)煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一。火災(zāi)初期，由于溫度較低，許多物質(zhì)處于陰燃階段，產(chǎn)生大量煙霧。感煙火災(zāi)報警系統(tǒng)檢測空氣中可見或不可見的煙霧顆粒，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號觸發(fā)報警。感煙火災(zāi)報警系統(tǒng)主要包括激光感煙、光感煙霧和離子感煙。(3)光敏火災(zāi)報警系統(tǒng)物質(zhì)的燃燒不僅會產(chǎn)生煙霧和熱量，還會產(chǎn)生可見或不可見的光輻射。光敏火災(zāi)報警系統(tǒng)通過響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的光強和閃爍頻率來觸發(fā)報警系統(tǒng)。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長，光敏火災(zāi)報警系統(tǒng)可分為對較短波長的光輻射敏感的紫外線報警系統(tǒng)和對較長波長的光輻射敏感的紅外報警系統(tǒng)。(4)復合型火災(zāi)報警系統(tǒng)如果報警系統(tǒng)同時響應(yīng)溫度、煙霧和光輻射兩個或多個參數(shù)，則為復合型火災(zāi)報警系統(tǒng)。目前，復合型火災(zāi)報警系統(tǒng)有感溫感煙感、感煙感、感溫感等多種形式。2.2.2火災(zāi)探測器原理火災(zāi)發(fā)生時，必然伴隨著煙、熱、火的產(chǎn)生，探測器對這些很敏感。當有煙霧、高溫、火災(zāi)時，會改變正常狀態(tài)，使電流、電壓或機械部件發(fā)生變化或移位，然后通過放大、傳輸?shù)冗^程發(fā)出警報，有的可以同時還會發(fā)出光信號，并顯示火災(zāi)的位置和位置。火災(zāi)探測器主要分為三類：煙霧、溫度和光輻射：(1)煙霧探測器。一種是離子煙霧探測器，它的外電離室有一個放射源镅241。電離產(chǎn)生的正負離子在電場的作用下向正負電極移動。正常情況下，外電離室的電流和電壓是穩(wěn)定的。一旦煙霧從外電離室逸出，干擾帶電粒子的正常運動，電流和電壓就會發(fā)生變化，破壞外電離室之間的平衡，從而發(fā)出信號。還有一種光電傳感器檢測器，它有一個發(fā)光元件和一個光敏元件。普通光源發(fā)出的光通過透鏡投射到感光元件上，電路保持正常。如果有煙霧擋住它，到達感光元件的光線就會明顯減弱，于是感光元件將光強的變化轉(zhuǎn)化為電變化，并通過放大電路向人報警。還有一種類型的煙霧探測器稱為管道吸入，其工作原理類似于光電感應(yīng)探測器中的另一種散射類型。它通過煙霧的反射或散射產(chǎn)生光敏電流，主要用于船舶上。近幾年也出現(xiàn)了激光煙霧探測器，也是利用光電感應(yīng)原理。不同之處在于光源使用激光束。該探測器采用半導體器件，體積小、價格低、耐振動、壽命長，具有很大的發(fā)展前景。(2)溫度檢測器。一是利用金屬熱脹冷縮的特性。正常情況下，探測器的電路是斷開的。當溫度上升到一定值時，由于金屬的膨脹和延伸，導體接通，發(fā)出信號。一種是利用某些金屬的易熔特性將低熔點合金固定在探測器中。當溫度升至其熔點(70-90°C)時，金屬熔化，并且觸點在彈簧力的作用下形成相位。觸摸，電路接通，發(fā)出信號。這兩種探測器都是恒溫型的，即當外界溫度超過一定限度時會報警；另一種是溫差式，當溫升超過一定值時會感應(yīng)報警。如果兩者結(jié)合起來，就變成了溫差和恒溫的結(jié)合。(3)光輻射探測器。一種是紅外光輻射探測器。當物質(zhì)燃燒時，化學反應(yīng)產(chǎn)生的閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。放大后，可驚動人。另一種是紫外輻射探測器，利用有機化合物燃燒時火中的紫外光激發(fā)紫外光敏管的電極激發(fā)離子，并通過繼電器等打開開關(guān)電路進行報警[8]?；馂?zāi)報警器是重要的安全設(shè)備，應(yīng)安裝在所有重要場所，如大型物資倉庫、隧道、大型船舶、高層建筑等。還可與自動滅火設(shè)備組成自動報警、自動滅火的“自動消防隊”。2.3防盜系統(tǒng)總體設(shè)計本家用防盜報警系統(tǒng)是一種新型的電子防盜報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計基于AT89C51，結(jié)合傳感器檢測技術(shù)、智能控制和無線電技術(shù)組成防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)整體構(gòu)成主要包括防盜檢測、斷電保護及報警電路設(shè)計、密碼控制電路（鍵盤輸入和顯示）、無線電控制四個模塊[9]。具體原理框圖如圖2.2所示。EE2PROM存儲電路門磁傳感器探測編碼解碼信號接收信號發(fā)射AT89C51單片機的控制信號產(chǎn)生鍵盤輸入與顯示電機驅(qū)動LED指示燈現(xiàn)場報警圖2.2防盜系統(tǒng)整體設(shè)計框圖2.4防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(1)門磁檢測技術(shù)的本質(zhì)是門磁開關(guān)，由永磁體和門磁主體兩部分組成。當兩部分接近時，處于報警等待狀態(tài)，當相距一定距離時，觸發(fā)報警系統(tǒng)。(2)數(shù)字芯片編解碼技術(shù)編碼芯片采用專用集成芯片VD5026，解碼處理器采用與之配套生產(chǎn)的集成芯片VD5027。它們都是CMOS大規(guī)模數(shù)字集成電路。它們可以組合成一個發(fā)射和接收數(shù)字編解碼系統(tǒng)。(3)無線發(fā)射和接收技術(shù)無線發(fā)射電路部分主要是利用高頻功率放大器的原理制成，諧振功率放大器由LC諧振網(wǎng)絡(luò)作為負載組成。無線接收電路由超再生接收、放大、整形和解碼電路組成。經(jīng)過一系列處理后，可以產(chǎn)生直接驅(qū)動報警電路的電信號。(4)智能報警技術(shù)在報警電路部分，555芯片構(gòu)成多諧振蕩器驅(qū)動聲光報警，使報警功能更加智能化，可以隨時準確掌握防盜情況[10]。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1主要設(shè)備選擇3.1.1核心處理器單片機的選擇單片機是集成了微處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM、EPROM）和各種輸入輸出接口（定時器/計數(shù)器、并行I/O、串口、A/D轉(zhuǎn)換器）的微控制器的硅片芯片帶脈沖調(diào)制器PWM等）。在火災(zāi)報警器的設(shè)計中，單片機是其核心部件。一方面需要接收傳感器發(fā)出的溫度和煙霧對應(yīng)的模擬信號和故障檢測信號，另一方面需要對這兩個信號分別進行處理以控制后續(xù)電路執(zhí)行相應(yīng)動作;同時檢查是否有按鍵請求。單片機在完成這些任務(wù)的過程中，特別是在信號處理中，比較濃度值并致到顯示器后的軟件實現(xiàn)比較復雜，要求單片機有更快的運算速度速度，以便檢測人員更準確地觀察煙霧濃度，并根據(jù)情況采取適當?shù)拇胧２⒖紤]選擇低成本實用的機型，為開發(fā)同系列的低功耗產(chǎn)品做準備[11]。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計選用ATMEL公司的AT89S52單片機作為控制器。AT89S52是一款低功耗、高性能的CMOS8位單片機，內(nèi)置8kBytes（在系統(tǒng)可編程）Flash只讀程序存儲器，可反復擦寫1000次。該器件采用ATMEL的高密度、非易失性存儲技術(shù)，兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)和80C51引腳結(jié)構(gòu)。該芯片集成了一個通用8位中央處理器和一個ISPFlash存儲單元。功能強大的計算機AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供具有成本效益的解決方案。Flash存儲空間，最大支持64K外置存儲擴展。根據(jù)不同的運行速度和功耗要求，時鐘頻率可設(shè)置在0-33M之間。芯片資源有4組I/O控制口、3個定時器、8個中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門狗和斷電保護。它可以在4V到5.5V的寬電壓范圍內(nèi)正常工作[12]。不斷發(fā)展的半導體技術(shù)也使微控制器的功耗不斷降低。根據(jù)本設(shè)計的具體情況，采用雙列直插式DIP-40封裝。AT89S52引腳排列如圖3.1所示。圖3.1DIP-40封裝的AT89S52引腳圖在智能防盜系統(tǒng)中，核心依然是單片機。主要負責控制鍵盤、顯示器、無線通訊、電機驅(qū)動與聲光報警模塊配合。本系統(tǒng)選用AT89C51作為主控芯片。AT89C51是一款具有4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機，由于結(jié)合了多功能8位CPU和閃存在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一款高效微控制器[13]。AT89C51微控制器為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活且廉價的解決方案。AT89S52是AT89C51的升級版，都是8051核心，52是51的增強版，S52比C51多了一個T2定時器，多了128B的RAM，多了4K的ROM，多了2個中斷，多了1個看門狗.在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還是有一些改進的，S52的最大外接晶振可以達到33MHz，C51只有24MHz左右。另外，S52相比C51多了一個ISP功能，這是一個在線可編程的功能，是一個非常實用的功能。首先，它節(jié)省了購買程序員的錢。另外，對于買不起仿真器或者希望能在板子上調(diào)試的人（即插上成品電路板調(diào)試的人來說非常有價值），可以更新程序單片機隨時插在電路板上，非常方便。當然，S51也有這個功能，但是C51和C52都沒有[14]。在本文中，兩個系統(tǒng)相互獨立存在，不相互通信。3.1.2氣體傳感器的選擇氣體傳感器是將一定的氣體體積分數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號的轉(zhuǎn)換器。檢測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體，干燥或冷卻儀表顯示部分。根據(jù)測量對象和測量環(huán)境、靈敏度、響應(yīng)特性和線性范圍，我選擇TGS202氣體傳感器作為本次火災(zāi)探測的氣體傳感器?；馂?zāi)中的煙氣主要是CO和CO。TGS202氣體傳感器可以檢測CO、CO、甲烷、瓦斯等多種氣體，靈敏度高，穩(wěn)定性好，適用于火災(zāi)中的氣體檢測。如上圖所示，當TGS202檢測到CO或CO時，傳感器的電阻變小，V迅速上升。選擇合適的電阻值，使當氣體濃度達到一定水平（如CO濃度達到0.06%）時，V端獲得合適的電壓（設(shè)置為3V）。圖3.2是TGS202檢測電路。圖3.2TGS202檢測電路3.1.3溫度傳感器的選擇DS18B20數(shù)字溫度傳感器連接方便，封裝后可用于各種場合，如管道式、螺絲式、磁鐵吸附式、不銹鋼封裝式、各種型號，如LTM8877、LTM8874等。它主要根據(jù)應(yīng)用程序改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫、高爐水循環(huán)測溫、鍋爐測溫、機房測溫、農(nóng)業(yè)大棚測溫、潔凈室測溫、彈藥庫測溫等不限溫場合.耐磨耐沖擊，體積小，使用方便，包裝形式多樣，適用于各種小空間設(shè)備的數(shù)字測溫控制。DS18B20采用單線通訊接口。由于是單線通訊接口，必須先完成ROM設(shè)置，否則無法使用內(nèi)存和控制功能。主要是先提供以下功能命令之一：(1)讀ROM；(2)ROM匹配；(3)搜索ROM；(4)跳過ROM；(5)報警檢查。如果該命令成功使DS18B20完成溫度測量，數(shù)據(jù)將存儲在DS18B20的內(nèi)存中。控制功能指示DS18B20執(zhí)行溫度測量。測量結(jié)果將被放置在DS18B20內(nèi)存中，而片上內(nèi)存內(nèi)容閱讀器發(fā)出存儲功能的命令，閱讀器。溫度報警觸發(fā)器TH和TL有一個字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)。如果DS18B20不使用報警檢查命令，這些寄存器可用于一般用戶存儲目的。還包括片上配置字節(jié)，以理想地解決溫度到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。寫入TH、TL指令是使用帶有配置字節(jié)的存儲器功能來完成的。通過緩沖區(qū)讀取寄存器。所有數(shù)據(jù)讀取和寫入都從最低位開始。DS18B20封裝如圖3.3所示：圖3.3DS18B20封裝圖3.1.4無線通信模塊芯片的選擇本文選用nrf24L01作為門控系統(tǒng)的無線通信模塊，nrf24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的單片無線收發(fā)芯片，工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM頻段。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。輸出功率通道選擇和協(xié)議設(shè)置可以通過SPI接口進行設(shè)置。幾乎可以連接各種單片機芯片，完成無線數(shù)據(jù)傳輸工作。極低的電流消耗：發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm時的電流消耗為11.3mA，接收模式下的電流消耗為12.3mA，在掉電模式和待機模式下的電流消耗更低。NRF24L01主要有以下一系列優(yōu)點：小尺寸，QFN204x4mm封裝寬電壓工作范圍，1.9V~3.6V，輸入引腳可承受5V電壓輸入(1)工作溫度范圍，-40℃～+80℃(2)工作頻率范圍，2.400GHz～2.525GHz(3)發(fā)射功率可選擇0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm(4)數(shù)據(jù)傳輸速率支持1Mbps、2Mbps[2](5)低功耗設(shè)計，接收時工作電流12.3mA，發(fā)射0dBm功率時工作電流11.3mA，掉電模式下僅900nA(6)126個通信通道，6個數(shù)據(jù)通道，滿足多點通信和調(diào)頻的需要(7)增強“ShockBurst”工作模式、硬件CRC校驗和點對多點地址控制(8)數(shù)據(jù)包每次可傳輸1~32Bytes的數(shù)據(jù)(9)4線SPI通訊口，通訊速率最高可達8Mbps，適合與各種MCU連接，編程簡單(10)工作頻率、通訊地址、傳輸速率、數(shù)據(jù)包長度可軟件設(shè)置(11)MCU可以通過IRQ管腳快速判斷數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)致是否完成3.1.5A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇TLC549是TI生產(chǎn)的低成本、高性能8位A/D轉(zhuǎn)換器。它采用8位開關(guān)電容逐次逼近法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度小于17us，最高轉(zhuǎn)換速率為40000HZ，典型系統(tǒng)時鐘為4MHZ，電源為3V至6V。它可以方便地使用三線串行接口與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價的測控應(yīng)用系統(tǒng)。圖3.4是TLC549的引腳圖。圖3.TLC549的4引腳圖3.1.6鍵盤輸入模塊片選本系統(tǒng)門控密碼輸入部分采用HD7279(A)和64個獨立按鍵組成的鍵盤電路。HD7279(A)是一款帶串行接口的智能顯示驅(qū)動芯片，可同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管（或64個獨立LED）。].HD7279部分包含一個解碼器，可以直接接受十六進制碼。HD7279A還同時具有2種解碼方式。地址等。其特點如下：(1)串行接口(2)每個bit獨立控制解碼/非解碼和消隱閃爍屬性(3)(循環(huán))左移/(循環(huán))右移指令(4)帶段尋址指令，方便控制獨立的LED(5)64鍵鍵盤控制器，包括去抖電路圖3.5HD7279引腳圖3.2系統(tǒng)各功能子模塊設(shè)計3.2.1電源模塊我使用的電源是輸出7V的鋰電池，本文涉及的電路中USB接口的電壓為5V，單片機的電壓為5V，所以我選擇AMS1117進行穩(wěn)壓。圖3.6輸出5V電壓如上圖，圖3.6是輸出為5V的電路示意圖。3.2.2單片機結(jié)構(gòu)及最小系統(tǒng)AT89S52/AT89C51的結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.7AT89S52/AT89C51部分結(jié)構(gòu)圖單片機最小系統(tǒng)由單片機、外接晶振和復位電路組成。本系統(tǒng)使用的兩顆單片機都需要5V供電，兩顆單片機的外接晶振可以使用11.0592M無源晶振，且管腳布局相同，因此它們的最小系統(tǒng)可以相互轉(zhuǎn)換[16].這里我們以AT89S52為例來說明最小系統(tǒng)的組成。圖3.8是最小系統(tǒng)電路圖。圖3.8AT89S52最小系統(tǒng)AT89S52單片機采用40引腳雙列直插式封裝（DP）方式，其40個引腳按功能可分為3類：(1)電源和時鐘引腳：Vet、Vss；XTAL1，XTAL2。(2)控制引腳：、ALE、/VP、RESET。(3)I/O口管腳：PO、P1、P2、P3，是4個8位I/O口的外部管腳。P0口（P0.0~P0.7共有8個引腳，即39~32腳）：為雙向8位三態(tài)I/O口。訪問外部存儲器時，可作為時分低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；P1口（P1.0~-P1.7有8個引腳，即1~8個引腳）：P1口為8位雙向I/O口，帶有部分上拉電阻。每個位都可以用作可編程的通用輸入/輸出線。P2口（P2.0~p2.7共有8個引腳，即21~28個引腳）：P2口為8位雙向I/O口，帶有部分上拉電阻。訪問外部存儲器時，致高8位地址。P3口（P3.0~P3.7共有8個引腳，即10~17個引腳）：P3口為8引腳，帶上拉電阻雙向I/O端口。在微控制器中，這8個引腳有自己的輔助功能。大多數(shù)情況下，AT89S52單片機使用P3端口的第二個功能。表3-1列出了P3端口的第二個功能[17]。表3-1P3端口的第二個功能別針次要功能姓名P3.0接收端串口接收數(shù)據(jù)輸入P3.1TXD串口致數(shù)據(jù)輸出P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0外部計數(shù)0脈沖輸入P3.5T1外部計數(shù)1脈沖輸入P3.6寫寫外設(shè)控制信號輸出P3.7研發(fā)讀取外圍控制信號輸出3.2.3火災(zāi)探測器的設(shè)計火災(zāi)是一種高頻率的災(zāi)害，無論是電氣設(shè)備、燃氣泄漏還是人為原因都可能引起火災(zāi)。根據(jù)人們的經(jīng)驗，火災(zāi)初期報警，同時采取滅火措施，可以取得較好的滅火效果。本文使用的DS18B20用作火災(zāi)溫度監(jiān)測傳感器。它是單總線結(jié)構(gòu)，單片機只需要一根數(shù)據(jù)線。圖3.9是DS18B20與單片機的連接圖。2個端子直接連接到微控制器的引腳。圖3.9CH376與MCU連接圖3.2.4RS232串口設(shè)計為了方便上位機查看調(diào)試結(jié)果，我在整個系統(tǒng)中增加了一個串口來監(jiān)控程序的運行情況。我們使用串行接口RS232進行數(shù)據(jù)通信。RS-232-C由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制定。串行物理接口標準。RS是英文“RecommendedStandard”的縮寫，232是標識號，C是修訂號。RS-232-C總線標準有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。其電路原理圖如下：圖3.10MAX232串口電路3.2.5A/D模塊設(shè)計氣體傳感器檢測到的電壓信號是模擬信號，單片機無法直接識別。因此，經(jīng)過放大電路后，將信號轉(zhuǎn)換為A/D，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入單片機。首先，對信號進行放大和濾波，得到我們需要的有用信號。圖3.11顯示了傳感器和隨后的放大和濾波電路。TGS202得到的模擬信號經(jīng)過前置放大電路和后面的二階低通濾波器進行排序后作為A/D的輸入信號輸出。圖3.11傳感器和后續(xù)放大濾波電路A/D模塊將放大、濾波后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后輸出到單片機，單片機進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和相關(guān)控制。圖3.12是A/D模塊的電路圖。圖3.12A/D模塊電路圖3.2.6無線通信模塊本系統(tǒng)采用nrf24l01作為無線通訊控制模塊，可通過手持微型無線電遙控器使報警器進入布防或撤防狀態(tài)。閘機和控制端有一個nrf24l01模塊，用于無線通信。nrf24l01使用spi接口與微控制器通信。由于AT89s52單片機上沒有硬件spi，需要軟件仿真，所以我選擇了單片機的四個管腳P0.1到P0.3。作為模擬的spi口，圖313是nrf24l01的連接圖。圖中J2為連接天線的引腳。圖3.13nrf24l01連接圖3.2.7電機驅(qū)動模塊本文采用采用L297+L298的經(jīng)典電路設(shè)計，具有外圍元件簡單、工作穩(wěn)定性好的特點。L297+L298集成塊專為步進電機驅(qū)動而設(shè)計。L298是雙H橋驅(qū)動器。L298中包含的功率輸出設(shè)備是在石英基板上設(shè)計和制造的。由于制造工藝的同一性，具有分立元件組合電路無可比擬的性能參數(shù)一致性，運行穩(wěn)定。

L297是步進電機控制集成芯片（含環(huán)形分配器），可產(chǎn)生四相驅(qū)動信號，用于微處理器控制兩相雙極和四相單極步進電機。電機可以半步、正常和斬波驅(qū)動模式驅(qū)動，而片上PWM斬波電路內(nèi)容以開關(guān)的形式控制電流。該器件僅需要時鐘、方向和模式輸入信號。相位由段產(chǎn)生，從而減輕了微處理器和編程的負擔。本系統(tǒng)采用電機控制門鎖的開閉，需要穩(wěn)定的輸出控制，故采用L297加L298電路，L297為步進電機控制器（含環(huán)形分配器），L298為雙H橋驅(qū)動器。微處理器和由它們組成的雙橋步進電機之間的接口如圖3所示。這種方法的綜合優(yōu)點是所需的組件更少，從而組裝成本低、可靠性高、占地面積小。并且通過軟件開發(fā)，可以簡化和減輕微機的負擔。圖3.14是電機控制電路圖。圖3.14電機控制電路L298芯片是一款高壓、大電流雙全橋驅(qū)動器，設(shè)計用于接受標準TTL邏輯電平信號并驅(qū)動繼電器、圓柱形線圈、直流電機和步進電機等感性負載。有兩個抑制輸入使設(shè)備不受輸入信號的影響。每個橋的三極管的發(fā)射極連接在一起，對應(yīng)的外部端子可以用來連接外圍的感應(yīng)電阻。可以放置另一個輸入電源以使邏輯能夠在低電壓下運行。L298芯片是采用雙列直插式封裝的集成芯片，具有15個引腳。3.2.8鍵盤電路設(shè)計鍵盤電路是人機對話的重要組成部分。主要實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)和傳送指令的功能。是人機交互不可缺少的輸入法。鍵盤利用機械金屬點的組合與斷開來實現(xiàn)信息的輸入。鍵盤其實就是一個開關(guān)，單片機根據(jù)I/O線的高低電平來判斷一個按鍵的開關(guān)狀態(tài)。微處理器使用的鍵盤有兩種，一種是全編碼鍵盤；另一種是非編碼鍵盤。全編碼鍵盤可以自動提供與硬件邏輯所按下的鍵對應(yīng)的代碼。此外，它還具有去抖動和多鍵、移鍵保護電路。這種鍵盤使用方便，但需要更多的硬件，價格也更高。單片機應(yīng)用系統(tǒng)很少使用。非編碼鍵盤只是提供行列矩陣，其他任務(wù)由軟件完成。由于其經(jīng)濟實用性，該方法多用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)[18]。本設(shè)計中使用HD7279A鍵盤來減輕MCU的壓力。它可以控制64個獨立按鍵與8個數(shù)碼管之間的通訊，并負責獲取輸入的密碼并傳遞給單片機顯示密碼。比較控制門鎖的開關(guān)。3.2.9EEPROM模塊EEPROM（電可擦可編程只讀存儲器）是一種用戶可更改的只讀存儲器（ROM），可以通過施加高于正常電壓的電壓進行擦除和重新編程（重寫）。與EPROM芯片不同，EEPROM可以在不從計算機中移除的情況下進行修改。在EEPROM中，EEPROM的壽命是一個重要的設(shè)計考慮因素，因為計算機在使用時可以頻繁地重新編程。EEPROM是一種特殊形式的閃存，其應(yīng)用通常是個人計算機中用于擦除、寫入和重新編程的電壓。本系統(tǒng)主要使用EEPROM存儲用戶密碼，配合鍵盤監(jiān)控門鎖。電路圖如圖3.15所示。SCL為同步時鐘輸入端，SDA為數(shù)據(jù)總線。與DS18B20一樣，ST24C02B3也是單總線結(jié)構(gòu)。圖3.15EEPROM電路_

4系統(tǒng)軟件設(shè)計上一章介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計后，下一步就是在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上編寫程序。本章主要介紹主控模塊的單片機程序及部分功能模塊。火災(zāi)監(jiān)控和防盜監(jiān)控基本功能的實現(xiàn)過程不同，本章我將一一介紹。但一般流程是一樣的，都是先初始化硬件系統(tǒng)，然后等待傳感器或輸入設(shè)備獲取外部信號，然后實現(xiàn)想要的功能。鑒于整個系統(tǒng)的硬件資源和實際應(yīng)用有限，系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分沒有嵌入任何操作系統(tǒng)，通過中斷系統(tǒng)來調(diào)度每個任務(wù)。4.1火災(zāi)監(jiān)測部分的主要程序4.1.1火災(zāi)監(jiān)測主程序系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。1、傳感器首先要預熱三分鐘，因為傳感器需要預熱一段時間才能正常采集煙霧和溫度信息。在預熱的同時，對于傳感器發(fā)熱絲的故障檢測，通過軟件檢測傳感器發(fā)熱絲或電纜是否斷線或接觸不良。程序初始化完成后，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)。AT89S52單片機實時監(jiān)測傳感器檢測到的煙霧濃度和溫度信號，將采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換、平均濾波、線性化處理，并將檢測值與報警限值設(shè)定值進行比較。并判斷是否報警，同時將檢測到的溫度和濃度信號致到顯示通道，通過LED顯示相關(guān)的溫度和濃度。主程序還包括狀態(tài)指示燈和按鍵功能、中斷子程序等。當發(fā)生火災(zāi)時，傳感器采集的溫度會發(fā)生變化。當溫度值達到設(shè)定值時，單片機會發(fā)出信號來控制狀態(tài)指示等。警報響起后，我們需要關(guān)閉警報聲，這需要一個按鈕，由控制器控制單片機程序，按鈕關(guān)閉后報警自動消除。這使得報警器的功能更加完善，給用戶帶來了方便。YY開始初始化傳感器預熱、故障檢測鍵盤處理報警限設(shè)置報警子程序平均值法濾波線性化處理設(shè)置指示燈狀態(tài)YN是否按下模式切換A/D轉(zhuǎn)換N是否超過報警限濃度顯示圖4.1火災(zāi)監(jiān)測主程序流程圖4.1.2火災(zāi)監(jiān)測各部分子程序(1)初始化子程序主程序初始化流程圖如下圖所示。這部分實現(xiàn)的功能包括各種I/O輸入輸出狀態(tài)的設(shè)置、寄存器初始化、中斷使能等。先設(shè)置定時器的工作模式，然后打開系統(tǒng)中斷，以響應(yīng)中斷定時，隨時間對氣體濃度和溫度進行采樣。然后關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈，設(shè)置報警限位初始值。YYN開始定時器初始化開中斷關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈設(shè)定初值是否保持報警初值返回圖4.2主程序初始化流程圖(2)過濾子程序在對氣體濃度進行采樣時，可能會遇到尖峰干擾現(xiàn)象。這種干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)有較大差異，需要進行處理。如果采用一般平均值法，干擾信號會對計算結(jié)果進行“平均化”，因此平均值法不易消除脈沖干擾引起的煙氣濃度采樣值偏差。因此，我們提出去極值平均濾波方法，即先比較N個采樣數(shù)據(jù)，去掉最大值和最小值，然后計算剩余N-2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。該方法既能濾除脈沖干擾，也能濾除微小的隨機干擾，從而保證報警器對煙霧濃度檢測的準確性，降低誤報和誤報的可能性。操作流程如下圖所示。首先設(shè)置采樣次數(shù)，調(diào)用A/D采樣子程序進行采樣，每次采樣后采樣次數(shù)自動加1。當采樣次數(shù)達到預設(shè)的采樣次數(shù)時，對采樣值進行處理。即先排序，去掉第一個和最后一個最大值和最小值，將剩余的第2個到第9個樣本值累加求和，然后求平均值，最后將處理后的數(shù)據(jù)送入寄存器存儲。YYN調(diào)用A/D采樣將采樣值排序求第二個到第九個采樣值的累加和將累加和求平均值送入寄存器開始設(shè)定采樣次數(shù)已達到設(shè)定次數(shù)到設(shè)定次數(shù)圖4.3過濾子程序流程圖(3)線性化子程序本文報警器使用的TGS-202傳感器的電阻隨著可燃氣體濃度的增加而減小，因此輸入到單片機的電壓也隨之減小。電壓值與氣體濃度之間存在非線性關(guān)系。為了實時顯示煙霧濃度，需要對其進行線性化處理。在誤差容限范圍內(nèi)，根據(jù)校準曲線的形狀和單片機的處理能力，將曲線分成若干小段，每段分別按照分段線性插值法進行線性化處理。(4.1)式中，N為劃分區(qū)間數(shù)，f(x)為實際煙霧檢測濃度，x為實際氣體檢測濃度對應(yīng)的電壓值，xi為區(qū)間下限濃度對應(yīng)的電壓值,xi+1為區(qū)間的上限濃度。對應(yīng)電壓值，f(xi)為區(qū)間下限的煙霧濃度值，f(xi+1)為區(qū)間上限的煙霧濃度值。分段插值法線性化程序流程圖如圖4.4所示：開始讀取濾波電壓X返回差別并確定X所在的電壓區(qū)間求電壓值X與所在區(qū)間下限差Xm=X-Xi求X所在區(qū)間的上下限濃度值的差Z=f(Xi+1)-f(Xi)求上下限電壓值的差Xd=Xi+1-Xi求Z與Xd的比值K=Z/Xd求K與X的和S=K*Xm求f(X)=f(Xi)+S保存濃度值圖4.4線性化子程序流程圖(4)報警子程序當煙霧濃度或溫度值超過報警限值的設(shè)定值時，單片機收到信號控制蜂鳴器發(fā)聲，相應(yīng)指示燈閃爍提示操作人員采取安全措施或自動控制相關(guān)安全裝置，從而確保生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)。和爆炸事故。為防止誤報，在程序設(shè)計中，對煙氣濃度和溫度進行快速重復檢測，并進行延時報警，以區(qū)分管道內(nèi)有煙氣泄漏或臨時打開閥門產(chǎn)生的可燃煙氣微量損失，以防止誤報。防止誤報。.報警子程序的流程圖如下圖4-5所示。溫度設(shè)置為100°C，煙霧濃度設(shè)置為0.06%。第一次采集后，延遲20s采集，對兩次采集的數(shù)據(jù)進行分析判斷。發(fā)出信號指示并啟動警報。如果不一致，則需要進行檢測和故障診斷。NNYNYYNNY開始讀取處理后的氣體濃度值或溫度值煙霧濃度≥0.06％或溫度≥100℃煙霧濃度≥0.06％或溫度≥100℃延遲20秒后采集一組數(shù)傳感器故障自診斷啟動火災(zāi)報警器啟動故障報警傳感器有問題復位鍵是否按下返回圖4.5報警子程序流程圖4.2防盜監(jiān)控模塊主程序4.2.1防盜門控制主程序主程序首先對系統(tǒng)進行初始化，包括單片機的寄存器、外部引腳的設(shè)置、連接傳感器的配置。然后顯示模塊顯示初始值，并等待按鍵事件。如果有按鍵，則進行相應(yīng)的按鍵處理。處理完按鍵事件后，繼續(xù)等待下一個按鍵，如圖4.6所示。詳細的模塊設(shè)計如下：初始化初始化顯示處理鍵掃、求鍵號鍵處理有鍵按下否?輸入鍵處理確認鍵處理修改密碼鍵處理數(shù)字鍵處理開始NY圖4.6主閘門控制程序流程圖4.2.2門控模塊子程序(1)數(shù)字密鑰處理子程序數(shù)字密鑰處理子程序用于修改或輸入密碼。分為兩部分，一是輸入密碼，二是修改密碼。其設(shè)計流程圖如圖4.7所示：首先會判斷是否輸入密碼。如果輸入了密碼，它將保存輸入的密碼和密碼的位數(shù)。如果沒有輸入密碼，會判斷是否需要修改密碼。同理，調(diào)用密碼修改程序，保存修改后的密碼和密碼位數(shù)。.YYN數(shù)字鍵處理子程序輸入密碼否？修改密碼否？輸入4~6位密碼并保存密碼與密碼位數(shù)返回輸入4~6位密碼并保存密碼與密碼位數(shù)YN圖4.7數(shù)字鍵處理子程序流程圖(2)確認鍵處理子程序輸入或修改密碼時確認操作。程序流程圖如圖4.8所示。當確認輸入完成后，如果正在執(zhí)行輸入密碼的操作，則調(diào)用密碼比較子程序；如果正在執(zhí)行修改密碼操作，按下按鈕后將執(zhí)行密碼擦除和重寫操作。YYN確認鍵處理子程序輸入密碼否？修改密碼否？清改密標志返回調(diào)用密碼比較子程序并清除輸入標志YN圖4.8確認鍵處理子程序流程圖(3)密碼判斷子程序輸入密碼并按下確認鍵后，啟動密碼判斷子程序，將從鍵盤獲取的數(shù)字串與存儲在EEPROM中的密碼進行比較，返回成功標志。程序流程圖如圖4.9所示。密碼判斷程序入口密碼判斷程序入口輸入位數(shù)[51H]=密碼位數(shù)[50H]？原始密碼指針R0、輸入密碼指針R1、比較次數(shù)R7初始化輸入值@R1=密碼@R0？R7-1=0?開鎖，點亮指示燈，置鎖狀態(tài)標志位02H返回錯誤次數(shù)53H加1，置鎖狀態(tài)02H為0錯誤次數(shù)大于3否？報警，顯示出錯，延時5分鐘后使系統(tǒng)復位YYYNNNNY修改指針圖4.9密碼判斷子程序流程圖(4)密碼修改子程序執(zhí)行密碼修改任務(wù)，首先判斷它們是否打開，即之前的密碼是否正確，然后獲取新密碼，確認后執(zhí)行擦除和重寫。程序流程圖如圖4.10所示。NNNYY鎖是否開？修改密碼否？改密程序入口輸入密碼位數(shù)送R7、指針初始化輸入4~6位新密碼并保存密碼新密碼@R1覆蓋原始密碼@R0修改指針循環(huán)次數(shù)R7-1=0？返回NY圖4.10密碼修改子程序流程圖(5)顯示處理子程序顯示模塊需要實時顯示當前的操作內(nèi)容。該系統(tǒng)由HD7279控制。程序中只需要致相應(yīng)的操作碼即可。程序流程圖如圖4.11所示：Y顯示程序入口顯緩指針Y顯示程序入口顯緩指針R0、顯示碼R1、循環(huán)次數(shù)R6初始化返回置CS為低電平，并延時50us發(fā)顯示碼到7279，并延時25us@R0單元內(nèi)容查表，將得到的字形碼致至7279延時8us，去除片選信號，修改R0和R1R6-1=0？N圖4-11顯示處理子程序的流程圖圖4.11顯示子程序流程圖(6)電機驅(qū)動子程序單片機得到指令后，控制電機驅(qū)動控制步進電機，電機與鎖芯連接，從而實現(xiàn)門的上鎖和開鎖狀態(tài)。程序流程圖如圖4.12所示。電機驅(qū)動子程序電機正轉(zhuǎn)電機驅(qū)動子程序電機正轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)延時5秒延時5秒電機停止電機停止返回圖4.12電機驅(qū)動子程序流程圖(7)鍵盤處理子程序HD7279與單片機通訊，操作相應(yīng)的按鍵。單片機只需對HD7279致的代碼進行檢測和比較即可。該子程序的流程圖如圖4.13所示。鍵盤處理入口置7279的CS鍵盤處理入口置7279的CS有效，并延時50us致讀鍵指令碼15H到7279，并延時12us接收鍵值存于A中，CS信號置鍵標志00HA為FFH否清鍵標志00H由鍵值查鍵號返回NY圖4.13鍵盤處理子程序(8)門磁檢測及聲光報警子程序門磁傳感器檢測到信號后，將采集到的數(shù)據(jù)進行放大濾波，經(jīng)過A/D，然后致到單片機中斷處理采集到的數(shù)據(jù)。如果超過限制，聲光報警系統(tǒng)的使能端將被拉高。，從而開啟聲光報警系統(tǒng)。程序流程圖如圖4.14所示。聲光報警子程序門磁檢測子程序返回中斷返回聲光報警子程序門磁檢測子程序返回中斷返回555芯片使能置1驅(qū)動聲光報警聲光報警單片機外部中斷檢測到門磁信號和門磁傳感器子程序流程圖(9)無線通信子程序NYYNYYNY接收信號，開中斷是否撤防鎖開否？調(diào)用開鎖子程序是否布防鎖開否？調(diào)用上鎖子程序中斷返回NNY圖4.15無線通信子程序流程圖無線通訊模塊在正常睡眠時，有信號時啟動并接收。接收到數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生中斷，將數(shù)據(jù)傳送給單片機。單片機對獲取的數(shù)據(jù)進行比較，然后進行相應(yīng)的操作。流程圖如圖4.15所示。5系統(tǒng)調(diào)試除了必要的硬件，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)也離不開軟件。機器語言可以由單片機直接執(zhí)行，但機器不易讀寫。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)初期，匯編語言多用作軟件工具，而后期則廣泛使用C語言，因為C語言是一種結(jié)構(gòu)化的編程語言，具有極好的可讀性和可移植性。，使用C語言編寫單片機應(yīng)用周期短，調(diào)試和故障排除也比較簡單。因此，常用的單片機編程語言是匯編語言和C語言。本文中使用的AT89C52微控制器支持匯編語言、C語言或兩者的混合編程。為了提高編寫程序的效率，提高程序的可讀性和可移植性，我們使用C語言作為開發(fā)軟件。5.1調(diào)試工具1)單片機編程工具本系統(tǒng)的軟件編程由KeilμVision4軟件完成。KeilC51是美國KeilSoftware公司生產(chǎn)的兼容51系列的單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比，C語言具有功能性、結(jié)構(gòu)性、可讀性和可維護性。在性方面優(yōu)勢明顯，易學易用。Keil提供完整的開發(fā)解決方案，包括C編譯器、宏程序集、鏈接器、庫管理和強大的仿真器調(diào)試器，它們通過集成開發(fā)環(huán)境(uVision)組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎是你的最佳選擇。即使你不使用C語言，只使用匯編語言進行編程，其易用的集成環(huán)境和強大的軟件仿真調(diào)試工具也會讓你事半功倍。軟件界面如圖5.1所示。圖5.1KeilμVision4軟件界面2)單片機編程工具STC-ISP是專為STC系列單片機設(shè)計的單片機下載燒錄軟件?？上螺dSTC89系列、12C2052系列、12C5410系列STC單片機。它使用方便，已被廣泛使用。STC-ISP的操作界面如下：（1）打開STC-ISP，如下界面所示，在MCUType欄下選擇單片機，如STC89C52RC：\o"查看圖片"圖5.2STC-ISP操作界面(2)根據(jù)你的9芯數(shù)據(jù)線的連接方式選擇COM口。波特率一般保持默認。如果遇到下載問題，可以適當調(diào)整。選擇如圖所示的項目：圖5.3STC-ISP操作界面（每個選項的設(shè)置）（3）首先確認硬件連接無誤，如圖點擊“打開文件”，在對話框中找到你要下載的HEX文件：圖5.4STC-ISP操作界面（下載HEX文件）\o"查看圖片"

(4)選擇下圖所示的兩個條件項，這樣每次編譯KEIL都可以自動將HEX代碼加載到STC-ISP中，點擊“下載”：圖5.5STC-ISP操作界面（Download/Download）(5)手動按下電源開關(guān)，將可執(zhí)行文件HEX寫入單片機，如正在寫入的程序截圖所示：圖5.6STC-ISP操作界面（正在編寫程序）\o"查看圖片"(6)編寫完如圖所示的程序后，目標板開始運行程序結(jié)果：圖5.7STC-ISP操作界面（運行程序）\o"查看圖片"

5.2調(diào)試過程系統(tǒng)綜合測試是各模塊測試成功后的聯(lián)合測試。主要目的是測試系統(tǒng)是否能滿足設(shè)計要求。全面調(diào)試是系統(tǒng)順利完成的關(guān)鍵，也是調(diào)試過程中非常重要的一環(huán)。首先要保證程序的正確性，以火災(zāi)監(jiān)控為例。編程界面最左邊的部分就是本工程中包含的文件，如圖5-8所示。它包含每個模塊的子程序。中心是程序編寫區(qū)，如圖5.8所示，完成代碼的編寫。圖5.8編程界面編寫完主程序和所有子程序并編譯程序后，在KeilμVision4中有一個調(diào)試工具欄，如圖5-**所示。單擊調(diào)試按鈕，KeilμVision4將編譯編程的程序。編譯結(jié)果會針對當前程序指出錯誤和警告，如圖5.9所示。根據(jù)顯示的錯誤和警告進一步修改程序。圖5.9編譯器當編寫的程序沒有錯誤和警告時，將其下載到上面提到的帶有STC-ISP的單片機中進行硬件調(diào)試。5.3Protues仿真Protues軟件是英國Labcenter電子公司發(fā)布的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還可以仿真單片機和外圍設(shè)備。它是目前模擬微控制器和外圍設(shè)備的最佳工具。雖然在國內(nèi)的推廣剛剛起步，但受到了單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)與應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是全球知名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布局、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路的協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。迄今為止，它是世界上唯一一個集電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件于一體的設(shè)計平臺。其處理器型號支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。2010年將增加Cortex和DSP系列處理器，其他系列處理器型號將繼續(xù)添加。編譯方面，還支持IAR、Keil、MATLAB等多種編譯方式。由于軟件限制，并非所有硬件電路都可以仿真，本文僅對軟件器件庫中包含的器件進行仿真。如圖5.10所示，模擬火災(zāi)監(jiān)測中的溫度測量及其報警部分。如圖所示，顯示模塊實時顯示當前溫度。本系統(tǒng)的溫度報警上限設(shè)置為70攝氏度。當溫度超過70攝氏度時，會啟動聲光報警系統(tǒng)，啟動聲光報警系統(tǒng)。圖中，端口紅點為高電平，藍點為低電平。圖5.10火災(zāi)監(jiān)測中的溫度測量和報警部分在圖5.11中，是門控的電子密碼鎖部分。由于protues中沒有HD7279模塊，所以暫時換成4*4矩陣鍵盤，顯示模塊暫時換成12864，方便觀察。如圖5.11所示，系統(tǒng)初始化后，等待輸入密碼。圖5.11啟動門控制電子密碼鎖部分點擊設(shè)置按鈕，進入密碼設(shè)置界面，如圖5.12所示為密碼輸入界面。輸入8位密碼后，會出現(xiàn)如圖5.13所示的界面。重復輸入以確認密碼是否正確。如果密碼相同，會跳轉(zhuǎn)到圖5.14所示界面，再次點擊設(shè)置按鈕確認更改，設(shè)置新密碼后即可使用新密碼。圖5.16和圖5.17分別是密碼輸入錯誤和正確時的界面。圖5.12設(shè)置密碼1圖5.13設(shè)置密碼2圖5-14設(shè)置密碼3圖5-15設(shè)置成功圖5.16輸入錯誤圖5-17輸入成功6總結(jié)火災(zāi)報警和防盜報警器可以確保生產(chǎn)和生活的安全，避免火災(zāi)爆炸事故和氣體中毒。本文在深入研究煙霧、溫度傳感器和報警技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合比較國外同類產(chǎn)品的技術(shù)特點，合理確定系統(tǒng)的設(shè)計方案，詳細介紹了儀器和各部件的整體設(shè)計。分析與設(shè)計。經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計的努力，整個系統(tǒng)達到了預期的目標。本系統(tǒng)通過設(shè)計以AT89S52單片機為核心的火災(zāi)報警器，可實現(xiàn)聲光報警、故障自診斷、濃度顯示、報警限值設(shè)置、延時報警等功能。是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災(zāi)報警器，具有一定的實用價值。該報警電路結(jié)構(gòu)簡單，可維護性好。由于它實現(xiàn)了對普通環(huán)境中煙霧濃度和溫度的實時監(jiān)測，具有非常普遍的意義，可廣泛應(yīng)用于居民家庭、企事業(yè)單位的安全防御。但也有很多不足之處。由于電源的波動和傳感器的電氣特性，有時A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果波動很大，可能會造成誤報。由于時間的關(guān)系，系統(tǒng)中的串口通訊功能沒有實現(xiàn)，只實現(xiàn)了煙霧濃度、溫度顯示和按鍵控制。由于上述缺點的存在，系統(tǒng)還不夠完善，需要進一步完善。通過這樣的設(shè)計，我對這方面的知識有了更深入的了解和掌握，對這個專業(yè)也有了更深的認識，讓自己更加熱愛這個專業(yè)，并對本科四年的學習做了進一步的總結(jié)水平，我對自己也越來越清楚了。學習目標和方向。在設(shè)計過程中，我也學到了很多新知識，也有了很多感悟和經(jīng)驗。而且，我對工程設(shè)計的過程和步驟有了清晰的認識，為我以后的學習和研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

附錄附錄A電路原理圖圖1火災(zāi)監(jiān)測電路示意圖圖2防盜監(jiān)控電路示意圖

附錄BMCU編程程序/****************************消防模塊主程序******************************/#include“reg52.h”#include"ds18b20.h"externuchar數(shù)據(jù)顯示[5]；外部uint溫度；ucharyanwu=50;sbitbaojing_CS=P1^0;無效的主要（）{uchartemp_yanwu;做{temp_yanwu=AD_Convert(); if(yanwu<temp_yanwu)//獲取煙霧濃度 { baojing_CS=1;//時間可以聲光報警 } 數(shù)據(jù)=temp_yanwu;延遲（300）；//延遲顯示tmpchange();//溫度轉(zhuǎn)換tem_deal（臨時）；//顯示溫度值展示（）;}而（1）；}/************************************************A/D，煙霧傳感器模塊******************************************/#include"intrins.h"#include"ds18b20.h"#include“reg52.h”#defineWait1us_nop_();#defineWait2us{_nop_();_nop_();}#defineWait4us{Wait2us;Wait2us;}#defineWait8us{Wait4us;Wait4us;}#defineWait10us{Wait8us;Wait2us;}#defineWait30us{Wait10us;Wait8us;Wait4us;Wait2us;}#defineN100/************定義接口總線**************/sbit時鐘=P1^2;//時鐘端口線sbit數(shù)據(jù)輸出=P1^3;//數(shù)據(jù)輸出線sbit芯片選擇=P1^4;//片選線/************接口總線定義結(jié)束**********//*********函數(shù)名：ADCSelChannel*********功能：將指定通道的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量******************************************/無符號字符ADCSelChannel(void){無符號字符轉(zhuǎn)換值=0;無符號字符i;芯片選擇=1;//芯片復位芯片選擇=0;芯片選擇=1;時鐘=0;等待4us；芯片選擇=0;//芯片開始等待4us；//等待延遲for(i=0;i<8;i++)//輸入采樣轉(zhuǎn)換時鐘{時鐘=1；時鐘=0;}芯片選擇=1;//開始轉(zhuǎn)換等待10us；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束芯片選擇=0;//讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等待4us；for(i=0;i<8;i++)//{時鐘=1；轉(zhuǎn)換值<<=1;如果（數(shù)據(jù)輸出）{轉(zhuǎn)換值|=0x1;}時鐘=0;}芯片選擇=1;返回（轉(zhuǎn)換值）；//返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}/************ADCSelChannel函數(shù)結(jié)束**********/無符號字符TLC549_GetValue(void){ 無符號字符轉(zhuǎn)換值； 芯片選擇=0；//打開片選 轉(zhuǎn)換值=ADCSelChannel();//讀取轉(zhuǎn)換后的8位AD值 芯片選擇=1；//關(guān)閉片選 等待30us；//等待轉(zhuǎn)換結(jié)束到17us返回轉(zhuǎn)換值；//返回轉(zhuǎn)換結(jié)果}unsignedcharTLC549_Filter()//過濾函數(shù){ 字符數(shù),i,j; 無符號字符值_buf[N]; 無符號字符溫度； 整數(shù)q; 整數(shù)總和=0； 對于(count=0;count<N;count++) { value_buf[count]=TLC549_GetValue(); 對于(q=0;q<10;q++) { 等待30us； }} 對于(j=0;j<N-1;j++) { 對于(i=0;i<Nj;i++) { 如果(value_buf[j]>value_buf[i+j]) { temp=value_buf[j]; value_buf[j]=value_buf[i+j]; value_buf[i+j]=溫度；}}} for(count=1;count<N-1;count++) { sum+=value_buf[count]; 返回（無符號字符）（總和/（N-2））；}}}}無符號字符AD_Convert(void){ 無符號字符AD_Value； AD_Value=TLC549_Filter(); 返回AD_Value；}/*************************************************溫度傳感器模塊************************************************/#include“reg52.h”#include"ds18b20.h"sbit