家庭漏水和家用有毒氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEPAGE18哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I-摘要隨城市建筑管道數(shù)量和密度的穩(wěn)定增長(zhǎng)，安裝和設(shè)計(jì)的繁雜性不斷增加，同時(shí)安全意識(shí)和安全管理薄弱等諸多因素也隨之而來(lái)。在氣體傳輸過(guò)程中，氣體管線系統(tǒng)通常是由于氣體管線質(zhì)量差或由于管道質(zhì)量差而導(dǎo)致的泄漏引起的。密封材料的老化，軟管的故障，管道的膨脹和收縮是季節(jié)性的。由于非人為的原因，穿孔和裂縫會(huì)一直發(fā)生直到破裂。室內(nèi)氣體泄漏和自來(lái)水泄漏的最大部分是由于這些原因，不僅造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，而且也給安全、和諧社會(huì)的構(gòu)建帶來(lái)了極其惡劣的負(fù)面影響。本設(shè)計(jì)以STM32單片機(jī)技術(shù)為核心，利用MQ-5天然氣傳感器和KB03空氣污染傳感器模塊做室內(nèi)有毒有害氣體檢測(cè)，具體可檢測(cè)天然氣、煤氣、甲烷、甲醛、CO等。雨滴傳感器做水滴泄漏檢測(cè)。結(jié)合警報(bào)系統(tǒng)，它可以檢測(cè)到您家中常見(jiàn)的水和空氣問(wèn)題并向您發(fā)出警報(bào)。警報(bào)模式是一條簡(jiǎn)單的消息，可以觸發(fā)蜂鳴器和遠(yuǎn)近報(bào)警。SMS警報(bào)模塊可以存儲(chǔ)分配的手機(jī)號(hào)碼，并在不同情況下將適當(dāng)?shù)木瘓?bào)信息發(fā)送給不同的人。發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)，將立即通知所有者采取適當(dāng)措施。關(guān)鍵詞：傳感器；單片機(jī)；蜂鳴器；短信

AbstractWiththeincreasingnumberanddensityofurbanbuildingsprigs,thecomplexityofinstallationanddesignisbecomingmoreandmorelarge,coupledwiththeweaksafetyawarenessandpoorsafetymanagementandmanyotherfactors,inthegastransportprocess,gaspipelinesystemoftenduetothepoorqualityofgaspipelineitself,poorqualityofpipelinesleadtoleakageandotherfactors,Thecorrosionofcorrosivefurnitureandwalls,connectingpartsandvalvesinthewetenvironment,suchastheagingofsealingmaterials,hoseshedding,pipeduetoseasonalchangesinhotexpansionandcoldshrinkageandothernon-humanreasons,resultinginperforation,crackstofractureTheresultingindoorgasleakageexplosionandpipelineleakageaccidentstakesthelargestproportion,notonlycausedseriouscasualtiesandeconomiclosses,butalsotothesafety,theconstructionofaharmonioussocietyhasbroughtextremelybadnegativeimpact.TakingSTM32microcontrollertechnologyasthecore,usingMQ-5naturalgassensorandKB03airpollutionsensormoduletodetecttoxicandharmfulgasesintheroom,specificallydetectingnaturalgas,gas,methane,formaldehyde,COandsoon.Theraindropsensordoeswaterdropletleakdetection.Combinedwiththealarmsystem,itispossibletodetectandalarmcommonleak-leakingproblemsinthehome.AlarmisusedbybuzzeralarmandSMSalarm,enablingthecombinationofcloseandremotealarm.SMSalarmmodulecanbedepositedintothedesignatedmobilephonenumber,fordifferentriskstosendthecorrespondingcontentofthealarminformationtodifferentpeople.Intheeventofadangeroussituation,promptlyremindtheownertotakeaction.Keywords:SensorSinglechipBuzzerShortmessage

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3課題的目的和意義 31.4本課題研究?jī)?nèi)容 3第2章方案選擇 52.1系統(tǒng)總體需求 52.2設(shè)計(jì)原則 52.3具體方案選擇 62.3.1燃?xì)庑孤z測(cè)方案選擇 72.3.2管道泄漏檢測(cè)方案選擇 82.3.3有害氣體檢測(cè)方案選擇 92.3.4報(bào)警模塊的選擇 102.3.5液晶顯示方案選擇 11本章小結(jié) 12第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 133.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 133.2各功能電路設(shè)計(jì) 133.2.1最小系統(tǒng)電路 133.2.2漏氣檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 143.2.3漏水檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 153.2.4有害氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 163.2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì) 173.2.6液晶顯示電路設(shè)計(jì) 183.3串口電路設(shè)計(jì) 19本章小結(jié) 20第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 214.1整體方案設(shè)計(jì) 214.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 214.3傳感器程序設(shè)計(jì) 224.4短信報(bào)警程序設(shè)計(jì) 244.5液晶LCD程序設(shè)計(jì) 25本章小結(jié) 26第5章系統(tǒng)測(cè)試 275.1系統(tǒng)整體調(diào)試 275.2調(diào)試步驟 275.3功能測(cè)試 295.4數(shù)據(jù)分析 30本章小結(jié) 31結(jié)論 32致謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄1譯文 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄2英文參考資料 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄3硬件原理圖 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。附錄4程序清單 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第1章緒論1.1課題研究背景在這個(gè)社會(huì)的人們需要家居生活環(huán)境更加安全可靠。所以報(bào)警系統(tǒng)是保證一個(gè)區(qū)域安全的有效裝置。目前已有的各種防盜報(bào)警系統(tǒng)，時(shí)效性不好。或者遭到破壞后即失去效用。同時(shí)，安全防護(hù)檢測(cè)的內(nèi)容也越來(lái)越豐富，對(duì)于有多個(gè)報(bào)警器的場(chǎng)所，常常設(shè)備過(guò)于繁瑣而達(dá)不到預(yù)期的效果。通過(guò)擴(kuò)大和改善建筑物的居住環(huán)境，天然氣和管道行業(yè)發(fā)展迅速。但是，隨著管道數(shù)量和密度的增加以及安全意識(shí)的提高，天然氣和管道行業(yè)的快速發(fā)展增加了安裝和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和復(fù)雜性。安全管理薄弱和不足。天然氣過(guò)程中的許多問(wèn)題通常會(huì)引起諸如天然氣管道系統(tǒng)腐蝕或由于漏水而損壞管道等問(wèn)題。潮濕的環(huán)境會(huì)破壞家具，墻壁，木桶和木地板。管道將脫落。管道溫度的上升和季節(jié)變化的波動(dòng)，非自然原因，例如鉆孔和破裂，燃?xì)夤艿赖奈唇?jīng)授權(quán)的改造，燃?xì)庠O(shè)備的安裝，爐子故障和密封。忘記關(guān)閉閥門或電飯鍋等不自然的原因會(huì)導(dǎo)致大量的氣體浪費(fèi)。環(huán)境污染，人體呼吸，火災(zāi)頻繁發(fā)生。首先家庭燃?xì)庑孤?，管道的影響最大，不僅造成了嚴(yán)重的傷害和經(jīng)濟(jì)損失，而且建立了一個(gè)安全和適應(yīng)社會(huì)。如果能夠在火災(zāi)發(fā)生之前就能夠提前預(yù)警，那么可以拯救多少生命，減小多少損失。現(xiàn)在很多地方都使用煙霧報(bào)警器，但是目前在中國(guó)大多數(shù)家庭中，防火防漏水型報(bào)警器還沒(méi)有安裝過(guò)，可能都沒(méi)有聽(tīng)過(guò)。設(shè)計(jì)一種價(jià)格便宜的并且使用起來(lái)簡(jiǎn)單的報(bào)警器，希望能夠解決這種現(xiàn)狀。人們也應(yīng)該提高自己的防火意識(shí)，盡量不要讓火災(zāi)發(fā)生。社會(huì)在發(fā)展，人類在進(jìn)步?，F(xiàn)在大家的安全防范意識(shí)也在逐步提高，火災(zāi)發(fā)生的幾率也越來(lái)越高。所以一種家用的防火報(bào)警系統(tǒng)能夠滿足人們的需求，保護(hù)家庭的安全。現(xiàn)在大型場(chǎng)所和工業(yè)場(chǎng)所都安裝了先進(jìn)的防火報(bào)警系統(tǒng)，但是價(jià)格很貴，普通老百姓很難消費(fèi)得起。所以研究一種實(shí)用便宜的家庭防火防漏水報(bào)警系統(tǒng)很有必要。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)速的提升，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)攝像頭，通過(guò)手機(jī)作為終端以互聯(lián)網(wǎng)為媒介連接到攝像頭，這樣便可以實(shí)時(shí)查看家中的情況。但是一旦出現(xiàn)警情，監(jiān)控系統(tǒng)并不能立刻通知用戶，不具主動(dòng)性，且這種監(jiān)控設(shè)備成本比較高，阻礙報(bào)警器的普及。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合，可以使人們僅用一臺(tái)攝像設(shè)備就可以探測(cè)警情。隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，智能手機(jī)越來(lái)越普及，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，因此可把手機(jī)作為報(bào)警的終端，以手機(jī)來(lái)控制監(jiān)控系統(tǒng)。本課題旨在結(jié)合單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)通信技術(shù)開(kāi)發(fā)出一款家用報(bào)警器。物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)一起將人和物、人和人、物和物連接起來(lái)，這種連接未來(lái)將會(huì)無(wú)處不在。同樣，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)家庭安防行業(yè)的結(jié)合也催生出許多智能化的家居產(chǎn)品。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀居住環(huán)境智慧安防物聯(lián)化的體現(xiàn)是在互聯(lián)網(wǎng)的影響之下，算是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。智能安防通過(guò)傳感器等技術(shù)對(duì)家中各個(gè)方面的預(yù)警監(jiān)，提供對(duì)家里水管泄漏、燃?xì)狻⒒馂?zāi)、防盜報(bào)警等多種功能和手段，這樣就使得家中設(shè)備及安全都是可以被管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的。智能安防的基本思想就是通過(guò)多種的傳感器，感知家中情況（如火災(zāi)、安防等），通過(guò)一定的互聯(lián)技術(shù)（如ZigBee、Internet、藍(lán)牙、電磁波等）連接到一起，進(jìn)行統(tǒng)一聯(lián)調(diào)，最終提供一個(gè)舒適安全、高品位且宜人的家庭空間。根據(jù)排水管的大小，排水系統(tǒng)可分為兩個(gè)主要區(qū)域：孔排水和管排水。溢流模型通常用于計(jì)算氣體泄漏，即確定氣體泄漏率。每當(dāng)發(fā)生事故，瓦斯泄漏，洪水量是確定洪水危險(xiǎn)的嚴(yán)重性的重要因素。國(guó)外專家學(xué)者于1980年開(kāi)始對(duì)該地區(qū)進(jìn)行研究。HelenaMonteiro在一定程度上提出了一種主要的洪水和洪水管道模型的概念。如果存儲(chǔ)了煤氣泄漏和給排水系統(tǒng)，DONGY將詳細(xì)說(shuō)明如何計(jì)算煤氣管道泄漏。造成小洪水，其結(jié)果是安全和保守的，通常使用高壓天然氣管道。但是我國(guó)的研究始于1990年，起步相當(dāng)緩慢。許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不完善，泄漏模型的使用還不成熟，其中大多數(shù)是國(guó)外的研究，以求改進(jìn)和改進(jìn)。效率然而，在泄漏和泄漏率的研究中，許多專家和學(xué)者都獲得了出色的研究成果。蔡鳳英計(jì)算并分析了氣體通過(guò)小孔泄漏時(shí)的泄漏速度。霍春勇研究了開(kāi)孔下氣體泄漏的速度。不同的模型，計(jì)算和分析平均氣體泄漏率天冠三研究氣體泄漏的解決方案是研究管道圓孔泄漏期間泄漏率，泄漏次數(shù)和場(chǎng)濃度變化的規(guī)則。“環(huán)渤?！钡貐^(qū)企業(yè)集成能力和技術(shù)研發(fā)能力提升較快，安防應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)和運(yùn)營(yíng)處于領(lǐng)先地位，發(fā)展后勁強(qiáng)勁?！伴L(zhǎng)三角”地區(qū)是安防行業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，以?？低暫痛笕A為首，這兩家公司在21世紀(jì)初趕上了視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化之風(fēng)，此后又借助網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)，提升了自身競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，現(xiàn)已經(jīng)成為安防領(lǐng)域的兩大巨頭。2011年，憑借華為的技術(shù)、管理優(yōu)勢(shì)，宇視科技數(shù)月內(nèi)便成為“長(zhǎng)三角”地區(qū)安防領(lǐng)域的第三巨頭?！爸槿恰笔俏覈?guó)最早設(shè)立的經(jīng)濟(jì)地區(qū)，沒(méi)有過(guò)多的束縛，民營(yíng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，集中了全國(guó)半數(shù)以上的安防企業(yè)，占據(jù)了安防領(lǐng)域的江山半壁，通過(guò)了很多模擬、數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)階段，成立了比較完整的安防產(chǎn)品制造業(yè)體系。安防公司在“珠三角”地區(qū)的很多是小中型企業(yè)，技術(shù)不夠、金錢少，是市場(chǎng)極動(dòng)蕩的區(qū)域。1.3課題的目的和意義隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，各個(gè)行業(yè)的高速發(fā)展為人們的物質(zhì)生活帶來(lái)了便捷。日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、生產(chǎn)等過(guò)程中，水、點(diǎn)、氣等資源已經(jīng)成為我們不可或缺的生活支撐資源，隨之而來(lái)的也是火災(zāi)的巨大隱患；隨著社會(huì)的發(fā)展，人口、建筑的密集度增高，但是當(dāng)前的緊急預(yù)防系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)的介入以及該城市的建筑繁榮之間存在一些差距，這導(dǎo)致資源的嚴(yán)重?fù)p失和極端情況下的資源損失。根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)60年代初期因燃?xì)庑孤┰斐傻慕?jīng)濟(jì)損失每年約為1.4億元人民幣，隨著發(fā)展，這一數(shù)字也不斷增長(zhǎng)，70年代達(dá)到每年2.4億元人民幣，80年代每年為3.2億元人民幣，90年代約為每年10.2億元人民幣；21世紀(jì)是我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的高峰階段，同樣管道泄漏帶來(lái)的損失也驚人的增長(zhǎng)，與80年代相比，從2001年至2010年間，因燃?xì)庑孤?dǎo)致的損失年均值為15.4億元人民幣，是80年代火災(zāi)損失的4.8倍。根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，2016年，據(jù)報(bào)道氣體造成31.2萬(wàn)起火災(zāi)，造成1,582人死亡，1,065人受傷，造成的損失達(dá)37.2億美元，平均不到10年。達(dá)到2.4倍。著火后，可在30分鐘內(nèi)撲滅54.4％的火，在2小時(shí)內(nèi)可撲滅38.4％的火，超過(guò)2小時(shí)的著火時(shí)間占7.1％。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，我國(guó)當(dāng)前針對(duì)燃?xì)夂凸艿佬孤┑念A(yù)警、反饋及響應(yīng)機(jī)制與系統(tǒng)技術(shù)還不是很完善，現(xiàn)有系統(tǒng)與技術(shù)不能夠滿足社會(huì)高速發(fā)展帶來(lái)的火災(zāi)預(yù)防需求，無(wú)法良好抑制或在一定可控范圍內(nèi)降低災(zāi)難發(fā)生所導(dǎo)致的損失。1.4本課題研究?jī)?nèi)容家庭漏水和家用有毒氣體報(bào)警器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上，分為漏水漏氣檢測(cè)部分、數(shù)據(jù)處理部分、終端顯示部分和報(bào)警提示部分。險(xiǎn)情檢測(cè)部分選擇MQ-5燃?xì)鈧鞲衅鲗?duì)燃?xì)?、煤氣等有毒氣體泄漏進(jìn)行檢測(cè)，KB03空氣污染傳感器對(duì)甲醛、苯、CO等有害氣體進(jìn)行檢測(cè)、雨滴傳感器對(duì)家庭管道漏水情況進(jìn)行檢測(cè)。在數(shù)據(jù)處理部分選用STM32單片機(jī)。在終端顯示部分，采用LCD12864液晶顯示屏顯示傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。報(bào)警提示分為近距離報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警兩個(gè)功能，近距離報(bào)警采用蜂鳴器提醒室內(nèi)人員，遠(yuǎn)距離報(bào)警利用SIM800CGSM模塊進(jìn)行短信提醒。第2章方案選擇根據(jù)調(diào)研分析，開(kāi)發(fā)一款家用防漏水漏氣報(bào)警器。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)之前，必須明確整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以及該系統(tǒng)所具備的功能，了解開(kāi)發(fā)中需要采用的技術(shù)及其特點(diǎn)等。2.1系統(tǒng)總體需求本設(shè)計(jì)以單片機(jī)技術(shù)為核心，利用多種傳感器做室內(nèi)有毒有害氣體檢測(cè)，具體可檢測(cè)天然氣、煤氣、甲烷、甲醛、CO等。選擇傳感器做水滴泄漏檢測(cè)。與報(bào)警系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭常見(jiàn)漏水漏氣問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警。同時(shí)對(duì)報(bào)警方式進(jìn)行選擇。具體方案需求如下：1.利用三種傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭漏氣漏水信息的檢測(cè)。2.通過(guò)按鍵設(shè)定一個(gè)漏水漏氣的參考值。3.當(dāng)漏水漏氣情況超過(guò)參考值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，短信提示有險(xiǎn)情。4.上位機(jī)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和顯示設(shè)備工作狀態(tài)。5.液晶顯示當(dāng)前參考值設(shè)置情況及顯示當(dāng)前漏水和漏氣數(shù)據(jù)。2.2設(shè)計(jì)原則基本設(shè)計(jì)原則如下：系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，穩(wěn)定性和可靠性大大減少了系統(tǒng)的錯(cuò)誤警報(bào)。高可靠性是操作系統(tǒng)的重要因素，穩(wěn)定性是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)于自動(dòng)化警報(bào)產(chǎn)品的商業(yè)化也很重要。在操作系統(tǒng)的任何連接中，可靠性和穩(wěn)定性都可以視為重要的制造標(biāo)準(zhǔn)。一旦系統(tǒng)失去信任和穩(wěn)定性，它將失去銷售和客戶服務(wù)。為了獲得高質(zhì)量和高性能的系統(tǒng)，必須考慮以下因素：通過(guò)精度、可靠性、量程范圍等方面選擇傳感器等器件，多使用集成模塊，針對(duì)已選元器件，盡量使用已經(jīng)得到成熟應(yīng)用的設(shè)計(jì)方法，嚴(yán)格焊接、測(cè)試硬件設(shè)備及電路，經(jīng)過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)功能齊全，能滿足家庭安防的需要。對(duì)于家庭來(lái)說(shuō)，安防隱患主要表現(xiàn)在水、煤氣、火災(zāi)和盜竊幾方面，例如由于停水或者管線老化的原因，導(dǎo)致水溢出；由于煤氣泄露而導(dǎo)致煤氣中毒或者火災(zāi)的情況發(fā)生；由于竊賊撬口窗而入室盜竊，使人們蒙受經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失等。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要能夠?qū)@些隱患進(jìn)行監(jiān)控，在發(fā)生異常情況后要及時(shí)報(bào)警。同時(shí)，由于工作忙，在出現(xiàn)煤氣泄漏或者水溢出等情況時(shí),即使收到警報(bào)也無(wú)法及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處置，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要使系統(tǒng)具有自主處理異常情況的能力。另外，系統(tǒng)要具有自我檢測(cè)功能，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)告警，避免發(fā)生監(jiān)控盲區(qū)的出現(xiàn)。生產(chǎn)和設(shè)計(jì)一款新型智能產(chǎn)品的用戶群都是廣大群眾，目的在于提高人們工作效率，改善人們的生活質(zhì)量。因此，操作簡(jiǎn)單快捷是一個(gè)重要因素，過(guò)于復(fù)雜的操作會(huì)給用戶帶來(lái)很差的體驗(yàn)感受。所以，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，要力求做到可以容易安裝到家居中、操作步驟簡(jiǎn)潔、后期可以拆卸和拓展功能。2.3具體方案選擇方案一：各種傳感器用于檢測(cè)監(jiān)視區(qū)域，該區(qū)域由STC89C51微控制器控制，數(shù)字陽(yáng)極傳感器用于顯示警報(bào)類型。信號(hào)電流流經(jīng)壓力傳感器到三極管降低并加熱電壓以產(chǎn)生警報(bào)，同時(shí)，輸出超過(guò)三極管上的當(dāng)前壓力并增加二極管的電壓，閃亮的光聲報(bào)警。方案二：由單片STM32微型計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種類型的傳感器用于分析檢測(cè)區(qū)域，并將數(shù)據(jù)顯示在LCD上。信號(hào)在通過(guò)三極管以增加功率，并且蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；利用GSM等模塊進(jìn)行報(bào)警。方案三：通過(guò)使用光電開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)和控制，三極管用于放大，施密特逆變器用于維修和濾波。74LS247是數(shù)字驅(qū)動(dòng)的，數(shù)字陽(yáng)極管通常用于數(shù)字顯示器。555計(jì)時(shí)器和警報(bào)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)警報(bào)聲音。通過(guò)LED指示警報(bào)。方案比較：方案三中采用光電器件和模擬電路進(jìn)行采集和信號(hào)處理，精度較低，誤差較大，成本較高。方案二可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離報(bào)警提示，方案一雖然成本較低，開(kāi)發(fā)難度小，但是功能過(guò)于簡(jiǎn)單，不適合于工業(yè)生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，考慮采用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.3.1燃?xì)庑孤z測(cè)方案選擇家居中的天燃?xì)獾闹饕煞滞ǔＪ羌淄?，甲烷氣體是沒(méi)有味道無(wú)顏色的。也稱為爆炸極限是在空氣里的甲烷濃度達(dá)到百分之五至百分之十六時(shí)的狀態(tài)。在家里長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭燃?xì)庑孤┦穷A(yù)防事故的有效方法。如果要在燃?xì)庑孤┑淖疃虝r(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)，那么就需要在燃?xì)庑孤┑某跏紶顟B(tài)時(shí)檢測(cè)到，因此，研究相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)保證家庭生活的安全，減小事故發(fā)生和生命財(cái)產(chǎn)損失具有非常重要的意義。目前市面上存在的燃?xì)鈾z測(cè)傳感器有：紅外吸收式傳感器、熱傳導(dǎo)式傳感器、納米復(fù)合材料傳感器等，在這幾種傳感器中功耗相對(duì)最低的是紅外吸收式傳感器，但該傳感器市場(chǎng)售價(jià)較高，而且廚房的煙霧環(huán)境會(huì)對(duì)紅外吸收式傳感器的工作及靈敏度造成影響；納米復(fù)合材料傳感器是近幾年新興的傳感器，需要特殊工藝加工，成本造價(jià)較高，并且這類傳感器仍然處于研發(fā)階段，市場(chǎng)價(jià)值低。對(duì)比以上幾種傳感器之后，本設(shè)計(jì)中采用集成數(shù)字型傳感器MQ-5。MQ-5的探測(cè)范圍極其的廣泛。它的優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、生命周期長(zhǎng)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

MQ-5傳感器對(duì)煙霧（例如天然氣和液化石油氣）高度敏感，對(duì)烷烴煙霧更敏感。MQ-5傳感器具有良好的靜態(tài)特性和高可靠性。穩(wěn)定的初始，響應(yīng)時(shí)間短和長(zhǎng)期性能。需要注意的是，必須加熱一段時(shí)間使用前，不這樣的話它輸出電阻和電壓不準(zhǔn)確。檢測(cè)可燃?xì)怏w和煙霧的范圍是一百到一萬(wàn)ppm。電壓范圍很寬在電路的設(shè)計(jì)里，小于24V，加熱的電壓為5±0.2V。實(shí)物圖如圖2-1所示。圖2-1燃?xì)鈧鞲衅鲗?shí)物圖2.3.2管道泄漏檢測(cè)方案選擇樓宇中的管道泄漏常常伴隨著液體泄漏，經(jīng)常伴有發(fā)生突然，毫無(wú)征兆的特點(diǎn)，管道液體泄漏以后就會(huì)導(dǎo)致地板，家具等財(cái)產(chǎn)的損失，甚至影響鄰居的財(cái)產(chǎn)安全。所以進(jìn)行管道液體泄漏檢測(cè)具有重要的意義?，F(xiàn)對(duì)方案進(jìn)行如下討論。方案1：使用壓電式傳感器探頭并且傳感器通常垂直放置在地面上或管子的外壁上，因此丟失的振動(dòng)聲垂直于探頭的下表面?zhèn)鞑?。壓電陶瓷芯片用于收集漏水，因?yàn)閴弘娞沾尚酒妮敵鲭妷汉苋酰⑶以谠O(shè)計(jì)中添加了放大器。該傳感器-傳感器具有集成設(shè)計(jì)，即，壓電陶瓷板和放大電路由鋁探針共同制成。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是既屏蔽了一些外部干擾信號(hào)，又增強(qiáng)了實(shí)際的漏水信號(hào)，使之成為“前”信號(hào)。采集信噪比有所提高。方案2：使用集成型液體檢測(cè)傳感器高靈敏度的雨水傳感器用于檢測(cè)液體。該傳感器使用高質(zhì)量的雙面FR-04材料，5.0*4.0cm的極寬面積和鍍鎳表面，具有更好的抗氧化性，導(dǎo)電性和耐用性；模塊直接配備有用于直接負(fù)載控制的強(qiáng)大繼電器；當(dāng)含水量不同時(shí)，分配定位器調(diào)節(jié)靈敏度以控制繼電器的斷開(kāi)。連接電源，當(dāng)感應(yīng)板上不存在水時(shí)，電源指示燈亮起，繼電器升起，啟動(dòng)當(dāng)前的設(shè)備，開(kāi)關(guān)指示器滴一滴水，繼電器關(guān)閉并且開(kāi)關(guān)指示燈不點(diǎn)亮。實(shí)物圖如圖2-2所示。圖2-2漏水檢測(cè)傳感器實(shí)物圖方案3：非接觸型液體檢測(cè)傳感器采用未接觸式測(cè)量，很好的解決了無(wú)污染問(wèn)題，且成本低，有便攜式。常用于降雨、水滴泄漏等場(chǎng)景，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制液位監(jiān)測(cè)。漏水檢測(cè)采用Risym水位傳感器。探頭安裝在被測(cè)管道下方，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量。精度高，實(shí)時(shí)輸出漏水情況。主要針對(duì)于水介質(zhì)液體。體積小、易安裝，使用各種液體探測(cè)場(chǎng)合。成品性能可靠，抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)具有一系列的暴露的平行導(dǎo)線線跡測(cè)量其水量大小而判斷水位。綜上所述選擇方案三型傳感器。實(shí)物圖如圖2-3所示。圖2-3漏水檢測(cè)傳感器實(shí)物圖2.3.3有害氣體檢測(cè)方案選擇選用KB03空氣污染傳感器模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣、甲醛、苯、一氧化碳的檢測(cè)，模塊化經(jīng)過(guò)老化、調(diào)試、標(biāo)定、校準(zhǔn)，具有良好的一致性以及極高的靈魂度、優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、出廠已標(biāo)定校準(zhǔn)、10秒到3分鐘內(nèi)自動(dòng)預(yù)熱判斷、傳感器故障自診斷、低功耗、壽命長(zhǎng)、高性價(jià)比。多數(shù)使用在凈化空氣器、換氣系統(tǒng)、智能吊頂、空氣的質(zhì)量的檢測(cè)儀、空氣更換扇、冷氣機(jī)中。靈敏度不大于百分之一。輸出數(shù)據(jù)0-3級(jí)污染信號(hào)。實(shí)物圖如圖2-4所示。圖2-4空氣污染傳感器實(shí)物圖2.3.4報(bào)警模塊的選擇報(bào)警提示分為近距離報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警兩個(gè)功能，近距離報(bào)警采用蜂鳴器，遠(yuǎn)距離報(bào)警利用GSM模塊進(jìn)行短信提醒。蜂鳴器報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)到燃?xì)饣蛘吖艿酪后w泄漏時(shí)，蜂鳴器便會(huì)響，提醒有房主有突發(fā)狀況。電路較為簡(jiǎn)單，非常容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閷?shí)際的需求，蜂鳴器的響聲做了安全的提示，同時(shí)也保證了房主的安全。蜂鳴器實(shí)物圖如圖2-5所示。圖2-5蜂鳴器實(shí)物圖蜂鳴器只適用于屋內(nèi)有人時(shí)進(jìn)行預(yù)警和安全提示。當(dāng)主人不在屋內(nèi)或者出門等情況時(shí)并不適用?，F(xiàn)階段，GSM由于其使用方便與價(jià)廉等特征，使用的人群十分廣泛，同時(shí)也是為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一種新的技術(shù)手段?？梢酝ㄟ^(guò)發(fā)送和接收短信的方式，隨時(shí)讓主人知道自己的家中的安全狀況，方便住戶的安全管理。在電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要一定的探索，但能培養(yǎng)自學(xué)能力，特別適用于本設(shè)計(jì)。選用TC35I模塊。GSM模塊實(shí)物圖如圖2-6所示。圖2-6短信模塊實(shí)物圖2.3.5液晶顯示方案選擇方案一：LCD1602是一種液晶，只能顯示字體相關(guān)的數(shù)據(jù)，每次最多可以顯示32個(gè)字符。LCD1602LCD的顯示原理LCD1602LCD的顯示原理是利用液晶的物理特性，根據(jù)電壓來(lái)控制顯示區(qū)域，是用來(lái)指示顯示圖形的電源1602液晶也稱為液晶1602。LCD符號(hào)是指16X2顯示屏的內(nèi)容，即，它可以顯示兩行，每個(gè)LCD模塊16個(gè)字符（顯示字符和數(shù)字），實(shí)物如圖2-7所示。圖2-71602液晶實(shí)物圖方案二采用液晶12864。12864其實(shí)是指液晶顯示器的像素是128*64，液晶可以顯示8*4個(gè)字符，因具體型號(hào)的不同，可能有的帶漢字庫(kù)，可以顯示漢字，也存在一些不帶字庫(kù)，但只要是12864液晶都能顯示圖像，這是相對(duì)于12864液晶最大的優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格也相對(duì)比12864LCD高出很多，在功耗方面也比12864液晶大很多，考慮到本文設(shè)計(jì)的售飯系統(tǒng)系統(tǒng)必須需要漢字和圖形顯示，因此選用此種方案設(shè)計(jì)。液晶實(shí)物圖如圖2-8所示。圖2-8液晶實(shí)物圖綜上所述：確定最終系統(tǒng)硬件型號(hào)，燃?xì)鈾z測(cè)部分選擇MQ-5燃?xì)鈧鞲衅?，有害氣體進(jìn)行檢測(cè)選用KB03空氣污染傳感器、雨滴傳感器對(duì)家庭管道漏水情況進(jìn)行檢測(cè)。在數(shù)據(jù)處理部分選用STM32系列單片機(jī)。在終端顯示部分，采用LCD的液晶顯示屏顯示傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。報(bào)警提示分為近距離報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警兩個(gè)功能，近距離報(bào)警采用蜂鳴器提醒室內(nèi)人員，遠(yuǎn)距離報(bào)警利用SIM900AGSM模塊進(jìn)行短信提醒。本章小結(jié)本章首先根據(jù)廚房漏水漏氣設(shè)計(jì)的功能，總結(jié)了系統(tǒng)方案與設(shè)計(jì)原則，其次根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇本系統(tǒng)的各個(gè)器件，比如選擇漏水漏氣檢測(cè)方案、報(bào)警方案等，最后論證了單片機(jī)控制方案。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在確定了方案以后，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，其主要功能是控制子模塊，并收發(fā)短信。在本章中，3.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)主要包括：STM32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、檢測(cè)電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)和液晶顯示電路設(shè)計(jì)。其中信號(hào)檢測(cè)模塊主要由兩個(gè)檢測(cè)模塊構(gòu)成：漏水檢測(cè)模塊、燃?xì)庑孤z測(cè)模塊，檢測(cè)模塊主要是以單片機(jī)等嵌入式處理器為核心的電路，是系統(tǒng)的核心部分。系統(tǒng)硬件框圖如圖3-1所示。SSTM32MQ-5傳感器液晶顯示模塊蜂鳴器手機(jī)GSM模塊KB03傳感器漏水檢測(cè)傳感器按鍵模塊圖3-1系統(tǒng)硬件框圖3.2各功能電路設(shè)計(jì)3.2.1最小系統(tǒng)電路STM32以其性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉并且功能豐富多樣，相對(duì)體積較小等特點(diǎn)，自從誕生就得到及其廣泛的應(yīng)用，到目前已經(jīng)發(fā)展出一系列的具有不同型號(hào)。本文所介紹的智能家居系統(tǒng)所采用的STM32F103，該芯片是一款在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率極高的微處理器，計(jì)算速度完全可以滿足普通工業(yè)設(shè)計(jì)需要，在系統(tǒng)功耗方面也基本上達(dá)到了低功耗的要求。STM32先進(jìn)的時(shí)鐘速度達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品?；緯r(shí)鐘速度為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格顯著提高了16位產(chǎn)品的性能。兩個(gè)系列均具有32K至128K的內(nèi)置閃存，區(qū)別在于最大SRAM容量和外圍接口的組合。當(dāng)時(shí)鐘速度為72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，而STM32消耗36mA，這是32位市場(chǎng)上最低的功耗產(chǎn)品，類似于0.5mA/MHz。此外，STM32F103指令代碼是完全兼容的與其他STM32處理器系列一起使用。STM32芯片引腳如圖3-2所示。圖3-2STM32芯片引腳圖3.2.2檢測(cè)漏氣電路設(shè)計(jì)檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)感應(yīng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換技術(shù)的通用術(shù)語(yǔ)。它是一門應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，專注于在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中提取，轉(zhuǎn)換和處理信息的理論和技術(shù)。數(shù)據(jù)收集是檢測(cè)系統(tǒng)中非常重要的部分。在此模塊中，各個(gè)傳感器主要用于檢測(cè)諸如漏水和漏氣之類的信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)幅度的電信號(hào)，由傳感器處理后的電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)電路傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。到用于傳輸信息的數(shù)據(jù)傳輸形式。該部分主要用于傳感器引腳電路的設(shè)計(jì)。MQ-4氣體傳感器適用于監(jiān)測(cè)液化石油氣，天然氣以及家庭或工業(yè)用氣體。對(duì)酒精和煙氣具有出色的抵抗力。氣敏元件MQ-4由微陶瓷管，靈敏的SnO2層，測(cè)量電極和加熱器組成。敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的空腔中。加熱器為氣敏元件的運(yùn)行提供了必要的條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。隨著煤氣濃度的增加，傳感器的阻值下降，因此與傳感器串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器的壓降增加，當(dāng)超過(guò)電壓比較器的基準(zhǔn)電壓時(shí)，輸出為高電平使三極管導(dǎo)通，這樣在三極管發(fā)射級(jí)輸出一個(gè)高電平Vo，該電平與處理器的I/O口連接，將報(bào)警信息輸入處理器。在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器采用數(shù)字集成化模塊，以上電路都集成到一個(gè)模塊中。傳感器由6個(gè)引腳輸出。當(dāng)檢測(cè)到煤氣泄漏時(shí)，傳感器輸出信號(hào)給單片機(jī)PA引腳。漏氣檢測(cè)電路如圖3-3所示。圖3-3漏氣檢測(cè)電路圖3.2.3漏水檢測(cè)電路設(shè)計(jì)漏水檢測(cè)通過(guò)雨滴傳感器檢測(cè)，該模塊由四個(gè)引腳組成，分別為1引腳：VCC、2引腳：GND、3引腳：TTL信號(hào)引腳、4引腳：模擬信號(hào)引腳。模擬輸出電壓值可以通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換采集，采集方法可以采用專用的AD芯片，比如ADC0809等，可以檢測(cè)到滴到傳感器敏感原件上水量的多少。TTL引腳數(shù)字輸出可以直接連接到單片機(jī)檢測(cè)是否有液體產(chǎn)生，可以直接用于快速簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)。當(dāng)采用TTL電平輸出端，低電平有效，LED燈亮，通過(guò)模塊上的藍(lán)色電位器調(diào)節(jié)靈敏度，默認(rèn)調(diào)節(jié)方式是順時(shí)針調(diào)節(jié)大，逆時(shí)針調(diào)節(jié)小。漏水模塊引腳電路如圖3-4所示。圖3-4漏水模塊引腳電路圖3.2.4有害氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)KB03空氣污染傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)空氣中污染源如甲醛，一氧化碳，香煙煙霧，粉塵進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器為數(shù)字輸出，可直接與STM32相連。輸出信號(hào)與污染等級(jí)對(duì)照表如表3-1所示。表3-1污染等級(jí)對(duì)照表污染等級(jí)A輸出B輸出具體指標(biāo)00V0V潔凈空氣10V+5V輕度污染空氣2+5V0V中度污染空氣3+5V+5V重度污染空氣用于空氣污染檢測(cè)的扁平半導(dǎo)體氣體傳感元件采用先進(jìn)的平面制造技術(shù)：在由電極電纜引導(dǎo)的微陶瓷基板上形成加熱器和用于檢測(cè)金屬氣體的半導(dǎo)體氣體，并包裝到插座和金屬蓋中。當(dāng)檢測(cè)到氣體時(shí)，空氣中的氣體濃度越高，傳感器的電導(dǎo)率就越高?？梢允褂煤?jiǎn)單的方案將電導(dǎo)率的這種變化轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于氣體濃度的輸出信號(hào)。傳感器的能耗也非常低。四個(gè)接口引腳，接口1接電源負(fù)極，接口3接電源正極+5V，接口2為輸出信號(hào)。該傳感器的工作電壓為5V，輸出信號(hào)接STM32的A_8引腳。污染源傳感器引腳圖如圖3-5所示。圖3-5污染傳感器引腳圖3.2.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)本文在漏水和漏氣檢測(cè)設(shè)計(jì)中加入了蜂鳴器報(bào)警功能，當(dāng)發(fā)生漏水狀況時(shí)，檢測(cè)裝置不僅可以通過(guò)手機(jī)短信向用戶發(fā)出遠(yuǎn)程報(bào)警，同時(shí)也可以通過(guò)蜂鳴器和發(fā)光二極管管向家中用戶發(fā)出聲光報(bào)警。蜂鳴器連接STM32PB7引腳。蜂鳴器引腳圖如圖3-6所示。圖3-6蜂鳴器報(bào)警電路圖當(dāng)沒(méi)有異常狀況時(shí)，單片機(jī)引腳的電平處于低電平，Q1截止，報(bào)警電路不工作。當(dāng)漏水、漏氣發(fā)生時(shí)，單片機(jī)引腳的電平被拉高，Q1導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲。GSM警報(bào)模塊也是系統(tǒng)的警報(bào)模塊之一，可以及時(shí)警告用戶水和空氣泄漏，實(shí)時(shí)壓縮傳感器信息，并在包裝后通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送用戶。提高了一定程度的安全性。TC35I是符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的下一代全球移動(dòng)模塊，具有標(biāo)準(zhǔn)的Wangye接口和完整的SIM卡讀卡器。通過(guò)ZIF連接器和天線，可以將其連接到S-I-M卡天線和支架。該電路這部分的正常工作電壓為3.3V-5.5V，帶有RS232通信協(xié)議數(shù)據(jù)端口，可以在兩個(gè)900MHz和1800MHz頻帶中正常工作，并且具有短傳輸功能。消息以文本數(shù)據(jù)包和PDU模式發(fā)送。GSM基帶處理器，GSM射頻部分，電源電路部分，存儲(chǔ)電路部分，40芯零插入力，天線接口。模塊接單片機(jī)RXD與TXD接口。短信模塊電路圖3-7所示。圖3-7短信模塊電路圖3.2.6顯示的液晶電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用液晶12864作為顯示系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，LCD12864型號(hào)的液晶有20條引腳，LCD常見(jiàn)的就兩種，分為帶背光和不帶背光，不帶背光的LCD只能借助外部光源才能看見(jiàn)數(shù)據(jù)，在晚上無(wú)法觀察顯示的數(shù)據(jù)和通知，帶背光的在晚上也能清晰顯示數(shù)據(jù)。LCD12864液晶的命令執(zhí)行之前都需要對(duì)內(nèi)部控制模塊確認(rèn)是否忙，當(dāng)液晶忙標(biāo)志是低電平的時(shí)候，說(shuō)明可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作，如果在忙標(biāo)準(zhǔn)為高電平的時(shí)候?qū)σ壕нM(jìn)行操作就會(huì)失效。液晶電路如圖3-8所示。圖3-8液晶12864的電路3.3串口的電路設(shè)計(jì)RS232是現(xiàn)在主流的串行通信接口之一。在RS232標(biāo)準(zhǔn)中，字符是一串符號(hào)鏈接一串符號(hào)的字符串，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，方便操作，傳輸距離適中。所選擇的編碼格式是一種異步啟動(dòng)-停止，它使用一個(gè)初始位和接下來(lái)的7或8個(gè)數(shù)據(jù)位，然后是一個(gè)可選的奇偶校驗(yàn)位，最后是一個(gè)或兩個(gè)停止位。因此，發(fā)送一個(gè)字符至少需要10位：好的效果是完成所有的比特率，比特率和您的校準(zhǔn)方法。RS232的電路原理圖如圖3-9所示。圖3-9RS232電路原理圖本章小結(jié)本章首先分析了和設(shè)計(jì)了對(duì)家庭漏水漏氣系統(tǒng)各個(gè)模塊，其次又介紹了主控制器及外圍最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)。最后詳細(xì)介紹了各部分的電路設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了檢測(cè)電路模塊、報(bào)警模塊、液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)。

第4章軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，另一方面還要對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在一個(gè)完整的設(shè)計(jì)中軟件的運(yùn)行成功與否，是至關(guān)重要的。本章中的軟件設(shè)計(jì)，主要是采集數(shù)據(jù)，顯示和報(bào)警的功能。4.1整體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的是C語(yǔ)言編程。從特征來(lái)說(shuō)，C語(yǔ)言面向用戶，關(guān)注于編程本身，無(wú)關(guān)于計(jì)算機(jī)內(nèi)部指令集或者硬件結(jié)構(gòu)，這與其他高級(jí)語(yǔ)言相似；此外，C語(yǔ)言也能夠?qū)C(jī)器硬件下達(dá)指令，包括地址操作、位操作等，這一點(diǎn)又和匯編語(yǔ)言保持一致，有所差異的是C語(yǔ)言能夠內(nèi)嵌匯編指令，把它界定為自身的語(yǔ)句，從而簡(jiǎn)化了編寫(xiě)過(guò)程。正是借助于C語(yǔ)言的自身屬性，可以用其編寫(xiě)會(huì)對(duì)硬件進(jìn)行操控的軟件。本系統(tǒng)軟件編寫(xiě)的平臺(tái)是KEIL5平臺(tái)，該平臺(tái)還可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，非常方便開(kāi)發(fā)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)環(huán)境如圖4-1所示。圖4-1開(kāi)發(fā)環(huán)境截圖4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主程序是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，并在整個(gè)程序中占據(jù)重要位置。接通電源后，必須初始化系統(tǒng)，并關(guān)閉繼電器等控制設(shè)備。在漏水報(bào)警系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)時(shí)，在主程序中初始化了主程序，并循環(huán)執(zhí)行了主程序。相關(guān)信息通過(guò)GSM通信模塊發(fā)送到用戶的手機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)運(yùn)行主程序，該程序主要涉及接收和發(fā)送數(shù)據(jù)以及接收SMS。顯示屏顯示檢測(cè)到的數(shù)據(jù)并要求發(fā)出聲音警報(bào)。主程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2主程序流程圖4.3傳感器程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中，傳感器主要功能是采集漏氣漏水信息。利用MQ-5傳感器和雨滴傳感器實(shí)現(xiàn)。MQ-5傳感器采用集成模塊，自帶A/D轉(zhuǎn)換功能。單片機(jī)讀取MQ-5傳感器的測(cè)量結(jié)果之前，必須先發(fā)送一個(gè)起始信號(hào)給傳感器，傳感器收到這個(gè)起始信號(hào)之后，會(huì)從低功耗模式被喚醒然后開(kāi)始測(cè)量煤氣濃度結(jié)果。接著會(huì)把煤氣信息發(fā)給AD芯片，單片機(jī)依次接收數(shù)據(jù)，沒(méi)有出錯(cuò)就保存起來(lái)，準(zhǔn)備送往液晶顯示。MQ-5傳感器程序流程圖如下圖4-3所示。圖4-3漏氣檢測(cè)程序流程圖部分程序代碼如下：uint16ReadGasLevel(void)//讀氣體濃度函數(shù){uint16reading=0;ADCCFG|=0x80;ADCCON3=0x87;while(!(ADCCON1&0x80));ADCCFG&=(0x80^0xFF);reading=ADCH;reading|=(int16)(ADCH<<8);reading>>=8;return(reading);}在設(shè)計(jì)漏水收集程序時(shí)，微控制器中有一個(gè)特殊的定時(shí)器T0來(lái)記錄發(fā)送和接收時(shí)間，并且根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，必須在信號(hào)傳輸延遲0.1ms之后啟動(dòng)該定時(shí)器T0。輸出電路產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，然后發(fā)出的信號(hào)返回，系統(tǒng)檢測(cè)到水位信號(hào)，同時(shí)中斷請(qǐng)求信號(hào)將進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部的INT0?；蛏蒊NT1的末尾，因此帶有主控芯片的STM32單片機(jī)將立即響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。此時(shí)，傳感器采集模塊開(kāi)始執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序，因此其讀取信號(hào)的方式如下。漏水信息采集程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4漏水信息采集程序流程圖4.4短信報(bào)警程序設(shè)計(jì)漏水警報(bào)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)警報(bào)向用戶發(fā)送適當(dāng)?shù)腟MS。除此之外，該系統(tǒng)還具有很高的可靠性，并安裝了軟件警報(bào)開(kāi)關(guān)，可通過(guò)SMS使系統(tǒng)保持激活或關(guān)閉狀態(tài)。在第一種狀態(tài)下，系統(tǒng)將在檢測(cè)到人的存在信號(hào)或溫度和濕度已達(dá)到一定值時(shí)發(fā)送警報(bào)，而后一種狀態(tài)將不發(fā)送警報(bào)，這樣可以方便地避免誤報(bào)。該項(xiàng)目的簡(jiǎn)短通信消息的實(shí)現(xiàn)由使用UART串行端口管理模塊并確保相關(guān)實(shí)現(xiàn)的模塊完成。標(biāo)準(zhǔn)AT指令集是一種通信格式。系統(tǒng)的短信報(bào)警程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5短信消息程序流程圖4.5液晶LCD程序設(shè)計(jì)顯示液晶是依據(jù)程序開(kāi)始，并且使用數(shù)據(jù)子程序來(lái)控制指令子程序的操作，轉(zhuǎn)換子程序的地址，并且根據(jù)控制狀態(tài)子程序，來(lái)控制子程序延長(zhǎng)時(shí)間的工作結(jié)合在一起。第一步，開(kāi)始啟動(dòng)延時(shí)子程序的功能；第二步，開(kāi)始啟動(dòng)LCD寫(xiě)指令子程序的功能，并且可以清除LCD寫(xiě)指令子程序的功能，接下來(lái)啟動(dòng)延時(shí)子程序的功能，并且設(shè)置子程序的方向改變位移操作，控制LCD讀寫(xiě)操作指令子程序，依靠調(diào)用延時(shí)子程序，啟動(dòng)開(kāi)啟忙子程序功能，并且可以開(kāi)啟輸入數(shù)據(jù)，還有讀寫(xiě)線置0的操作。依靠啟動(dòng)程序，可以通過(guò)使用控制線以及傳輸數(shù)據(jù)的方法，運(yùn)行開(kāi)啟程序延時(shí)的程序，最后返回顯示程序。液晶顯示程序流程圖如圖4-6所示。開(kāi)始開(kāi)始調(diào)用延時(shí)子程序LCD寫(xiě)指令子程序LCD寫(xiě)指令子程序調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序結(jié)束清屏設(shè)定方向及位移圖4-6液晶顯示程序流程圖本章小結(jié)本章首先介紹了軟件設(shè)計(jì)軟件工具，其次對(duì)基于單片機(jī)的主程序設(shè)計(jì)和各個(gè)模塊子程序進(jìn)行了介紹，給出了各主要模塊的設(shè)計(jì)流程圖和程序編寫(xiě)，如傳感器采集程序設(shè)計(jì)、報(bào)警程序設(shè)計(jì)和短信程序設(shè)計(jì)。最后給出了部分程序代碼。

第5章系統(tǒng)測(cè)試完成系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)后，通常需要調(diào)試和檢查系統(tǒng)的每個(gè)部分：只有當(dāng)控制系統(tǒng)的每個(gè)部分都可以滿足實(shí)際要求時(shí)，才能真正完成實(shí)際控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在本章中，將對(duì)系統(tǒng)主要部分進(jìn)行功能測(cè)試，以驗(yàn)證性能和系統(tǒng)性能是否滿足要求。5.1系統(tǒng)整體調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為硬件和軟件。電路設(shè)計(jì)安裝好后，裝在廚房等燃?xì)夂退芄泊娴膱?chǎng)所，要有很好的隱蔽性；用戶能夠察覺(jué)系統(tǒng)蜂鳴器安放在那個(gè)地方，而液晶顯示屏通常安裝用戶熟悉的地方。而且試著著通過(guò)無(wú)線方式連接到用戶手機(jī)，這樣的話如出現(xiàn)異常情況能及時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖有常見(jiàn)的調(diào)試方法和形式。單片機(jī)建模的開(kāi)發(fā)人員正在使用該項(xiàng)目執(zhí)行全局編譯和調(diào)試，而在調(diào)試過(guò)程中將使用調(diào)試方法以及單點(diǎn)中斷和點(diǎn)中斷方法。5.2調(diào)試步驟1.不接通電源檢查首先，使用圖表檢查接線，以查看是否有更少或更多的連接，然后檢查接線是否正確；然后直接檢查組件之間的引腳以檢查是否短路，尤其是檢查系統(tǒng)和接地線的電源，即測(cè)量電源和接地。如果線路之間的電壓為0V，請(qǐng)測(cè)量端口的電位是否為P0V，兩個(gè)觸點(diǎn)18和19之間沒(méi)有晶體信號(hào)，并且晶體管歧管也沒(méi)有電壓。內(nèi)容包括短路檢測(cè)和原理驗(yàn)證。傳感器實(shí)物圖如圖5-2所示。圖5-2傳感器實(shí)物圖（1）檢測(cè)短路在系統(tǒng)電路焊接結(jié)束時(shí)檢測(cè)到短路。方法是選擇萬(wàn)用表的適當(dāng)歐姆范圍，然后使用紅色和黑色測(cè)試連接+和電源，以檢查充電和放電現(xiàn)象。如果存在并且電阻在