【基于單片機(jī)智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計11000字（論文）】

基于單片機(jī)智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計摘要本課題以“基于單片機(jī)智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計”作為研究課題，提出了一款能夠有效提升系統(tǒng)整體指標(biāo)的實現(xiàn)方案，在工作過程中它能夠執(zhí)行各項預(yù)期功能指標(biāo)，具備了豐富的功能。為了能夠使得這款智能家居安防控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)發(fā)揮到最大程度，在主控方案上采用了具備強(qiáng)大驅(qū)動能力的STC89C52單片機(jī)，在外圍器件上對輸入輸出模塊和傳感器等核心部分進(jìn)行了驅(qū)動電路設(shè)計，根據(jù)方案架構(gòu)的連接關(guān)系，使得單片機(jī)最小系統(tǒng)和各個功能模塊連接成為智能家居安防控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。在軟件設(shè)計層面，通過程序編寫軟件構(gòu)建了大量驅(qū)動代碼，并且通過燒錄器將程序代碼下載到STC89C52單片機(jī)內(nèi)部，使STC89C52單片機(jī)可以對外部各個功能電路進(jìn)行控制，在軟硬件兩個部分的工作配合下，系統(tǒng)各項預(yù)期功能穩(wěn)定執(zhí)行。通過反復(fù)的改進(jìn)和優(yōu)化，這種型號的智能家居安防控制系統(tǒng)早已具備了很高的實用價值，各項性能指標(biāo)的工作表現(xiàn)較佳，適合推向市場進(jìn)行普及。關(guān)鍵詞：智能家居安防系統(tǒng)；STC89C52單片機(jī)；煙霧檢測；液晶顯示；目錄TOC\o"1-2"\h\u24752一、引言 引言智能家居安防系統(tǒng)的發(fā)展背景本論文擬將研發(fā)的這種類型的智能家居安防控制系統(tǒng)是一種綜合多門技術(shù)而成的電子控制系統(tǒng)，結(jié)合大量研發(fā)資料，按照時間脈路進(jìn)行歸納，那么智能家居安防控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程寬度，最早的一款可以追溯到上世紀(jì)三四十年代，時間跨度非常大，這在側(cè)面反映了多年來工程師從未停止對智能家居安防控制系統(tǒng)性能完美目標(biāo)的追求，然后設(shè)計者對于智能家居安防控制系統(tǒng)的研發(fā)熱情，在很大程度上受使用者對產(chǎn)品青睞度的反饋，所以伴隨著科學(xué)技術(shù)在不斷的發(fā)展，使人們生活質(zhì)量在不斷得到提升，從而使用者對智能家居安防控制系統(tǒng)的使用需求在不斷提升。對智能家居安防控制系統(tǒng)的發(fā)展背景來說，在過去一段時間內(nèi)，設(shè)計者已對這種系統(tǒng)進(jìn)行了多次更新?lián)Q代，通過對大量資料的查閱和分析，近些年來伴隨著一些新型技術(shù)的崛起并且不斷普及，智能家居安防控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程已經(jīng)進(jìn)入到了一個嶄新的階段，過去很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)外主流的研發(fā)方案，都能夠使智能家居安防控制系統(tǒng)實現(xiàn)出色的運(yùn)行效果，但是這類常見的開發(fā)方法使得這種系統(tǒng)處于單機(jī)工作模式，系統(tǒng)之間能夠進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信的能給力相對薄弱，甚至根本沒有嵌入這種能力，而近幾年逐漸得到普及的中遠(yuǎn)程通信解決方案，使得智能家居安防控制系統(tǒng)具有了物聯(lián)網(wǎng)的身影，大部分新型產(chǎn)品將朝著物聯(lián)網(wǎng)趨勢發(fā)展，這種發(fā)展趨勢的形成，主要來自于用戶對智能家居安防控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互能力提出了更高的要求，過去一些傳統(tǒng)設(shè)計方案早已沒辦法滿足使用者對高性能人機(jī)交互的需求，基于這些研發(fā)現(xiàn)狀，近十年來快速崛起的無線通信模塊協(xié)議得到重用，如具備中遠(yuǎn)程通信能力的藍(lán)牙、無線網(wǎng)、ZigBee等，具備遠(yuǎn)程通信能力的GSM、因特網(wǎng)等，這些技術(shù)在過去一段時間內(nèi)，由于發(fā)展不成熟與此同時用戶使用意愿不高，所以嵌入成本較高，種種因素引發(fā)這一些通信技術(shù)沒有在智能家居安防控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。這一局面在近幾年間得到了有效的改善，不論是用戶還是設(shè)計者，都感覺到物物聯(lián)網(wǎng)、物物互通是引導(dǎo)智能家居安防控制系統(tǒng)進(jìn)入嶄新發(fā)展賽道的重要概念，從而最近幾年，研發(fā)人員開始通過高速微處理器結(jié)合通信解決方案模塊的形式，使得物聯(lián)網(wǎng)概念在這類系統(tǒng)中得到實現(xiàn)，并且隨著成熟方案的不斷普及，使得研發(fā)成本得到了有效的控制，當(dāng)前市場上一種性能優(yōu)良的相關(guān)產(chǎn)品售價早已能夠被大部分用戶所能接受。智能家居安防系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀智能家居安防控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用對象已經(jīng)從最初的工業(yè)控制領(lǐng)域逐漸發(fā)展到民用領(lǐng)域，這種趨勢的轉(zhuǎn)變使得它的普及度不斷擴(kuò)張，當(dāng)今國內(nèi)外都已經(jīng)形成了完整的智能家居安防控制系統(tǒng)研發(fā)體系，對于當(dāng)前這類控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀來說，無論是國內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊還是國外團(tuán)隊，都可以結(jié)合一些關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)出一款完整的智能家居安防控制系統(tǒng)，當(dāng)今國內(nèi)外對這種系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)和研究方向有所不同。歐美一些發(fā)達(dá)國家在智能家居安防控制系統(tǒng)研究設(shè)計方面，積累的技術(shù)和絕佳方案特別豐富，研發(fā)起步時間遠(yuǎn)早于國內(nèi)一些團(tuán)隊，憑借著常年累月的發(fā)展和設(shè)計，對智能家居安防控制系統(tǒng)的工作精度和數(shù)據(jù)處理速度等一些常見參數(shù)，已經(jīng)可以很輕松的達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國外研發(fā)團(tuán)隊披露的研究動態(tài)來看，英國杜倫大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊通過不斷的努力，公布了他們的最新研究成果，這個科研小組在傳統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，對硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理規(guī)劃，依靠新型芯片設(shè)計技術(shù)，將大量電路模塊進(jìn)行了集成，形成了一塊片上系統(tǒng)芯片，該芯片將需要進(jìn)行簡單的外部電路原理構(gòu)建，即可能夠執(zhí)行智能家居安防控制系統(tǒng)的功能，這就可以使得智能家居安防控制系統(tǒng)的外觀體積得到大幅度壓縮，其它研發(fā)人員只要使用這款芯片就可構(gòu)建一種性能高超的智能家居安防控制系統(tǒng)，該小組成員表示未來不久這款芯片將進(jìn)行批量生產(chǎn)而且投向市面。本文主要研究內(nèi)容本論文擬將設(shè)計一款具備高性能指標(biāo)的智能家居安防控制系統(tǒng)，它將使用STC89C52單片機(jī)作為主控核心，它的每一項指標(biāo)功能將通過STC89C52單片機(jī)來驅(qū)動實現(xiàn)，在系統(tǒng)內(nèi)部配置大量功能子電路，STC89C52單片機(jī)通過輸入輸出管腳對這些子電路進(jìn)行驅(qū)動控制，結(jié)合C語言程序代碼來對相應(yīng)指標(biāo)功能進(jìn)行實現(xiàn)。智能家居安防系統(tǒng)的方案設(shè)計這里需要對這款智能家居安防控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案進(jìn)行設(shè)計，下圖就是這種類型的智能家居安防控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方案架構(gòu)框圖。圖SEQ圖\*ARABIC1智能家居安防系統(tǒng)硬件框圖1、設(shè)計系統(tǒng)的顯示功能電路，通過外圍電路的配置，將液晶屏的軟硬件接口進(jìn)行構(gòu)建，實現(xiàn)與單片機(jī)之間的軟硬件通信交互，在單片機(jī)的驅(qū)動下將待顯示內(nèi)容進(jìn)行傳輸。2、設(shè)計溫度傳感器驅(qū)動電路，通過STC89C52單片機(jī)的輸入輸出管腳構(gòu)成驅(qū)動總線，結(jié)合溫度傳感器驅(qū)動電路，使得兩者之間構(gòu)成驅(qū)動關(guān)系，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)的采集和獲取。3、設(shè)計模擬信號采集電路，通過STC89C52單片機(jī)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片的驅(qū)動，將傳感器產(chǎn)生的模擬電壓信號值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入STC89C52單片機(jī)進(jìn)行使用。4、設(shè)計煙霧檢測電路，在STC89C52單片機(jī)的驅(qū)動控制下，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠采集到煙霧傳感器探頭輸出的模擬電壓信號。5、設(shè)計光線強(qiáng)弱度檢測電路，使得智能家居安防控制系統(tǒng)能夠通過STC89C52單片機(jī)的輸入輸出管腳，采集到高性能傳感器輸出的光線采集結(jié)果，從而能夠?qū)崟r獲取到當(dāng)前光線情況。6、設(shè)計人體信號采集電路，選用高性能熱釋電傳感器集成模塊，通過軟硬件的配置，使得采集到的人體紅外信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行輸出，送入到STC89C52單片機(jī)中進(jìn)行使用。系統(tǒng)硬件設(shè)計智能家居安防系統(tǒng)主控電路設(shè)計STC89C52單片機(jī)簡介通過對這款智能家居安防控制系統(tǒng)各項預(yù)期功能指標(biāo)的分析，因為功能種類較多并且指標(biāo)數(shù)據(jù)要求較高，要一一實現(xiàn)這些需求并不容易，這類系統(tǒng)在市面上已經(jīng)發(fā)展多年，形成了多種型號，各種優(yōu)秀設(shè)計方法亦較為豐富，本次畢業(yè)設(shè)計對其進(jìn)行參考，采用了STC89C52單片機(jī)來構(gòu)建主控芯片，該款單片機(jī)處理器的各項性能指標(biāo)都非常強(qiáng)大，將它配置到智能家居安防控制系統(tǒng)中之后，這個系統(tǒng)的功能性能指標(biāo)也將達(dá)到一個非常高的層級。STC89C52單片機(jī)里面具備很高的電路集成度，設(shè)計者在對芯片整體框架的構(gòu)建方面，將MCS-51中央處理器內(nèi)核、高精度定時器、電平觸發(fā)功能、存儲器、高速數(shù)據(jù)總線和輸出輸入管腳等部分進(jìn)行連接，構(gòu)建了STC89C52單片機(jī)的整體架構(gòu)，數(shù)據(jù)處理速度可以達(dá)到40M以上，根據(jù)資料顯示它的大多數(shù)指令都為單周期，用戶能夠通過C語言程序代碼來對其內(nèi)部各個功能模塊進(jìn)行配置和使用。圖SEQ圖\*ARABIC2STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計時鐘電路的架構(gòu)需要用到三個基本元器件，首先考慮到智能家居安防控制系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)較高，需要較高的主頻來進(jìn)行處理，因此采用了12M的無源晶振來產(chǎn)生時鐘信號，因為單片晶振無法起振，從而需要將兩片22pF電容連接在晶振兩端，電容參數(shù)由晶振內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定，連接完成后再將晶振兩端與STC89C52單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個管腳相連就可。圖SEQ圖\*ARABIC3晶振電路設(shè)計復(fù)位電路只需要滿足可以實現(xiàn)上電一瞬間自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種功能即可，這其中上電自動復(fù)位功能需要結(jié)合電阻電容充電原理來完成，使用了10k阻值和10uF電容，通過串聯(lián)電路形式，將電阻電容相連，通過電阻為電容進(jìn)行系統(tǒng)開機(jī)時的充電，由于電容具有隔直效應(yīng)，從而按照該電路結(jié)構(gòu)上電初電阻兩端為高電平，將其送入到STC89C52單片機(jī)的RST管腳即可實現(xiàn)上電一瞬間的復(fù)位操作，隨著時間的進(jìn)行電容電壓逐漸上升至高電平，從而電阻兩端電壓降為低電平，STC89C52單片機(jī)的RST管腳恢復(fù)低電平狀態(tài)，這時系統(tǒng)開始正常運(yùn)行程序代碼。而按鍵手動復(fù)位功能需要通過一片機(jī)械按鍵來實現(xiàn)，將該按鍵并聯(lián)在充電電容兩端就可。圖SEQ圖\*ARABIC4復(fù)位電路設(shè)計LCD1602液晶屏電路設(shè)計LCD1602液晶屏幕簡介LCD1602液晶屏是一款出色的顯示器，本課題將對其進(jìn)行硬件電路和軟件代碼的配置，讓它可以穩(wěn)定的工作在智能家居安防控制系統(tǒng)中，在此需對其基本性能參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行闡述，這種類型的LCD1602液晶屏的設(shè)計技術(shù)早已在市面上得到普及，多個廠家都具備了自主研發(fā)能力，本論文選用的LCD1602點(diǎn)陣屏幕出自深圳晶華，這個廠家在顯示屏幕設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)耕耘多年，具備雄厚的研發(fā)能力，從而使得這種型號的LCD1602液晶屏幕的平穩(wěn)性能和高性能參數(shù)能夠滿足這種型號的智能家居安防控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求。圖SEQ圖\*ARABIC5LCD1602液晶屏幕模塊液晶屏顯示電路設(shè)計LCD1602液晶屏的顯示功能需要通過STC89C52單片機(jī)的GPIO管腳進(jìn)行驅(qū)動控制，為了實現(xiàn)高速顯示信息的刷新性能，它對外接口采用數(shù)據(jù)并行接口，基于各個管腳的關(guān)系定義，本課題將STC89C52單片機(jī)的P2.5管腳配置為使能管腳，連接到LCD1602液晶屏的EN管腳，P2.6配置為讀寫狀態(tài)切換管腳，連接RW，P2.7配置為數(shù)據(jù)指令切換管腳，連接RS。接著將P0.0~P0.7八個管腳配置為數(shù)據(jù)輸入輸出管腳，連接DB0~DB7，使得STC89C52單片機(jī)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行顯示內(nèi)容的刷新。圖SEQ圖\*ARABIC6液晶屏顯示電路原理圖設(shè)計溫度檢測電路設(shè)計DS18B20傳感器簡介本論文參考了一些優(yōu)秀設(shè)計方案，為了構(gòu)建這款智能家居安防控制系統(tǒng)的溫度檢測部分，從眾多溫度傳感器中確定了這種型號的DS18B20型溫度傳感器，本論文將通過軟硬件層面的驅(qū)動設(shè)計，將其構(gòu)成一個完整的DS18B20溫度傳感器電路，根據(jù)該款溫敏器件官方資料顯示，在進(jìn)入市場前其內(nèi)部已經(jīng)集成了較為豐富的功能模塊，使用者只需要進(jìn)行簡單的配置，即可使得其內(nèi)部的溫敏組件模塊等核心部分開始工作。圖SEQ圖\*ARABIC7DS18B20傳感器模塊溫度檢測電路設(shè)計溫度檢測目標(biāo)在硬件角度所對應(yīng)的控制電路為DS18B20溫度傳感器電路，以DS18B20傳感器作為關(guān)鍵部分，結(jié)合STC89C52單片機(jī)的各類驅(qū)動信號的控制，使之執(zhí)行正常工作狀態(tài)，其對外封裝使用的是直插FootPrint，便于壓縮智能家居安防控制系統(tǒng)的外型。下圖中的電路為DS18B20型溫度傳感器的驅(qū)動拓?fù)浼軜?gòu)，DS18B20溫度傳感器在硬件驅(qū)動電路層面上需要構(gòu)建單總線接口和對接以及電源電路的配置，按照成熟方案架構(gòu)，本課題分配了STC89C52單片機(jī)的P2.1管腳，通過簡單的連接關(guān)系，使得P2.1與DS18B20溫度傳感器的DO管腳對接，在后續(xù)的軟件層面構(gòu)建單總線交互總線，實現(xiàn)兩者之間的交互過程，接著需要設(shè)計的是DS18B20溫度傳感器的電源配置，使用了+5V直流電壓，連接到VCC管腳即可。圖SEQ圖\*ARABIC8溫度檢測電路設(shè)計煙霧濃度檢測電路設(shè)計MQ-2煙霧濃度傳感器簡介在這款智能家居安防控制系統(tǒng)的預(yù)期功能指標(biāo)中，需要使用一款高性能的傳感器，通過軟硬件驅(qū)動的配置，使智能家居安防控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)檢測煙霧氣體濃度的功能，結(jié)合目前市面上一些中高端性能智能家居安防控制系統(tǒng)的煙霧濃度檢測功能實現(xiàn)方案，大多數(shù)研發(fā)人員都喜歡使用煙霧濃度傳感器來構(gòu)建功能電路，本課題也將通過該模塊來設(shè)計煙霧氣體傳感器控制電路，這種類型的煙霧氣體濃度傳感器的主要功能參數(shù)在于其內(nèi)部的煙霧檢測半導(dǎo)體組件，它具有0.1mg/L的煙霧氣體檢測精度的使用性能，將其植入到這種類型的智能家居安防控制系統(tǒng)中，能夠大幅度提升這款系統(tǒng)的綜合指標(biāo)性能。圖SEQ圖\*ARABIC9MQ-2煙霧濃度傳感器實物圖煙霧氣體濃度檢測電路設(shè)計下圖的原理結(jié)構(gòu)就是MQ-2傳感器的驅(qū)動拓?fù)浼軜?gòu)，全部煙霧氣體濃度檢測電路以MQ-2煙霧氣體傳感器作為核心部分，首先需要對MQ-2煙霧濃度傳感器的電源電路進(jìn)行設(shè)計，該硬件部分是這款傳感器探頭的重點(diǎn)設(shè)計內(nèi)容，主要需要考慮的因素是MQ-2煙霧傳感器探頭內(nèi)部的加熱器模塊，該部分的主要作用是用于對氣體敏感半導(dǎo)體模塊進(jìn)行預(yù)熱，使其在上電后快速進(jìn)入到工作溫度區(qū)域，而該部分在工作狀態(tài)下對于電流的消耗較大，為了防止該模塊對智能家居安防控制系統(tǒng)內(nèi)部其他功能模塊造成電流耗竭影響，本課題需要采用具備大電流輸出能力的直流電壓來為其供電，根據(jù)MQ-2煙霧傳感器探頭的性能參數(shù)指標(biāo)顯示，它可以采用+5V直流單電壓進(jìn)行供電，為此這里在系統(tǒng)+5V直流電壓中引出供電端口，將其連接到MQ-2煙霧傳感器探頭的VCC端口，系統(tǒng)總電源端的功率需要保證在10W以上，本課題使用了5V直流電壓進(jìn)行供電，供電電流為2安培，足以滿足MQ-2煙霧傳感器探頭的工作需求。隨后需要連接的是MQ-2煙霧傳感器探頭的信號輸出管腳，本課題采用的是模擬電壓信號輸出通道AO，這里將其連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入管腳。ADC0809轉(zhuǎn)換器的硬件驅(qū)動電路參考資料較多，硬件配置方法已經(jīng)趨向成熟，使用者在構(gòu)建ADC0809轉(zhuǎn)換器的硬件框架時無需進(jìn)行較多的外圍器件連接，即可使其完成正常的模數(shù)轉(zhuǎn)換指標(biāo)，遵循圖中ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理結(jié)構(gòu)，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行模擬電壓采集和轉(zhuǎn)換過程中，需要STC89C52單片機(jī)的驅(qū)動控制，在時鐘信號的控制下，完成模塊的使能、啟動轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)輸出等操作，在硬件層面對應(yīng)的是STC89C52單片機(jī)管腳與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器管腳之間的對接關(guān)系，根據(jù)這款高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的邏輯功能定義，它的對外通信接口包含CS使能管腳、CLK時鐘管腳、數(shù)據(jù)輸入管腳DI以及輸出管腳DO，這四個管腳在整個模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中都需要投入工作狀態(tài)，對于STC89C52單片機(jī)驅(qū)動管腳的功能沒有特定要求，普通管腳即可構(gòu)建通信總線，本課題將STC89C52單片機(jī)的P3.5連接到CS管腳，通過這對管腳的構(gòu)建，使得STC89C52單片機(jī)能夠使能ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路模塊的工作狀態(tài)，將P3.6連接到CLK管腳，STC89C52單片機(jī)通過該總線，將驅(qū)動時鐘輸入到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部進(jìn)行使用，其內(nèi)部控制電路將在規(guī)則的時鐘信號下執(zhí)行各項數(shù)據(jù)所對應(yīng)的操作。將P3.7連接到DI和DO兩個管腳，STC89C52單片機(jī)在時域上分時對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和讀取。接著是ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電源部分，參考了一些高精度模數(shù)采集電路結(jié)構(gòu)，對于供電部分的設(shè)計較為精密，主要考慮到的是電源中摻雜的干擾波型會影響到模數(shù)采集過程，大多數(shù)研發(fā)人員采用的是去耦電容來構(gòu)建該濾波部分，本課題選用了10uF和0.1uF電容來搭配使用，將其同時連接到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的VCC管腳進(jìn)行雜波過濾，并將4號GND管腳接地。ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器具備兩路相互獨(dú)立且性能相同的采集轉(zhuǎn)換通道，本課題只需要使用到第一路即可，即2號管腳CH0，這里將其與傳感器信號輸出管腳進(jìn)行直接連接，從而拾取其輸出的模擬電壓信號。圖SEQ圖\*ARABIC10煙霧濃度檢測電路設(shè)計光線檢測電路設(shè)計光敏傳感器簡介光強(qiáng)檢測器的主要功能表現(xiàn)取決于其內(nèi)部的光敏電阻等一些部分，該部分當(dāng)作采集周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度內(nèi)部核心模塊，使得光敏傳感器相比于光敏電阻等一些常見光敏傳感器，具備更高標(biāo)準(zhǔn)的光線檢測性能，在推向市場前設(shè)計者已將其對外數(shù)據(jù)通信接口配置為模擬電壓信號方式，使用者在對其進(jìn)行軟硬件配置時，只需進(jìn)行少量的工作，即可使其具有低于0.2秒的檢測速度的使用性能，本次畢業(yè)設(shè)計將在軟硬件層面對其進(jìn)行分別設(shè)計，以此將其合理植入到智能家居安防控制系統(tǒng)里面。圖SEQ圖\*ARABIC11光敏傳感器實物圖光線檢測電路設(shè)計本論文結(jié)合一些優(yōu)秀電路結(jié)構(gòu)，研發(fā)了圖中的光敏傳感器電路，光敏傳感器在對外輸出信號方面具有兩種類型，即數(shù)字信號和模擬電壓信號，本課題使用了器數(shù)字信號輸出通道DO管腳，該管腳的驅(qū)動需要使用到STC89C52單片機(jī)的一個管腳，分配出了STC89C52單片機(jī)的P1.7管腳連接在該管腳上，在智能家居安防控制系統(tǒng)工作狀態(tài)下光敏傳感器將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換為電平信號送入到STC89C52單片機(jī)P1.7管腳內(nèi)部進(jìn)行處理。在光敏傳感器的供電方面使用的是+5V直流電壓，光敏傳感器的供電端口對應(yīng)到VCC管腳，因此將+5V直流電壓連接VCC管腳即可，與此同時將GND管腳接地。圖SEQ圖\*ARABIC12光線檢測電路設(shè)計盜賊檢測電路設(shè)計熱釋電紅外傳感器簡介HC-SR501熱釋電紅外傳感器在完成檢測人體紅外線性能時，通過直流5V電壓供電，功耗參數(shù)不高于15毫瓦左右，硬件電路架構(gòu)比較簡易，有很多可以參考的成熟資料，這些特點(diǎn)對于保證智能家居安防控制系統(tǒng)的研發(fā)成功性具有極大保障，將它配置到該款智能家居安防控制系統(tǒng)中，它能夠輸出電平信號來指示周圍有人。接下來將對HC-SR501熱釋電紅外傳感器的關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行介紹，它在實現(xiàn)檢測周圍是否有人上，它依靠的主要是內(nèi)部的熱釋電探頭部分，在軟硬件的驅(qū)動下它能夠含有毫秒級響應(yīng)速度的指標(biāo)，目前市面上熱釋電紅外傳感器的售價普遍在5元范圍內(nèi)，較低的器件成本結(jié)合較高的檢測人體功效，使得它可以在同類產(chǎn)品中具備更大的市場優(yōu)勢，通過模塊外觀圖可以發(fā)現(xiàn)這款器件的對外管腳數(shù)量為3個，而且在與外部控制器通信時選用的是數(shù)字開關(guān)接口接口類型。圖SEQ圖\*ARABIC13熱釋電紅外傳感器實物圖盜賊檢測電路設(shè)計HC-SR501熱釋電傳感器的硬件驅(qū)動電路包含直流電源以及電平輸出接口兩個部分，在直流電源電路方面，根據(jù)這款具備對人體紅外信號具有高靈敏度采集效果的熱釋電傳感器使用手冊來看，它內(nèi)部的多個模塊對于供電電壓的穩(wěn)定性具有較高要求，內(nèi)部已經(jīng)集成了高性能的電源穩(wěn)壓和電源濾波模塊，用戶在外部進(jìn)行供電時，需要選擇4.5~20V之間的直流電壓來為其內(nèi)部功能模塊供電，本智能家居安防控制系統(tǒng)使用了+5V直流電壓來連接其VCC管腳，將GND管腳接地，通過該連接方式使得HC-SR501熱釋電傳感器得以供電。隨后是電平數(shù)據(jù)接口總線連接電路，它的OUT管腳用于將人體紅外檢測結(jié)果進(jìn)行輸出，通過高低電平信號形式來指示采集結(jié)果，本課題選用了STC89C52單片機(jī)的P1.6管腳來構(gòu)建熱釋電傳感器的信號采集端口，將P1.6連接到OUT管腳即可。圖SEQ圖\*ARABIC14盜賊檢測電路設(shè)計門是否開啟檢測電路設(shè)計霍爾傳感器簡介為了在這款智能家居安防控制系統(tǒng)中使它具有門是否開啟檢測的預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，在多款具備高性能標(biāo)準(zhǔn)的霍爾傳感器中，確立了霍爾傳感器的選擇目標(biāo)，將它配置到智能家居安防控制系統(tǒng)中，通過對這款霍爾傳感器廣泛的資料查閱可以知道，其性能指標(biāo)相比于同類產(chǎn)品來說較為突出，用戶在進(jìn)行軟硬件模塊配置時，不需要進(jìn)行復(fù)雜的電路和程序代碼構(gòu)建，已有大量成熟方案可以參考，只需按照此智能家居安防控制系統(tǒng)的預(yù)期性能指標(biāo)，進(jìn)行少量的參數(shù)修改即可進(jìn)行植入。圖SEQ圖\*ARABIC15霍爾傳感器模塊門是否開啟檢測電路設(shè)計霍爾傳感器的硬件電路結(jié)構(gòu)較為固定，使用者在對其進(jìn)行設(shè)計過程中只需對一些器件參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，就能夠使它完成正常的工作運(yùn)行，霍爾傳感器的DO管腳用于將采集到的交變磁場信號進(jìn)行輸出，通過其內(nèi)部的信號處理模塊將磁場信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號進(jìn)行輸出，本課題將通過STC89C52單片機(jī)捕捉該電脈沖信號，通過定時器計量脈沖的頻率值，從而使得智能家居安防控制系統(tǒng)能夠獲取到電機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，基于此原理，在硬件層面需要構(gòu)建霍爾傳感器與STC89C52單片機(jī)之間的總線對接關(guān)系，需要使用到P1.5管腳并將其直接連接到霍爾傳感器的DO管腳?；魻杺鞲衅髟诠╇姺矫嫘枰ＷC穩(wěn)定的電源質(zhì)量，在電壓值方面需要將霍爾傳感器的供電電壓配置為+5V，從而與智能家居安防控制系統(tǒng)內(nèi)部其他功能模塊相兼容，隨后植入兩顆電容并連接到霍爾傳感器的VCC管腳，構(gòu)成對霍爾傳感器電源濾波結(jié)構(gòu)。圖SEQ圖\*ARABIC16門是否開啟檢測電路設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計智能家居安防系統(tǒng)的主程序流程設(shè)計這款智能家居安防系統(tǒng)進(jìn)入到工作狀態(tài)后，首先通過程序指令對各個傳感器進(jìn)行初始化操作，隨后進(jìn)入到系統(tǒng)工作狀態(tài)，首先系統(tǒng)在按鍵設(shè)置作用下進(jìn)入到布防狀態(tài)，在此狀態(tài)下當(dāng)單片機(jī)通過熱釋電傳感器獲取到高電平信號時，家居安防系統(tǒng)將認(rèn)為由盜賊進(jìn)入，立即通過輸出高電平啟動蜂鳴器進(jìn)行報警。隨后獲取光敏傳感器以及霍爾傳感器輸出信號，當(dāng)檢測到門已開啟且自然光線較暗時，立即通過輸出高電平將LED燈光開啟進(jìn)行照明。隨后單片機(jī)獲取煙霧傳感器以及溫度傳感器輸出信號，當(dāng)檢測到煙霧濃度過高或者溫度異常時，則立即啟動蜂鳴器報警，并將此循環(huán)檢測到的參數(shù)通過LCD1602液晶屏進(jìn)行顯示。圖SEQ圖\*ARABIC17智能家居安防控制系統(tǒng)主程序流程圖設(shè)計液晶驅(qū)動子程序流程設(shè)計LCD1602點(diǎn)陣屏幕在實現(xiàn)液晶顯示指標(biāo)過程中，需要硬件電路和軟件驅(qū)動程序的雙重工作，使得STC89C52單片機(jī)可以通過功能控制管腳建立鏈路接口總線，將每一項驅(qū)動指令送入LCD1602點(diǎn)陣屏幕中，從而使得各項功能模塊得以調(diào)動。首先通過程序語言控制STC89C52單片機(jī)的P2.5管腳，將LCD1602液晶屏的E使能管腳拉高，在高電平狀態(tài)下使得LCD1602液晶屏進(jìn)入到全模塊的激活狀態(tài)，隨后按照硬件連接關(guān)系，通過P2.6管腳將RW管腳選擇成低電平，激活它的寫入狀態(tài)，通過P2.7管腳將RS管腳選擇成高電平，激活它的數(shù)據(jù)模式，在該模式下STC89C52單片機(jī)只需要向其注入數(shù)據(jù)代碼即可，隨后STC89C52單片機(jī)構(gòu)建目標(biāo)數(shù)據(jù)代碼，將其以字節(jié)形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過P0口將該數(shù)據(jù)碼進(jìn)行輸出，送入到LCD1602液晶屏的DB0~DB7管腳，此時LCD1602液晶屏內(nèi)部控制器即可獲取到該數(shù)據(jù)代碼，通過該數(shù)據(jù)碼執(zhí)行相對應(yīng)的控制操作，隨后STC89C52單片機(jī)執(zhí)行5微秒延時，使得LCD1602液晶屏能夠穩(wěn)定執(zhí)行數(shù)據(jù)操作，接著通過P2.5管腳將E管腳拉低，退出LCD1602液晶屏的激活狀態(tài)。圖SEQ圖\*ARABIC18液晶驅(qū)動子程序流程設(shè)計溫度采集子程序設(shè)計在程序驅(qū)動方面需要構(gòu)建DS18B20溫度傳感器的控制流程，將在STC89C52單片機(jī)中通過代碼來構(gòu)建驅(qū)動指令，在單總線形式的接口連接下，使兩個模塊之間得以數(shù)據(jù)交互，以此使得DS18B20傳感器能夠執(zhí)行檢測環(huán)境溫度的指標(biāo)功能。DS18B20溫度傳感器的讀數(shù)據(jù)過程需要在它的單總線接口上進(jìn)行，在上文構(gòu)建的硬件連接關(guān)系上，STC89C52單片機(jī)的P2.1管腳被分配為單總線端口，另一端是DS18B20溫度傳感器的DO管腳，因此需要通過STC89C52單片機(jī)的P2.1管腳來頻繁進(jìn)行電平切換，從而構(gòu)成時鐘和數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)對DS18B20溫度傳感器的信號輸入輸出。首先需要在程序內(nèi)部構(gòu)建變量，分別是計數(shù)變量i和數(shù)據(jù)變量dat，接著進(jìn)入到for循環(huán)內(nèi)部，通過變量i來對循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計數(shù)，共需要重復(fù)執(zhí)行相同操作8次，每個循環(huán)中將讀取到一位數(shù)據(jù)，進(jìn)入到循環(huán)內(nèi)部后STC89C52單片機(jī)首先通過P2.1管腳拉低DO管腳，隨后將其拉高，此時STC89C52單片機(jī)即可通過P2.1管腳從DO管腳讀取到一位數(shù)據(jù)，將其存儲到變量dat中，并將dat右移一位，隨后執(zhí)行10微秒延時從而結(jié)束本次操作，連續(xù)重復(fù)執(zhí)行該操作8次后，STC89C52單片機(jī)將從DS18B20溫度傳感器內(nèi)部讀取到1個字節(jié)的數(shù)據(jù)。圖SEQ圖\*ARABIC19溫度采集子程序設(shè)計煙霧采集子程序流程設(shè)計MQ-2煙霧傳感器在軟件層面的工作流程主要是模擬電壓信號的采集，在上文所構(gòu)建的硬件結(jié)構(gòu)中，當(dāng)智能家居安防控制系統(tǒng)處于工作狀態(tài)下，MQ-2煙霧傳感器將通過其模擬電壓信號輸出管腳AO持續(xù)將模擬電壓信號進(jìn)行輸出，此時的電壓值數(shù)值表示煙霧濃度的大小，兩者之間呈現(xiàn)線型比例關(guān)系，因此需要通過后級的模擬電壓采集通道，來對該電壓值進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，軟件工作量主要在于采集轉(zhuǎn)換過程。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的軟件驅(qū)動部分需要由使能總線、時鐘信號總線以及數(shù)據(jù)輸入輸出總線三條線路來進(jìn)行控制，參考了一些成熟穩(wěn)定的軟件設(shè)計方案，本課題將通過STC89C52單片機(jī)的P3.5~P3.7共三個管腳來對這三條總線的電平狀態(tài)進(jìn)行控制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)模數(shù)采集轉(zhuǎn)換整個過程的控制，按照協(xié)議規(guī)定，STC89C52單片機(jī)首先需要對ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行激活，通過P3.5管腳輸出低電平并將其送入到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CS管腳，通過該管腳處于低電平狀態(tài)來使能芯片內(nèi)部各個功能模塊，使其進(jìn)入到就緒狀態(tài)。隨后STC89C52單片機(jī)需要通過P3.6和P3.7兩個管腳來向ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部注入模塊啟動指令，通過P3.6管腳向CLK管腳輸入低電平，通過P3.7向DI管腳輸入高電平，這兩條總線的電平狀態(tài)需要維持2個機(jī)器周期，延時結(jié)束后立即通過P3.6管腳將CLK時鐘管腳的電平拉高，并使得該管腳的高電平狀態(tài)維持兩個機(jī)器周期，至此模塊啟動指令已經(jīng)注入完成。接下來需要進(jìn)行采集端口模式的選擇，分為單端和差分兩種類型，這款智能家居安防控制系統(tǒng)只需要使用單端模式即可完成對外部單路模擬電壓信號的采集，單端模式的選擇需要CLK和DI兩個管腳來進(jìn)行選擇，首先通過P3.6管腳將CLK管腳拉低，P3.7將DI管腳拉高，該狀態(tài)持續(xù)兩個機(jī)器周期的時間長度，隨后通過P3.6將CLK拉高并維持兩個機(jī)器周期。隨后是采集管腳的選擇，在硬件連接關(guān)系上使用了ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的CH0采樣通道管腳，這里需要對其進(jìn)行選擇，首先通過P3.6和P3.7兩個管腳拉低CLK和DI管腳的電平，這兩個管腳的電平狀態(tài)需要維持兩個機(jī)器周期，隨后通過P3.6和P3.7兩個管腳將CLK和DI兩個管腳的電平拉高，同樣維持兩個機(jī)器周期，這樣就完成了CH0采樣通道的配置。接著通過P3.6將CLK拉低，P3.7將DI拉高，通過該電平組合使得ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器開始對CH0管腳所連接的模擬電壓信號進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換。在250us時間內(nèi)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器將完成采集和轉(zhuǎn)換，將采集結(jié)果轉(zhuǎn)換為8位長度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，通過其內(nèi)部校驗配置模塊的處理，生成16位長度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，隨后STC89C52單片機(jī)通過for指令來對這16位數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，讀取流程開始后，STC89C52單片機(jī)首先通過P3.6管腳向CLK管腳輸入兩個機(jī)器周期長度的高電平信號，隨后輸入兩個機(jī)器周期的低電平信號，此時ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的DO管腳將向STC89C52單片機(jī)的P3.7管腳輸出1個bit的數(shù)據(jù)，連續(xù)重復(fù)16次該操作后STC89C52單片機(jī)將獲取到完整的數(shù)據(jù)結(jié)果。讀取完成后P3.5管腳將CS管腳的電平狀態(tài)拉高，取消ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的激活狀態(tài)。圖SEQ圖\*ARABIC20煙霧采集子程序流程設(shè)計光敏傳感器子程序流程設(shè)計STC89C52單片機(jī)對光敏傳感器的軟件驅(qū)動主要任務(wù)在于電平狀態(tài)的讀取，在智能家居安防控制系統(tǒng)初始化過程中需要將STC89C52單片機(jī)的P1.7管腳配置為輸入狀態(tài)，隨后進(jìn)入到智能家居安防控制系統(tǒng)正式工作狀態(tài)，當(dāng)P1.7管腳測量到光敏傳感器的DO管腳從高電平跳變到低電平，智能家居安防控制系統(tǒng)則將判定此時周圍環(huán)境亮度較高，反之當(dāng)P1.7管腳接收到DO管腳的持續(xù)高電平，則說明亮度較低。圖SEQ圖\*ARABIC21光敏傳感器軟件流程設(shè)計人體紅外線感應(yīng)子程序設(shè)計HC-SR501熱釋電傳感器在驅(qū)動過程中，主要是通過STC89C52單片機(jī)的P1.6管腳來持續(xù)采集其OUT管腳的電平狀態(tài)，當(dāng)檢測到端口的高電平狀態(tài)時，智能家居安防控制系統(tǒng)將判定該情況為已經(jīng)檢測到周圍空間有人經(jīng)