【正文】 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 1 頁 共 53 頁 基于單片機(jī)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計 （軟件部分） 摘 要 認(rèn)真分析了設(shè)計任務(wù)要求，進(jìn)行了總體設(shè)計方案論證，提出了以單片機(jī)為控制核心并通過 PSTN 實現(xiàn)智能家居安防報警系統(tǒng)的方法，嘗試了基于 keil 軟件 C51 編程，結(jié)合proteus 軟件仿真硬件運行的新方法。設(shè)計了四種（盜、火、天然 氣、水）報警功能的智能家居安防遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)，其中火、天然 氣、水的采集信號使用模擬開關(guān)替代，實現(xiàn)了防盜報警信號采集與報警功能。闡明了區(qū)別于通過檢測鈴流信號判別被叫用戶是否摘機(jī)的另一種方法。主要進(jìn)行了系統(tǒng)軟件的設(shè)計、仿真、下載與調(diào)試，調(diào) 試結(jié)果和分析表明，設(shè)計方案可行，方法正確，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)要求。設(shè)計任務(wù)的完成也為后續(xù)課題的開發(fā)研究提供了一種行之有效的手段和方法。 關(guān)鍵詞 單片機(jī)；智能安防；遠(yuǎn)程報警；公用電話網(wǎng)； C51 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 2 頁 共 53 頁 The intelligent alarm system of security based on singlechip Microputer Abstract: Keywords Singlechip microputer； Intelligent alarm system； Longdistance security； PSTN； C51 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 3 頁 共 53 頁 目 錄 序言 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第一章 設(shè)計任務(wù)的分析與系統(tǒng)的總體設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 設(shè)計任務(wù)的分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 系統(tǒng)的總體設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第二章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 軟件系統(tǒng)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 程序設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 主程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1int 中斷服務(wù)子程序 ．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．． T0 中斷服務(wù)子程序 ．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 0int 中斷服務(wù) 子程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． AT89C52 單片機(jī)概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 硬件系統(tǒng)模塊設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第四章 系統(tǒng)調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 軟件調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 硬件調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 4 頁 共 53 頁 綜合調(diào)試 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 第五章 結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 附錄 1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 附錄 2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 附錄 3．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 5 頁 共 53 頁 基于單片機(jī)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計 （軟件部分） 序言 隨著現(xiàn)代人生活節(jié)奏的加快 ， 人們 在家中的時間越來越少。此時 住宅中 無人值守的狀態(tài)會帶來很多的安全隱患，因此 就需要一個設(shè)備能夠讓 主 人 安心工作又不必?fù)?dān)心家里發(fā)生了警情自己卻不知道 ，錯過了解決的黃金時間。 針對這樣的一個背景，設(shè)計出此類的系統(tǒng)就有它的必要性，而且這樣的系 統(tǒng)對于店面等夜間無人值守的地點同樣都有它的用武之地。 為解決此問題我們設(shè)計出這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心通過 PSTN實現(xiàn)智能家居安防 報警功能，解決了家中無人值守所帶來的各種安全隱患。一旦住宅中有警情（天然氣、水、盜、火）發(fā)生，系統(tǒng)會第一時間檢測、判別警情類型，并通過 PSTN 遠(yuǎn)程報警讓主人知道家中發(fā)生的具體情況， 以便及時解決。預(yù)置的電話號碼類型不受限制（手機(jī)號碼亦可）。系統(tǒng)還采用多次撥號的方式，以便解決主人未能及時接到的報警電話。另外該系統(tǒng)還可以安裝在擁有 PASN 接口的任何場合，而不僅僅局限于家庭。 本論 文共分 5章。第一章為任務(wù)書的分析與總體設(shè)計；第二章為系統(tǒng)軟件設(shè)計；第三章為系統(tǒng)硬件設(shè)計；第四章為系統(tǒng)調(diào)試；第五章為結(jié)束語。 把系統(tǒng)軟件設(shè)計放在系統(tǒng)硬件設(shè)計之前的原因是我們軟件設(shè)計優(yōu)先于硬件設(shè)計。 設(shè)計過程中我們采取了分工與合作的方法，我負(fù)責(zé)軟件的編寫與調(diào)試。張峰同學(xué)負(fù)責(zé)硬件 電路 的 設(shè)計、 安裝和調(diào)試，綜合調(diào)試由我們共同完成。 在設(shè)計過程中，軟硬件的功能總是不斷的調(diào)整，以便相適應(yīng)。硬件設(shè)計和軟件設(shè)計是不能截然分開的，硬件設(shè)計時應(yīng)考慮軟 件設(shè)計的方法，而軟件設(shè)計時應(yīng)了解硬件的工作原理，在整個設(shè)計過程我們互相協(xié)調(diào)， 提高 了 工作效率。 在本次畢業(yè)設(shè)計中我們的指導(dǎo)老師陶為戈為 此次設(shè)計 付出了大量辛勤的勞動，在很多問題上給予指導(dǎo)性的意見，同時在畢業(yè)設(shè)計的過程中得到了系各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和指導(dǎo)，在此表示由衷的感謝！由于畢業(yè)設(shè)計時間緊工作量大，錯誤和不妥之處在所難免，敬請諒解。 編者 202067 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 6 頁 共 53 頁 第一章 設(shè)計任務(wù)的分析與系統(tǒng)的總體設(shè)計 設(shè)計任務(wù)的分析 設(shè)計 課題的技術(shù)指標(biāo)是： 。 有天然氣、火、水、盜檢測信號輸入，實現(xiàn)一個檢測信號，其他可用模擬開關(guān)代替。 、撥號、摘機(jī)檢測、語音提示。 。 通過對設(shè)計任務(wù) 書中的技術(shù)指標(biāo)的分析，經(jīng)過思考、總結(jié)后，得出如 要完成上述要求主要 在于下述幾個問題的 解決： 的產(chǎn)生問題； 存儲 功能 ； ； ； ； 。 為了簡化工作的難度、 系統(tǒng)的成本以及系統(tǒng)的可嵌入問題，因此本設(shè)計直接利用電話機(jī)的所具有的以上所講的 2 的 兩個 功能。而 5 中的問題可以通過單片機(jī) 為核心進(jìn)行控制。 系統(tǒng)的總體設(shè)計 [4] 通過對設(shè)計任務(wù)分析，對系統(tǒng)做出如下總體設(shè)計。 采用 89c52 作為控制器件，在其周圍加入傳感器電路，語 音電路，被叫用戶摘掛機(jī)判別電路等與電話機(jī)相結(jié) 合， 這樣既方便系統(tǒng)移植同時又方便了對電話機(jī)的改造以便適合系統(tǒng)的需要，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可嵌入性同時又降低了成本、縮短了開發(fā)周期。 見圖 ： 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 7 頁 共 53 頁 圖 系統(tǒng) 總體設(shè)計方 框圖 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 8 頁 共 53 頁 第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng) 軟件分析 第一章中已經(jīng)闡述了 由于 受到 開發(fā) 周期 的限制，同時也 考慮到系統(tǒng)的可嵌入 性 ，故采用 電話機(jī)已有鍵盤輸入顯示功能與 DTMF 產(chǎn)生功能 ， 而其它 各項 功能 是 通過單片機(jī)控制 實現(xiàn) 。 此 時系統(tǒng)軟件主要解決 摘掛機(jī)、報警信號 檢測 、被叫用戶摘掛機(jī)的檢測以及語音播放 功能 四個問題。從 軟件的角度分析，其實就是一個如何運用好中斷 。 系統(tǒng)工作流程 是：首先在電話機(jī)上存儲一 個電話號碼。然后開機(jī)，檢測是否有報警信號，如果有則摘機(jī)并撥號。檢測 被叫用戶是否摘機(jī)，如果 被叫用戶 摘機(jī) ，則播放語音；如果 沒有摘機(jī)， 則 延時一段時間后，再次撥號，重復(fù)以上的步 驟 4次 后回到檢測是否有報警信號 。 而 具體要撥幾次號碼 、 撥幾個號碼都是可以實現(xiàn)的。（ 設(shè)計 中 只是 以 一個 號碼為 例沒有做那么多， 后續(xù)課題可以增加 該項功能 。 ） 此時思路 就 比較清晰 了 ， 其關(guān)鍵問題在于解決被叫用戶是否摘機(jī)上面。在大多數(shù)的解決方案中采用 對鈴流信號進(jìn)行 判別。也就是對鈴流信號進(jìn)行計時，看它持續(xù)幾秒，短的鈴流軟件將判別為 忙音，長的鈴流軟件 判別為 呼叫音，沒有了鈴 流 信號 就作為 通話雙方 接通 狀態(tài)處理 。這種方法在過去能夠?qū)崿F(xiàn)，現(xiàn)在 通過上述方法卻 很難實現(xiàn)了。問題在于現(xiàn)在 的 手機(jī)彩鈴，鈴流信號 一旦是手機(jī) 彩鈴， 而 手機(jī) 彩鈴 所產(chǎn)生的鈴 流信號是沒有規(guī)律的。所以 上面 檢測鈴流 的方法 就毫無用武之地了。因此要想讓預(yù)設(shè)號碼不受有彩鈴的限制，上述方法就不能使用。 通過查找大量的資料發(fā)現(xiàn)，在電話接通時和沒有接通時是有區(qū)別的：未接通到接通電話線 的極性剛好交換 。 所以 可以通過這個變化來檢測被叫用戶是否摘機(jī)。 這種原始的方法卻很有效。 通過對以上思路分析，總結(jié)出了系統(tǒng)軟件流程，如圖 所示。 圖 中 報警信號 檢測子程序 以及 延時子程序 和被叫用戶摘機(jī)的判別 子程序 是選用了 中斷 的方式而不是查詢方式 ， 這是考慮系統(tǒng)是在報警情況下所進(jìn)行的應(yīng)急處理對時間有一定的要求。 此 時就 產(chǎn)生 了另一個問題，就是 如何 解決這三個中斷的優(yōu)先級。（同一優(yōu)先級下讓誰優(yōu)先 。 ） 也就是如果這三個中斷同時出現(xiàn)先處理哪一個的問題。首先被叫用戶摘機(jī)中斷肯定是優(yōu)先級最高， 因為此時肯定是有了警情處在報警狀態(tài)， 所以它的優(yōu)先級最高 。再次畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 9 頁 共 53 頁 是撥號后延時中斷服務(wù)子程序優(yōu)先，同樣是因為此時已經(jīng)有報警信號需要處理正處于撥號的狀態(tài)或者是被叫用戶接聽狀態(tài)。那么報警類型判別中斷服務(wù)子程序的優(yōu)先級就最低。 如 圖 所示。 由于 89c52 單片機(jī)中有六個中斷， 現(xiàn)在 只 需要 使用其中的三個中斷：外部中斷 0，外部中斷 1，定時器中斷 0。這三 個中 在同一優(yōu)先級里，由查詢順序確定的優(yōu)先結(jié)構(gòu)，其中 外部中斷 0 的 最高，其次是定時器中斷 0，再次是外部中斷 1。這樣可以將被叫用戶摘機(jī)中斷設(shè)為外部中斷 0， 同一優(yōu)先級下它 最高； 定時器中斷 使 用定時器 /計數(shù)器 0；報警信號處理中斷設(shè)為外部中斷 1，在 這三個中斷 中 它是 最低 的 。（同一優(yōu)先級里） 單片機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)是一個軟硬件相結(jié)合的項目。而軟件在前還是硬件在前，還是同時開發(fā)，眾說紛紜。本設(shè)計是采用軟件設(shè)計優(yōu)先與硬件的方法，但是必須先明確一下具體要用到哪幾個口。通過對該設(shè)計總體分析以及上面中斷優(yōu)先級的分析。將 口（ 0int 口）定為被叫用戶中斷， 口（ 1int 口）定為報警信號處理中斷。因為本設(shè)計采用四聲語音芯片， 對于不同的警情類型對應(yīng)的報警語音就需要進(jìn)行 選通，故定義 、 、 口為語音播放選通口。 口用作控制繼電器，從而控制電話的摘掛機(jī)； 口用來控制繼電器，從而控制電話機(jī)的重?fù)埽?, 口用來與外設(shè)傳感器相連，從而使外設(shè)與單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合。 此時看似可以進(jìn)行編寫程序了， 其 實還是有一個問題 。 總體設(shè)計中表明被叫用戶摘機(jī)檢測電路是要與 PSTN 相連的，而電話機(jī)當(dāng)然也是和 PSTN相連的。這時被叫用戶摘機(jī)檢測電路就相當(dāng)于另一個電話分機(jī)了，當(dāng)電話機(jī)掛斷以后，如果被叫用戶摘機(jī)檢測電路沒有 掛斷，其實對于本地 電話機(jī) 還是相當(dāng)于處于摘機(jī)狀態(tài)，以至于影響下次電話機(jī)的使用或者影響下次 遠(yuǎn)程 報警，所以 也 要在被叫用戶摘機(jī)判別電路中進(jìn)行控制， 使本地話機(jī)掛斷時被叫用戶摘機(jī)判別電路也與 PSTN斷開。此時定義 口為被叫用戶摘機(jī)判別電路的控制口。 現(xiàn)在就可以進(jìn)行 程序的 編程了。 畢業(yè)設(shè)計說明書 (論文 ) 第 10 頁 共 53 頁 圖 中斷優(yōu)先級