【正文】 擴(kuò)大，傳統(tǒng)型主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器產(chǎn)品存在的問(wèn)題逐漸暴露，由于密集安裝引發(fā)誤報(bào)警、漏報(bào)警、可以被同型號(hào)或同類(lèi)產(chǎn)品替代；對(duì)于 新型建筑結(jié)構(gòu)，比如現(xiàn)代造型的圍墻等無(wú)法安裝、使用；對(duì)于窗、陽(yáng)臺(tái)等也無(wú)法有效防范等；被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器開(kāi)始從室內(nèi)防范向室外防范發(fā)展，說(shuō)明室內(nèi)防范的局限性日漸顯現(xiàn)，防范開(kāi)始向室外 /戶(hù)外推進(jìn)。發(fā)展家用防盜系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。 第 1 頁(yè) 共 61 頁(yè) 1 緒論 引言 針對(duì)當(dāng)前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)存在的通訊協(xié)議不一致，系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)頻繁，智能化程度低，網(wǎng)絡(luò)化程度低、特殊惡劣環(huán)境的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警抗干擾等問(wèn)題較為突出的現(xiàn)象，提出在符合國(guó)家消防規(guī)范的基礎(chǔ)下采用統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的通訊協(xié)議，通過(guò)對(duì)新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備的應(yīng)用研究，對(duì)系統(tǒng)方案、設(shè)備選型的優(yōu)化組合，改進(jìn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的工作性能、減少維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)要求，向著高可靠性、高靈敏性、低誤報(bào)率、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、技術(shù)智能化方向發(fā)展，為更好的預(yù)防和遏制建筑火災(zāi)提供了強(qiáng)有力的保障，從而更好的保護(hù)國(guó)家和人民的生命 、財(cái)產(chǎn)安全 [1]。 本文分兩部分來(lái)設(shè)計(jì)，一部分為基于 AT89S52單片機(jī)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)故障和環(huán)境中有無(wú)火災(zāi)，火災(zāi)一旦發(fā)生將實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并采取有效措施控制火情的發(fā)展，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)，以確保人身財(cái)產(chǎn)安全并最大限度地減少 損失。 基于單片機(jī)的火災(zāi)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，單個(gè)家庭的經(jīng)濟(jì)積累越來(lái)越多，人們對(duì)于家庭災(zāi)情的防控也給予了越來(lái)越多的重視。另一部分為基于 AT89C51單片機(jī)的，集傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制和無(wú)線(xiàn)電技術(shù) 于 一體的防盜報(bào)警系統(tǒng)。這是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警應(yīng)用技術(shù)的研究發(fā)展趨勢(shì) 。家用防盜系統(tǒng)按智能技術(shù)開(kāi)發(fā)的功能和作用的不同，小區(qū)中報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用一般體現(xiàn)在探測(cè)智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能三個(gè)主要方面。但是由于其產(chǎn)品探測(cè)原理的限制，其室外型產(chǎn)品的防范效果、工作穩(wěn)定性等各方面均不盡人意。智能化火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)已并非傳統(tǒng)意義上的簡(jiǎn)單的報(bào)警設(shè)備，而是融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器的應(yīng)用等各領(lǐng)域知識(shí)。另外，小區(qū)安全措施不足；居民安全意識(shí)有待增強(qiáng)；安全防范系統(tǒng)也急需普及。家用防盜系統(tǒng)按智能技術(shù)開(kāi)發(fā)的功能和作用的不同，小區(qū)中報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用一般體現(xiàn)在探測(cè)智能、監(jiān)控智能和抗干擾智能三個(gè)主要方面。智能住宅己開(kāi)始引起人們的關(guān)注。所以說(shuō)，小區(qū)的安防系統(tǒng)和智 能管理系統(tǒng)是現(xiàn)代化小區(qū)管理不可缺少的有機(jī)組成部分。火，在給人類(lèi)帶來(lái)文明進(jìn)步、光明和溫暖的同時(shí)也在其失去控制之時(shí)給人類(lèi)造成了巨大的災(zāi)難。殘酷的現(xiàn)實(shí)讓人們逐漸認(rèn)識(shí)到監(jiān)控預(yù)警和消防工作的重要性，良好的監(jiān)控系統(tǒng)和及時(shí)的報(bào)警機(jī)制可以大大降低人員的上網(wǎng)，為社會(huì)減少不必要的損失。 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)（ Microcontroller Unit），是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)人們外出，家中長(zhǎng)期處于無(wú)人狀態(tài)時(shí)，家里就很容易成為小偷偷盜的目標(biāo)，家主可以在特定的時(shí)間通過(guò)手機(jī)等其他手持設(shè)備遠(yuǎn)程控制來(lái)進(jìn)行布防。對(duì)防火和防盜傳感器進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)，對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，由單片機(jī)對(duì)處理好的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、存儲(chǔ)、發(fā)送等操作。 (3)根據(jù)控制方案繪制軟件流程圖，編寫(xiě)程序，并進(jìn)行了編譯調(diào)試。在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制軟件采取了一些切實(shí)可行的措施，包括采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法、軟件陷阱和 ―看門(mén)狗 、合理安排中斷等。 火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般由火災(zāi)探測(cè)器、區(qū)域報(bào)警器和集中報(bào)警器組成。感溫型傳 感 器 放大電路 A/D轉(zhuǎn)換 單 片 機(jī) 狀態(tài)指示 聲音報(bào)警 溫度顯示 按鍵 第 7 頁(yè) 共 61 頁(yè) 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)判斷周?chē)鷾囟茸兓a(chǎn)生響應(yīng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，再把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到判斷報(bào)警的目的。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是對(duì)空氣中可見(jiàn)或不可見(jiàn)的煙霧粒子進(jìn)行探測(cè)，然后將煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來(lái)觸發(fā)報(bào)警。根據(jù)感應(yīng)的敏感波長(zhǎng)，可以將感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為對(duì)波長(zhǎng)較短的光輻射敏感的紫外報(bào)警系統(tǒng)和對(duì)波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光 輻射敏感的紅外報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)有煙霧、高溫、火光產(chǎn)生的時(shí)候，它就改變平時(shí)的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機(jī)械部分發(fā)生變化或位移，再通過(guò)放大、傳輸?shù)冗^(guò)程發(fā)出警報(bào)聲，有的還能同時(shí)發(fā)出燈光信號(hào)并顯示發(fā)生火災(zāi)的部位、地點(diǎn)。一旦有煙霧竄逃外電離室，干擾了帶電粒子的正常運(yùn)動(dòng)，電流、電壓就有所改變，破壞了內(nèi)外電離室之間的平衡，于是就發(fā)出了信號(hào)。這種探測(cè)器采用半導(dǎo)體器件，體積小、價(jià)格低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)，很有發(fā)展前途。一種是利用某些金屬易熔 的特性，在探測(cè)器里固定一塊低熔點(diǎn)合金，當(dāng)溫度升到它的熔點(diǎn)（ 70～ 90℃ ）時(shí)，金屬熔化，借助彈簧的作用力，使觸頭相碰，電路接通，發(fā)出信號(hào)。一種是紅外光輻射探測(cè)器。它還可以與自動(dòng)滅火設(shè)備一起組成自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)滅火的 ―自動(dòng)消防隊(duì) ‖。 第 9 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 防盜系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖 防盜系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì) (1)門(mén)磁探測(cè)技術(shù) 其本質(zhì)就是一個(gè)門(mén)磁開(kāi)關(guān)，由永磁體和門(mén)磁主體兩大部分組成。 (3)無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收技術(shù) 無(wú) 線(xiàn)發(fā)射電路部分主要運(yùn)用高頻功率放大器的原理制成，以 LC 諧振網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載構(gòu)成諧振功率放大器。 在火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)是其核心部件。根據(jù)多方面的比較，本設(shè)計(jì)選用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機(jī)作為控制器。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在 033M之間。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體情況，采用雙列直插 DIP40 封裝。本系統(tǒng)選用 AT89C51 作為主控芯片。另外 S52 比 C51 還增加了 ISP 功能，就是在線(xiàn)可編程功能，這可是很有用的功能哦，首先是省去購(gòu)買(mǎi)編程器的錢(qián)，另外，對(duì)于買(mǎi)不起仿真器或希望能板上調(diào)試（就是插在成品電路板上調(diào)試）的人來(lái)說(shuō)十分有價(jià)值，你可以隨時(shí)更新插在電路板上的單片機(jī)的程序，十 分方便。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制 第 12 頁(yè) 共 61 頁(yè) 冷處理儀表顯示部分。圖 為 TGS202 檢測(cè)電路。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和 控制領(lǐng)域。 第 13 頁(yè) 共 61 頁(yè) 若指令成功地使 DS18B20完成溫度測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 DS18B20 的存儲(chǔ)器。如果 DS18B20 不使用報(bào)警檢查指令，這些寄存器可作為一般的用戶(hù)記憶用途。所有數(shù)據(jù)的讀，寫(xiě)都是從最低位開(kāi)始。幾乎可以連接到各種單片機(jī)芯片，并完成無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳送工 作。圖 是TLC549 的引腳圖。其特點(diǎn)如下： (1)串行接口 (2)各位獨(dú)立控制譯碼 /不譯碼及消隱和閃爍屬性 (3)(循環(huán) )左移 /(循環(huán) )右移指令 (4)具有段尋址指令，方便控制獨(dú)立 LED (5)64 鍵鍵盤(pán)控制器，內(nèi)含去抖動(dòng)電路 圖 HD7279 引腳圖 系統(tǒng)各功能子模塊設(shè)計(jì) 電源模塊 我所用的電源是輸出 7V 的鋰電池，而本文中涉及到的電路中的電壓，一個(gè)是給 USB 接口供電的 5V，另一個(gè)是給單片機(jī)供電的 5V，所以選擇 AMS1117 來(lái)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。在這里就以 AT89S52 為例來(lái)說(shuō)明最小系統(tǒng)的構(gòu)成。 (3)I/O 口引腳： PO、 P P P3，為 4 個(gè) 8 位 I／ O 口的外部引腳。 P2 口 (~ 共 8 條引腳，即 21~28 腳 )： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I／ O 口。 第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè) 在實(shí)際工作中大多數(shù)情況下 AT89S52 單片機(jī)都使用 P3 口的第二功能，表 31 列出了 P3 口的第二功能 [17]。 圖 CH376 與單片機(jī)連接圖 RS232 串口設(shè)計(jì) 為了便于上位機(jī)查看調(diào)試結(jié)果，我在整體系統(tǒng)中加入了串口來(lái)監(jiān)視程序運(yùn)行的情況，我們采用串行接口 RS232 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信， RS232C 是 美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和濾波獲取我們需要的有用信號(hào)，圖 為傳感器和后續(xù)的放大濾波電路。在門(mén)和控制端均有一塊 nrf24l01模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信， nrf24l01 使用 spi 接口與單片機(jī)進(jìn)行通信，由于 AT89s52 單片機(jī)上沒(méi)有硬件 spi 需要軟件模擬，我選用了單片機(jī) 到 這四個(gè)管腳作為模擬的 spi 口，圖 3 13 為 nrf24l01 的連接圖。 L298 是雙Ｈ橋式驅(qū)動(dòng)器。此器件只需要時(shí)鐘、方向和模式輸入信號(hào)。這種方式結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)是，需要的元件很少?gòu)亩沟醚b配成本低，可靠性高和占空間少。具有兩抑制輸人來(lái)使器件不受輸入信號(hào)影響。 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)電路是人機(jī)對(duì)話(huà)的重要組成部分，它 主要實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳輸命令等功能，是人機(jī)交互不可缺少的一種輸入方式。全編碼鍵盤(pán)能夠由硬件邏輯自動(dòng)提供與被按鍵對(duì)應(yīng)的編碼，此外，還會(huì)具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵保護(hù)電路，這種鍵盤(pán)使用方便，但需要較多的硬件，價(jià)格較貴，一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)很少采用。不像 EPROM 芯片，EEPROM不需從 計(jì)算機(jī) 中取出即可修改。 SCL為同步時(shí)鐘輸入端， SDA 為數(shù)據(jù)總線(xiàn)，與 DS18B20一樣 ST24C02B3 也是單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。但是大體的流程是一樣的，都是先進(jìn)行硬件系統(tǒng)的初始化，然后等待傳感器或輸入設(shè)備獲取外部信號(hào)，緊接著實(shí)現(xiàn)所要的功能。 程序初始化結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。 第 24 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 火災(zāi)監(jiān)控主程序流程圖 火災(zāi)監(jiān)控各部分子程序 （ 1）初始化子程序 主程序初始化流程圖如下 圖所示。 圖 主程序初始化流程圖 （ 2）濾波子程序 在對(duì)氣體濃度采樣時(shí)，可能會(huì)遇到尖峰脈沖干擾的現(xiàn)象，這種干擾通常只影響個(gè)別采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，得到的數(shù)據(jù)與其他采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)相差比較大，所以要進(jìn)行處理。 操作流程如下圖所示，首先設(shè)定采樣次數(shù)，調(diào)用 A/D 采樣子程序進(jìn)行采樣，每次采樣完采樣次數(shù)自增 1，當(dāng)達(dá)到采樣達(dá)到提前設(shè)定的采樣次數(shù)后對(duì)采樣值進(jìn)行處理，即先排序，去掉第一個(gè)個(gè)最后一個(gè)最大最小值，將剩余的第 2 到第 9 個(gè)采樣值累加求和，再求平均，最后將處理后的數(shù) 據(jù)送入寄存器存儲(chǔ)。分段插值法線(xiàn)性化程序流程圖如圖 所示： 圖 線(xiàn)性化子程序流程圖 （ 4）報(bào)警子程序 當(dāng)煙霧濃度或溫度值超過(guò)報(bào)警限設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)會(huì)接收信號(hào)控制蜂鳴器發(fā)聲，對(duì)應(yīng)指示燈會(huì)閃亮以提示操作人員采取安全對(duì)策或自動(dòng)控制相關(guān)安全裝置，從而保障生產(chǎn)安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。然后顯示模塊顯示初值，并等待按鍵事件，若有按鍵按下則進(jìn)行相應(yīng)的按鍵處理，處理完按鍵事件后繼續(xù)等待下一次按鍵，如圖 所示。當(dāng)確認(rèn)輸入完成時(shí)，若正在執(zhí)行的是輸入密碼的操作，則會(huì)調(diào)用密碼對(duì)比的子程序；若正在執(zhí)行的是修改密碼操作，按下后執(zhí)行密碼擦除以及重寫(xiě)操作 。程序流程圖如圖 所示。子程序的流程圖如圖 所示。流程圖如圖 所示。本文用到的 AT89C52 單片機(jī)支持匯編語(yǔ)言、 C 語(yǔ)言或者二者的混合語(yǔ)言編寫(xiě)程序。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、WIN20xx、 WINXP 等操作系統(tǒng)。 調(diào)試工具 1）單片機(jī)編程工具 本系統(tǒng)軟件編程使用 KeilμVision 4軟件來(lái)完成， Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具，而后期廣泛采用的是 C 語(yǔ)言，這是因?yàn)?C 語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可讀性和可移植性都非常好，采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用程序的周期短，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較 簡(jiǎn)單。程序流程圖如圖 所示。程序流程圖如圖 所示。程序流程圖如圖 所示。其設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示： 首先它會(huì)進(jìn)行判斷是否輸入密碼，若輸入密碼，則保存輸入的密碼以及密碼位數(shù)，初始化 顯示處理 鍵掃、求鍵號(hào) 鍵處理 有鍵按下否 ? 輸入鍵處理 確認(rèn)鍵處理 修改密碼鍵處理 數(shù)字鍵處理 開(kāi)始 N Y 第 30 頁(yè) 共 61 頁(yè) 若非輸入密碼則判斷是否需要修改密碼，同樣，調(diào)用修改密碼程序并保存修改后的密碼及密碼位數(shù)。報(bào)警子程序流程圖如下圖 45 所示，將溫度設(shè)置為 100℃ ，煙霧濃度設(shè)置的是 開(kāi) 始 讀取濾波電壓 X