【正文】 展尋找更廣闊的市場(chǎng)結(jié)合點(diǎn)的必然結(jié)果，是 IT 產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)以及人們生活滲透的必然結(jié)果。目前歐美已有一些國(guó)家正在大力研究無(wú)線防盜探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，隨著時(shí)間的推移，這種產(chǎn)品在我國(guó)也會(huì)發(fā)展成為主流。作為住宅的一個(gè)組成部分，安全防范系統(tǒng)也必將向多功能、全方位、綜合性、智能化方向發(fā)展?？紤]設(shè)備成本與集中管理的需要，可將周界報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)、住宅聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)加以集成和 第 3 頁(yè) 共 61 頁(yè) 綜合，構(gòu)成綜合防范體系。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 70 年代火災(zāi)平均損失不到 ， 80年代火災(zāi)平均損失接近 億元。 隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的 火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)報(bào)警具有體積小、價(jià)格低、集成度高等突出優(yōu)點(diǎn) ,利用單片機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)防盜系統(tǒng)能使系統(tǒng)易于操作，且花費(fèi)較小，因而具有廣泛的應(yīng)用性 [6]。 本課題設(shè)計(jì)的家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案是以單片機(jī)為核心，它利用無(wú)線通信和自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將家居內(nèi)的異常情況及時(shí)傳輸給用戶或保安人員。 (2)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件程序的編寫(xiě)來(lái)指導(dǎo)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能。在編寫(xiě)軟件程序時(shí)，避免中斷嵌套和在中斷中執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù) 綜上所述，根據(jù)我對(duì)題目的研究與分析本文的主要內(nèi)容安排如下： 第一章：緒論，主要闡述本課題研究的意義與背景以及本文主要內(nèi)容； 第二章：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，主要介紹所設(shè)計(jì)的防火、防盜系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，工作原理等相關(guān)內(nèi)容； 第三章：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路； 第 5 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第四章：系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)，主要程序設(shè) 計(jì)； 第五章：系統(tǒng)調(diào)試及仿真，主要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，無(wú)錯(cuò)誤后燒錄到單片機(jī)進(jìn)行硬件調(diào)試，對(duì)主要模塊進(jìn)行了 Protues 仿真?；馂?zāi)探測(cè)器通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。根據(jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。 (4)復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 火災(zāi)探測(cè)器主要分感煙、感溫、光輻射三大類(lèi)： (1)感煙探測(cè)器。還有一種叫光電感應(yīng)探測(cè)器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元 第 8 頁(yè) 共 61 頁(yè) 件，平常光源發(fā)出的光，通過(guò)透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于 是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過(guò)放大電路向人們報(bào)警。 (2)感溫探測(cè)器。這兩種探測(cè)器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過(guò)某一限值時(shí)就會(huì)報(bào)警；還有一類(lèi)是差溫型，升溫的速度超過(guò)特定值時(shí)，便會(huì)感應(yīng)報(bào)警。物質(zhì)在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后，就能向人們報(bào)警。 防盜系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 本次家用防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種新型的電子安全報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以AT89C51 為核心，將傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制和無(wú)線電技術(shù)相結(jié)合，從而形成一個(gè)防盜報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)兩部分靠得近時(shí)，處于報(bào)警守候狀態(tài)，當(dāng)拉開(kāi)一定距離后，便觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。無(wú)線接收電路由超再生接收、放大、整形、譯碼電路組成，經(jīng)過(guò)一系列處理，可以產(chǎn)生直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路的電信號(hào)。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的溫度、煙霧對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)這兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢是否有鍵按下的請(qǐng)求。 AT89S52 是一個(gè)低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 8k Bytes(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)。片內(nèi)資源有 4組 I/O控制端口、 3個(gè)定時(shí)器、 8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。 AT89S52 引腳圖 所示。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器 [13]。當(dāng)然 S51 也具備這一功能， C51 和 C52 都不具備 [14]。根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境、靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍我選用 TGS202 氣體傳感器作為本火災(zāi)探測(cè)的氣體傳感器，火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO， TGS202 氣 體傳感器能探測(cè) CO2 ， CO，甲烷，煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。 圖 TGS202 檢測(cè)電路 溫度傳感器的選擇 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877，LTM8874等等。 DS18B20 采用一線通信接口。一個(gè)控制功能指揮指示 DS18B20 的演出測(cè)溫。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。 DS18B20 封裝如圖 所示： 圖 DS18B20 封裝圖 無(wú)線通信模塊芯片的選擇 本文選用 nrf24L01 作為門(mén)控系統(tǒng)的無(wú)線通信模塊， nrf24L01 是由 NORDIC 生產(chǎn)的工作在 — 的 ISM 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。 極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 0dBm 時(shí)電流消耗為 ，接收模式時(shí)為 ，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。 圖 TLC549 的引腳圖 鍵盤(pán)輸入模塊芯片選擇 本系統(tǒng)的門(mén)控密碼輸入部分采用 HD7279(A)加 64 個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成的鍵盤(pán)電路。 第 16 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 輸出 5V的電壓 如上圖所示， 圖 是輸出為 5V 的電路原理圖。如圖 是最小系統(tǒng)電路圖。 P0 口（ ~ 共 8 條引腳，即 39~32 腳 )：是雙向 8 位三態(tài) I／ O 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。 表 31 P3 口的第二功能 引腳 第二功能 名稱(chēng) RXD 串行口接收數(shù)據(jù)輸入端 TXD 串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端 INT0 外部中斷 0 輸入端 INT1 外部中斷 1 輸入端 T0 外部計(jì)數(shù) 0 脈沖輸入端 T1 外部計(jì)數(shù) 1 脈沖輸入端 WR 寫(xiě)外設(shè)控制信號(hào)輸出端 RD 讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端 火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)計(jì) 火災(zāi)是發(fā)生頻率比較高的災(zāi)難，無(wú)論是電氣設(shè)備、煤氣泄漏還是人為的原因都有可能引發(fā)火災(zāi)。 RS 是 英文 ―推 第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè) 薦標(biāo)準(zhǔn) ‖的縮寫(xiě)， 232為標(biāo)識(shí)號(hào)， C 表示修改次數(shù)。將 TGS202 獲取到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)放大電路和后續(xù)的二階低通濾波器整理后輸出為 A/D 的輸入信號(hào)。圖中 J2 為連接天線的管腳。 L298 內(nèi)含的功率輸出器件設(shè)計(jì)制作在一塊石英基片上，由于制作工藝的同一性，因而具有分立元件組合電路不可比擬的性能參數(shù)一致性，工作穩(wěn)定。相位是由內(nèi)部產(chǎn)生的，因此可減輕微處理機(jī)和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。并且通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)，可以簡(jiǎn)化 和減輕微型計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。每橋的三級(jí)管的射極是連接在一起的，相應(yīng)外接線端可用來(lái)連接外設(shè)傳感電阻。鍵盤(pán)是利用機(jī)械金屬點(diǎn)的結(jié)合和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的輸入。非編碼鍵盤(pán)只簡(jiǎn)單的提供行和列的矩陣，其它工作都靠軟件來(lái)完成，由于其經(jīng) 濟(jì)實(shí)用，目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用這種辦法 [18]。在一個(gè) EEPROM中，當(dāng) 計(jì)算機(jī) 在使用的時(shí)候可頻繁地反復(fù)編程，因此 EEPROM 的壽命是一個(gè)很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。 圖 EEPROM 電路 第 23 頁(yè) 共 61 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 上一章介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，當(dāng)完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，接下來(lái)就是要在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上編寫(xiě)程序。鑒于整個(gè)系統(tǒng)的硬件資源的有限以及實(shí)際應(yīng)用的情況，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分并沒(méi)有嵌入任何操作系統(tǒng)，通過(guò)中斷系統(tǒng)來(lái)調(diào)度各個(gè)任務(wù)。 AT89S52 單片機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)到的煙霧濃度和溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化一系列處理，將檢測(cè)值與報(bào)警限設(shè)定值相比較，并作出判斷是否報(bào)警，同時(shí)將檢測(cè)到的溫度、濃度信號(hào)送入顯示器顯示通道，通過(guò) LED 將相關(guān)的溫度、濃度顯示。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種 I/O 輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。如果采用一般的平均值法，則干擾信號(hào)將被 ―平均 ‖到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾 而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。 Y N 開(kāi)始 定時(shí)器初始化 開(kāi) 中 斷 關(guān)閉蜂鳴器，打開(kāi)綠燈 設(shè)定初值 是否保持報(bào)警初值 返回 第 26 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 濾波子程序流程圖 （ 3）線性化子程序 本論文報(bào)警器使用的 TGS202 型傳感器的電阻是隨著可燃?xì)怏w濃度值的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。 為防止誤報(bào)，在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)煙霧濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測(cè)和延時(shí)報(bào)警，以區(qū)別出時(shí)管道中煙霧的泄露，還是由于暫時(shí)打開(kāi)閥門(mén)產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報(bào)。其中的詳細(xì)模塊設(shè)計(jì)如 下文所示： 圖 門(mén)控主程序流程圖 門(mén)控模塊子程序 （ 1）數(shù)字按鍵處理子程序 數(shù)字按鍵處理子程序是來(lái)進(jìn)行修改或輸入密碼的，分為兩個(gè)大部分，一個(gè)是輸入密碼，一個(gè)是修改密碼。 Y N 數(shù)字鍵處理子程序 輸 入 密 碼否？ 修 改 密 碼否？ 輸入 4~6 位密碼并保存密碼及密碼位數(shù) 返回 輸入 4~6 位密碼并保 存密碼及密碼位數(shù) Y N Y N 確認(rèn)鍵處理子程序 輸入密碼否？ 修改密碼否？ 清 改 密 標(biāo) 志 返回 調(diào)用密碼比較子程序并清除輸入標(biāo)志 Y N 第 31 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 確認(rèn)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(rèn)鍵后，啟動(dòng)密碼判斷子程序，將從鍵盤(pán)獲取到的數(shù)字串與EEPROM 中存的密碼進(jìn)行比較，并返回是否成功的呃標(biāo)志。 圖 密碼修改子程序流程圖 （ 5）顯示處理子程序 顯示模塊要實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前的操作內(nèi)容，本系統(tǒng)是通過(guò) HD7279 來(lái)統(tǒng)一控制的，程序中只需要發(fā)送相應(yīng)的操作碼即可，程序流程圖如圖 所示： N N Y Y 鎖是否開(kāi)？ 修改密碼否？ 改密程序入口 輸入密碼位數(shù)送 R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) R71=0？ 返回 N Y 第 33 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 411 顯示處理子程序流程圖 圖 顯示子程序流程圖 （ 6）電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序 單片機(jī)獲取到指令后控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)連著鎖芯，從而達(dá)到門(mén)的鎖定和解鎖狀態(tài)。 圖 鍵盤(pán)處理子程序 （ 8）門(mén)磁檢測(cè)及聲光報(bào)警子程序 門(mén)磁傳感器檢測(cè)到信號(hào)后將獲取到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大濾波后通過(guò) A/D 然后傳給單片機(jī)并產(chǎn)生中斷單片機(jī)處理獲取到的數(shù)據(jù)，若超出限制，則將聲光報(bào)警系統(tǒng)的使能端拉高，從而開(kāi)啟聲光報(bào)警系統(tǒng)。 聲光報(bào)警子程序 門(mén)磁檢測(cè)子程序 返回 中斷返回 555芯片使能置 1驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警 聲光報(bào)警 單片機(jī)外部中斷檢測(cè)到門(mén)磁信號(hào) N Y Y N Y 接 收信號(hào)，開(kāi)中斷 是否撤防 鎖開(kāi)否？ 調(diào)用開(kāi)鎖子程序 是否布防 鎖開(kāi)否？ 調(diào)用上鎖子程序 中斷返回 N N Y 第 36 頁(yè) 共 61 頁(yè) 5 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中除了必要的硬件外，同樣也離不開(kāi)軟件，能夠直接被單片機(jī)執(zhí)行的是機(jī)器語(yǔ)言，但是機(jī)器與不便于讀寫(xiě)和編寫(xiě)。為了提高編寫(xiě)程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，我們采用 C 語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)軟