【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 10 圖 3— 3 晶振電路與復(fù)位電路 前端信號(hào)采集電路設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w檢測(cè)傳感器信號(hào)采集電路 由于傳感器發(fā)出的模擬信號(hào)比較微弱，因此需要將信號(hào)進(jìn)行放大處理，并濾除雜波的干擾，將最后得到的信號(hào)輸入單片機(jī)的 AD 轉(zhuǎn)換接口，下圖為信號(hào)放大和濾波電路。 圖 34 可燃?xì)怏w信號(hào)采集電路 煙霧傳感器信號(hào)采集電路 我們采用的煙霧傳感器為一體式煙霧傳感器，輸出為 5V 電壓信號(hào)，所以無(wú)需放大第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 處理，只需做個(gè)簡(jiǎn)單的濾波，將干擾信號(hào)濾除即可給單片機(jī)的輸入口，有煙或無(wú)煙將產(chǎn)生高低兩種電平。 圖 35 煙霧傳感器信號(hào)采集電路 短信模塊與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 短信模塊工作原理 模塊要求 12V/500mA 供電，與計(jì)算機(jī)或單片機(jī)通過(guò)串口通信，波特率 9600bps，通過(guò) SIM 卡座來(lái)安裝 SIM 卡。 GSM 模塊主要有已下幾大功能 通 過(guò)給 GSM發(fā)送 AT指令來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的功能，例如用單片機(jī)給其發(fā)送 AT將會(huì)返回 OK，代表單片機(jī)可以和 GSM 模塊進(jìn)行下一步的通信，發(fā)送 AT+CMGF=1，返回 OK 時(shí)將短信發(fā)送模式設(shè)置為英文模式，發(fā)送 AT+CMGS=” +8615822857040” \r 將會(huì)給 15822857040 的手機(jī)發(fā)送短信。常見(jiàn)指令表如下： AT+CSMS 選擇消息業(yè)務(wù) AT+CPMS 選擇短消息存儲(chǔ)區(qū) AT+CMGF 選擇消息格式 AT+CNMI 新消息提示 AT+CMGR 讀取短消息 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 AT+CMGL 列舉短消息 AT+CMGS 發(fā)送短消息 AT+CMGW 向內(nèi)存寫(xiě)入消息 AT+CMGD刪除短消息 AT+CSCA設(shè)置短消息中心地址 AT+CSCB 選擇廣播消息類型 TTL 轉(zhuǎn) RS232 電路 GSM 模塊含有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 RS232 接口，與單片機(jī)進(jìn)行通信， RS232 的低電平范圍為3V~15V 高電平的范圍為 3V~15V，而 TTL 輸出低電平小于 高電平大于 ，二者電平并不匹配，因此需要做 TTL 轉(zhuǎn) 232，采用 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片 [4]，電路如圖 36所示。 圖 36 TTL 和 232 轉(zhuǎn)換電路 GSM模塊與單片機(jī)連接方 式如圖 37所示， 此時(shí) GSM模塊 開(kāi)發(fā)板的九針串口 2 3 5 與MCU 開(kāi)發(fā)板九針串口的 3 2 5 連接 ： 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 13 圖 37 GSM 與單片機(jī)串口連接圖 聲光報(bào)警及手動(dòng)報(bào)警部分硬件設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警器的選擇及與單片機(jī)的接口電路 聲光報(bào)警器主要起火災(zāi)發(fā)生或者可燃?xì)怏w泄露時(shí)的提示和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警作用，根據(jù)不同情況（火災(zāi)，可燃?xì)怏w泄露，故障）可發(fā)出不同的聲光信號(hào)。 由于蜂鳴器的工作電流比較大而單片機(jī) I/O 口的拉電流相對(duì)較小，直接驅(qū)動(dòng)將會(huì)對(duì)單片機(jī)的 I/O 造成損害，所以采用三極管作為開(kāi)關(guān)，間接驅(qū)動(dòng)方式 。 蜂鳴器報(bào)警電路由單片機(jī)的 PD6 口控制，當(dāng) PD6 口輸出高電平時(shí)三極管截止，蜂鳴器不導(dǎo)通，當(dāng) PD6 口輸出低電平時(shí)三極管飽和導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲音，電路如圖 38 所示：圖中 R7 為上拉電阻，使三極管的基極在正常情況下為高電平。 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 14 圖 3— 8 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 狀態(tài)指示燈及控制鍵電路 設(shè)置 4 個(gè)狀態(tài)指示燈和四個(gè)控制按鍵，四個(gè)指示燈 D1~D4 可選四種不同顏色（紅，黃，綠，藍(lán)），綠色表示正常運(yùn)行，黃色表示故障狀態(tài)或斷電狀態(tài)（可由太陽(yáng)能電池應(yīng)急），紅色閃爍為火災(zāi)報(bào)警，藍(lán)色閃爍為可 燃?xì)怏w泄露，風(fēng)別由單片機(jī)的 PA0~PA3 口控制，四個(gè)按鍵 S1~S4，分別控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟關(guān)斷、窗戶的打開(kāi)關(guān)閉和手動(dòng)報(bào)警，風(fēng)別由單片機(jī)的 PA4~PA7 口控制。 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 圖 3— 9 按鍵和指示燈連接電路 液晶顯示硬件電路設(shè)計(jì) 液晶顯示器選用 1602,1602 顯示器可顯示兩行 16 個(gè)字符的英文字母，主要為開(kāi)發(fā)方便所考慮，其主要功能為監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行狀態(tài)，短信模塊收發(fā)是否正常，和火災(zāi)或可燃?xì)怏w泄露狀態(tài)的顯示。 1602 與單片機(jī)的連接如圖 310 所示： 圖 3— 10 1602 連接電路圖 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 排煙風(fēng)機(jī)與窗磁的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 排煙風(fēng)機(jī)用兩個(gè)直流電機(jī)所代替，窗戶連桿的帶動(dòng)考慮到需精確控制，選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源。 排煙風(fēng)機(jī)及直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用 PWM 控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)芯片選用 L298N。此芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)小功率的直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路如圖所示， APWM 和BPWM 分別接單片機(jī)的 PWM 輸出口。 OUT1~OUT4 接兩臺(tái)直流電機(jī) [14]。 圖 3— 11 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 窗戶步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn) 電機(jī)的驅(qū)動(dòng)同樣選用 L298N 作為驅(qū)動(dòng)芯片， IN1~IN4 為信號(hào)輸入， OUT1~OUT4接步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)控制端， IN1~IN4 由單片機(jī)給指定的時(shí)序脈沖即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制 [2]。 第三章 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 圖 3— 12 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 轉(zhuǎn)換技術(shù)說(shuō)明 HT66FU50 單片機(jī)自帶一個(gè)多通道的 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以直接接入外部模擬信號(hào)并直接將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 12 位的數(shù)字量，所以無(wú)需外加 AD 轉(zhuǎn)換芯片和 AD 轉(zhuǎn)換電路，只需做軟件編程即可實(shí)現(xiàn)模擬量的處理。 AD轉(zhuǎn)換內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)的 AD寄存器祥見(jiàn)圖 313。 圖 3— 13 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖 C11 0 0 n FC22 2 u FC31 0 0 n FC42 2 u FC 2 ( 1 )C 4 ( 1 )C51 0 0 n FC61 0 0 n FD11 N 4 0 0 1D21 N 4 0 0 1D31 N 4 0 0 1D41 N 4 0 0 1D51 N 4 0 0 1D61 N 4 0 0 1D71 N 4 0 0 1D81 N 4 0 0 1A+B+ABA+ B+I N 15I N 27E N A6O U T 12O U T 23E N B11O U T 313O U T 414I N 310I N 412S E N S A1S E N S B15G N D8VS4V C C9 U1L 2 9 8+ 8 8 . 8A B第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 18 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 為了方便程序的編寫(xiě)和調(diào)試以及系統(tǒng)的維護(hù)，采用了模塊畫(huà)的程序設(shè)計(jì)，即每個(gè)模塊含有一個(gè)子程序，在主程序里面調(diào)用各子程序，例如： 1602 顯示子程序，需要 1602顯示時(shí)調(diào)用改子程序的顯示子函數(shù)，由其他服務(wù)子函數(shù)提供 1602 的讀寫(xiě)狀態(tài)和顯示位置等。 本系統(tǒng)共有串口驅(qū)動(dòng)子程序， 1602 顯示子程序，鍵盤(pán)檢測(cè)子程序， AD 轉(zhuǎn)換子程序，PWM 脈沖發(fā)生子程序，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序，等 6大服務(wù)子程序組成。 主程序流程圖 圖 4— 1 主程序流程圖 液晶顯示器 1602 軟件部分設(shè)計(jì) 顯示器編程原理 1602LCM 有 16 個(gè)引腳，其中包含 8條數(shù)據(jù)線、 3 條控制線（讀寫(xiě)選擇、寄存器選擇、第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 19 使能信號(hào)端）和 3 條電源線，兩條 LED 背光電源，通過(guò)單片機(jī)寫(xiě)入模塊的命令和數(shù)據(jù)，就可對(duì)顯示地址和顯示內(nèi)容做出選擇。 RS 位為 1 時(shí)為數(shù)據(jù)寄存器， RS 為 0時(shí)為命令 /狀態(tài)寄存器， R/W 為 1時(shí)為讀數(shù)據(jù)、 0時(shí)為寫(xiě)數(shù)據(jù) [3]。 圖 4— 2 1602 寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序圖 圖 4— 3 1602 讀數(shù)據(jù)時(shí)序圖 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 20 程序流程圖 圖 4— 4 1602 顯示程序流程圖 初始化程序 void lcd_1602_init(void) //初始化 1602 液晶 { lcd1_602_wr_cmd(0x06)。 //輸入模式為，字符不動(dòng)，光標(biāo)右移 (設(shè)置輸入模式 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x38)。 //設(shè)定兩列 (功能設(shè)置 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x0c)。 //開(kāi)啟顯示屏，不顯示光標(biāo)，光標(biāo)所在 (顯示開(kāi) /關(guān)控制 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x01)。 //清屏的指令應(yīng)該在液 晶初始化最后面一行 (清顯示 ) } 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 21 步進(jìn)電機(jī)工作原理及程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)由脈沖控制，給它發(fā)出一定的脈沖順序就可以使其轉(zhuǎn)動(dòng)，改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)時(shí)序脈沖如表 41 所示： 表 4— 1 步進(jìn)電機(jī)脈沖時(shí)序表 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序 char count=0,i=0。 unsigned char code1[4]={0x01,0x02,0x04,0x08}。 unsigned char code2[4]={0x03,0x06,0x0c,0x09}。 unsigned char code3[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}。 void main() { MCU_init()。 led_flashing_t = 1000。 timer0_init()。 _emi = 1。 while(1)。 } void timer0_interrupt（ void） { _emi = 0。 IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 22 _t0af = 0。 if(count==10) { count=0。 PA=code1[i]。 if(++i3)i=0。 } _emi = 1。 } PWM 波形發(fā)生子程序的設(shè)計(jì) void main(void) { _acerl = 0。 //屏蔽 pa7pa0 的 A/D 輸入功能 _cp0c = 0。 //屏蔽 pa0、 pa pa3 三個(gè) I/O 口的比較器 0 輸入和出功能 _cp1c = 0。 //屏蔽 pa pc pc3 三個(gè) I/O 口的比較器 1 輸入和出功能 _prm2 = 0x02。 //設(shè)置 TP00PS:0 TP0_0 on PA0(屏蔽 PA0 的 I/O 功能 ) _tmpc0 = 0x03。 //使能 TP0_0(TM0，即 PWM 輸出功能 ) _tmpc1 = 0。 //屏蔽其余的 TPm_n 功能 _tm0c0 = 0x04。 //選擇 512 個(gè) TM0 時(shí)鐘周期 _tm0c1 = 0xac。 //設(shè)置 CCRA 初始值為 80H(128) _tm0al = 0x80。 //簡(jiǎn)易型 TM(TM0 CCRA 低字節(jié)寄存器 )先寫(xiě)低字節(jié) _tm0ah = 0x00。 //簡(jiǎn)易型 TM(TM0 CCRA 高字節(jié)寄存器 )先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié) _t0on = 1。 //啟動(dòng)定時(shí)器 0(TM0C0 寄存器的 bit3 位 ) _t0ae = 1。 //定時(shí)器 0 比較 器 A匹配中斷控制位 (MFI0 寄存器 bit1 位 ) _mf0e = 1。 //允許多功能中斷 0，多功能中斷包括 TM中斷 (INTC1 寄存器 bit1 位 ) _emi = 1。 //開(kāi)總中斷 (INTC0 寄存器 bit0 位 ) } AD 轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)思路 因 HT66FU50單片機(jī)內(nèi)部含有 AD轉(zhuǎn)換模塊，直接從 AD輸入引腳輸入模擬量數(shù)據(jù)即可，通過(guò)編寫(xiě) AD轉(zhuǎn)換程序即可實(shí)現(xiàn) AD轉(zhuǎn)換功能。 AD轉(zhuǎn)換時(shí)序圖如下所示： 第四章 軟件部分設(shè)計(jì) 23 圖 4— 5 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 A/D 轉(zhuǎn)換步驟 ADCR1中 的 ADCK2— ADCK0位，選擇所需 A/D轉(zhuǎn)換的