【文章內(nèi)容簡介】 態(tài)，即報警燈（紅）、工作燈（綠）。正常時 LCD 顯示溫度。 本章節(jié)主要介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，確定了原理框圖，對報警系統(tǒng)的運行做了分析，并設(shè)計了防火和防盜探測器 ，為后續(xù)章節(jié)研究防火防盜報警系統(tǒng)的模塊化設(shè)計打下了理論基礎(chǔ)。電路設(shè)計框如圖 1，由 AT89C51 主控制芯片吸收 DS18B20 溫度芯片的數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)化并且對其溫度檢測判斷。在系統(tǒng)運行時，單片機不斷檢測 4x4 鍵盤模塊，對鍵盤的信號進行反復(fù)檢測并同時做出相應(yīng)的處理， LCD1602 芯片負責(zé)顯示所需要的數(shù)據(jù)。 圖 1 設(shè)計整體框圖 工作過程 開機顯示字符串，同時初始化 LCD160 DS18B20 并檢測溫度，進入登錄狀態(tài)，進入無限循環(huán)里面，掃描鍵盤，對鍵盤事件處理，同時也不停的掃描 溫度。當(dāng)溫度或鍵盤事件錯誤過多就會報警。在循環(huán)中對鍵盤中的事件判斷處理、如刪除鍵、確定鍵等等。當(dāng)紅色發(fā)光二極管亮了的時候就表示錯誤、報警指示燈，綠色發(fā)光二極管工作 1 秒鐘時表示為進入系統(tǒng)指示燈。 防火防盜報警系統(tǒng)功能和特點 簡易方便、穩(wěn)定、實用，可以提供多個外接端口，密碼驗證功能擴展性好，硬件少而簡單，將復(fù)雜的算法置無無形的代碼，充分利用單片機從而減少硬件資源。 系統(tǒng)容量大，適合一般企業(yè)室內(nèi)到家庭 。 可靠性高，開機自檢，自動糾錯 。 模塊化設(shè)計，擴展性好，容易集成 。 延時、錯誤次數(shù)、溫 度等多種報警功能 。 LCD1602 顯示芯片 AT89C52 主控制 芯片 4x4 鍵盤模塊 喇叭、二極管模塊 DS18B20 溫度芯片 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 第 VII 頁 （共 77 頁） 安全性高，管理員級密碼操作、并對其任意修改， 3 次密碼錯誤報警 。 界面清晰明了，報警信息處理簡單及時 。 報警信息即時打印在屏幕，便于查驗 。 結(jié)合該系統(tǒng)諸多優(yōu)勢，其實用范圍已延伸至住宅智能報警系統(tǒng)、酒店報警系統(tǒng)、銀行倉庫等等。 智能防火防盜系統(tǒng) 第 VIII 頁 （共 77 頁） 3 硬件平臺及其選擇 單片機芯片的選擇方案 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦（ FPEROM—FalshProgrammableand Erasable Read Only Memory）的低電壓，如圖 2，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對電路進行調(diào)試時，由于程序的錯誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r，不需要對芯片多次拔插，所以不會對芯片造成損壞。 AT89C51 提供 128 字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器， 32 個 I/O 口， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器，1 個 5 向量兩級中 斷結(jié)構(gòu)， 1 個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外， AT89C51還可以進行 0HZ 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存 圖 2 AT89C51芯片 取數(shù)據(jù)存儲器、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復(fù)位。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動 8 個 TTL 電路。當(dāng)“ 1”被寫入 P0 口時，每個管 腳都能夠作為高阻抗輸入端。 P0 口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)硬件平臺及其選擇 第 IX 頁 （共 77 頁） 總線復(fù)用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。 P1 口： P1 口一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL 電路。對端口寫 “1”，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時， P1 口接收低 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動 4 個 TTL電路。對端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的電 阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口線上的內(nèi)容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時， P2 口接收高位地址和其它控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖故可驅(qū)動 4 個 TTL 電路。對 P3 口寫如 “ 1” 時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的 P3 口將用電阻輸出電流 【 1】 。 P3 口除了作為 一般的 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能。本論文沒用到所以這里不作詳細介紹。 所以選擇采用 AT89C51 作為主控制系統(tǒng) . 顯示模塊選擇方案 采用點陣式數(shù)碼管顯示，點陣式數(shù)碼管是由八行八列的發(fā)光二極管組成，對于顯示文字比較適合 ,如采用在顯示數(shù)字顯得太浪費 ,且價格也相對較高 ,所以也不用此種作為顯示。 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一 般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點： 顯示質(zhì)量高 智能防火防盜系統(tǒng) 第 X 頁 （共 77 頁） 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。 數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。且體積小、重量輕、功耗低。 液晶顯示器具有厚度薄、適 用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 線段的顯示點陣圖形式液晶由 M N 個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 16 8=128 個點組成，屏上 64 16 個顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)，如圖 3。 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符， 圖 表 3 是 DM162 的內(nèi)部顯示地址 . 圖 3 LCD1602顯示區(qū)地址 比如第二行第一個字符的地址是 40H，那么是否直接寫入 40H 就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位 D7 恒定為高電平 1 所 以 實 際 寫 入 的 數(shù) 據(jù) 應(yīng) 該 是 01000000B（ 40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H) 【 1】 。 溫度芯片的選擇方案 溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時 DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 DS18B20 更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說， DS18B20 的優(yōu)勢更是我們學(xué)習(xí)單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。了解其工作原理和應(yīng)用可以拓寬您對單片機開發(fā)的思路，如圖 4。 DS18B20 的主要特征： 。 2. 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。 硬件平臺及其選擇 第 XI 頁 （共 77 頁） 3. 最高 12 位分辨率，精度可達土 攝氏度。 4. 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。 5. 可選 擇寄生工作方式。 6. 檢測溫度范圍為 – 55176。 C ~+125176。 C (– 67176。 F ~+257176。 F) （如圖 5 顯示了溫度的儲存的位的描述）。 圖 4 DS18B20芯片 7. 內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能。 8. 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。 ，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。 DS18B20 芯片封裝結(jié)構(gòu)： DS18B20 引腳功能： GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 NC 空引腳 DS18B20 的溫度測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。 圖 5 DS18B20溫度儲存位 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20 共 9個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8 位 。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第 5 個字節(jié)則是用戶第 3 個 EEPROM 的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單智能防火防盜系統(tǒng) 第 XII 頁 （共 77 頁） 元。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作 【 1】 。 我們在每一次讀溫度之前都必須進行復(fù)雜的且精準(zhǔn)時序的處理，因 為 DS18B20 的硬件簡單結(jié)果就會導(dǎo)致軟件的巨大開消，也是盡力減少有形資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為無形資產(chǎn)的投入，是一種較好的節(jié)約之道。 電路設(shè)計方案 綜上各方案所述 ,對此次作品的方案選定 : 采用 AT89C51 作為主控制系統(tǒng) 。 數(shù)字式溫度 DS18B20 傳感器 。 LCD1602 作為顯示，鍵盤采用 4x4 用 P3 口（系統(tǒng)共設(shè)定有 15個按鈕，確定鍵占 2 個）。晶振 12MHZ，選定用中斷來控制報警聲音。利用紅色發(fā)光二極管作為錯誤、報警溫度過高報警指示燈，用綠色發(fā)光二極管作為進入系統(tǒng)指示燈。 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 第 XIII 頁 （共 77 頁） 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 軟件設(shè)計 思想 由于采用 12M，處理速度本來不夠快，在一個 while 里面盡量減少調(diào)用實現(xiàn)的次數(shù)，如果調(diào)用過多，就會倒是系統(tǒng)資源占用嚴(yán)重，系統(tǒng)運行反應(yīng)慢，比如在溫度有所改變的時候，我們可以不必這么準(zhǔn)確地更新到十分位，本系統(tǒng)采用當(dāng)溫度改變 1176。 C 的時候，才去更新數(shù)據(jù)（當(dāng)然也可以精確到 176。 C）。 添加按鍵聲音，雖然對整個系統(tǒng)沒多少影響，但是對用戶這是一個很好提示效果。在溫度或密碼報警的時候，將不會 ” normal” ，而會顯示 ” waring” 的警號詞語，在進入系統(tǒng)后，管理員修改密碼作 2 個輸入密碼，前后比較 2 次輸入的密碼， 正確后提示“ success” ， 錯誤提示 “ error” ，用戶看以此來判斷修改密碼錯誤的原因。 還有在輸入密碼那塊，在輸入密碼那段將 LCD1602 重新設(shè)置一下，使其出現(xiàn)光標(biāo)閃爍效果 ，這讓人第一眼就知道輸入的密碼將在哪一塊出現(xiàn)。這對程序檢錯也是很大的幫助。 最后就是如果對返回鍵的實現(xiàn)，這應(yīng)該是本系統(tǒng)一處亮點，因為本系統(tǒng)只提供用 3次輸入機會（當(dāng)然進入了系統(tǒng)后，錯誤次數(shù)將重新計數(shù)），所以返回鍵尤為重要，對返回鍵的設(shè)置思想，就是重復(fù)調(diào)用字符串并顯示，這無疑對 12MHZ 的 CPU 一個打擊，但是這是必須要的。在本章的一些函 數(shù)將配合實現(xiàn)返回鍵的用法，這里只說總體思想，代碼下面有介紹。 系統(tǒng)軟件原理流程圖 main 開始 中斷初始化（用于報警聲音） 智能防火防盜系統(tǒng) 第 XIV 頁 （共 77 頁） 是 否 是 否