【文章內(nèi)容簡介】 ：允許發(fā)送 CTS； 9 號腳：響鈴指示器。在本系統(tǒng)中只用到第 5 三個引腳，由這三根線與串行口就可以讀寫數(shù)據(jù)。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 單片機和 TC35 模塊之間采用串口三線制連接方法，即連線為 32， 23， 55。這樣連接可以實現(xiàn)兩種工作方式：一是當計算機作為上位機和單片機連接時用，方便調(diào)試；二是 TC35 模塊與單片機連接時，可觀察最終結(jié)果。 單片機和 TC35 模塊的串口通信接口原理圖如圖 9 所示： 圖 9： RS232接法 TC35 的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā) ， 符合 ITUTRS232 接口電路標準 ， 工作在CMOS 電平 ， 數(shù)據(jù)接口配置為 8 位數(shù)據(jù)位、 1 位停止位、無校驗位 ，波特率 默認 為9600kbps， 由于數(shù)據(jù)通信電路中 TC35 數(shù)據(jù)接口工作在 CMOS 電平， 而 STC 單片機工作在 TTL 電平，工作電壓范圍一般比 TC35 寬 ， 故應在單片機和 TC35 之間加電平轉(zhuǎn)換電路。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 傳感器 采集 模塊 本系統(tǒng)傳感器模塊由一組功能不同的傳感器構(gòu)成，用于監(jiān)測 家庭中可能發(fā)生的 各種異常情況。 DS18B20 溫度傳感器用于對家庭溫度的測量，以防火災的發(fā)生。 DS18B20 擁有 獨特的單線接口方式，在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20的雙向通訊 ，且 在使用中不需要任何外圍元件 ，大大簡化了硬件設計 。 由光敏電阻和紅外發(fā)光管做在一起形成的紅外對管 作為防盜傳感器。發(fā)光管和接收管中間有沒障礙物時，單片機 管腳所輸入的電平會不同，當有障礙物時電路處于觸發(fā)狀態(tài)。 MQ2 型氣體傳感器用于對以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣的測量，對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。 它由一個金屬氧化物半導體的傳感器件（如氧化物 SnO2）構(gòu)成 ， 在新鮮空氣條件下，它的電導較小，而一旦接觸還原性氣體或者易燃易爆氣體， 電導會增加，引發(fā)檢測電路電平跳變從而啟動報警系統(tǒng)工作。 溫度探測電路的設計 溫度探測電路圖如圖 9 所示： 圖 9：溫度探測電路圖 DS18B20 簡介： DS18B20 的主要特性 ： 適應電壓范圍更寬，電壓范圍： ～ ，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電 獨特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 微處理器與 DS18B20 的雙向通訊 DS18B20 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi) 溫范圍－ 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177?！? 可編程 的分辨率為 9～ 12 位，對應的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、 ℃和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 在 9 位分辨率時最 多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一 線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作 DS18B20 的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ： 主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM 、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL、配置寄存器。 其中： (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； 常見封裝如圖 10： 圖 10： DS18B20常見封裝 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 紅外探測電路的設計 紅外探測電路如圖 11 所示： 圖 11：紅外探測器電路 工作原理 ： 如圖 11 所示：當發(fā)光管和接收管中間沒有障礙物時，接收管電阻相對于 R4 的電阻100K 來說可以忽略不計，此時單片機 管腳輸入為低電平，電路處于初始 化狀態(tài)；當有 入侵者經(jīng)過發(fā)光管和接收管中間時，接收管電阻變大，電阻大于 R4 的 100K，此時單片機 管腳輸入為高電平，電路處于觸發(fā)狀態(tài) 。 光敏電阻 簡介： 光敏電阻及其在電路中的符號如下圖 12 所示： 圖 12：光敏電阻 光敏電阻是用光電導體制成的光電器件，它是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 工作原理如下：當無光照時，光敏電阻（暗電阻 )很大（大約有幾 M 歐姆 )，電路中的電流很?。▋H僅幾 K~幾十 K 歐姆）；當光敏電阻受到一定波長 范圍的光照時，它的阻值（亮電阻 )急劇減少，因此電路中的電流迅速增加。 光敏電阻的靈敏度容易受潮濕的影響，因此將光敏電阻嚴密封裝在帶有玻璃的殼體中。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜特性，光譜響應從紫外區(qū)一直到紅外區(qū)。而且體積小、重量輕、性能穩(wěn)定。 光敏電阻 根據(jù) 它 的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： 紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線 ； 紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探 測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 ； 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和 “ 位置檢測器 ” ，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 19 氣體探測電路的設計 圖 13：氣體探測電路 工作原理： 如圖 13 所示，在這個電路中，發(fā)光二極管 LED 的作用是檢查電路是否接通了電源，當 LED 發(fā)光后說明電路兩端被加上了電壓，可以正常工作，否則就表示電源電路沒有電壓輸出，電阻 R6 的作用是保護發(fā)光二極管 ，防止因電壓過大使它燒壞。 調(diào)節(jié)電位器 R8 和 R9，在氣體傳感器沒有響應的狀態(tài)下，使 LM358 的反向端 (2 腳 )的電壓高于同相端（ 3 腳）的電壓，輸出端（ 1 腳）輸出低電平；在氣體傳感器有響應的情況下，則是 2 腳電壓低于 3 腳電壓， 1 腳輸出高電平。 MQ2 簡介： MQ2 型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且其抗干擾能力強，水蒸氣、煙干擾氣體對它的影響小。 MQ2 型氣敏元件具有如下特點： (1) 采用燒結(jié)半導體所形成的敏感燒結(jié)體，具有穩(wěn)定的 R 阻值，保證了長期工作的穩(wěn)定性； (2) 單 電源供電，功耗僅 左右； (3) 對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 MQ2 型氣敏元件有兩種型號， MQ2A 型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等； MQ2 型適用于煙霧等減光型有害氣體。 器件的靈敏度： S=Ro/Rx 為 10~30。常見為 QM 系列的 S 值僅 8 左右， Rx 為器件在丁烷濃度為 %時的阻抗。 電路如右圖所示： 器件的主要參數(shù)如下 : 響應時間 ： Tr≤ 10s 恢復時間 ： Tn≤ 60s 加熱電壓 ： V﹢ =5+ 加熱功率 ： 約 抗干擾能力 ： 丁烷濃度在 %時在濕度小于 85%RH，在 10℃ ~+40℃ 溫度下不會引起誤報。 工作環(huán)境：溫度 10℃ ~+50℃ 濕度≤ 85%RH 圖 14 是元件的外形結(jié)構(gòu)圖，基座采用耐高溫酚醛塑料壓制，引腳為鍍鎳銅絲，上罩采用雙層密紋不銹鋼網(wǎng)壓制，有較高的強度和防爆能力。 圖 14： MQK2 型元件外形結(jié)構(gòu) MQ2 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如上圖 14 所示 , 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個用于信號取出， 2 個用于 提供加熱電流。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 上圖是 MQ2 型元件典型氣體濃度測試的特性曲線，在丁烷濃度 %以下有極高的靈敏度。 上圖是 MQ2 型元件通電時間的特性曲線，在通電后 60~90s，元件才進入穩(wěn)定待測工作狀態(tài)。 MQ2 的特點和工作特點如下： ⑴ 廣泛的探測范圍； ⑵ 高靈敏度／快速響應恢復； ⑶ 優(yōu)異的穩(wěn)定性／長壽命； ⑷ 簡單的驅(qū)動電路 。 雙運算放大器 LM358 介紹 ： LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，在推薦的工作條件下， 電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 腳位排列圖如圖 15 所示： 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 圖 15： LM358 腳位排列圖 特性 : 內(nèi)部頻率補償 直流電壓增益高 (約 100dB) 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)； 雙電源 (177。 一177。 15V) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大 (0 至 ) 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 23 報警電路 報警電路圖如圖 16 所示： 圖 16：報警電路圖 自動報警電路包括蜂鳴器電路，工作指示電路，蜂鳴器的鳴叫跟相應指示燈的亮滅表示相應傳感器檢測的狀況。 工作原理： 蜂鳴器電路采用的是 PNP 三極管的基極與單片機 I/O 口相連接，當 為低電平時，蜂鳴器鳴叫；工作指示燈電路采用的是電阻和發(fā)光二極管相串聯(lián)后與單片機 I/O 口相連接，但 I/O 口為高電平時發(fā)光二極管發(fā)光。 大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 4 系統(tǒng)的軟件設計 TC35 模塊的軟件設計 對 TC35 的操作均采用 AT 指令， 它包含了 GSM 語音和短信息的控制。根據(jù) AT 指令的 標準，發(fā)送和接收中文或中 /英文混合的短信息必須采用 PDU 模式，TEXT 模式只支持傳送英 文和 數(shù)字信息。 PDU 模式的編解碼過程復雜，故選擇 TEXT 模式作為系統(tǒng)的通訊模式。 模塊的通訊全部采用 AT+XXXX 完成。發(fā)送短消息的基本命令如下： （ 1）發(fā)生聯(lián)機指令 AT （ 2）設置短消息發(fā)送格式（ 0PDU,1文本） AT+CMGF=1。 （ 3）設置短消息中心 AT+CSCA=“+8613010431500” （ 4）發(fā)送短消息（短消息內(nèi)容為 test） AT+CMGS= 13032570385（目的地址） test \x1a\r（ 39。\x1a39。結(jié)束符 (相當 CTRL+Z)） 傳感器模塊的 軟件設計 STC 單片機 通過定時器每隔一段時間對 傳感器接口電路的 I/O 口進行檢測，當檢測到有傳感器的開關(guān)量變化時，則說明報警信息產(chǎn)生， 進行發(fā)送報警信息 。 系統(tǒng)的軟件設計采用 C 語言編寫 ， 系統(tǒng)主程序及中斷程序流程圖如 下圖 所示。系統(tǒng)首先對單片機的串口、中斷 和 TC35 短信模塊初始化， 利用定時器定時檢測傳感器接口電路 I/O 口的變化， 利用 STC