【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （論文） 系統(tǒng)方案論證 5 2． 系統(tǒng)方案論證 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于單片機(jī)的家用安防系統(tǒng)， 根據(jù)硬件系統(tǒng)繪出流程圖寫(xiě)出匯編程序。 系統(tǒng)方案論證如下： 概述 使用家 用智能安防系統(tǒng)的目的就是及早報(bào)告火災(zāi)、非法入侵及煤氣泄漏的發(fā)生，從而迅速有效的提醒主人，控制火災(zāi)及煤氣泄漏，把損失降到最低。所以本課題的目標(biāo)是：設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單實(shí)用、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高的家用智能安防系統(tǒng)。 系統(tǒng)方案分析 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的家用安防系統(tǒng)包括探測(cè) 程序 、 A/D 轉(zhuǎn)換 程序 、顯示 程序 、聲音報(bào)警 程序 等，下面將對(duì)各部分 程序 進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。 一、探測(cè) 程序 探測(cè)程序分為火災(zāi)探測(cè)和 非法入侵 探測(cè)。 因?yàn)?對(duì)于普通可燃燒物質(zhì)的表現(xiàn)形式，首先是產(chǎn)生煙霧，在氧氣供應(yīng)充分的條件下，才能達(dá)到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，并散 發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高（起火過(guò)程曲線如圖 21 所示）。 1 起火過(guò)程曲線 如圖 21 所示，起火過(guò)程中，總是前兩個(gè)階段所占有的時(shí)間比較長(zhǎng)，這是燃燒的開(kāi)始階段。如果要把火災(zāi)損失控制在最小限度，保證人身不受傷亡，那么火災(zāi)的探測(cè)元件就應(yīng)該從此階段開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)為宜。 因?yàn)榉乐狗欠ㄈ肭值脑捯獪?zhǔn)確和速度。因?yàn)橐菦](méi)有這兩項(xiàng)的話是無(wú)法防止非法入侵的。再加上成本的關(guān)系，就采用 熱釋電紅外傳感器進(jìn)行探測(cè)。 二、 A/D 轉(zhuǎn)換 程序 t 全燃階段 溫、煙濃度 起初 陰燃 火焰燃燒 溫、煙濃度 圖 21 起火過(guò)程曲線 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案論證 6 因?yàn)橐尦?序運(yùn)行的準(zhǔn)確，那么數(shù)字信號(hào)要比模擬信號(hào)方便。但是探測(cè)電路的信號(hào)是模擬的，所以要有 A/D 轉(zhuǎn)換程序?qū)⑺鼡Q成數(shù)字信號(hào)。 三 、顯示 程序 光程序運(yùn)行的話，我們不清楚程序運(yùn)行的程度。所以還要有顯示程序。讓我們直觀的了解程序運(yùn)行的狀態(tài)。 四 、聲音報(bào)警 聲音報(bào)警的功能是當(dāng)室內(nèi)災(zāi)情時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音來(lái)提醒人們采取相應(yīng)措施來(lái)解決災(zāi)情。 系統(tǒng)方案確定 方案選擇的好壞，影響系統(tǒng)的性能、成本、可靠性等多方面因素。根據(jù)上述方案的分析，添加小區(qū)聯(lián)動(dòng)，以 AT89C51 為控制核心實(shí)現(xiàn)所要求功能的小型智能家用安防系統(tǒng)的總體 設(shè)計(jì)框圖如圖 22 所示： 圖 22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)控制系統(tǒng) 聲音報(bào)警 模塊 紅外探測(cè) 模塊 煤氣泄漏探測(cè)煙霧測(cè)控 模塊 非法入侵 侵 氣體煙霧 顯示 模塊 排氣 模塊 小區(qū)控制（上位機(jī)） A/D轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤 模塊 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 7 3． 家用安防系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 家用安防 系統(tǒng)的硬件由 探測(cè)電路 模塊 、 A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊、 單片機(jī)控制 模塊和系統(tǒng)監(jiān)視模塊 組成。 探測(cè)模塊用于對(duì)住宅空間內(nèi)各區(qū)域的 非法入侵信號(hào)、 火災(zāi)信號(hào)及煤氣泄漏信號(hào)進(jìn)行探測(cè)， A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊 將探測(cè)的電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)。 單片機(jī)控制 模塊完成火災(zāi) 非法入侵及煤氣泄漏信號(hào) 查詢、 處理。監(jiān)視模塊完成對(duì)危險(xiǎn)的報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng) 處理、通訊等功能。下面對(duì)這些電路的設(shè)計(jì)分別 進(jìn)行介紹。 探測(cè)模塊設(shè)計(jì) 在一個(gè)基本的報(bào)警系統(tǒng)中，作為探測(cè)報(bào)警信號(hào)的探測(cè)電路必不可少的部分，其性能的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、可靠性及能否安全工作，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗起關(guān)鍵作用。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)高效、可靠、穩(wěn)定的探測(cè)電路是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)工作。本系統(tǒng)的探測(cè)電路包括三部分，一是火災(zāi)探測(cè)電路，這部分主要是通過(guò)探測(cè)煙霧氣體信號(hào)來(lái)完成對(duì)火災(zāi)信號(hào)的探測(cè)；二是煤氣泄漏探測(cè)電路，主要是通過(guò)探測(cè)氣體信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)其探測(cè)；三是對(duì)非法入侵探測(cè)，這部分則主要由紅外探測(cè)電路來(lái)探測(cè)。 火災(zāi)及煤氣泄漏探測(cè)電路設(shè)計(jì) 火災(zāi)及煤氣泄漏探測(cè)電路 采用 QMN5 型氣敏 傳感器 來(lái) 探 測(cè)氣體的泄露 。探測(cè)電路 中的氣敏傳感器 以 QMN5 的輸出經(jīng) A1 電壓跟隨器加到差動(dòng)放大器 A2的同相輸入端， A2 輸出是放大同相輸入端和反相輸入端的差動(dòng)放大信號(hào)。 A3 位同相放大器，通過(guò)電阻 R 可調(diào) A3 的增益，也就是調(diào)節(jié) A1~A4 比較器的同相輸入端的電壓控制其輸出，進(jìn)而與單片機(jī)的 、 、 、 口一同控制其報(bào)警等級(jí)，從而完成對(duì)火災(zāi)及煤氣泄露的報(bào)警。 電路如圖 31 所示。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 8 圖 31 火災(zāi)及煤氣泄漏探測(cè)電路 QMN5U21KR74KR8 1KR9 1KR101KR11R13 Res2R14R15 Res2R16 Res2R17 Res2D2 LEDA1A UA307 A4A UA307A3A UA307U13A UA308A2A UA307 C820uC720uC93+12V612VVCC24U14 74ALS00 U15 74ALS00 U16 74ALS00 U17 74ALS00U18 74ALS00U19A NOTIN0616161612 2 2 2+15V15V4 4 447 7 7 73 3 3 3333312 456VCC100KR12東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 9 非法入侵電路 熱釋電紅外傳感器是利用紅外輻射的熱輻射作用引起元件本身的溫度變化檢測(cè)信號(hào)，其探測(cè)率、響應(yīng)速度都不如光子型傳感器。但由于熱釋電型傳感器可在室溫下使用，靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，所以應(yīng)用領(lǐng)域廣。通用性好的熱型傳感器有熱電堆、熱敏電阻、高萊管等。其中，利用鐵電體熱釋電效應(yīng)的熱釋電型紅外傳感器靈敏度高，可以廣泛地用于民用領(lǐng)域。 47uC5C2C6 C7C1R347KR8R21MR410KR647kR11MR52MR7R11R10R910uC3C412345678910111213141516BIS0001BIS0001INT1DSG+5V 圖 32 紅外探測(cè)電路 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 10 A/D 轉(zhuǎn)換電路模塊設(shè)計(jì) 系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換 電路由 ADC0809 轉(zhuǎn)換器、 74LS373 地址鎖存器和雙 D 觸發(fā)器4013 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。因此，只要使用 ADC0809 轉(zhuǎn)換器的輸入通道 IN0 即可。并用低 3 位數(shù)據(jù)線通過(guò) 74LS373 地址鎖存器控制采集通道，同時(shí)使用 AT89C51 單片機(jī)的 口控制 ADC0809 轉(zhuǎn)換器的讀寫(xiě)控制。設(shè)計(jì)中采用延時(shí)方式模數(shù)轉(zhuǎn)換， 單片機(jī) AT89C51 控制 ADC0809 的開(kāi)始轉(zhuǎn)換、延時(shí)等待A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束以及讀出轉(zhuǎn)換好的 8 位數(shù)字量至單片機(jī)進(jìn)行處理。 其電路如圖 33所示。 D27O15O39GND10O515D38O412O719D03D718D514O02D413D14VCC20D617OE1O26LE11O616U774LS373IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF+12GND13D114D215REF16D017D418D519D620D721ALE22ADD C23ADD B24ADD A25IN026IN127IN228U6ADC080912345678RST910111213 14151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U22AT89C51U10NOTALEWRRDRDWRADD AADD BADD CADD AADD BADD C+5V+5V+5VU8NORU9NORVCCALE 圖 33 A/D轉(zhuǎn)換電路 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 11 顯示模塊設(shè)計(jì) 顯示電路，可以對(duì)系統(tǒng)所采集的 紅外信號(hào)以電壓的形式 進(jìn)行顯示，以便住宅內(nèi)的人員 可以 準(zhǔn)確的設(shè)定入侵上限值 ， 而當(dāng)鍵盤設(shè)定煙霧濃度等級(jí)報(bào)警值或煤氣泄露等級(jí)報(bào)警值時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的設(shè)定值 。 顯示 電路 作為單片機(jī)系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備，用以顯示單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果與運(yùn)行狀態(tài)等。常用的顯示器主要有 LED 數(shù)碼顯示器、 LCD 液晶顯示器和 CRT 顯示器。在 本 系統(tǒng)中， 選 用 LED數(shù)碼顯示器顯示數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。 R21R22R23R24R25R26R27R2827KR2927KR3027KR31PNPPNPPNPVCC 圖 34 顯示電路 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用安防系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)介 12 聲音報(bào)警電路 當(dāng)系統(tǒng)判斷有火災(zāi)、非法入侵及煤氣泄漏后，單片機(jī)從 引腳輸出高電平信號(hào)，輸入給報(bào)警電路，進(jìn) 而揚(yáng)聲器發(fā)出聲音報(bào)警。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的報(bào)警電路采用單頻音報(bào)警， 實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件采用壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加 3～ 15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生 3kHZ 左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需 10mA 的驅(qū)動(dòng)電流，可在 端口接上一只三極管 9013 和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路