【文章內(nèi)容簡介】 ，基極接單片機(jī)，集電極接地，發(fā)射極接蜂鳴器正極，蜂鳴器接 +5電源。蜂鳴器電路圖如圖 48 所示。 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 49 頁 圖 48 蜂鳴器電路圖 元器件選擇 單片機(jī)選擇 選擇一個適合的單片機(jī)，是保證系統(tǒng)能夠正常工作的前提。由于本設(shè)計的實(shí)現(xiàn)功能較多，所以程序編寫也相對復(fù)雜，生成的需要燒入單片機(jī) .hex 文件內(nèi)存大小 為 25k。一般的單片機(jī)大多數(shù)都是 8k 內(nèi)存，根本不能滿足要求，所以本設(shè)計選擇的單片機(jī)最基本要求是內(nèi)存至少要在 25k上。 本次設(shè)計對于單片機(jī)的選擇，首先要確保報警的準(zhǔn)確可靠和抗干擾性得到保障，而且要求要不增加設(shè)計的成本而且又能保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠工作。STC12C5A32S2 單片機(jī)功能特點(diǎn)以及指令完全兼容傳統(tǒng)的單片機(jī)，具備傳統(tǒng)單片機(jī)的各種功能，而且比傳統(tǒng)的 8051 系單片機(jī)運(yùn)行速度要快 10 倍左右 [16]。 最重要的是其內(nèi)存高達(dá) 32K，符合本設(shè)計的程序內(nèi)存要求 。 通過對各種能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計功能的單片機(jī)的對比，經(jīng)過綜合分析 決定，決定使用 STC12C5A32S2 單片機(jī)做為本設(shè)計的微控制器。 人體紅外熱釋傳感器選擇 本設(shè)計系統(tǒng)采用的是型號為 HCSR501 的 熱釋電紅外傳感器 。 探測波長范圍為 8～ 14181。m。 人體的正常溫度一般在 37176。 C 左右，因此會發(fā)出波長為 10181。m 左右的紅外線 [17]。 當(dāng)有非法入侵者出現(xiàn)在監(jiān)測范圍內(nèi)，其能夠很有效地監(jiān)測到非法入侵者。 HCSR501 的 熱釋電紅外傳感器可以不分晝夜，可以連續(xù)二十四小時不間斷監(jiān)測 。 而且 HCSR501 紅外傳感器 檢測到的信號 是不需要 再外置 A/D 轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換的， 原因是 其 內(nèi)部 擁有 BISS0001 芯片 ，可以自身完成 A/D 轉(zhuǎn)換 [18]。當(dāng)探測范圍內(nèi)有非法入侵者，輸出高電平，入侵者離開時經(jīng)過延時關(guān)閉高電輸出西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 49 頁 低電平，同時觸發(fā)蜂鳴器報警，并通過 GSM 模塊向住戶發(fā)短信報警。 煙霧傳感器選擇 本設(shè)計選用的傳感器為 MQ2 煙霧傳感器。此類傳感器是眾多半導(dǎo)體煙霧傳感器的其中一種，有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：能夠探測的區(qū)域很寬、靈敏度高、非常的耐用、驅(qū)動電路不是很復(fù)雜，穩(wěn)定性特別好等 [19]。煙霧傳感器收集到的信號為模擬信號，需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能被單片機(jī)接收。當(dāng)室內(nèi)煙霧和一些可燃?xì)怏w 濃度增加到一定值到一定值，煙霧傳感器就會將信息經(jīng)過處理最后反饋到單片機(jī)，發(fā)出警報。 MQ2 煙霧傳感器在測量前需要先預(yù)熱幾分鐘，這樣做可以減少誤報。 溫度傳感器選擇 本設(shè)計選用的溫度傳感器型號為 DS18B20。溫度傳感器是一個可以直接把采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而且信號轉(zhuǎn)換速度特別快，僅需 1S就可以完成。溫度傳感器檢測到的溫度是直接以數(shù)字的形式顯示在液晶顯示屏上，而且檢測溫度能精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。 其讀出的數(shù)值寬度可達(dá)到 9 位，能夠測量的最低溫度為 55176。 C,最高溫度為 120176。 C[20]。 DS18B20 的結(jié)構(gòu)特別的簡單小巧，可以焊接在空間很小的電路板上，除此之外 DS18B20 還有很多優(yōu)點(diǎn)，比如測量溫度范圍很廣，測量反應(yīng)速度很快，購買成本低等。 DS18B20 還可以設(shè)置溫度上限，一旦檢測到的溫度超過上限值，系統(tǒng)就會報警。 GSM 模塊選擇 本設(shè)計的 GSM 通信模塊的型號為 SIM900A。 其采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，是一個 2頻的 GSM 模塊，工作頻段為 為 EGSM 900MHZ 和 DCS 1800MHZ。 SIM900A 工作電壓范圍 :,操作溫度范圍： 40176。 C to +85 176。 C， SM900A 采 用省電技術(shù)設(shè)計，在睡眠模式下最低耗流只有 1mA。 SIM900A 的 主要特征如下： （ 1）功能齊全：電話、短信， GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信等； （ 2）供電多樣性： 5V引腳和 VBTA 引腳可以分別用 USB配手機(jī)充電器供電和直接使用鋰電池供電； （ 3） 保護(hù)功能完善：具有電源反接保護(hù) 和 SIM 卡保護(hù)。 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 49 頁 LCD 顯示 器選擇 因?yàn)橐壕э@示屏需要的顯示的數(shù)字和文字比較多，所以此次設(shè)計的的 LCD液晶顯示屏需要有一定的長度和寬度，才能滿足對所有數(shù)據(jù)和文字的 清晰 顯示?；谏鲜鲆?，通過對各種 LCD 液晶顯示屏的對比和 分析，本電路設(shè)計的液晶接口電路采用的是 12864 液晶顯示屏 。 12864 顯示屏內(nèi)置液晶顯示模塊，可以顯示一些簡單的中文字庫的點(diǎn)陣圖形 。 12864 還具有背光功能，可以在夜間正常顯示所有數(shù)據(jù)。 12864 的最大特點(diǎn)是編程比較簡單，而且功耗很小。 系統(tǒng)總體軟件程序設(shè)計 家庭智能緊急 報警系統(tǒng)主要采用模塊化編程，分為主控模塊、傳感器檢測模塊、緊急呼救按鍵模塊、 GSM通訊模塊、供電模塊。利用 C語言對程序編寫。主程序流程圖如圖 49所示 ， 由流程圖可以看出，當(dāng)傳感器檢測到情況或者緊急呼救按鍵按下時，則表示家中有異常狀 況發(fā)生，蜂鳴器會發(fā)出警報，與此同時 GSM通訊模塊以短信的形式告知戶主中發(fā)生異常。 圖 49 主程序流程 圖 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 49 頁 煙霧傳感器程序設(shè)計 當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度過高或者一些氣體泄漏，煙霧傳感器就會將信息先通過 A/D轉(zhuǎn)換，然后傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時控制 GSM 通信模塊分別向三位住戶發(fā)送短信告知家中發(fā)生異常情況，用戶 就可以及時 做出相應(yīng)處理。煙霧傳感器檢測流程 圖 如圖 410 所示 。 圖 410 煙霧報警流程 圖 蜂鳴器 程序設(shè)計 蜂鳴器報警 的流程設(shè)計，所謂蜂鳴器報警就是單片機(jī)控制蜂鳴 器放音過程，達(dá)到報警功效 。當(dāng)家庭智能緊急呼救系統(tǒng)檢測到異常后會把信息反饋給單片機(jī) ，單片機(jī) 控制蜂鳴器發(fā)出 蜂鳴聲報警。 蜂鳴器工作程序流程 圖 如圖 411 所示 。 圖 411 蜂鳴器程序流程 圖 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 49 頁 人體紅外傳感器 程序 設(shè)計 人體紅外傳感器的作用就是防盜，當(dāng)有入侵者進(jìn)入到紅外傳感器的監(jiān)測范圍內(nèi)，紅外傳感器先經(jīng)過內(nèi)置設(shè)備將收集到的信號進(jìn)行放大，然后將信息傳送給單片機(jī) 。 單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出警報聲，同時 GSM通信模塊分別向三位住戶發(fā)短信告知有人入室盜竊。 人體紅外程序流程 圖 如下圖 412 所示： 圖 412 人體 紅外傳感器程序流程 圖 溫度傳感器 程序 設(shè)計 溫度傳感器主要是檢測家庭溫度是否過高，當(dāng)溫度傳感器檢測家庭溫度超50176。 C，首先會將信息傳送到單片機(jī)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報警聲，然后通過GSM 通信模塊分別向三位住戶發(fā)短信告知家中溫度情況異常，以便于住戶及時做出相應(yīng)的處理，保證人身和財產(chǎn)安全。測溫度傳感器程序流程 圖 如圖 413 所示 。 圖 413 溫度傳感器程序流程 圖 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 49 頁 緊急呼救按鍵程序設(shè)計 當(dāng)家中只有老人或者小孩獨(dú)子在家時，發(fā)生緊急情況且無法撥打電話求救時，只要按 下呼救按鍵，就會直接將信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時 GSM 模塊發(fā)出報警短信。緊急呼救程序流程圖如圖 414 所示。 圖 414 緊急呼救程序流程圖 LCD 液晶顯示 程序 設(shè)計 當(dāng)各個傳感器檢測在檢測或者緊急按鍵按下或者未按下時，都會在 LCD 液晶顯示器上實(shí)時顯示各個元器件的工作狀態(tài) 。 人們可以通過 LCD 液晶顯示器觀察元器件的各種數(shù)據(jù)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)和實(shí)際情況進(jìn)行對比，判斷各個器件工作是否正常。 LCD 液晶顯示程序流程 圖 如圖 415所示： 圖 415 LCD液晶顯示程序流程 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 共 49 頁 本章小結(jié) 本章主要介紹了各個傳感器模塊的硬件電路設(shè)計以及緊急呼救按鍵的設(shè)計，還對系統(tǒng)顯示模塊和 GSM 通信模塊的電路設(shè)計進(jìn)行了介紹，每個硬件的原理進(jìn)行詳細(xì)的介紹。還介紹了各個模塊的選擇和軟件設(shè)計，對系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計進(jìn)行介紹，然后詳細(xì)說明了各個元器件的軟件設(shè)計的功能以及工作特點(diǎn)，認(rèn)真繪制了每個元器件的程序流程圖。 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 共 49 頁 第 5 章 設(shè)計 調(diào)試及遇到 的 問題處理 設(shè)計的調(diào)試方案和安排 硬件 調(diào)試的方案一般有兩種，分別為邊焊接安裝邊調(diào)試和整體焊接安裝好后再 調(diào)試。而本次調(diào)試采用的方案是整個系統(tǒng)焊接好了之后一次性調(diào)試的方法。大致的調(diào)試安排如下： （ 1） 先通電前檢查，焊接完畢后一定不要著急接通電源，一定要認(rèn)真檢查接線有沒有多接或者少接以及短路等情況； （ 2） 通電觀察：在檢查線路正常后通電，然后注意觀察是否有沒有異常情況，如漏電，元器件燒壞等； （ 3） 單元電路調(diào)試：在觀察電路后確認(rèn)了電路沒有異常情況，就可以對單元電路分別進(jìn)行調(diào)試； （ 4） 聯(lián)機(jī)調(diào)整：每個電路單元調(diào)試過后，并不代表系統(tǒng)整體也能正常運(yùn)行，所以需要進(jìn)行整體電路調(diào)試。 調(diào)試過程說明 在調(diào)試過程中一定要認(rèn)真仔細(xì)，確保調(diào)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)行通電調(diào)試前檢查 。 焊接完畢后絕對不能著急接通電源，一定要認(rèn)真檢查接線有沒有多接或者少接以及短路等情況，認(rèn)真檢查各個傳感器模塊和 GSM 模塊以及其他電路接口是否正確，檢查情況如下圖 51 所示。 圖 51 系統(tǒng) 通電前檢查 圖 接下來進(jìn)行通電觀察，在 檢查線路正常后通電，然后注意觀察是否有沒有異常情況，如漏電，元器件燒壞等，觀察情況如圖 52所示。 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 共 49 頁 圖 52 系統(tǒng) 通電觀察 圖 通電觀察確認(rèn)電路沒有異常后，接下來就可以 分別對各個 電路單元進(jìn)行 功能調(diào)試 ,具體調(diào)試情 況如下： （ 1） 對人體紅外傳傳感器進(jìn)行調(diào)試， 當(dāng)把手放在人體紅外傳感器的前方 7米之內(nèi)， LCD 液晶顯示屏上會顯示有人，同時系統(tǒng)發(fā)出警報， 調(diào)試結(jié)果如圖 53所示。 53 人體紅外傳感器調(diào)試 圖 (2)對緊急呼救按鍵進(jìn)行調(diào)試， 當(dāng)緊急呼救按鍵按下， LCD 液晶顯示屏上會顯示呼救，同時系統(tǒng)發(fā)出警報， 調(diào)試情況如圖 54 所示。 圖 54 緊急呼救按鍵的調(diào)試 圖 西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 共 49 頁 (3)對煙霧傳感器進(jìn)行調(diào)試， 當(dāng)打火機(jī)對煙霧傳感器點(diǎn)火或者放氣時， LCD液晶顯示屏?xí)@示火災(zāi)，同時系統(tǒng)發(fā)出警報。 調(diào)試結(jié)果如圖 55 所示。 圖 55煙霧傳感器的調(diào)試 圖 (4)對溫度傳感器進(jìn)行調(diào)試， 用打火機(jī)對溫度傳感器點(diǎn)火，當(dāng)溫度上升至50176。 C以上，系統(tǒng)會發(fā)出警報， 調(diào)試結(jié)果如圖 56所示。 圖 56溫度傳感器的調(diào)試 圖 在調(diào)試的過程中， GSM 模塊正常發(fā)短信，蜂鳴器 也 正常發(fā)出報警聲，最后也對整個系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，結(jié)果跟設(shè)計預(yù)期結(jié)果一樣。雖然順利完成了調(diào)試，但是在調(diào)試過程中也出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)過認(rèn)真排查后，對硬件和軟件進(jìn)行了改善之后才得以最終完成調(diào)試。 調(diào)試遇到的問題和解決方法 在 初始 調(diào)試 緊急呼救按鍵 時，燒完程序 后 ， 按下緊急呼救按鍵蜂鳴 器并有沒有報警 。 因?yàn)橹暗膫鞲衅髂K調(diào)試時蜂鳴器都是能夠正常發(fā)出報警聲的，所以第一反應(yīng)是 緊急呼救按鍵 電路設(shè)計不太合適，所以對 緊急呼救按鍵 電路進(jìn)行測試排查，但是最后都沒查出哪出了問題。 為了確定問題出在硬件還是軟件上，于是西北民族大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 共 49 頁 用能夠正常發(fā)短信的 SIM 卡換下 SIM900A 里面的欠費(fèi)調(diào)試 SIM 卡。經(jīng)過系統(tǒng)初始化后再次按下緊急呼救按鍵，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器依舊沒有報警，但是發(fā)現(xiàn)短信能夠正常發(fā)送，可以判斷按鍵電路是正常的，問題肯定出在軟件。于是開始對程序進(jìn)行檢查，經(jīng)過幾次認(rèn)真檢查后，終于發(fā)現(xiàn)原因，原來是緊急呼救按鍵部分沒有給蜂鳴器賦 值（低電平）。加上蜂鳴器賦值語句后，再次燒錄程序，再次調(diào)試時按鍵緊急呼救按鍵，蜂鳴器終于發(fā)出了蜂鳴聲。 還有一次是 調(diào)試 GSM 通信 模塊時，因?yàn)樾枰?發(fā)出的短信盡可能快 被 住戶 看到，所以 設(shè)計 GSM 模塊 對三位用戶發(fā)出報警短信。一開始燒入程序， 在 GSM 模塊里 插入 可正常發(fā)短信的 SIM 卡， 但是 怎么測試都是 LCD 顯示 ，蜂鳴器也報警，可就是收不到 GSM 發(fā)出的短信 。雖然可以判斷硬件電路肯定沒有問題， 但是 一次又一次的對程序進(jìn)行檢查后還是沒有發(fā)現(xiàn)有任何問題。眼看 GSM 模塊 設(shè)計調(diào)試無法完成的時候，突然想起來以前在單片機(jī)貼吧里加了一個很 熱心的單片機(jī)愛好者，于是把出