【文章內(nèi)容簡介】 ，基極接單片機，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。 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 共 49 頁 圖 48 蜂鳴器電路圖 元器件選擇 單片機選擇 選擇一個適合的單片機，是保證系統(tǒng)能夠正常工作的前提。由于本設計的實現(xiàn)功能較多，所以程序編寫也相對復雜，生成的需要燒入單片機 .hex 文件內(nèi)存大小 為 25k。一般的單片機大多數(shù)都是 8k 內(nèi)存，根本不能滿足要求，所以本設計選擇的單片機最基本要求是內(nèi)存至少要在 25k上。 本次設計對于單片機的選擇，首先要確保報警的準確可靠和抗干擾性得到保障，而且要求要不增加設計的成本而且又能保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠工作。STC12C5A32S2 單片機功能特點以及指令完全兼容傳統(tǒng)的單片機，具備傳統(tǒng)單片機的各種功能，而且比傳統(tǒng)的 8051 系單片機運行速度要快 10 倍左右 [16]。 最重要的是其內(nèi)存高達 32K，符合本設計的程序內(nèi)存要求 。 通過對各種能夠?qū)崿F(xiàn)本設計功能的單片機的對比，經(jīng)過綜合分析 決定，決定使用 STC12C5A32S2 單片機做為本設計的微控制器。 人體紅外熱釋傳感器選擇 本設計系統(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)過延時關閉高電輸出西北民族大學本科生畢業(yè)設計 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 本設計選用的傳感器為 MQ2 煙霧傳感器。此類傳感器是眾多半導體煙霧傳感器的其中一種，有很多優(yōu)點，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接收。當室內(nèi)煙霧和一些可燃氣體 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，發(fā)出警報。 MQ2 煙霧傳感器在測量前需要先預熱幾分鐘，這樣做可以減少誤報。 溫度傳感器選擇 本設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)點后一位。 其讀出的數(shù)值寬度可達到 9 位，能夠測量的最低溫度為 55176。 C,最高溫度為 120176。 C[20]。 DS18B20 的結構特別的簡單小巧，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，比如測量溫度范圍很廣，測量反應速度很快，購買成本低等。 DS18B20 還可以設置溫度上限，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 本設計的 GSM 通信模塊的型號為 SIM900A。 其采用工業(yè)標準接口，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 用省電技術設計，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配手機充電器供電和直接使用鋰電池供電； （ 3） 保護功能完善：具有電源反接保護 和 SIM 卡保護。 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 12 頁 共 49 頁 LCD 顯示 器選擇 因為液晶顯示屏需要的顯示的數(shù)字和文字比較多，所以此次設計的的 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。基于上述要求，通過對各種 LCD 液晶顯示屏的對比和 分析，本電路設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 的最大特點是編程比較簡單，而且功耗很小。 系統(tǒng)總體軟件程序設計 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 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 13 頁 共 49 頁 煙霧傳感器程序設計 當室內(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，單片機控制蜂鳴器發(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 程序設計 蜂鳴器報警 的流程設計，所謂蜂鳴器報警就是單片機控制蜂鳴 器放音過程，達到報警功效 。當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 ，單片機 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 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 14 頁 共 49 頁 人體紅外傳感器 程序 設計 人體紅外傳感器的作用就是防盜，當有入侵者進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)置設備將收集到的信號進行放大，然后將信息傳送給單片機 。 單片機控制蜂鳴器發(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 設計 溫度傳感器主要是檢測家庭溫度是否過高，當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，單片機控制蜂鳴器發(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 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 15 頁 共 49 頁 緊急呼救按鍵程序設計 當家中只有老人或者小孩獨子在家時，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，單片機控制蜂鳴器發(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 設計 當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)和實際情況進行對比，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 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 16 頁 共 49 頁 本章小結 本章主要介紹了各個傳感器模塊的硬件電路設計以及緊急呼救按鍵的設計，還對系統(tǒng)顯示模塊和 GSM 通信模塊的電路設計進行了介紹，每個硬件的原理進行詳細的介紹。還介紹了各個模塊的選擇和軟件設計，對系統(tǒng)的總體軟件設計進行介紹，然后詳細說明了各個元器件的軟件設計的功能以及工作特點，認真繪制了每個元器件的程序流程圖。 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 17 頁 共 49 頁 第 5 章 設計 調(diào)試及遇到 的 問題處理 設計的調(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：在觀察電路后確認了電路沒有異常情況，就可以對單元電路分別進行調(diào)試； （ 4） 聯(lián)機調(diào)整：每個電路單元調(diào)試過后，并不代表系統(tǒng)整體也能正常運行，所以需要進行整體電路調(diào)試。 調(diào)試過程說明 在調(diào)試過程中一定要認真仔細，確保調(diào)試結果的準確性，進行通電調(diào)試前檢查 。 焊接完畢后絕對不能著急接通電源，一定要認真檢查接線有沒有多接或者少接以及短路等情況，認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。 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 18 頁 共 49 頁 圖 52 系統(tǒng) 通電觀察 圖 通電觀察確認電路沒有異常后，接下來就可以 分別對各個 電路單元進行 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行調(diào)試， 當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)對緊急呼救按鍵進行調(diào)試， 當緊急呼救按鍵按下， 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 西北民族大學本科生畢業(yè)設計 第 19 頁 共 49 頁 (3)對煙霧傳感器進行調(diào)試， 當打火機對煙霧傳感器點火或者放氣時， LCD液晶顯示屏會顯示火災，同時系統(tǒng)發(fā)出警報。 調(diào)試結果如圖 55 所示。 圖 55煙霧傳感器的調(diào)試 圖 (4)對溫度傳感器進行調(diào)試， 用打火機對溫度傳感器點火，當溫度上升至50176。 C以上，系統(tǒng)會發(fā)出警報， 調(diào)試結果如圖 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)機調(diào)試，結果跟設計預期結果一樣。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)過認真排查后，對硬件和軟件進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 。 因為之前的傳感器模塊調(diào)試時蜂鳴器都是能夠正常發(fā)出報警聲的，所以第一反應是 緊急呼救按鍵 電路設計不太合適，所以對 緊急呼救按鍵 電路進行測試排查，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，于是西北民族大學本科生畢業(yè)設計 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。于是開始對程序進行檢查，經(jīng)過幾次認真檢查后，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，因為需要 發(fā)出的短信盡可能快 被 住戶 看到，所以 設計 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行檢查后還是沒有發(fā)現(xiàn)有任何問題。眼看 GSM 模塊 設計調(diào)試無法完成的時候，突然想起來以前在單片機貼吧里加了一個很 熱心的單片機愛好者，于是把出