【正文】 設計 火災是影響家居安全的一個重要因素，本系統(tǒng)中選用相應的傳感器來檢測火災的險情，探測器的性能對家庭住宅火情的準確探知極為重要。本系統(tǒng)火情探測采用溫度傳感器。通過溫度傳感器對室溫的采集把數據反饋給CPU當溫度超過用戶設定的基準值后會通過，系統(tǒng)會認定家內著火，并把消息通過GSM模塊遠程實時反饋給用戶，讓用戶可以即使處理。 溫度傳感器的選型本設計選用的溫度傳感器為美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20溫度傳感器，它是該公司繼DS1820之后推出的一種改進型智能溫度傳感器，溫度測量范圍在55℃125℃內，電源電壓3V5V，在10℃85℃區(qū)間測量精度為0. 5℃，GND為電源地線，VDD為外界供電電源輸入端(采用寄生電源接線方式時接地)，DQ為數字輸入/輸出端。與傳統(tǒng)的熱敏溫度傳感器相比，DS18B20能夠直接讀出被測溫度并且可根據實際要求可以通過簡單的變化，實現912位的數字量讀數方式。，并目從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線，溫度變換功率來源十數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，無需額外電源。DS18B20溫度傳感器內部含有一個64位的ROM單元和9字節(jié)的暫存器單元，64位ROM包含了唯一的序列號，使得每個溫度傳感器都有唯一的被標示或者選中，可以在一根總線上連接多個溫度傳感器，實際應用中可以由軟件設置來選中不同的傳感器，輕松實現多點溫度監(jiān)測的目的。數字溫度傳感器DS18B20具有以下特點： ，并且可根據實際要求通過編程實現912位的數字值讀數方式； ； (單線接口)； ； ，由數據總線向其供電； ，可靠性更高。 溫度檢測模塊的原理和電路設計DS18B20的溫度檢測與數字數據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，即溫度檢測和數據處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內部存儲器資源。圖36 DS18B20的內部結構圖DS18B20共有兩種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是：ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。RAM 數據暫存器，用于內部計算和數據存取，數據在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第2個字節(jié)是溫度轉換后的數據值信息，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)為計數寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內部溫度轉換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數據，上下限溫度報警值和校驗數據，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作。圖37 溫度傳感器的接線方式圖 溫度信號的提取DS18B20溫度傳感器的核心功能是能夠迅速的將溫度值直接轉換成對應的9, 10, 11或者12位的二進制數字信號，℃, ℃, ℃℃。用戶可以通過改變其內部的設定工作狀態(tài)的寄存器的初值來實現不同位的二進制轉換，默認情況下是將溫度值轉換成對應的12位二進制值。 溫度傳感器在開始測量溫度時，首先由軟件向其設定工作狀態(tài)的寄存器中寫入控制命令44h，使溫度傳感器開始監(jiān)測溫度并進行A/D轉換，溫度傳感器在收到該命令時，會立即返回一個值，當返回值是0時，表示溫度轉換還沒有結束，當返回值是1時，表明溫度值轉換已經結束。然后將轉換好的二進制數據存儲到2個字節(jié)的溫度寄存器中。符號位(S)標識溫度的正負性，當S=0表示正值，相反S=1時表示負值。符號位的確定是通過比較溫度寄存器中Bit4Bit11位的溫度值與TH和TL寄存器中的值來確定的，當溫度值大十等十TH或者小十等十TL值時，S的值為1，否則為0。溫度寄存器的低四位表示溫度傳感器的精度，當工作方式設定為12位的精度時，低四位數據都有效，即BitOBit3都有效，這個時候增益為1/16= 0C，當精度為11位時BitO無效，相應增益為1/8= 0C，類似的當精度為9位時，BitOBit2無效，對應的增益為1 /2=℃。最后當完成數據轉換、保存和輸出之后DS18B20又重新回到它之前的空閑狀態(tài)。 CO氣體傳感器CO氣體傳感器用于檢測室內的煤氣是否泄漏，通過對室內C0氣體濃度的檢測，實時采集數據返回給CPU，CPU判斷其值是否超過用戶規(guī)定的安全值，如果超過安全值，通過GSM模塊給用戶發(fā)送短信，第一時間向用戶回報室內的情況，以便于用戶及時采取相應的措施，避免人員傷亡和損失。 CO氣體傳感器的選型MQ7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫（）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ7氣體傳感器對一氧化碳的靈敏度高，這種傳感器可檢測多種含一氧化碳的氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。MQ7氣體傳感器有以下優(yōu)點對一氧化碳氣體有良好的靈敏度長壽命、低成本簡單的驅動電路。 MQ7氣體傳感器可用在，家庭用氣體泄漏報警器，工業(yè)用一氧化碳氣體報警器，便攜式氣體檢測器。MQ7氣敏元件的內部構造，由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，為了改善傳感器的選擇性，傳感器氣室用活性炭過濾層與外界隔開。加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。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。 CO氣體傳感器的電路設計一氧化碳氣體探測器采用MQ7氣體傳感器，該傳感器對一氧化碳有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，適用于家庭和環(huán)境的一氧化碳探測。由微型AL203陶瓷管、Sn02敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。填充活性炭的過濾腔體，進一步減弱了氮氧化物、烷類等氣體的干擾。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。其工作原理是傳感器的表面電阻Rs，通過與其串聯的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出獲得的。圖38 MQ7氣體傳感器內部結構和接線方式 控制模塊電器開關采用單片機連接繼電器然后可以用GSM短消息控制家用電器多路控制開關輸出，以實現系統(tǒng)輸出與家用電器電源控制的物理隔絕，實現弱電信號對高電壓。大電流及高功率的電氣設備的控制。 中間繼電器原理　　線圈通電，動鐵芯在電磁力作用下動作吸合，帶動動觸點動作，使常閉觸點分開，常開觸點閉合；線圈斷電，動鐵芯在彈簧的作用下帶動動觸點復位，繼電器的工作原理是當某一輸入量(如電壓、電流、溫度、速度、壓力等)達到預定數值時，使它動作，以改變控制電路的工作狀態(tài)，從而實現既定的控制或保護的目的。在此過程中，繼電器主要起了傳遞信號的作用 。 中間繼電器的作用 一般的電路常分成主電路和控制電路兩部分，繼電器主要用于控制電路，接觸器主要用于主電路；通過繼電器可實現用一路控制信號控制另一路或幾路信號的功能，完成啟動、停止、聯動等控制，主要控制對象是接觸器，接觸器的觸頭比較大，承載能力強，通過它來實現弱電到強電的控制，控制對象是電器。中間繼電器的觸點具有一定的帶負荷能力，當負載容量比較小時，可以用來替代小型接觸器使用，比如電動卷閘門和一些小家電的控制。這樣的優(yōu)點是不僅可以起到控制的目的，而且可以節(jié)省空間，使電器的控制部分做得比較精致。2．增加接點數量這是中間繼電器最常見的用法，例如，在電路控制系統(tǒng)中一個接觸器的接點需要控制多個接觸器或其他元件時而是在線路中增加一個中間繼電器。3．增加接點容量我們知道，中間繼電器的接點容量雖然不是很大，但也具有一定的帶負載能力，同時其驅動所需要的電流又很小，因此可以用中間繼電器來擴大接點容量。比如一般不能直接用感應開關、三極管的輸出去控制負載比較大的電器元件。而是在控制線路中使用中間繼電器，通過中間繼電器來控制其他負載，達到擴大控制容量的目的。4．轉換接點類型在工業(yè)控制線路中，常常會出現這樣的情況，控制要求需要使用接觸器的常閉接點才能達到控制目的，但是接觸器本身所帶的常閉接點已經用完，無法完成控制任務。這時可以將一個中間繼電器與原來的接觸器線圈并聯，用中間繼電器的常閉接點去控制相應的元件，轉換一下接點類型，達到所需要的控制目的。5．用作開關在一些控制線路中，一些電器元件的通斷常常使用中間繼電器，用其接點的開閉來控制，例如彩電或顯示器中常見的自動消磁電路，三極管控制中間繼電器的通斷，從而達到控制消磁線圈通斷的作用。6．轉換電壓7．消除電路中的干擾 繼電器的接線方式電磁繼電器由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。繼電器之前可接上一個光耦元件，當系統(tǒng)給電時，內部的二極管發(fā)光，然后光耦片被光照閉合，這樣可以防止其他元件的上電，讓繼電器誤識別為電路通電，而閉合，大大增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可有效的抵抗電磁干擾。圖39 繼電器的電路設計 電源模塊的設計 電源模塊的設計要求由于設計常用電源為12V電源，同時也可用220V交流電直接使用，由于單片機需要5V的供電，所以需要通過兩鐘穩(wěn)壓芯片進行電壓的變換，電源模塊就是由這兩個穩(wěn)壓芯片組成的簡單電路，實現對整個系統(tǒng)的供電，保證系統(tǒng)的正常運行。本設計采用LM7805穩(wěn)壓芯片用來使220或者12V轉換成5V的直流電。LM78XX系列是三端正電源穩(wěn)壓電路，應用非常的廣泛。每種類型由于內部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片。雖然是按照固定電壓值來設計的，但是當接入適當的外部器件后，就能獲得各種不同的電壓和電流。其特點是：（1）（2）熱過載保護（3）短路保護（4）輸出晶體管安全工作區(qū)保護以220V交流電為例，如圖所示，220V交流電接入之后先用變壓器降壓，然后用整流器整流，再把10V電源接到LM7805的電源輸入端，通過轉換即可輸出5V直流電。如果接入的是12V電源，可以改變電容的大小直接接在LM7805的輸入端。圖310 電源模塊的整體設計圖 液晶顯示電路 液晶顯示器原理液晶是分子排布或指向具有某種規(guī)律、介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。它具有液體的流動性和晶體的雙折射性，并且在電場的作用下會改變其分子排列。液晶的特點是構成液晶的分子指向有規(guī)律，而分子之間的相對位置無規(guī)律，前者使液晶具有晶體才具有的各向異性，后者使之具有液體才具有的流動性。液晶得名于其物理特性：它的分子晶體，以液態(tài)存在而非固態(tài)。如果電流通過液晶層，這些分子將會以電流的流向方向進行排列，如果沒有電流，它們將會彼此平行排列。液晶的這些特點使得它可以被用來當作一種開關，既可以阻礙光線，也可以允許光線通過。液晶單元的底層是由細小的脊構成的，這些脊的作用是讓液晶分子呈平行排列。液晶的上表面也是如此，在這兩側之間的分子平行排列，不過當上下兩個表面之間呈一定的角度時，液晶則隨著兩個不同方向的表面進行排列，進而發(fā)生扭曲。結果便是這個扭曲了的液晶“螺旋層”使經過其中的光線也發(fā)生了扭曲。如果電流通過液晶，所有的分子將會按照電流的方向進行排列，這樣就會消除光線的扭轉。如果將一個偏振濾光器放置在液晶層的上表面，扭轉的光線通過了，而沒有發(fā)生扭轉的光線將被阻礙。因此可以通過電流的通斷改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷從電子學角度闡述液晶顯示器件的顯示原理為：在外加電場的作用下具有偶極矩的液晶棒狀分子在排列狀態(tài)上發(fā)生變化，使得通過液晶顯示器件的光被調制，從而呈現或明或暗、透過與不透過的顯示效果。液晶顯示器件中的每個顯示像素都可以單獨被電場控制，不同的顯示像素按照驅動信號的控制在顯示屏上合成各種圖像，液晶顯示驅動的功能就是建立這種電場。LCD有以下顯著特點：（1）低壓微功耗：工作電壓只有3～5V，工作電流只有幾個微安。因此它成為便攜式和手持儀器儀表的顯示屏幕。（2）平板型結構：LCD內由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產，安裝時占用體積小，減小了設備的體積。（3）被動顯示：液晶本身不發(fā)光，而是靠調制外界光進行顯示。因此適合人的視覺習慣，不會使人的眼睛疲勞。（4）顯示信息量大：LCD的像素可以做得很小，相同面積上可容納更多信息。（5）沒有電磁輻射：在其現實期間不會產生電磁輻射，對環(huán)境無污染，有利于人體健康。（6）壽命長：LCD器件本身無老化問題，壽命極長。 LCD顯示屏的電路設計圖311 LCD顯示屏的硬件電路圖實際電路不同，對應的軟件編寫也會有所不同。本電路采用了直接訪問方式，利用數據總線與控制信號直接采用I/O設備訪問形式控制T6963C類液晶顯示模塊。此方法占用較少硬件資源，速度快，代碼短，性能穩(wěn)定可靠。AT89C52數據口P0口直接與液晶顯示