【正文】 效果。它是可以廣泛應(yīng)用于小區(qū)住宅、酒店、倉(cāng) 庫(kù)等領(lǐng)域的多功能安防報(bào)警系統(tǒng)。 3 2 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 方案選擇論證 家庭安防報(bào)警系統(tǒng)一般包含幾個(gè)部分，具體可分為： 紅外 入侵檢測(cè)報(bào)警，火災(zāi)報(bào)警，煤氣泄漏報(bào)警三大塊。 方案二：將多種傳感器結(jié) 合在一起，各自有自己的獨(dú)立 開關(guān)，可根據(jù)需要選擇接入的傳感器類型 。 通過比較，方案二能滿足我們 的 多樣化需求，更加人性化，更加簡(jiǎn)單有效，故本設(shè)計(jì)選擇方案二。硬件模塊劃分為數(shù)據(jù)采集 模塊 、 單片機(jī)控制模塊、聲光報(bào)警 模塊 、 LCD 顯示 模塊 、鍵盤（開關(guān)）控制模塊 。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。 它們之間的構(gòu)成框圖如圖 22 所示： 4 熱 釋 電 紅 外傳 感 器S T C 8 9 C 5 2單 片 機(jī)L C D 顯 示 模 塊鈴 音 報(bào) 警 電 路鍵 盤 （ 開 關(guān) ）溫 度 傳 感 器L E D 燈復(fù) 位 電 路時(shí) 鐘 電 路 圖 22 系統(tǒng)詳細(xì) 設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī)。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的 各種數(shù)據(jù)采集模塊將原始信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào) ，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出 TTL 電平至單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并 驅(qū) 動(dòng)聲光報(bào)警 電路 完成相應(yīng)動(dòng)作。 本 文設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的探測(cè)器主要包括 如下兩個(gè) ：紅外對(duì)射傳感 器、溫度傳感器 。該模塊包含兩個(gè)單元模塊，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器單元，另一個(gè)是溫度傳感器單元。 熱釋電紅外傳感器單元 熱釋電紅外線 (PIR)傳感器是 80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換 成電壓信號(hào)輸出 ， 將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大 、比較整形后輸送給單片機(jī)使其 驅(qū)動(dòng)各種控制電路。由探測(cè)元 件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。 傳感器頂端有 一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為 7—10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小。使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng) [5]。 其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖 26所示 , 在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 圖 26 熱釋電紅外傳感器原理圖 （ 2） 菲涅爾透鏡 ： 目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測(cè)半徑從不足 2m 提高到至少 8m 范圍。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè) 相應(yīng)的電信號(hào)。菲 涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀， 傳感器 加裝了菲涅爾透鏡后可以有效增加傳感器的檢測(cè)范圍 ，菲涅爾透鏡的實(shí)物圖如附圖 1 所示 。 菲涅爾透鏡的示意圖如下圖所示： 7 圖 27 菲涅爾透鏡示意圖 （ 3） 本設(shè)計(jì)采用 HCSR501 模塊，如附錄 一圖 13 所示。 HCSR501 人體感應(yīng)模塊電氣特性： ① 工作電壓范圍：直流電壓 ； ② 靜態(tài)電流： 50uA； ③ 電平輸出：高 ； ④ 觸發(fā)方式： L（不可重復(fù)觸發(fā)） /H（重復(fù)觸發(fā)）； ⑤ 感應(yīng)角度： 100 度錐角； ⑥ 工作溫度： 15—+70 攝氏度； ⑦ 觸發(fā)時(shí)間： 5200S(可調(diào) )可制作范圍零 點(diǎn)幾秒 — 幾十分鐘。 ② 兩種觸發(fā)方式（可跳線選擇）： a、不可重復(fù)觸發(fā)方式 ： 即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變成低電平； b、可重復(fù)觸發(fā)方式 ： 即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí) 間的起始點(diǎn) )。此功能可以實(shí)現(xiàn) “ 感應(yīng) ” 。它是美國(guó) DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，在其內(nèi)部使用了在板 （ ONB0ARD） 專利技術(shù)。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 （ 1） DS18B20 的特點(diǎn) ： DS18B20 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(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 ② GND 為電源地。 新型數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。 ② 獨(dú)特的單線接口方式， DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條接口線即可實(shí)現(xiàn) 9 微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 ④ 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)?！?。 ⑦ 在 9 位分辨率時(shí)最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時(shí)最多在 750ms內(nèi)把溫度值 轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 ⑨ 負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20 有寄生電源供電方式和外部電源供電方式，本設(shè)計(jì)采用外部電源供電方式。在外部 供電的方式下， DS18B20 的 GND引腳不能懸空，否則不能轉(zhuǎn)換溫度，讀取的溫度總是 85℃ [4]。 DS18B20 只有三個(gè)引腳，一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數(shù)字輸入輸出引腳接單片機(jī)的 I/O 口，電源與數(shù)字輸入輸出腳間需要接一個(gè) 的電阻。例如當(dāng)溫度高于 50 度時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，提示用戶進(jìn)行處理。在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)做數(shù)字濾波，再進(jìn)行線性化處理，然后送 LCD顯示，這一過程的軟件實(shí)現(xiàn)，需要單片機(jī) 有較快的運(yùn)算速度。 如今市面上單片機(jī)的種類很多，許多廠家都有自己的單片機(jī)系列產(chǎn)品。該應(yīng)用還應(yīng)該考慮單片機(jī)的功耗。 STC89C52 單片機(jī)主要性能及結(jié)構(gòu) STC89C52 單片機(jī)完全兼容 MCS51 系列單片機(jī)的所有功能， 并且本身帶有 2K 的內(nèi)存儲(chǔ)器，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上， 它 比人們常 用的 8031CPU 外加 EPROM 為核心的單片機(jī)系統(tǒng)在硬件上具有更加簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，具體如下： STC89C52 單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品， 具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，是 采用CHMOS 工藝的 8 位單片機(jī)。在 STC89C52 內(nèi)部有 FLASH 程序存儲(chǔ)器，不僅能 用常規(guī)的編程器編程，也可 在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。它為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了靈活、低成本 、低功耗 的解決方案 [6]。 ② 封裝： PDIP40（見圖 210） 。 ④ 三個(gè)程序存儲(chǔ)器保密位 。 ⑥ 用戶應(yīng)用程序空間 32K 字節(jié) 。 ⑧ 全靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率范圍為 0～ 24MHz、 33MHz。 ⑩ 3 個(gè)可工作于 4 種模式的 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 。 ? 工作電壓： （ 5V 單片機(jī)） /（ 3V 單片機(jī)） 。 ? 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119V S S20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E30EA31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U2S T C 89 C 54 R D + + 圖 210 STC89C52 引腳圖 （ 2） 管腳說 明： VCC： 供電電壓。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個(gè) TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 TTL門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為 12 輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存 器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器讀取指令期間，每個(gè)機(jī)器 周期兩次 PSEN 有效。 EA/VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源 13 （ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 （ 4） 芯片擦除： 整個(gè) EPROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管 腳處于低電平 10ms 來完成。 （ 5） 編程算法： ① 地址線上輸入 需要 編程的存儲(chǔ)單元地址 。 ③ 加正確的控制信號(hào)組合 。 ⑤ 在 ALE 引腳上加一次負(fù)脈沖，可對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)或保密位進(jìn)行編程 。改變編程的存儲(chǔ)單元地址和編程數(shù)據(jù) 只需 重復(fù)步驟 ① ～ ⑤ ，直到編程文件 的 最后。在閑置模式下，CPU 停止工作，但定時(shí)器、 RAM、串口 、 計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)仍在工作。 時(shí)鐘電路 單元 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHz，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。 14 22pFC2C a p22pFC3C a p12Y1X T A LX T A L 2X T A L 1 圖 211 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路 單元 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單