【正文】 來(lái)越多，在我們生活的四周到處 潛伏著火災(zāi)隱患。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，值得提出的是，我國(guó)目前民居內(nèi)幾乎沒(méi)有防火設(shè)施及救火器材，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展。現(xiàn)在一般居民住宅的主要防盜措施僅限于防盜窗、防盜門(mén)，雖有一定的防盜作用，在災(zāi)害發(fā)生的情況下，使逃生更加困難。 家用防盜系統(tǒng)近幾年來(lái)在全球以及 在中國(guó)的快速發(fā)展是信息技術(shù)發(fā)展尋找更廣闊的市場(chǎng)結(jié)合點(diǎn)的必然結(jié)果，是 IT 產(chǎn)業(yè)向傳統(tǒng)住宅產(chǎn)業(yè)以及人們生活滲透的必然結(jié)果。發(fā)展家用防盜系統(tǒng)是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的必然選擇。目前歐美已有一些國(guó)家正在大力研究無(wú)線(xiàn)防盜探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，隨著時(shí)間的推移，這種產(chǎn)品在我國(guó)也會(huì)發(fā)展成為主流。同時(shí)人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入二十一世紀(jì)，傳統(tǒng)的防盜門(mén)窗越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們?nèi)粘７婪兜囊?，因此人們迫切需要一種智能型家庭安全防范報(bào)警系統(tǒng) [4]。作為住宅的一個(gè)組成部分，安全防范系統(tǒng)也必將向多功能、全方位、綜合性、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)代居住的格局，鄰里之間的來(lái)往越來(lái)越少，家庭生活隱密性、封閉性越來(lái)越強(qiáng)?？紤]設(shè)備成本與集中管理的需要，可將周界報(bào)警探測(cè)系統(tǒng)、住宅聯(lián)網(wǎng)報(bào)警系統(tǒng)加以集成和 第 3 頁(yè) 共 61 頁(yè) 綜合，構(gòu)成綜合防范體系。 火災(zāi)是可燃物在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害，是威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó) 70 年代火災(zāi)平均損失不到 ， 80年代火災(zāi)平均損失接近 億元。 嚴(yán)峻的事實(shí)證明，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)財(cái)富日益增加，火災(zāi)給人類(lèi)、社會(huì)和自然造成的危害范圍不斷擴(kuò)大，它不僅毀壞物質(zhì)財(cái)產(chǎn)，造成社會(huì)秩序的混亂，還直接威脅生命安全，給人們的心靈造成極大的傷害。 隨著電子產(chǎn)品在人類(lèi)生活中的使用越來(lái)越廣泛，由此引起的 火災(zāi)也越來(lái)越多，在我們生活的四周到處潛伏著火災(zāi)隱患。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)必將得到更快的發(fā)展 [5]。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)報(bào)警具有體積小、價(jià)格低、集成度高等突出優(yōu)點(diǎn) ,利用單片機(jī)來(lái)開(kāi)發(fā)防盜系統(tǒng)能使系統(tǒng)易于操作，且花費(fèi)較小，因而具有廣泛的應(yīng)用性 [6]。本系統(tǒng) 針對(duì)以上問(wèn)題通過(guò)使用手持設(shè)備，以無(wú)線(xiàn)的方式來(lái)完成各種操作。 本課題設(shè)計(jì)的家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案是以單片機(jī)為核心，它利用無(wú)線(xiàn)通信和自動(dòng)控制技術(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將家居內(nèi)的異常情況及時(shí)傳輸給用戶(hù)或保安人員。針對(duì)目前家庭防火防盜系統(tǒng)的現(xiàn)狀，在以下幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究： (1)傳感器 部分設(shè)計(jì)。 (2)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。主要包括無(wú)線(xiàn)通信模塊電路、火災(zāi)報(bào)警電路、非法入侵檢測(cè)電路、 門(mén)控電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、鍵盤(pán)輸入及 LED 顯示模塊等 。通過(guò)軟件程序的編寫(xiě)來(lái)指導(dǎo)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的功能。 (4)系統(tǒng)軟件可 靠性設(shè)計(jì)。在編寫(xiě)軟件程序時(shí)，避免中斷嵌套和在中斷中執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù) 綜上所述，根據(jù)我對(duì)題目的研究與分析本文的主要內(nèi)容安排如下： 第一章：緒論，主要闡述本課題研究的意義與背景以及本文主要內(nèi)容； 第二章：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，主要介紹所設(shè)計(jì)的防火、防盜系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，工作原理等相關(guān)內(nèi)容； 第三章：硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路； 第 5 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第四章：系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)，主要程序設(shè) 計(jì)； 第五章：系統(tǒng)調(diào)試及仿真，主要對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，無(wú)錯(cuò)誤后燒錄到單片機(jī)進(jìn)行硬件調(diào)試，對(duì)主要模塊進(jìn)行了 Protues 仿真。 本文對(duì)防火防盜兩個(gè)模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，本章給出了火災(zāi)監(jiān)控模塊和防盜系統(tǒng)模塊的 整體設(shè)計(jì)方案。火災(zāi)探測(cè)器通過(guò)對(duì)火災(zāi)發(fā)出的物理、化學(xué)現(xiàn)象（燃燒氣體）、煙（煙霧粒子）、熱（溫度）、光（火焰）的探測(cè)，將探測(cè)到的火情信號(hào)轉(zhuǎn)化成火警電信號(hào)傳遞給火災(zāi)報(bào)警控制器。整體電路設(shè)計(jì)框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)原理及組成框圖 火災(zāi) 報(bào)警系統(tǒng)類(lèi)型及火災(zāi)探測(cè)器選型 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)類(lèi)型 根據(jù)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中所使用的探測(cè)器種類(lèi)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)可以分為以下四種： (1)感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 由于火災(zāi)發(fā)生時(shí)燃燒物會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得周?chē)鷾囟妊杆僮兓?。根?jù)探測(cè)溫度參數(shù)的不同，一般可以將感溫型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)分為定溫式、溫差式等幾種。在火災(zāi)發(fā)生的初期，由于溫度比 較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。感煙型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要有激光感煙式、光電感煙式和離子感煙式等。感光型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是通過(guò)響應(yīng)火災(zāi)中產(chǎn)生的光特性，即擴(kuò)散火焰的光強(qiáng)度和閃爍頻率，來(lái)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)的。 (4)復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 如果報(bào)警系統(tǒng)同時(shí)對(duì)溫度、煙霧和光輻射中的兩種或兩種以上參數(shù)做出響應(yīng)，那么它就是復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 火災(zāi)探測(cè)器原理 火災(zāi)發(fā)生時(shí)，必然會(huì)伴隨著產(chǎn)生煙霧、高溫和火光，探測(cè)器對(duì)這些都很敏感。 火災(zāi)探測(cè)器主要分感煙、感溫、光輻射三大類(lèi)： (1)感煙探測(cè)器。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。還有一種叫光電感應(yīng)探測(cè)器，它有一個(gè)發(fā)光元件和一個(gè)光敏元 第 8 頁(yè) 共 61 頁(yè) 件，平常光源發(fā)出的光，通過(guò)透鏡射到光敏元件上，電路維持正常，如果有煙霧從中阻隔，到達(dá)光敏元件上的光就顯著減弱，于 是光敏元件就把光強(qiáng)的變化變成電的變化，通過(guò)放大電路向人們報(bào)警。近年來(lái)還出現(xiàn)了激光感煙探測(cè)器，它也是利用光電感應(yīng)原理，不同的是光源改用激光束。 (2)感溫探測(cè)器。正常的情況下，探測(cè)器的電路斷開(kāi)，當(dāng)溫度升到一定值時(shí)，由于金屬膨脹、延伸，導(dǎo)體接通，于是發(fā)出了信號(hào)。這兩種探測(cè)器都屬定溫型，即當(dāng)外界溫度超過(guò)某一限值時(shí)就會(huì)報(bào)警；還有一類(lèi)是差溫型，升溫的速度超過(guò)特定值時(shí)，便會(huì)感應(yīng)報(bào)警。 (3)光輻射探測(cè)器。物質(zhì)在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紅外光輻射使硫化鉛紅外光敏元件感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后，就能向人們報(bào)警。 火災(zāi)報(bào)警器是重要的安全設(shè)備，一切重要的場(chǎng)所，如大型物資倉(cāng)庫(kù)、隧道、大型船舶、高層建筑都應(yīng)該安裝。 防盜系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 本次家用防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種新型的電子安全報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以AT89C51 為核心，將傳感器檢測(cè)技術(shù)、智能控制和無(wú)線(xiàn)電技術(shù)相結(jié)合，從而形成一個(gè)防盜報(bào)警系統(tǒng)。 具體原理框圖如圖 。當(dāng)兩部分靠得近時(shí)，處于報(bào)警守候狀態(tài)，當(dāng)拉開(kāi)一定距離后，便觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。它們組合應(yīng)用起來(lái)就可構(gòu)成一個(gè)發(fā)射、 —接收的數(shù)字編譯碼系統(tǒng)。無(wú)線(xiàn)接收電路由超再生接收、放大、整形、譯碼電路組成，經(jīng)過(guò)一系列處理，可以產(chǎn)生直接驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路的電信號(hào)。 E2PROM存儲(chǔ)電路 門(mén)磁傳感器探測(cè) 編碼 解碼 信號(hào)接收 信號(hào)發(fā)射 AT89C51 單 片 機(jī) 的 控 制 信 號(hào) 產(chǎn) 生 鍵盤(pán)輸入及顯示 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) LED 指示燈 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警 第 10 頁(yè) 共 61 頁(yè) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主要器件選型 核心處理器單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一塊硅片上集成了微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (RAM、 ROM、 EPROM)和各種輸入、輸出接口 (定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、并行 I／ O、串行口、 A／ D 轉(zhuǎn)換器及脈沖調(diào)制器 PWM 等 )的微控制芯片。它一方面要接收來(lái)自傳感器送來(lái)的溫度、煙霧對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)和故障檢測(cè)信號(hào)，另一方面要對(duì)這兩種信號(hào)分別進(jìn)行處理，以控制后續(xù)電路進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作；與此同時(shí)查詢(xún)是否有鍵按下的請(qǐng)求。并且也要考慮選擇低 價(jià)實(shí)用的機(jī)型，并為研制同一系列低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備 [11]。 AT89S52 是一個(gè)低功耗、高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 含 8k Bytes(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)。 Flash存儲(chǔ)空間，支持最大 64K外部存儲(chǔ)擴(kuò)展。片內(nèi)資源有 4組 I/O控制端口、 3個(gè)定時(shí)器、 8個(gè)中斷、軟件設(shè)置低能耗模式、看門(mén)狗和斷電保護(hù)。不斷發(fā)展的半導(dǎo)體工藝也讓該單片機(jī)的功耗不斷降低。 AT89S52 引腳圖 所示。主要負(fù)責(zé)控制鍵盤(pán)，顯示，無(wú)線(xiàn)通信，電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及聲光報(bào)警模塊協(xié)調(diào)工作。 AT89C51是一種帶 4K字節(jié) FLASH存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)，由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器 [13]。 AT89S52是 AT89C51升級(jí)版，它們都是 8051的內(nèi)核， 52是 51的增強(qiáng)型， S52比 C51,定時(shí)器多一個(gè) T2， RAM 多 128B， ROM 多 4K，中斷多 2 個(gè)，多一個(gè)看門(mén)狗 ,在掉電、數(shù)據(jù)指針等方面還有一些改進(jìn)， S52 的最高外接晶振可以達(dá)到33MHz， C51 大概只有 24MHz。當(dāng)然 S51 也具備這一功能， C51 和 C52 都不具備 [14]。 氣體傳感器的選擇 氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境、靈敏度、響應(yīng)特性、線(xiàn)性范圍我選用 TGS202 氣體傳感器作為本火災(zāi)探測(cè)的氣體傳感器，火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2 和 CO， TGS202 氣 體傳感器能探測(cè) CO2 ， CO，甲烷，煤氣等多種氣體，它靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災(zāi)中氣體的探測(cè)。選擇適當(dāng)?shù)碾娮枳柚担沟卯?dāng)氣體濃度達(dá)到一定程度（如 CO 濃度達(dá)到 ﹪）時(shí)， VA 端獲得適當(dāng)?shù)碾妷海ㄔO(shè)為 3V）。 圖 TGS202 檢測(cè)電路 溫度傳感器的選擇 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器接線(xiàn)方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號(hào)多種多樣，有 LTM8877，LTM8874等等。封裝后的 DS18B20可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 DS18B20 采用一線(xiàn)通信接口。主要首先提供以下功能命令之一： （ 1）讀 ROM； （ 2） ROM 匹配； （ 3）搜索 ROM； （ 4）跳過(guò) ROM； （ 5）報(bào)警檢查。一個(gè)控制功能指揮指示 DS18B20 的演出測(cè)溫。溫度報(bào) 警觸發(fā)器 TH和 TL都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。在片上還載有配置字節(jié)以理想的解決溫度數(shù)字轉(zhuǎn)換。通過(guò)緩存器讀寄存器。 DS18B20 封裝如圖 所示： 圖 DS18B20 封裝圖 無(wú)線(xiàn)通信模塊芯片的選擇 本文選用 nrf24L01 作為門(mén)控系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)通信模塊， nrf24L01 是由 NORDIC 生產(chǎn)的工作在 — 的 ISM 頻段的單片無(wú)線(xiàn)收發(fā)器芯片。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò) SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。 極低的電流消耗：當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 0dBm 時(shí)電流消耗為 ，接收模式時(shí)為 ，掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。它能方便地采用三線(xiàn)串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價(jià)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)。 圖 TLC549 的引腳圖 鍵盤(pán)輸入模塊芯片選擇 本系統(tǒng)的門(mén)控密碼輸入部分采用 HD7279(A)加 64 個(gè)獨(dú)立按鍵構(gòu)成的鍵盤(pán)電路。 第 15 頁(yè) 共 61 頁(yè) HD7279 內(nèi)部含有譯碼器，可直接接受 16 進(jìn)制碼， HD7279A 還同時(shí)具有 2 種譯碼方式， HD7279(A)還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 第 16 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 輸出 5V的電壓 如上圖所示， 圖 是輸出為 5V 的電路原理圖。本系統(tǒng)使用的兩款單片機(jī)均需要 5V 供電，而且兩款單片機(jī)的外部晶振均可使用 無(wú)源晶振，引腳布局也是相同的，所以他們的最小系統(tǒng)是可以互相轉(zhuǎn)換的 [16]。如圖 是最小系統(tǒng)電路圖。 (2)控制引腳： PSEN 、 ALE、 EA ／ VP、 RESET。 P0 口（ ~ 共 8 條引腳，即 39~32 腳 )：是雙向 8 位三態(tài) I／ O 口。每一位都能作為可編程的通用 輸入／輸出線(xiàn)。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址。在單片機(jī)中，這 8 個(gè)引腳都有各自的第二功能。 表 31 P3 口的第二功能 引腳 第二功能 名稱(chēng) RXD 串行口接收數(shù)據(jù)輸入端 TXD 串行口發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端 INT0 外部中斷 0 輸入端 INT1 外部中斷 1 輸入端 T0 外部計(jì)數(shù) 0 脈沖輸入端 T1 外部計(jì)數(shù) 1 脈沖輸入端 WR 寫(xiě)外設(shè)控制信號(hào)輸出端 RD 讀外設(shè)控制信號(hào)輸出端 火災(zāi)探測(cè)器的設(shè)計(jì) 火災(zāi)是發(fā)生頻率比較高的災(zāi)難，無(wú)論是電氣設(shè)備、煤氣泄漏還是人為的原因都有可能引發(fā)火災(zāi)。 本文采用的 DS18B20 作為火災(zāi)的溫度監(jiān)控傳感器，它是單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)與單片機(jī)僅需一根數(shù)據(jù)線(xiàn)即可，圖 為 DS18B20 與單片機(jī)的連接圖， 2 端直接接單片機(jī)的管腳相連。 RS 是 英文 ―推