【正文】 第 19 頁 共 61 頁 薦標(biāo)準(zhǔn) ‖的縮寫， 232為標(biāo)識號， C 表示修改次數(shù)。其電路原理圖如下： 圖 MAX232 串口電路 A/D 模塊設(shè)計(jì) 經(jīng)氣敏傳感器所檢測的電壓信號為模擬信號，無法直接被單片機(jī)所識別，所以在經(jīng)過放大電路后對信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)。將 TGS202 獲取到的模擬信號經(jīng)過前級放大電路和后續(xù)的二階低通濾波器整理后輸出為 A/D 的輸入信號。 第 20 頁 共 61 頁 圖 A/D 模塊電路圖 無線通信模塊 本系統(tǒng)采用 nrf24l01 作為無線通信控制模塊，可使用手持的微型無線電遙控器，可以使報警裝置進(jìn)入布防狀態(tài)或撤防狀態(tài)。圖中 J2 為連接天線的管腳。 L297+L298 集成塊是專為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動而設(shè)計(jì)。 L298 內(nèi)含的功率輸出器件設(shè)計(jì)制作在一塊石英基片上，由于制作工藝的同一性，因而具有分立元件組合電路不可比擬的性能參數(shù)一致性，工作穩(wěn)定。電動機(jī)可由半階梯、 正常和斬波驅(qū)動模式驅(qū)動，同時設(shè)于晶片內(nèi)的ＰＷＭ斬波線路容許以開關(guān)形式控制線路的電流。相位是由內(nèi)部產(chǎn)生的，因此可減輕微處理機(jī)和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。它們所組成的微處理器至雙橋式步進(jìn)電動機(jī)的接口如圖 3 所示。并且通過軟件開發(fā)，可以簡化 和減輕微型計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)。 圖 電機(jī)控制電路 L298 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，其設(shè)計(jì)是為接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的，例如繼電器、圓筒形線圈、直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)。每橋的三級管的射極是連接在一起的，相應(yīng)外接線端可用來連接外設(shè)傳感電阻。 L298 芯片是具有 15 個引出腳的雙列直插式封裝的集成芯片。鍵盤是利用機(jī)械金屬點(diǎn)的結(jié)合和斷開來實(shí)現(xiàn)信息的輸入。微處理器所采用的鍵盤有兩種，一種是 第 22 頁 共 61 頁 全編碼鍵盤；另一種是非編碼鍵盤。非編碼鍵盤只簡單的提供行和列的矩陣，其它工作都靠軟件來完成，由于其經(jīng) 濟(jì)實(shí)用，目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中多采用這種辦法 [18]。 EEPROM 模塊 EEPROM（電可擦寫可編程 只讀存儲器 ）是用戶可更改的只讀存儲器（ ROM），其可通過高于普通電壓的作用 來擦除和重編程（重寫）。在一個 EEPROM中，當(dāng) 計(jì)算機(jī) 在使用的時候可頻繁地反復(fù)編程，因此 EEPROM 的壽命是一個很重要的設(shè)計(jì)考慮參數(shù)。 EEPROM 在本系統(tǒng)用主要用來存儲用戶的密碼，配合鍵盤來實(shí)現(xiàn)對門鎖的監(jiān)控，電路圖如圖 。 圖 EEPROM 電路 第 23 頁 共 61 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 上一章介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，當(dāng)完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，接下來就是要在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上編寫程序。 在實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)控與防盜監(jiān)控的基本功能的過程有所不同，在本章我將在本章逐一介紹。鑒于整個系統(tǒng)的硬件資源的有限以及實(shí)際應(yīng)用的情況，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分并沒有嵌入任何操作系統(tǒng)，通過中斷系統(tǒng)來調(diào)度各個任務(wù)。預(yù)熱同時，對傳感器加熱絲故障檢測，采用軟件方式檢測傳感器加熱絲或電纜線是否斷線或者接觸不良。 AT89S52 單片機(jī)對傳感器檢測到的煙霧濃度和溫度信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，將采集到的信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換、平均值法濾波、線性化一系列處理，將檢測值與報警限設(shè)定值相比較，并作出判斷是否報警，同時將檢測到的溫度、濃度信號送入顯示器顯示通道，通過 LED 將相關(guān)的溫度、濃度顯示。這樣使報警器功能更加完善，給用戶帶來便利。這部分實(shí)現(xiàn)的功能包括各種 I/O 輸入輸出狀態(tài)的設(shè)定、寄存器初始化、中斷使能等。然后關(guān)閉蜂鳴器，開啟綠燈，設(shè)置報Y 開始 初始化 傳感器預(yù)熱、故障檢測 鍵盤處理 報警限設(shè)置 報警子程序 平均值法濾波 線性化處理 設(shè)置指示燈狀態(tài) Y N 是否按下模式切換 A/D 轉(zhuǎn)換 N 是否超過報警限 濃度顯示 第 25 頁 共 61 頁 警限初值。如果采用一般的平均值法，則干擾信號將被 ―平均 ‖到計(jì)算結(jié)果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾 而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小型的隨機(jī)干擾，以保證報警器檢測煙霧濃度的準(zhǔn)確性，減小誤報、錯報的可能。 Y N 開始 定時器初始化 開 中 斷 關(guān)閉蜂鳴器，打開綠燈 設(shè)定初值 是否保持報警初值 返回 第 26 頁 共 61 頁 圖 濾波子程序流程圖 （ 3）線性化子程序 本論文報警器使用的 TGS202 型傳感器的電阻是隨著可燃?xì)怏w濃度值的升高而降低的，因此輸入單片機(jī)的電壓也是隨之降低的。在誤差許可范圍內(nèi)，根據(jù)標(biāo)定曲線形狀，以及單片機(jī)處理能力，把曲線分成若干小段，對每小段分別線性化根據(jù)分段線性插值法求輸入單片機(jī)的某一電壓值對應(yīng)的煙霧濃度的 公式如下： () 式中， N 為所分區(qū)間個數(shù)， f(x)為實(shí)際煙霧檢測濃度， x為實(shí)際氣體檢測濃度對應(yīng)的電壓值， xi 是區(qū)間的下限濃度對應(yīng)電壓值， xi+1 是區(qū)間的上限濃度對應(yīng)電壓值， f(xi)為Y N 調(diào)用 A/D 采樣 將采樣值排序 求第二個到第九個采樣值的累加和 將累加和求平均值 送入寄存器 開 始 設(shè)定采樣次數(shù) 已達(dá)到設(shè)定次數(shù)到設(shè)定次數(shù) 第 27 頁 共 61 頁 區(qū)間下限煙霧濃度值， f(xi+1)為區(qū)間上限煙霧濃度值。 為防止誤報，在程序設(shè)計(jì)上，對煙霧濃度和溫度進(jìn)行快速重復(fù)檢測和延時報警，以區(qū)別出時管道中煙霧的泄露，還是由于暫時打開閥門產(chǎn)生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。 圖 報警子程序流程圖 防盜監(jiān)控模塊主要程序 N Y N Y Y N N Y 開始 讀取處理后的氣體濃度值或溫度值 煙霧濃度≥ ％ 或溫度≥ 100℃ 煙霧濃度≥ ％ 或溫度≥ 100℃ 延遲 20 秒后采集一組數(shù) 傳感器故障自診斷 啟動火災(zāi)報警器 啟動 故障 報警 傳感器有問題 復(fù)位鍵是否按下 返 回 第 29 頁 共 61 頁 防盜門控主程序 主程序首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)內(nèi)部寄存器，外部管腳設(shè)置，以及所接的傳感器的配置。其中的詳細(xì)模塊設(shè)計(jì)如 下文所示： 圖 門控主程序流程圖 門控模塊子程序 （ 1）數(shù)字按鍵處理子程序 數(shù)字按鍵處理子程序是來進(jìn)行修改或輸入密碼的，分為兩個大部分，一個是輸入密碼，一個是修改密碼。 圖 數(shù)字鍵處理子程序流程圖 （ 2）確認(rèn)鍵處理子程序 輸入或修改密碼時進(jìn)行確認(rèn)操作，程序流程圖如 。 Y N 數(shù)字鍵處理子程序 輸 入 密 碼否？ 修 改 密 碼否？ 輸入 4~6 位密碼并保存密碼及密碼位數(shù) 返回 輸入 4~6 位密碼并保 存密碼及密碼位數(shù) Y N Y N 確認(rèn)鍵處理子程序 輸入密碼否？ 修改密碼否？ 清 改 密 標(biāo) 志 返回 調(diào)用密碼比較子程序并清除輸入標(biāo)志 Y N 第 31 頁 共 61 頁 圖 確認(rèn)鍵處理子程序流程圖 （ 3）密碼判斷子程序 輸入密碼并按下確認(rèn)鍵后，啟動密碼判斷子程序，將從鍵盤獲取到的數(shù)字串與EEPROM 中存的密碼進(jìn)行比較，并返回是否成功的呃標(biāo)志。 圖 密碼判斷子程序流程圖 （ 4）密碼修改子程序 密碼判斷程序入口 輸入位數(shù) [51H]=密碼位數(shù) [50H]？ 原始密碼指針 R0、輸入密碼指針R比較次數(shù) R7 初始化 輸入值 R1=密碼R0？ R71=0? 開鎖，點(diǎn)亮指示燈，置鎖狀態(tài)標(biāo)志位 02H 返回 錯誤次數(shù) 53H加 1，置鎖狀態(tài) 02H 為 0 錯誤次數(shù)大于 3 否？ 報警，顯示出錯，延時 5分鐘后使系統(tǒng)復(fù)位 Y Y Y N N N N Y 修改指針 第 32 頁 共 61 頁 進(jìn)行密碼修改任務(wù)，首先判斷們是否打開，即之前密碼是否正確，然后獲取新的密碼，確認(rèn)后執(zhí)行擦除和從寫。 圖 密碼修改子程序流程圖 （ 5）顯示處理子程序 顯示模塊要實(shí)時的顯示當(dāng)前的操作內(nèi)容，本系統(tǒng)是通過 HD7279 來統(tǒng)一控制的，程序中只需要發(fā)送相應(yīng)的操作碼即可，程序流程圖如圖 所示： N N Y Y 鎖是否開？ 修改密碼否？ 改密程序入口 輸入密碼位數(shù)送 R指針初始化 輸入 4~6 位新密碼并保存密碼 新密碼 R1 覆蓋原始密碼 R0 修改指針 循 環(huán) 次 數(shù) R71=0？ 返回 N Y 第 33 頁 共 61 頁 圖 411 顯示處理子程序流程圖 圖 顯示子程序流程圖 （ 6）電機(jī)驅(qū)動子程序 單片機(jī)獲取到指令后控制電機(jī)驅(qū)動對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)連著鎖芯，從而達(dá)到門的鎖定和解鎖狀態(tài)。 圖 電機(jī)驅(qū)動子程序流程圖 Y 顯示程序入口 顯緩指針 R0、顯示碼 R循環(huán)次數(shù) R6 初始化 返 回 置 CS 為低電平，并延時 50us 發(fā)顯示碼到 7279，并延時 25us R0 單元內(nèi)容查表，將得到的字形碼發(fā)送至 7279 延時 8us，去除片選信號，修改 R0 和 R1 R61=0？ N 電機(jī)驅(qū)動子程序 電機(jī)正轉(zhuǎn) 電機(jī)反轉(zhuǎn) 延時 5 秒 延時 5 秒 電機(jī)停止 電機(jī)停止 返 回 第 34 頁 共 61 頁 （ 7）鍵盤處理子程序 HD7279 與單片機(jī)通信來相應(yīng)按鍵操作，單片機(jī)只需檢測和比對 HD7279 發(fā)送來的代碼即可。 圖 鍵盤處理子程序 （ 8）門磁檢測及聲光報警子程序 門磁傳感器檢測到信號后將獲取到的數(shù)據(jù)經(jīng)過放大濾波后通過 A/D 然后傳給單片機(jī)并產(chǎn)生中斷單片機(jī)處理獲取到的數(shù)據(jù)，若超出限制，則將聲光報警系統(tǒng)的使能端拉高，從而開啟聲光報警系統(tǒng)。 鍵盤處理入口 置 7279 的 CS有效，并延時 50us 發(fā)送讀鍵指令碼 15H 到7279，并延時 12us 接收鍵值存于 A 中，CS信號 置鍵標(biāo)志 00H A為 FFH 否 清鍵標(biāo)志 00H 由鍵值查鍵號 返回 N Y 第 35 頁 共 61 頁 圖 聲光報警及門磁傳感器子程序流程圖 （ 9）無線通信子程序 圖 無線通信子程序流程圖 無線通信 模塊正常時在休眠當(dāng)有信號來的時候啟動并接收，就收到數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，并將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)將獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。 聲光報警子程序 門磁檢測子程序 返回 中斷返回 555芯片使能置 1驅(qū)動聲光報警 聲光報警 單片機(jī)外部中斷檢測到門磁信號 N Y Y N Y 接 收信號，開中斷 是否撤防 鎖開否？ 調(diào)用開鎖子程序 是否布防 鎖開否？ 調(diào)用上鎖子程序 中斷返回 N N Y 第 36 頁 共 61 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)中除了必要的硬件外，同樣也離不開軟件，能夠直接被單片機(jī)執(zhí)行的是機(jī)器語言，但是機(jī)器與不便于讀寫和編寫。所以常用的單片機(jī)編程語言是匯編語言和 C 語言。為了提高編寫程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，我們采用 C 語言作為開發(fā)軟件。 Keil 提供了包括 C 編 譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在