畢業(yè)設計（論文）基于AT89C51單片機的小區(qū)安防報警系統(tǒng)

1、淮陰工學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第 31 頁 共 31 頁1 引言中國安居工程需要大力發(fā)展安全文明小區(qū)建設，嚴峻的社會治安形勢，需要建立并完善安全文明小區(qū)防盜報警網絡系統(tǒng)體系。如何解決在當前每個家庭經濟承受能力有限的情況下，建設滿足防范功能及可靠性需求的安全文明小區(qū)防范防盜報警網絡系統(tǒng)，是當前急需解決的課題。本方案是在考慮以上因素的基礎上，所設計的可行實施方案。小區(qū)安全防范報警系統(tǒng)是智能小區(qū)實現安全管理的重要系統(tǒng),主要包括防盜報警、煤氣泄漏報警、消防報警等。小區(qū)管理極為重要的內容是確保住宅,住戶安全,生活中,人人都可能出現一些意想不到的求助情況,現代居住的格局,鄰里常年不來往已是常事,家庭生

2、活穩(wěn)密性、封閉性越來越強。因此,小區(qū)安全防范及報警系統(tǒng)是具有先進的設計和設備,并為小區(qū)住戶的安全提供保障的必要系統(tǒng)。我國的安防自動報警控制系統(tǒng)經歷了從無到有、從簡單到復雜的發(fā)展過程，其智能化程度也越來越高。在小區(qū)內的每個住戶單元安裝一臺報警主機，住戶可選擇安裝在住戶門口、窗戶處安裝聲檢、緊急求助、煙霧/煤氣探頭、瓦斯探頭等報警感知設備，報警主機通過總線與管理中心的電腦連接，進行安防信息管理。如果發(fā)生盜賊闖入、搶劫、火災、燃汽泄露等緊急事故，傳感器就會立即獲知并由報警系統(tǒng)即刻觸發(fā)光警報以有效地恫嚇企圖行竊的盜賊；系統(tǒng)還會迅速向報警中心傳送報警信息；報警中心接到警情后立即自動進行分辨處理，迅速識別

3、判定警報類型、地點、用戶，中心據此派出機動力量采取相應解救措施；系統(tǒng)具備24小時防破壞等并自我監(jiān)視，一旦有任何被破壞的跡象也會即刻報警?？傊瑹o論白天黑夜，你離家在外還是在家休息，電子保安時時刻刻保護家庭安全，這正是能為家人、家庭、財產所做的最有效的安全防盜保護措施。2 總體設計2.1 設計背景 在當今高速發(fā)展的社會中，人們對自身所處的環(huán)境越來越關心，居家安全已成為當今小康之家優(yōu)先考慮的問題。當上班家中無人，或者僅有老人孩子在家，或晚上在家熟睡，都必須確保家庭成員和財產的絕對安全。中國安居工程需要大力發(fā)展安全文明小區(qū)建設，嚴峻的社會治安形勢，需要建立并完善安全文明小區(qū)防盜報警網絡系統(tǒng)體系。如何

4、解決在當前每個家庭經濟承受能力有限的情況下，建設滿足防范功能及可靠性需求的安全文明小區(qū)防范防盜報警網絡系統(tǒng)，是當前急需解決的課題。本方案是在考慮以上因素的基礎上，所設計的可行性實施方案。在當前，隨著經濟的發(fā)展，人民的生活日益改善，人們對家庭生命財產安全越來越重視，采取了許多措施來保護家庭的安全。以往的做法是安裝防盜門、防盜網，但也存在有礙美觀，不符合防火要求，不能有效地防止壞人的入侵。現在，全國各地都在如火如荼地開展建設安全文明小區(qū)的活動，而且很多地方都提出取消防盜網的口號，家庭電子防盜報警系統(tǒng)也就應運而生。因為大多數家庭都是雙職工，白天家里通常沒有人，發(fā)生報警后，必須要有專人來處理，因此，必

5、須設立報警中心。而且因為國內住宅區(qū)大多數是密集型分布，一個住宅區(qū)往往有幾百上千戶，并且都有自身的保安隊伍，因此當用戶防盜報警系統(tǒng)報警時，除了在現場報警外，還需要向當地派出所或公安分局進行報警聯網外，也需要向住宅小區(qū)的保安中心進行聯網報警，以便警情得到迅速處理。另外，考慮到國內普遍收入水平較低，對于每一戶家庭的防盜報警系統(tǒng)成本不可太高，但因為用戶數量多，也不能采用質量差的產品，以免誤報頻繁造成不良影響。根據以上分析，住宅小區(qū)對防盜報警系統(tǒng)的要求如下：1.廣泛性即要求小區(qū)內每個家庭都能得到保護。2.實用性即要求每個家庭的防范系統(tǒng)能在實際可能發(fā)生受侵害的情況下及時報警，并要求操作簡便，環(huán)節(jié)少，易學。

6、3.系統(tǒng)性即要求每個家庭的防范系統(tǒng)在案情發(fā)生時，除能自身報警外，必須及時傳到保衛(wèi)部門，并同時上報當地公安報警中心。4.可靠性即要求系統(tǒng)所設計的結構合理產品經久耐用、系統(tǒng)是可靠。5.投資可行性-即要求系統(tǒng)投資或造價能控制在小區(qū)家庭能承受的范圍之內。2.2 設計思想在小區(qū)內的每個住戶單元安裝一臺報警主機，住戶可選擇安裝在住戶門口、窗戶處安裝聲檢、緊急求助，煙霧/煤氣探頭、瓦斯探頭，防盜報警器等報警感知設備，報警主機通過總線與管理中心的電腦想連接，進行安防信息管理，本系統(tǒng)具有遠程報警功能。如果發(fā)生盜賊闖入、搶劫、煙霧、燃汽泄露等緊急事故，傳感器就會立即獲知并由報警系統(tǒng)即刻觸發(fā)光警報以有效恫嚇企圖行竊

7、的盜賊；系統(tǒng)還會迅速向報警中心傳送報警信息；報警中心接到警情后立即自動進行分辨處理，迅速識別判定警報類型、地點、用戶，中心據此派出機動力量采取相應解救措施；系統(tǒng)具備24小時防破壞等并自我監(jiān)視，一旦有任何被破壞的跡象也會即刻報警?？傊瑹o論白天黑夜，你離家在外還是在家休息，電子保安時時刻刻保護家庭安全，這正是能為家人、家庭、財產所做的最有效的安全防盜保護措施。2.3 系統(tǒng)功能設計具有防盜并且兼有防火，防煤氣等功能的小區(qū)防盜報警系統(tǒng)，無疑可以使家庭保安自動化。系統(tǒng)采用體積小巧，功能強大，價格便宜的單片微型計算機作為居民家庭第一監(jiān)視端，與單片機連接各種用于家庭安保的傳感器作為收集信號并送給單片機初步

8、處理，單片機實時與遠方主監(jiān)控計算機通信，將從傳感器接收來的信號實時傳給主機，主機端就可以知道小區(qū)各個居民家庭的異常情況，從而進行實時處理。系統(tǒng)利用can總線傳輸信息。本系統(tǒng)設計提高了安全可靠性，操作更方便，在工程實際中有廣泛的應用，因而具有良好的應用前景和工程推廣價值。該系統(tǒng)運用了at89c51單片機和can總線的主要特性和功能，將主從式微機通信運用于今天的生活，體現了自動化的發(fā)展前景一片光明。對于應用區(qū)域，每個家庭可實現：家中無人時，如上班了，可把家庭報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，使所有的傳感器都工作起來。當竊賊試圖破門而入或從陽臺闖入，熱電釋紅外傳感器器探測到動作，警號發(fā)聲，并且保安中心立刻

9、接收到警情，接著在數秒后公安局報警中心也會收到報警信號。家中有人時，如睡覺時，把系統(tǒng)設置在留守布防狀態(tài)，當竊賊企圖從大門闖入時，立刻發(fā)出警報；如果主人有緊急情況，如急病或受到挾持時，可按動鍵盤上的緊急按鈕發(fā)出警報1。2.4 系統(tǒng)設計框圖圖2.1 系統(tǒng)組成結構圖2.5 系統(tǒng)實現方法(1) 利用各種傳感器接收需要防備外界的異常信號。(2) 單片機接收傳感器檢測信號，進行初步處理，如記錄發(fā)生情況的位置，何種報警等等，也可以單片機進行現場報警。(3) 利用can總線實現單片機與主控計算機的通訊。(4) 在主控計算機上接收單片機送來的報警信號，發(fā)出報警信息。 3 系統(tǒng)硬件模塊可行性分析報警器硬件由溫度煙

10、霧信號采集模塊、煤氣信號采集模塊、防盜報警模塊、光報警模塊，鍵盤顯示模塊以及單片機與can總線模塊組成。3.1 cpu最小系統(tǒng)設計與選擇cpu最小系統(tǒng)在本設計的報警器中是中樞部分，所有要完成的命令和控制都是在此進行的。所以cpu最小系統(tǒng)的好壞直接影響本設計的前端探頭和其他電路之間的配合問題，同樣沒有cpu最小系統(tǒng)，本設計也就失去了設計目的。經過比較，本次設計決定使用由atmel公司生產的常用、廉價的單片機at89c51作為主控制器。3.1.1 at89c51的引腳圖及功能介紹at89c51是一個低電壓，高性能cmos8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（perom）和

11、128 bytes的隨機存取數據存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的at89c51提供了高性價比的解決方案2。 at89c51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口， at89c51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本3。at89c51具有pd

12、ip、pqfp/tqfp及plcc等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。at89c51的引腳圖如下圖所示：圖3.1 at89c51芯片的引腳圖vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當fiash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高5。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用

13、作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收5。p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當p2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地

14、址信號和控制信號4。p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。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5。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數據存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數據存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校

15、驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效8。/

16、psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現8。/ea/vpp：當/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內部鎖定為reset；當/ea端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）6。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 此單片機主要用于控制，包括響應中斷、延時、判斷、發(fā)送對方號碼等等。3.1

17、.2 振蕩器和時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產生：內部時鐘方式和外部時鐘方式。考慮到成本和電路的簡潔等方面，我們選用內部時鐘方式。在單片機xtal1和xtal2兩端跨接晶振就構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。晶體頻率可在1.2mhz到12mhz之間選擇，頻率越高，單片機速度越快。本設計選用的晶體頻率為12mhz。外接電容c1和c2，與晶體一起構成了本設計的晶振電路。c1和c2會影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，它還可以對振蕩頻率起微調作用。振蕩電路如圖下所示：圖3.2 振蕩器和時鐘電路3.1.3 復位電路 復位操作可以使單片機初始

18、化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時都需要復位，使cpu和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在rst引腳處保持至少2個機器周期（24個振蕩器周期）的高電平而實現的7。圖3.3 按鍵電平復位電路圖為了保證系統(tǒng)可靠復位，在設計復位電路時，一般使rst引腳保持10ms以上的高電平，單片機可以循環(huán)復位。當rst從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機從0000h地址開始執(zhí)行程序。在復位有效期間，ale和psen引腳輸出高電平。本設計如上圖所示的復位電路。當加電時，電容c充電，電路有電流流過，構成回路，在電阻r上產生壓降，rst引腳為

19、高電平；當電容c充滿電后，電路相當于斷開，rst的電位與地相同，復位結束?？梢姀臀坏臅r間與充電時間有關，充電時間越長復位時間越長。增加電容或增大電阻都可以增加復位時間。它還可以通過按鍵實現復位，按下鍵后，通過r1和r2形成回路，使rst端產生高電平。按鍵的時間決定了復位時間。 3.2 溫度煙霧信號采集模塊火災是發(fā)生頻率較高的災害，無論是電氣設備、吸煙不慎、人為等原因都可能引發(fā)樓宇火災。所以火災報警宜早不宜遲，在火災發(fā)生初始階段及時報警，及時采取滅火措施最好。火災發(fā)生大多是由局部物體的燃燒開始的，燃燒會產生煙霧、熱量及火焰。因此，通過檢測煙霧、溫度異常，就可以判斷火情，及時發(fā)出火災報警，以便能有

20、效的撲滅火源，免于成災。準確的進行火災報警，選擇合適的溫度傳感器和煙霧傳感器是準確報警的前提。綜合考慮各種因素，本設計選擇集成數字溫度傳感器ds18b20和煙霧傳感器nis-09c用作采集系統(tǒng)的敏感元件8。3.2.1 ds18b20的簡介 ds1820是美國dallas半導體公司生產的可組網數字式溫度傳感器,它將半導體溫敏器件、a/d轉換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上，傳感器直接輸出的是溫度信號數字值。與其它溫度傳感器相比,ds1820具有以下特性:1) 獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊。2) 大容量的特性使得溫度感知的需求可以簡便的實現。3) 可通過數據線供電，適用電壓為3.

21、0v5.5v。4) 零待機功耗。5) 測溫范圍為-55+1256) -10 +85范圍內，精度為0.5。7) 程序設定912位分辨率。8) 轉變12位的溫度數字量最多需要750ms。10) 用戶可定義的非易失性的溫度報警裝置。11) 報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。12) 應用包括溫度控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費品、溫度計或任何熱感測系統(tǒng)。ds18b20通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和ds18b20之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數據線本身獲得，無需外部電源8。3.2.2 nis-09c的簡介nis-09c是離子式煙霧傳感

22、器，內部使用了微量的放射性物質镅241。但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋,放射能決不會泄露。nis-09c屬于低功耗廣普型傳感器,可用9v電池帶動。主要技術指標外加電壓：dc712v以下電流：27 3pa放射線源：镅241 33.3kbq周圍溫度：0-50周圍濕度: 95%rh以下3.3 煤氣信號采集模塊煤氣泄露報警:當室內煤氣超過正常標準時,它將通過傳感器向家庭控制器發(fā)出報警信號。對于密度大于空氣的氣體，感應器放在氣體源的下方。對于密度小于空氣的氣體，感應器放在氣體源的上方，當煤氣泄露報警啟動,就通知管理中心。綜合考慮各種因素，本設計選用氣敏傳感器tp-1.1a，用作煤氣報警。對氣敏傳感器tp

23、-1.1a的簡介如下：1、應用1）煤礦瓦斯監(jiān)測、工業(yè)甲烷、天然氣監(jiān)測2）民用燃氣泄漏報警3）以天然氣為動力燃料的汽車安全監(jiān)測 4）便攜式氣體探測儀2、特點1）低功耗 2）壽命長(5年)3）環(huán)境適應能力強（抗煙、酒精，不怕油分子吸附） 4）應用電路簡單5）對甲烷及液化石油氣高度的靈敏性 6）高濃度可燃氣體沖擊時，傳感器無影響3、工作條件 工作電壓 6v0.5vdc5vdc 負載電阻 5139 靜態(tài)功耗 150mw 工作溫度 40703.4 防盜報警模塊防盜報警:在小區(qū)每一住戶內安裝防盜報警裝置。當住戶家中無人時,可把家庭內的防盜報警系統(tǒng)設置為布防狀態(tài),當竊賊闖入時,報警系統(tǒng)自動發(fā)出警報并向小區(qū)安

24、保中心報警。綜合考慮各種因素，選用熱電釋紅外傳感器re200b來進行防盜報警。熱電釋紅外傳感器re200b采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法抑制溫度變化產生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。主要技術指標工作波長 7-14m平均透過率 75%輸出信號 2.5v(420k黑體1hz調制頻率0.3-3.0hz 帶寬72.5db增益)工作電壓 2.2-15v工作電流 8.5-24a(vd=10v,rs=47k,25)源極電壓 0.4-1.1v(vd=10v,rs=47k,25)工作溫度 -20- +70上述特性指標是在源極電阻r=47k條件下測定的，實際使用時可根據自

25、己的需要調整r的大小。3.5 光報警模塊由at89c51的p1口的p14p17分別控制4個發(fā)光二極管，予以光報警。p14p17控制的燈依次為溫度信號燈、煙霧信號燈、煤氣信號燈和防盜信號燈。當這些輸出端輸出低電平時，對應的信號燈便會發(fā)光報警。圖3.4 光報警電路圖3.6 數據采集模塊a/d轉換是本系統(tǒng)比較關鍵的一步，通過a/d轉換，成功的把所要測量和控制的數據采集過來，是保證系統(tǒng)功能可以實現的第一步。為了設計好a/d轉換模塊，使它達到預想的a/d轉換效果，必須選定合適的a/d轉換器。a/d轉換電路采用了常用的8位8通道數模轉換專用芯片adc0809，adc0809由8路模擬信號輸入端、地址鎖存與

26、譯碼器、8位a/d轉換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。(1) 其主要性能指標為:分辨率為8位。最大不可調誤差： 0809為1lsb。單電源+5v供電，基準電壓由外部提供，典型值為+5v，此時允許輸入模擬電壓為05v。具有鎖存控制的8路模擬選通開關?？涉i存三態(tài)輸出，輸出電平與ttl電平兼容，功耗15mw。轉換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍500khz時，轉換時間為128s。(2)adc0809引腳功能圖3.5為adc0809引腳圖,說明如下；圖3.5 adc0809芯片引腳in0in78路模擬信號輸入端。adda、addb、addc3位地址碼輸入端。8路模擬信號轉換選擇由a、b、c決定。a為

27、低位，c為高位。與低8位地址中a0a2連接。由a0a2地址000111選擇inoin7八路a/d通道。其中模擬開關與輸入通道的關系見表3.1。表3.1路模擬開關與輸入通道的關系表 通入通道in0in1in2in3in4in5in6in7a01010101b00110011c00001111clk外部時鐘輸入端。時鐘頻率高，a/d轉換速度快。通常由mcs51型單片機ale端直接或分頻后與0809clk端相連接。 d0d7數字量輸出端。 a/d轉換結果輸出允許控制端。當端為高電平時，允許將a/d轉換結果從dod7端輸出。通常由mcs 51型單片機的rd端與單片機地址線如p2.0通過或非門與0809

28、端相連接。當dptr為feffh，且執(zhí)行movx a，dptr指令后，rd和p2.0均有效，或非后產生高電平，使0809端有效，0809將a/d轉換結果送入數據總線p0口，cpu再讀入a中。ale地址鎖存允許信號。8路模擬通道地址由a、b、c輸入，在0809的ale信號有效時將該8路地址鎖存。start啟動a/d轉換信號。當start端輸入一個正脈沖時，立即啟動0809進行a/d轉換。start端與ale端連在一起，由mcs51型單片機wr與0809片選端(例如p2.0)通過或非門相連，當dptr為eff8h，執(zhí)行“movxdptr，a”指令后，將啟動0809模擬通道0的a/d轉換。fef8h

29、feffh分別為8路模擬輸入通道的地址。執(zhí)行movx寫指令，井非真的將a中內容寫進0809，而是產生wr和p2.0有效信號，從而使0809的start和ale有效，且輸出a/d通道0地址a0a2。事實上也無法將a內容寫進0809，0809中沒有一個寄存器能容納a中內容，0809的輸入通道是in0in7，輸出通道是d0d7，因此，執(zhí)行“movxdptr，a”指令與a中內容無關，但dptr地址應指向當前a/d的通道地址。eoca/d轉換結束信號。當啟動0809a/d轉換后，eoc輸出低電平；轉換結束后，eoc輸出高電平，表示可以讀取a/d轉換結果。該信號取反后，若與mcs51型單片機引腳int0或

30、連接，可引發(fā)cpu中斷，在中斷服務程序中讀a/d轉換的數字信號。若mc551型單片機兩個中斷源已用完，則eoc也可與p1口或四口的一條端線相連，不采用中斷方式，采用查詢方式，查得eoc為高電平后，再讀a/d轉換值。vref+、vref- 正負基準電壓輸入端?；鶞孰妷旱牡湫椭禐?5v，可與電源電壓(+5v)相連，但電源電壓往往有一定波動，將影響a/d精度。因此，精度要求較高時，可用高穩(wěn)定度基準電源輸入。當模擬信號電壓較低時，基準電壓也可取低于5v的數值。vcc正電源電壓(+5v)。gnd接地端。adc0809的a/d轉換過程是在時鐘信號的協調下進行的。adc0809的時鐘信號由clock端送入,

31、其最高頻率為640mhz,在這個最高頻率下adc0809的a/d轉換時間為100us左右。a/d轉換結束后,a/d轉換的結果(8位數字量)送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器,此時a/d轉換結果還沒有現在db0db7八條數字量輸出線上,單片機不能獲取之。單片機要想讀到a/d轉換結果,必須使adc0809的允許輸出控制端oe為高電平,打開三態(tài)輸出鎖存器,a/d轉換結果出現在db0db7上。數據采集的電路如圖3.6所示。煙霧、煤氣、防盜傳感器的輸出分別接到adc0809 in5、in6和in7。adc0809的通道選擇地址a，b，c分別由at89c51的p00p02經地址鎖存器74ls373輸出提供。當p2.0

32、=0時，與寫信號rd共同選通adc0809。圖中ale信號與st信號連在一起，在wr信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。例如，輸出地址7ff8h可選通通道in4，實現對煙霧傳感器輸出的模擬量進行轉換；輸出地址7ff9h可選通通道in5，實現對煤氣傳感器輸出的模擬量進行轉換。圖中adc0809的轉換結束狀態(tài)信號eoc接到89c51的int1引腳，當a/d轉換完成后，eoc變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元9。3.6 數據采集模塊3.7 鍵盤顯示模塊單片機系統(tǒng)所用的鍵盤有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤是只要按下它的某一個鍵，就能產生這個

33、鍵的代碼，與此同時還產生一個脈沖信號，以通知cpu接收鍵碼。編碼鍵盤使用方便，也不用編寫太復雜的程序。但硬件電路復雜，比非編碼簡易鍵盤成本要高。非編碼鍵盤也稱簡易鍵盤，它的按鍵是排列成行、列矩陣形式的。按鍵的作用只是簡單地實現接點的接通或斷開，因此必須有一套相應的程序與之配合，才能產生相應的鍵碼，它基本上不需要附加什么硬件電路。但需要通過軟件來解決按的識別、防抖動以及如何產生鍵碼的問題。為了節(jié)約成本，本系統(tǒng)選用簡易鍵盤作為撥號輸入。單片機所用的顯示有l(wèi)ed和lcd兩種，從設計的難度和成本造價來說lcd都要高于led。因此，本作品選用了由led組成的7段發(fā)光顯示器，它有簡單、經濟、易于與單片機接

34、口等優(yōu)點。7段led選用的是共陽極的。在本系統(tǒng)設計中，鍵盤用來按下出現異常情況的房間號，用led組成的7段發(fā)光顯示器來顯示10。3.8 can總線協議can（controller area network）總線，又稱控制器局域網，是bosch公司在現代汽車技術中領先推出的一種多主機局域網。由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設計和低廉的價格，現已廣泛應用于工業(yè)現場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域。can的通信協議主要由can控制器完成。can控制器主要由實現can總線協議的部分和實現與微處理器接口部分的電路組成。對于不同型號的can總線通信控制器，實現ca

35、n協議部分電路的結構和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結構和方式存在一些差異11。can控制器選用sja1000作為控制器。sja1000是高集成度can控制器。具有多主結構、總線訪問優(yōu)先權、成組與廣播報文功能及硬件濾波功能。輸入時鐘頻率為16mhz時鐘,輸出可編程控制。由以下幾部分構成：接口管理邏輯、發(fā)送緩存器、接收緩存器、位流處理器、位定時邏輯、收發(fā)邏輯、錯誤管理邏輯、控制器接口邏輯等。sja1000在電路中是一個總線接口芯片，通過它實現上位機與現場微處理器之間的數據通信。該電路的主要功能是通過can總線接收來自上位機的數據進行分析組態(tài)然后下傳給下位機的控制電路實現控制功能，當can總

36、線接口接收到下位機的上傳數據，sja1000就產生一個中斷，引發(fā)微處理器產生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過can總線上傳給上位機進行分析。at89c51是can總線接口電路的核心，其承擔can控制器的初始化、can的收發(fā)控制等任務。can總線收發(fā)器選用pca82c250作為總線收發(fā)器。 pca82c250是can 協議控制器和物理總線之間的接口。82c250 可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為can 控制器提供不同的接收性能。而且它與“iso 11898”標準完全兼容。pca82c250的目的是為了增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾（rfi）實現熱防護等。

37、接口主要元件電路原理圖見圖3.7，在進行電路設計時應注意以下幾點，否則達不到預期的效果。（1）總線兩端必須接兩個終端匹配電阻rt，忽略掉它們，會使數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低。（2）pca82c250為can控制器和物理總線之間的接口，它可以提供向總線的差動發(fā)送能力和can控制器的差動接收能力，txd和rxd引腳分別發(fā)送經過驅動后的發(fā)送和接收信號。其引腳8（rs）可以選擇2種不同的工作方式：把該引腳直接與地相連，系統(tǒng)將處于高速工作方式，在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低，總線較短時，一般采用斜率控制方式，上升及下降的斜率取決于rs的阻值，實踐表明15-2

38、00k為rs較理想的取值范圍，在這種方式下，可以使用雙絞線作總線（本系統(tǒng)采用該工作方式）。（3）sja1000的tx1腳懸空，rx1引腳的電位必須維持在約0.5vcc上，否則，將不能形成can協議要求的電平邏輯。因本系統(tǒng)傳輸距離近，環(huán)境干擾小，可以不用電流隔離，這樣可以直接把82c250的vref端（約為0.5vcc）與sja1000的rx1相連，從而簡化了電路。（4）設計時將sja1000的clockout的時鐘信號接至at89c51的時鐘電路輸入端，作為at89c51的外部時鐘輸入，解決了時鐘同步問題；sja1000中斷輸出信號/int接至at89c51的/int0端，通過中斷方式與at8

39、9c51通信。 p0.0/ad0 p0.1/ad1 p0.2/ad2 p0.3/ad3 p0.4/ad4 p0.5/ad5 p0.6/ad6 p0.7/ad7 p2.7/a15ale/prog/rd/p3.7/wr/p3.6 /int0/p3.2 xtal1 rstad0 tx0ad1 tx1ad2 rx0ad3 rx1ad4 vdd1ad5 vdd2ad6 vdd3ad7 vss1/cs vss2ale vss3/rd xtal1/wr/int xtal2clk/rsttxd canhrxd canlvref rs圖3.7 接口主要元器件電路圖3.9 傳感器模塊上述所說的各種信號采集模塊都是

40、經過傳感器來進行信號采集，再送到adc0809，除了溫度傳感器ds18b20以外。因為ds18b20是數字溫度傳感器，輸出的直接是數字信號，不用經過adc0809的轉換。傳感器是一個從系統(tǒng)接收功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件。按照這一定義，可以說傳感器是一種吸收(提取)、轉換和傳送能量的器件。嚴格地說，應該區(qū)別檢測和變換這兩個概念。前者只是將被測量轉移到系統(tǒng)中去，而后者從字面上說是將被測量的種類加以改變。有時，對被測量只進行一次變換還不夠，必須進行第二次、第三次變換，一直到所希望的能量形式為止。傳感器轉換能量的理論基礎都是利用物理學、化學等各種現象和效應來進行能量形式的變換。

41、隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，傳感器輸出信號的形式應盡可能是電量12。傳感器的組成按其定義一般是由敏感元件、變換元件和測量電路三部分組成。除自源型傳感器外，還需外加輔助電源，用框圖表示，如圖3.8所示。由圖可知，傳感器由以下幾個部分組成：敏感元件轉換元件測量電路輔助電源圖3.8 傳感器的組成框圖（1）敏感元件(預變換器) 直接感受被測量(一般為非電量)并將其轉換為與被測量有確定關系的易變成電量(包括電量)的其它量的元件。（2）轉換元件(變換器) 它能將其它物理量直接轉換為有確定關系的電量的元件。（3）測量電路(變換電路) 把轉換元件輸出的電信號變?yōu)楸阌谔幚?、顯示、記錄、控制的可用電信號的電路。

42、測量電路的類型視轉換元件的不同而定經常采用的有電橋電路和其它特殊電路，加高阻抗輸入電路、脈沖電路、振蕩電路等。（4）輔助電源 供給轉換能量。4 硬件單元電路設計4.1 adc0809和三個報警傳感器的接口電路設計由于溫度傳感器ds18b20是數字溫度傳感器，輸出的信號就直接是數字信號，不用經過adc0809的轉換。所以，在設計中，就可以直接把ds18b20接到單片機的一個口。adc0809和三個報警傳感器的接口電路設計圖如圖4.1所示。圖4.1 adc0809和傳感器的接口電路圖如上圖所示，三個傳感器分別接在ad0809的三個模擬信號輸入端。由于它們輸出的都是模擬信號，單片機不能接受，所以通過

43、ad0809的轉換將傳感器輸出值轉變?yōu)閱纹瑱C能夠接受的二進制數值。由于本次設計只要求完成報警功能，并不顯示具體的數值，所以只需將測得值與設定值進行比較，當達到報警上限時執(zhí)行相關報警動作。元器件的選?。篴dc0809芯片一塊47k的電阻一個，51歐姆的電阻一個，50k的電阻兩個4.2 at89c51與adc0809接口電路at89c51與adc0809接口電路如4.2所示。圖4.2 at89c51與adc0809接口電路圖adc0809的通道選擇地址a，b，c分別由at89c51的p00p02經地址鎖存器74ls373輸出提供。當p2.0=0時，與寫信號wr共同選通adc0809。圖中ale信號

44、與st信號連在一起，在wr信 號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。adc0809的轉換結束狀態(tài)信號eoc接到at89c51的int1引腳，當a/d轉換完成后，eoc變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，產生中斷。在中斷服務程序中，將轉換好的數據送到指定的存儲單元10。at89c51的頻率跟adc0809的頻率不一致，所以選用74ls74進行二分頻。元器件的選?。篴t89c51單片機一塊adc0809芯片一塊74ls74芯片一塊74ls02芯片一塊74ls04芯片兩塊4.3 at89c51與光報警接口電路at89c51與光報警接口電路如圖4.3所示 圖4.3 at89c51與光報警接口電路圖把四個發(fā)光二

45、極管分別接在at89c51的p1.4p1.7口。p1.4p1.7口控制的燈依次為正常信號燈、煤氣信號燈、火災信號燈和防盜信號燈。當進行一種報警時，所對應的發(fā)光二極管就會亮。例如，當進行火災報警時，p1.6口的發(fā)光二極管就會亮。元器件的選?。核膫€340歐姆的電阻四個發(fā)光二極管4.4 鍵盤顯示接口電路鍵盤顯示接口電路如圖4.4所示。 圖4.4 鍵盤顯示接口電路圖具體掃描法：（1）將全部行線y0-y1（行）置低電平，然后檢測列的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示按鍵中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平與2根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中沒有鍵按下。（2）判斷閉合鍵所在的位置

46、。在確定有按鍵按下以后，就可以進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置低電平，即在置某根行線為低電平時，其線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再將行檢測各列的電平狀態(tài)。若為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。元器件的選取：按鍵選用我們熟悉的四腳矩形按鍵8個9012pnp放大三極管4個四位共陽led數碼管一塊4.7k的限流電阻4個4.5 at89c51與can總線接口電路at89c51與can總線接口電路圖如圖4.5所示。圖4.5 at89c51與can總線接口電路圖在系統(tǒng)中，sja1000的片選信號一般由地址總線經譯碼獲得，并由此決定出can控制器各寄存器的

47、地址。在本設計中，單片機at89c51的p2.7為片選信號。sja1000的tx1腳懸空，rx1引腳的電位必須維持在約0.5vcc上，否則，將不能形成can協議所要求的電平邏輯。如果系統(tǒng)傳輸距離近，環(huán)境干擾小，可以不用電流隔離，這樣可直接把82c250的vref端（約為0.5vcc）與rx1腳相連，從而簡化了電路13。當上電復位時，at89c52的上電復位，需要從低到高的電平變化來激活，而sja1000的17腳rst被激活，需要出現一個由高電平到低電平的跳變，因此，這必須加一個反相器。82c50第8腳與地之間的電阻稱為斜率電阻，它的取值決定了系統(tǒng)處于高速工作方式還是斜率控制方式。而在波特率較低

48、、總線較短時，一般采用斜率控制方式，實驗數據表明15200k為斜率電阻較理想的取值范圍，在該方式下，可以使用平行線或雙絞線作總線。在本設計中選用150k。元器件的選取：sja1000芯片一塊pca82c250芯片一塊74ls04芯片一塊16mhz晶振一個22pf的二極管兩個60歐姆的電阻一個150k的電阻一個5 系統(tǒng)可靠性設計小區(qū)安防系統(tǒng)的報警要求準確無誤，必須是可靠的，因此可靠性是一個很重要的指標，因此，系統(tǒng)的硬件電路、軟件系統(tǒng)的設計均應圍繞這個中心進行。5.1 硬件抗干擾措施干擾的渠道有：供電系統(tǒng)的干擾，過程通道的干擾，空間的干擾等。在印刷電路板設計時，考慮到電路板過大時，印刷線條長，抗噪

49、聲能力下降；過小時，散熱不好，容易受鄰近線干擾。所有本系統(tǒng)設計電路板時，把相關的器件盡量放靠近些，容易產生噪聲的器件、電流電路、大電流電路盡量遠離單片機。同時整個系統(tǒng)用一個電源，并保證其良好的共地。5.2 提高元器件的可靠性提高單片機應用系統(tǒng)中所有元件的質量，以提高系統(tǒng)內在的可靠性，這也是關鍵性的措施。采取的措施有：（1）選用質量好的接插件，并設計好工藝結構，如選用帶屏蔽的接插件；（2）選用合格的電子元件，并進行嚴格的測試、篩選；（3）設計時，技術參數留有一定的余量；（4）提高印刷板的組裝質量。6 系統(tǒng)調試6.1 整體調試分析整個調試所使用的測試儀器儀表和工具：1 微機一臺；2 示波器；3 萬

50、用表；4 直流穩(wěn)壓電源；5 單片機開發(fā)系統(tǒng)一套；本系統(tǒng)的調試主要分為硬件調試、軟件調試和聯機調試三大部分。經過初步的分析設計后，在制作硬件電路的同時，軟件調試也在穿插進行。這樣有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累，而且不會因為一個小問題而需要檢查整體電路，從而可以節(jié)約大量的調試時間。軟件編程中，作者首先完成的是單元功能模塊的調試，然后進行系統(tǒng)調試，整體上與硬件調試的方法差不多。聯機調試是最重要的一部分，同時也是本裝置成功的關鍵，有許多問題都比較棘手。6.2 硬件單元電路調試6.2.1 最小系統(tǒng)板調試首先檢測所制作的電路板是否有虛焊，短路等現象。然后接上+5v電源，檢測各個芯片的電源是否為

51、+5v，如果是+5v的話，說明供電正確。接上電壓，看單片機是否發(fā)熱，如不發(fā)熱說明電源連接正確。測單片機30腳（ale）是否有脈沖波形輸出，如果有說明單片機正常工作。6.2.2 a/d轉換電路調試先對a/d進行編程調試，通過后才能繼續(xù)完成其他模塊的調試，這一步很關鍵，也是最難調試的一步。給at89c51燒入a/d轉換程序先調試a/d轉換電路。a/d轉換電路調試步驟如下：（1）、給三路模擬電壓輸入一定的直流電壓，用萬用表檢測電壓是否采集過來，也就是輸入端電壓與電源所給電壓是否一致。（2）檢測adc0809的啟動信號輸出是否正確。（3）測得輸入端電壓與電源所給電壓一致后，再檢測adc0809的通道選

52、擇是否正確：如：給in5輸入05v的電壓，如果測得c端為高電平，b端為低電平，a端為高電平，則表示該通道選擇正確，否則不正確。如果不正確，檢查程序是否正確，如果程序沒有問題，再檢查電路是否接對了。（4）測得通道選擇正確后，再測量數字量輸出，也即adc0809的d0d7輸出端的數字量是否與輸入模擬量相對應。改變模擬電壓量輸入，看數字信號變化是否和模擬量變化對應，如果輸出數字量與輸入模擬量相對應說明a/d轉換正確。6.2.3 光報警電路調試首先先檢查發(fā)光二極管的正負極有沒有接錯，發(fā)光二極管有缺口的是負極。發(fā)光二極管是給一個低電平時，發(fā)光二極管就亮。用萬用表測發(fā)光二極管是否是好時，把萬用表的檔調到合

53、適的檔位，紅表筆接正，黑表筆接負，發(fā)光二極管亮，就表示發(fā)光二極管是好的。當接收到傳感器所檢測的信號有異樣時，所相應的發(fā)光二極管就會亮。例如，當溫度傳感器所檢測到的溫度高于所設定的最高溫度時，所對應的發(fā)光二極管就發(fā)亮。如果有異常信號后，二極管不亮，先檢查硬件電路是否正確，如果硬件電路無誤后，就可以判定是軟件的問題，再修改程序，進行調試。6.2.4 鍵盤顯示電路調試在調試前，值得提到的是三極管的幾個極的判斷和數碼管的a至g所對應的管腳的測試，這是十分重要的，這直接關系到此部分的成敗。1、判斷基極和管子類型（pnp或npn）：由于基極與發(fā)射極、基極與集電極，分別是兩個pn結，它們之間的反向電阻值都很

54、小，所以用萬用表歐姆檔（r100或r1k）測量時，先將任一表黑筆接到某一個認定的管腳上，另一表筆先后接到其余兩個管腳上。如果測量得到的阻值都很大（或都很小），然后對換表筆，重復上述測量時，阻值恰好與上述相反，都很?。ɑ蚨己艽螅?，則可斷定所認定的管腳為基極。若不符合上述結果，應另換一個認定管腳重新測量，直至符合上述結果為止。測量時注意管腳和表筆的極性。當黑筆接在基極，紅表筆分別接在其它兩極時，測得的電阻值都較小，則可判定該三極管為npn型，反之即為pnp型。2、判斷集電極和發(fā)射極：判斷集電極和發(fā)射極的基本原理是把三極管接成基本單管放大電路。利用測量管子的電流放大系數的大小來判斷集電極和發(fā)射極。對

55、于常用的npn型小功率硅管，若集電極接電源正極，發(fā)射極接電源負極，這時表針偏較大。如果電壓極性反接，則表針偏轉就比較小。由此即可判斷出集電極和發(fā)射極。另一種更可靠的辦法是，當肯定被測為npn型硅管后，將黑表筆接于一個待測的管腳，紅表筆接另一個管腳，基極懸空，觀察表針偏轉情況，然后將黑表筆所接管腳與已斷定的基極用手捏住，比較測量出的阻值變化，然后更換黑、紅表筆，再觀察阻值變化。如前者的變化比較大，則前者黑表筆所接管腳就是集電極，紅表筆所接管腳為發(fā)射極。如為pnp管子與上述情況相反。根據上面的方法，測得所使用的三極管是pnp管，其管腳平面對向自己，管腳從左到右為e，b，c。數碼管腳的測試就顯得比較簡單：如果是共陰極的數碼管就讓位選接地，然后點亮其它的管腳，通過顯示結果來斷定引腳是a，b，c等，位選也是拿萬用表的黑表筆去探試的。如果是共陽極的話就用紅表筆來探試位選，其它的與共陰極的一致。經過以上的判斷，得到正確的管腳接入電路中。具體調試步驟為：（1）鍵盤是否工作正常。如果不工作，先檢查鍵盤的接線是否正確，如果接線是正確的話，就再檢查軟件，看程序是否正確。（2）當按下鍵盤時，數碼管顯示的數字是否與軟件設計的一樣，如果不滿足要求，則繼續(xù)調程序。6.2.5 傳感器電路調試在進行傳感器調試時，首先檢查各個傳感器的接線電路是否正確，特別是有三個腳的