基于單片機(jī)的居室安全報(bào)警系統(tǒng)方案

1、 . . . . 25/27 . . . . 編號(hào): 畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目基于單片機(jī)的居家安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師學(xué)生學(xué) 號(hào)專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化 教學(xué)單位 學(xué)院機(jī)電工程系 （蓋章） 二O一三年五月一日 . . . . 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc355456365摘要： PAGEREF _Toc355456365 h 1HYPERLINK l _Toc3554563661 引言 PAGEREF _Toc355456366 h 1HYPERLINK l _Toc3554563671.1現(xiàn)代居家生活中的安全隱患與檢測 PAGEREF _To

2、c355456367 h 1HYPERLINK l _Toc3554563681.2選題目的和意義 PAGEREF _Toc355456368 h 1HYPERLINK l _Toc3554563691.3國外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc355456369 h 2HYPERLINK l _Toc3554563702居家安全報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc355456370 h 2HYPERLINK l _Toc3554563712.1居家安全報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc355456371 h 2HYPERLINK l _Toc355456376

3、2.2 居家安全報(bào)警系統(tǒng)的功能與工作原理 PAGEREF _Toc355456376 h 6HYPERLINK l _Toc3554563773居家安全報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456377 h 6HYPERLINK l _Toc3554563783.1主控單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456378 h 6HYPERLINK l _Toc3554563793.2 火災(zāi)檢測單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456379 h 9HYPERLINK l _Toc3554563803.3 漏水檢測單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456380 h 1

4、0HYPERLINK l _Toc3554563813.4 煤氣泄漏檢測單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456381 h 11HYPERLINK l _Toc3554563823.5 甲醛監(jiān)測單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456382 h 12HYPERLINK l _Toc3554563833.6 防盜報(bào)警單元的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456383 h 12HYPERLINK l _Toc3554563843.7 通信部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456384 h 13HYPERLINK l _Toc3554563853.9 顯示電路和鍵盤接口的

5、設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456385 h 14HYPERLINK l _Toc3554563864居家安全報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456386 h 15HYPERLINK l _Toc3554563874.1 主控單元程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456387 h 15HYPERLINK l _Toc3554563884.2 各檢測單元程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc355456388 h 17HYPERLINK l _Toc355456389參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc355456389 h 19HYPERLINK l _Toc35

6、5456390辭 PAGEREF _Toc355456390 h 21 . . . . 基于單片機(jī)的居家安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)藺偉濤（學(xué)院機(jī)電系， 253023）摘 要：本設(shè)計(jì)是對(duì)基于單片機(jī)的居家安全報(bào)警領(lǐng)域進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出以STC89C52單片機(jī)為核心的高性價(jià)比，易于安裝的居家安全報(bào)警系統(tǒng)。該報(bào)警系統(tǒng)采用無線通信與GSM通信相結(jié)合方式的通信方式和模塊化設(shè)計(jì)思想，通過不同類型的傳感器單元檢測居家環(huán)境中不同類型的危險(xiǎn)因素，將不同房間的環(huán)境參數(shù)反饋給主控單元，主控單元做出相應(yīng)的決策，必要時(shí)發(fā)出報(bào)警指令，確保居家環(huán)境的安全。該系統(tǒng)操作簡單方便，智能化程度高，能夠與時(shí)檢測到家中的危險(xiǎn)因素，防止危險(xiǎn)事故的發(fā)

7、生。關(guān)鍵詞：居家安全報(bào)警系統(tǒng)；無線通信；GSM1 引言1.1現(xiàn)代居家生活中的安全隱患與檢測現(xiàn)代的居家生活中，人們離不開自來水、電、天然氣這些方便的生活資料，但是它們給我們帶來方便的同時(shí)也增加了居家生活中的不安全因素，水管漏水，意外失火，煤氣泄漏等事故都可能給家庭帶來無法挽回的損失。隨著城市的人口日益增加和人口的流動(dòng)性日益增強(qiáng)，盜竊與入室搶劫的犯罪率也連年居高不下，傳統(tǒng)的防盜門窗有一定的防作用，同時(shí)也存在許多安全隱患?；臃倍嗟难b修材料，家具，裝飾用品在給我們提供方便，美化家居的同時(shí)也可能帶來甲醛的污染。因此近年來居家環(huán)境的安全越來越受到人們的重視，如何營造一個(gè)舒適、健康、安全的居家環(huán)境成為人們

8、普遍關(guān)注的熱點(diǎn)話題。 近幾年來電子科技日新月異，通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，其中以芯片技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展尤為突出，這給居家安全問題的解決提供了新的選擇。利用以單片機(jī)與傳感器為核心的居家安全報(bào)警設(shè)備能夠?qū)抑懈鞣N危險(xiǎn)因素進(jìn)行檢測，例如煤氣濃度、甲醛含量、水管是否發(fā)生泄漏，是否發(fā)生入室盜竊等，系統(tǒng)能夠與時(shí)的進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，通知用戶進(jìn)行解決。1.2選題目的和意義 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，人們對(duì)居家環(huán)境的要求已從最初滿足簡單的居住發(fā)展為注重對(duì)住宅的人性化需求，應(yīng)運(yùn)而生的是許多安全、舒適、快捷、方便的智能小區(qū)，其中安全性是首要目標(biāo)。而智能住宅安全性的實(shí)現(xiàn)除了人為的因素外，安全防系統(tǒng)的設(shè)置也是不可或缺的

9、重要措施1。目前市場上存在的居家安防類產(chǎn)品種類較多，大致可分為防盜報(bào)警、視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)等幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的門類，部分產(chǎn)品功能較少，功能較為綜合的產(chǎn)品價(jià)格又相對(duì)較高，安裝復(fù)雜。也就是說,現(xiàn)在急需一種既要價(jià)格大眾化,又要功能強(qiáng)、安裝簡單、使用方便、工作可靠,誤報(bào)率低的產(chǎn)品2。所以從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),本文系統(tǒng)的闡述了居家安全報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。使用該系統(tǒng)無需改動(dòng)家中的用電線路，成本低，不影響美觀，無線通訊，使用方便，適合一般家庭使用。居家安全與我們每個(gè)人息息相關(guān)，居家安全報(bào)警設(shè)備的使用能夠提高人們的生活品質(zhì)，讓生活更加安全、方便，由于該系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)與51系列單片機(jī)無法比擬的性價(jià)比，因此在未來發(fā)展中

10、將擁有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿Α?.3國外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢近年來隨著電子信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)、傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，有關(guān)居家安全報(bào)警方面的產(chǎn)品也越來越多。國外已有如西門子、霍尼韋爾、博世、映燁等多家公司開發(fā)研制出了一系列的家庭安防報(bào)警產(chǎn)品，他們普遍具有有線或無線的通信功能來完成一些報(bào)警功能，并進(jìn)行了成功的應(yīng)用。例如西門子的產(chǎn)品組合包括通用的安全和安防解決方案和服務(wù)，主要包括門禁系統(tǒng)、入侵探測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場服務(wù)控制中心和應(yīng)急管理系統(tǒng)。由于安裝了西門子消防和語音疏散系統(tǒng)，金茂大廈和作為全球最高酒店的金茂君悅大酒店，為數(shù)以千計(jì)的人提供了安全、舒適的工作和生活環(huán)境。可以預(yù)見，智能住

11、宅小區(qū)將成為建筑業(yè)未來的發(fā)展趨勢，居家安全報(bào)警系統(tǒng)將成為智能住宅小區(qū)不可或缺的組成部分，特別是隨著人民生活水平的提高，使用居家安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備的人會(huì)越來越多，人們的生活也會(huì)更加舒適、安全。2居家安全報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1居家安全報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將單片機(jī)控制技術(shù)，傳感器檢測技術(shù)，通信技術(shù)相結(jié)合的新型居家安防報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由安放于不同房間各種檢測單元和負(fù)責(zé)決策的主控單元組成，各檢測單元負(fù)責(zé)檢測室環(huán)境的各種條件，例如溫度，濕度，甲醛含量，是否漏水等，再將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信的方式發(fā)送給主控單元，主控單元做出決策，發(fā)出相應(yīng)的指令控制系統(tǒng)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)室環(huán)境

12、的自動(dòng)檢測和自動(dòng)報(bào)警，維護(hù)室環(huán)境的安全。該系統(tǒng)的硬件主要由主控單元、火災(zāi)檢測單元、漏水檢測單元、防盜檢測單元、煤氣泄漏檢測單元、甲醛含量檢測單元、無線通信模塊、GSM網(wǎng)絡(luò)通信模塊八個(gè)部分組成，各部分相互配合，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)的電路主要由電源模塊、單片機(jī)模塊、傳感器模塊、無線模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊組成3，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.1 主控制芯片主控單元和五個(gè)檢測單元都是以STC89C52單片機(jī)為核心，這樣方便各檢測單元與主控之間的通信。該單片機(jī)具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4

13、個(gè)外部中斷全雙工串行口。置看門狗電路，它是一種集看門狗，電壓監(jiān)控和EEPROM低成本高性能微處理器 4。該單片機(jī)的基本系統(tǒng)電路如圖2所示，主控單元和每個(gè)檢測單元都包含一個(gè)單片機(jī)的基本系統(tǒng)。 圖2 STC89C52基本系統(tǒng)圖2.2.2 主控單元主控單元作為系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)通過無線模塊接收各個(gè)檢測單元的信息，對(duì)信息進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)報(bào)警信息發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警，并與時(shí)通知用戶進(jìn)行處理。主控單元可以完成GSM網(wǎng)絡(luò)短信報(bào)警，聲光報(bào)警，LED屏幕顯示，鍵盤控制等處理任務(wù)。采用GSM短信模塊來發(fā)送接收短消息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居安全的監(jiān)控。選用多種傳感器采集家居信息,運(yùn)用信息融合技術(shù),獲得較為可靠的報(bào)警信息。業(yè)主接到

14、報(bào)警信息后,回復(fù)短信以控制和處理現(xiàn)場情況,達(dá)到保證家居安全和防盜的目的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試簡單，使用方便5。2.2.3 探測器探測器是用來檢測室的各種環(huán)境信息的，這些環(huán)境信息被發(fā)送給主控單元，以便主控單元與時(shí)根據(jù)信息做出處理。傳感器是探測器的核心部件，根據(jù)探測警情的不同，不同類型、不同原理的傳感器構(gòu)成了不同的探測器，該系統(tǒng)涉與的探測器主要有以下幾類：(1)火災(zāi)探測器火災(zāi)探測器主要安裝在廚房，它采用的是煙霧傳感器和溫濕度傳感器相結(jié)合的探測方式。煙霧傳感器主要有離子式煙霧傳感器和光電式煙霧傳感器兩種，該系統(tǒng)選用的是離子式煙霧傳感器。離子式煙霧傳感器部含有放射源镅241，這種傳感器外電離室的電流

15、、電壓在正常情況下是穩(wěn)定的。有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電離室在電場的作用下電離出正、負(fù)兩種離子，兩種離子各自向正負(fù)兩極移動(dòng)，部的電流、電壓發(fā)生改變，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。溫濕度傳感器能將環(huán)境的溫度和濕度轉(zhuǎn)化成模擬量信號(hào)，這些模擬量信號(hào)在自身處理芯片的作用下轉(zhuǎn)換成可以被單片機(jī)處理的數(shù)字量信號(hào)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，室的溫度和濕度都會(huì)很短的時(shí)間急劇升高，綜合溫度和濕度條件能夠防止煙霧傳感器由于外部干擾而造成誤報(bào)。(2)漏水探測器漏水探測器主要安裝于衛(wèi)生間，它的工作原理主要是利用了水的導(dǎo)電特性，探測器兩個(gè)探頭安裝在離地面略高的地方，分別連接單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳和GND引腳，當(dāng)有漏水的情況發(fā)生時(shí)，水面高于探頭的安放高度，探測器的

16、兩個(gè)探頭接通，單片機(jī)的I/O引腳的電平被置低，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。(3)防盜探測器防盜探測器安裝于窗戶的上方，探測部分主要由熱釋電和紅外傳感器組成。當(dāng)有歹徒從窗而入時(shí)，熱釋電和紅外激光傳感器就能夠同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，兩種傳感器的結(jié)合使用能夠防止小動(dòng)物或意外情況而引起的誤報(bào)。熱釋電傳感器的重要組成成分是壓電瓷類電介質(zhì)，這種介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)，稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小，在居里點(diǎn)溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而溫度升高時(shí)，表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出，從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。當(dāng)輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件， 使其表面電荷達(dá)

17、到平衡時(shí)，便不再釋放電荷。因此，熱釋電傳感器不能探測恒定的紅外輻射。紅外探測器采用的是光電開關(guān)，光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通 HYPERLINK :/baike.baidu/view/134362.htm t _blank 電路，從而檢測物體有無的。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測。(4)煤氣泄漏探測器煤氣主要由氫、甲烷、一氧化碳、乙烯等成分組成，天然氣主要由甲烷、乙烷、丙烷等成分組成?？梢娫趦煞N氣體中，甲烷都是它們的重要組成成分，通過對(duì)甲烷含量的檢測就可以確定

18、是否發(fā)生煤氣、天然氣的泄漏。甲烷傳感器將與甲烷濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，這些模擬量信號(hào)可以通過A/D芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)數(shù)字量的大小就可以獲得室的甲烷含量，進(jìn)而計(jì)算出煤氣，天然氣的濃度，從而可以達(dá)到檢測與報(bào)警的目的。 (5)甲醛含量探測器甲醛被普遍認(rèn)為是室環(huán)境第一殺手，它的釋放期一般為3-15年，其危害對(duì)人體尤其是嬰幼兒、孕期婦女、老人和慢性病患者甚為嚴(yán)重。甲醛主要存在于地板，裝修板材、家具、地毯、油漆與膠水中，人們很容易忽視它的存在，但它對(duì)人們的健康會(huì)造成十分嚴(yán)重的危害。甲醛傳感器采用的是Dart sensor公司生產(chǎn)的電化學(xué)式甲醛氣體傳感器HCHO。這種傳感

19、器是從呼吸式酒精傳感器基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，適合于絕大多數(shù)的環(huán)境（-20+50）監(jiān)測使用（如有特殊介紹，可應(yīng)用于更高的溫度中）。這款傳感器設(shè)計(jì)構(gòu)造簡單，以很少的部件使得其成本得到降低，它并不需要電源激勵(lì)，僅僅在信號(hào)的處理和顯示時(shí)需要電能，所以僅僅一個(gè)簡單的小電池單元即可。2.2.4 通信設(shè)備本系統(tǒng)的主要采用無線通信方式，這樣就避免了復(fù)雜的線路鋪設(shè)，既美觀又方便。主控單元與各子單元是采用無線模塊24L01進(jìn)行通信，有效圍為60米，完全滿足家庭使用的需要。主控單元與用戶通信采用的是GSM（移動(dòng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)）的方式，報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)⒓抑械那闆r以短信的方式發(fā)送給用戶，用戶也可以通過發(fā)送短信控制家中系統(tǒng)的運(yùn)行。2

20、.2 居家安全報(bào)警系統(tǒng)的功能與工作原理該系統(tǒng)的主控單元可以放置在客廳，檢測單元可以安裝于住宅的不同房間。例如，火災(zāi)檢測單元安裝在廚房，漏水檢測單元可以安裝在衛(wèi)生間，防盜報(bào)警檢測單元安裝在門窗的上方，煤氣泄漏檢測單元安裝在廚房，甲醛含量檢測單元放置在客廳或臥室。放置在不同位置的檢測單元將信息通過無線設(shè)備實(shí)時(shí)的發(fā)送給主控單元，一旦發(fā)生起火，水管漏水，入室盜竊，煤氣泄漏等意外情況，主控單元就會(huì)馬上接收到報(bào)警信號(hào)，接著主控單元會(huì)對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行判斷和處理，得出報(bào)警類型，進(jìn)行聲光報(bào)警，并通過GSM網(wǎng)路通知用戶。該居家安全報(bào)警系統(tǒng)主要有六大功能：手機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能報(bào)警，當(dāng)檢測到家中出現(xiàn)意外情況時(shí)，通過短信進(jìn)行報(bào)警

21、；能夠監(jiān)測家庭中的煤氣或天然氣的濃度，發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏，與時(shí)報(bào)警；具有智能防盜功能，當(dāng)有盜賊進(jìn)入時(shí)，立即進(jìn)行報(bào)警，與時(shí)通知警方和戶主；智能火災(zāi)報(bào)警，家中出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)立即進(jìn)行報(bào)警，減少財(cái)產(chǎn)的損失；智能防水檢測功能，發(fā)現(xiàn)家中漏水，與時(shí)關(guān)閉總閥，并短信通知主人，避免損失；可以通過遙控器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，使用方便，操作簡單。 3居家安全報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1主控單元的設(shè)計(jì)主控制器主要由電源、GSM通信模塊、無線通信模塊、顯示設(shè)備、按鍵、遙控器幾部分組成，組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 主控單元系統(tǒng)圖電源部分使用的是AC220/DC5V電源模塊，電源變壓后再通過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓，最終得到穩(wěn)定5V電壓輸送給單片機(jī)與其它用

22、電設(shè)備。顯示設(shè)備使用的是12864液晶，12864是128*64 HYPERLINK :/baike.baidu/view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡稱，帶中文字庫的12864液晶每屏可顯示4行8列共32個(gè)1616點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示RAM可顯示1個(gè)中文字符或2個(gè)168點(diǎn)陣全高ASCII碼字符，即每屏最多可實(shí)現(xiàn)32個(gè)中文字符或64個(gè)ASCII碼字符的顯示。通過液晶實(shí)現(xiàn)對(duì)室外溫度、濕度、光照強(qiáng)度、系統(tǒng)工作狀態(tài)等的顯示,方便人們實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。顯示液晶的基本電路如圖4所示。圖4液晶顯示連接電路圖GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信模塊選用的是西門子公司的TC35模塊，這是

23、是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊，它易于集成，性價(jià)比高，有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和性能的保證，系統(tǒng)通過它同用戶的手機(jī)進(jìn)行短信通信，方便快捷。該GSM模塊可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號(hào),通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。自動(dòng)波特率為1.2kb/s115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息), 可進(jìn)行發(fā)短信，打。該模塊擴(kuò)展電路如圖5所示，特征說明如下。信息傳送容：語音和數(shù)據(jù) 電源：單電源 3.3V 5.5V 頻段：雙頻GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 發(fā)射功率：2W （GSM900

24、MHz Class 4） 1W （DCS1800MHz Class 1）SIM 卡連接方式： 外接 天線： 由天線連接器連接外部天線 通話模式: 300mA (典型值.)圖5 TC35外圍擴(kuò)展電路圖無線通信設(shè)備采用的是24L01無線模塊，最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。可使用的頻道高達(dá)126 個(gè)，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要，置硬件CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制；低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA；置2.4Ghz 天線，體積小巧；模塊可軟件設(shè)地址，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便。與51系列單片機(jī)P0口連接時(shí)候，

25、需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不需要。其他系列的單片機(jī)，如果是5V的，請參考該系列單片機(jī)IO口輸出電流大小，如果超過10mA，需要串聯(lián)電阻分壓。如果是3.3V的，可以直接和RF2401模塊的IO口線連接。比如AVR系列單片機(jī)如果是5V 的，一般串接2K 的電阻。鍵盤用于主控單元基本參數(shù)的設(shè)置，也可以通過SAA3010T遙控對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，遙控接收器使用的是HS0038，與單片機(jī)的連接電路如6圖所示。圖6 紅外遙控接收器電路圖我們采用接收頭，它的驅(qū)動(dòng)電路簡單，方便單片機(jī)進(jìn)行控制。它的操作方法和普通的電視機(jī)遙控器的操作方法相同，操作簡單，使用方便，如圖7所示。圖7 HS0038遙控器3.2

26、 火災(zāi)檢測單元的設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警單元由煙霧傳感器和溫濕度傳感器組成，溫濕度傳感器的增加能夠增強(qiáng)報(bào)警的可靠性，減少誤報(bào)的發(fā)生6，火災(zāi)報(bào)警單元的組成如圖8所示。圖8 火災(zāi)檢測單元系統(tǒng)圖煙霧傳感器將采集到的煙霧濃度轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào)，再經(jīng)過A/D芯片將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，發(fā)送給單片機(jī)。溫濕度傳感器DH11能將溫度、濕度以數(shù)字量的形式發(fā)送單片機(jī)，因而信號(hào)不必再經(jīng)處理。MCU將接收到的信息通過無線通信模塊24L01發(fā)送給總控單元。系統(tǒng)采用的煙霧傳感器的型號(hào)是MQ-2，MQ-2使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)，對(duì)煙霧的靈敏度很高。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨

27、空氣中煙霧濃度的增加而增大，使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，連接電路如圖4所示。圖9 煙霧傳感器電路圖煙霧傳感器輸出的信號(hào)是模擬量，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能發(fā)送給單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用的芯片是AD0832，它與單片機(jī)的連接電路如圖10所示。圖10AD0832轉(zhuǎn)換芯片電路圖3.3 漏水檢測單元的設(shè)計(jì)該單元的設(shè)計(jì)主要是利用了水的導(dǎo)電特性，與單片機(jī)連接的有兩個(gè)檢測探頭，分別連接單片機(jī)的I/O引腳和GND引腳。使用時(shí)將兩個(gè)探頭放在衛(wèi)生間地面的上方，當(dāng)有漏水的情況發(fā)生，衛(wèi)生間產(chǎn)生積水，探測器的兩個(gè)探頭被積水接通，預(yù)設(shè)高電平I/O引腳被置低，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)再通過無線通信

28、模塊將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給主控單元，從而完成整個(gè)報(bào)警過程7。該報(bào)警單元的具體結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11 漏水檢測單元系統(tǒng)圖3.4 煤氣泄漏檢測單元的設(shè)計(jì)煤氣泄漏檢測單元主要由甲烷含量顯示液晶、甲烷傳感器、無線通信模塊、蜂鳴報(bào)警器幾部分組成，結(jié)構(gòu)如圖12所示。圖12 煤氣泄漏檢測單元系統(tǒng)圖其中，顯示液晶選用的是5110液晶屏，它的特點(diǎn)有：性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符，Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般5070元；接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，LCD1602需11根I/O線，LCD128

29、64需12根。速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。 甲烷傳感器選用的型號(hào)是GJ4,它的輸出量是模擬量，需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換發(fā)送給單片機(jī)，它的使用方法與煙霧傳感器類似，連接電路如圖13所示。圖13甲烷傳感器應(yīng)用電路3.5甲醛監(jiān)測單元的設(shè)計(jì)甲醛探測單元主要是由甲醛傳感器、運(yùn)算放大器、無線通信模塊和聲光報(bào)警器組成。甲醛傳感器將甲醛濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器處理后輸入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行判斷，將甲醛含量信號(hào)通過無線通信模塊發(fā)送給主控單元8。圖14 甲醛檢測單元系統(tǒng)傳感器部包含一個(gè)常規(guī)的兩電極燃料電池傳感器，工作電極通過外電路將電子釋放到計(jì)數(shù)電極，并且在計(jì)數(shù)電極端隨

30、著氧的減少而消耗，電路由電解液中的離子流來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)精良，便于電解液的消長。電解液的消長隨環(huán)境溫度和濕度的變化而變化，但是仍可正常工作不會(huì)影響到校準(zhǔn)值。具體電路如圖15所示。圖15 甲醛傳感器應(yīng)用電路 在高精度測量中反饋電阻應(yīng)為470K，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)4.7F的鉭電容在沒有反向響應(yīng)時(shí)間的情況下降噪。3.6防盜報(bào)警單元的設(shè)計(jì)防盜報(bào)警單元是由熱釋電傳感器和紅外傳感器組成的雙鑒探測器。雙鑒探測器與以往的熱釋電或紅外單一傳感器系統(tǒng)相比，其誤報(bào)率明顯下降。雙鑒探測器工作時(shí)將熱釋電傳感器和紅外傳感器兩種信號(hào)經(jīng)過與非門處理后發(fā)送給單片機(jī)。只有兩個(gè)兩種傳感器同時(shí)響應(yīng)時(shí)，探測器才將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，否則不產(chǎn)生

31、報(bào)警信號(hào)。另外在設(shè)計(jì)時(shí)，在熱釋電傳感器部分加入菲涅耳透鏡，通過透鏡分割方式的改變可以降低外部干擾信號(hào)而起的誤報(bào)原理圖如圖16所示。圖16 防盜報(bào)警單元系統(tǒng)圖 雙鑒探測器工作時(shí)將熱釋電傳感器和紅外傳感器兩種信號(hào)經(jīng)過與非門處理后發(fā)送給單片機(jī)。只有兩個(gè)兩種傳感器同時(shí)響應(yīng)時(shí)，探測器才將報(bào)警信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，否則不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。另外在設(shè)計(jì)時(shí)，在熱釋電傳感器部分加入菲涅耳透鏡，通過透鏡分割方式的改變可以降低外部干擾信號(hào)而起的誤報(bào)。3.7通信部分的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的通信部分主要由GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信模塊和24L01無線通信模塊組成。GSM模塊通過手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與用戶的手機(jī)進(jìn)行通信，用戶可以隨時(shí)了解到家中的安全狀況。各

32、檢測單元通過無線通信模塊與主控單元進(jìn)行通信，與時(shí)將探測到的信息反饋給主控單元。具體通信結(jié)構(gòu)如圖17所示。圖17 系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)圖GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信模塊采用的是TC35模塊，它的主要特點(diǎn)是覆蓋面廣，花費(fèi)少，質(zhì)量可靠，安全程度高。它部繼承了標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集和RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，更便于單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)它的控制，減少了外部電路的設(shè)計(jì)，也簡化了程序的編寫。其硬件電路并不復(fù)雜，但使用模塊較多，這就加大了編程的復(fù)雜度和調(diào)試的難度。因此應(yīng)先通過單片機(jī)將各個(gè)模塊單獨(dú)調(diào)試后在進(jìn)行整體調(diào)試9。具體的連接電路如圖18所示。圖18 TC35通信模塊應(yīng)用電路圖SIM CARD是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)用戶識(shí)別模塊，SIM CARD上包含了

33、用戶的用戶信息，是與手機(jī)通信必不可少的工具。SIM卡和卡座上有6個(gè)相互對(duì)應(yīng)的引腳，這是SIM CARD和TC35連接的接口10。無線通信部分采用是24L01無線通信模塊，它置2.4Ghz 天線，體積小巧，可軟件設(shè)地址，軟件編程非常方便，置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開關(guān)電源均有很好的通信效果，與51系列單片機(jī)P0口連接時(shí)候，需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不需要，具體接口電路如圖19所示。圖1924L01連接電路圖3.9顯示電路和鍵盤接口的設(shè)計(jì)該部分主要是由液晶顯示屏、44鍵盤與其相應(yīng)的控制電路組成。用戶可以通過鍵盤設(shè)置報(bào)警的，報(bào)警方式，工作模式等。通過液晶顯示器可以清楚的了

34、解系統(tǒng)的運(yùn)行情況和家中的環(huán)境參數(shù)11，例如溫度、濕度、煤氣濃度、甲醛濃度、是否漏水、通信狀況等，顯示容如圖20所示。圖20 液晶顯示畫面示意圖4居家安全報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 主控單元程序的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)共有五種不同的報(bào)警指令，分別是火災(zāi)報(bào)警，漏水報(bào)警、防盜報(bào)警、煤氣泄漏報(bào)警、甲醛超標(biāo)報(bào)警，系統(tǒng)通過各檢測單元檢測不同的報(bào)警信號(hào)，通過無線通信模塊將信號(hào)發(fā)送給主控單元，向主控單元單片機(jī)申請中斷，單片機(jī)相應(yīng)中斷后，啟動(dòng)短信報(bào)警指令，根據(jù)不同的報(bào)警類別發(fā)送不同容的短信，并執(zhí)行相應(yīng)的聲光報(bào)警12。程序流程圖如圖21所示。圖21 主程序流程圖主控單元程序的具體流程如下：系統(tǒng)開機(jī)后進(jìn)入初始化程序，包括液晶顯示

35、畫面初始化，無線通信初始化，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信初始化和中斷初始化。接收數(shù)據(jù)，通過主機(jī)24L01無線通信模塊與各個(gè)檢測單元的24L01無線通信模塊通信，在五個(gè)無線通道分別承受五個(gè)檢測報(bào)警單元的數(shù)據(jù)。判斷數(shù)據(jù)類型，如果接收的信號(hào)是正常信號(hào)，只在顯示屏上進(jìn)行顯示；如果接收到危險(xiǎn)信號(hào)，根據(jù)不同通道的數(shù)據(jù)，發(fā)送不同的報(bào)警信息，并進(jìn)行相應(yīng)的聲光報(bào)警。主要報(bào)警類型的報(bào)警流程如下：火災(zāi)報(bào)警，主控單元液晶屏顯示“火災(zāi)檢測：危險(xiǎn)！”，并進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。編輯短信容“這里是#小區(qū)#單元#室發(fā)生火災(zāi)，請馬上處理！”發(fā)送給小區(qū)管理人員和用戶。漏水報(bào)警，主控單元液晶屏顯示“漏水檢測：危險(xiǎn)！”，并進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出

36、報(bào)警信號(hào)。編輯短信容“這里是#小區(qū)#單元#室發(fā)生漏水，請馬上處理！”發(fā)送給小區(qū)管理人員和用戶。防盜報(bào)警，主控單元液晶屏顯示“防盜檢測：危險(xiǎn)！”，并進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。編輯短信容“這里是#小區(qū)#單元#室發(fā)生盜竊，請馬上處理！”發(fā)送給小區(qū)管理人員和用戶。煤氣泄漏報(bào)警，主控單元液晶屏顯示“煤氣檢測：危險(xiǎn)！”，并進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。編輯短信容“這里是#小區(qū)#單元#室發(fā)生煤氣泄漏，請馬上處理！”發(fā)送給小區(qū)管理人員和用戶。甲醛超標(biāo)報(bào)警，主控單元液晶屏顯示“甲醛檢測：超標(biāo)！”，并進(jìn)行閃爍，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。編輯短信容“這里是#小區(qū)#單元#室發(fā)生盜竊，請馬上處理！”發(fā)送給用戶。主要程序如

37、下：void main() LCDInt_12864(); /LCD12864液晶初始化 NRF24L01Int();/24L01無線通信初始化 Uart_Init();/GSM模塊初始化 while(1)/主循環(huán)函數(shù) NRFSetRXMode();/設(shè)置為接收模式 if (RI)/查詢法，RI=1表示一幀數(shù)據(jù)接收完畢RI = 0;receive = SBUF;/發(fā)送報(bào)警指令 4.2各檢測單元程序的設(shè)計(jì)五個(gè)檢測單元負(fù)責(zé)室不同房間的檢測，檢測不同的危險(xiǎn)信號(hào)，但它們運(yùn)行的程序流程基本相同，大致如圖22所示。圖22 檢測單元程序流程圖主控單元程序的具體流程如下：開機(jī)，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括無線通信初始

38、化，中斷初始化。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并將采集的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，如果發(fā)生危險(xiǎn)，發(fā)送危險(xiǎn)信號(hào)給主控單元。如果重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)超過10次，主控單元仍未正常接收，通訊指示燈閃爍，進(jìn)行故障報(bào)警。下面以甲醛檢測模塊為例說明一下各自單元模塊的具體程序：函數(shù)聲明void main()/子單元主函數(shù) LCD5510_Init();/LCD顯示初始化 NRF24L01Int();/無線通信模塊初始化 while(1)/主循環(huán)函數(shù) MP135_data = ReadADC(0);/讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換 TxDate_MP135_CO0=MP135_data/100; TxDate_MP13

39、5_CO1=MP135_data%100/10; /TxDate2=.; TxDate_MP135_CO2=MP135_data%100%10; NRFSetTxMode(TxDate_MP135_CO);/無線發(fā)送數(shù)據(jù)給主控單元 while(CheckACK();/檢測是否發(fā)送完畢參考文獻(xiàn)：1 周麗，林錦國.智能無線防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.化工自動(dòng)化與儀表,2011.137413842 桂平，黃有泉.基于STC12C5A的多路檢測智能防盜報(bào)警器研究J.電子設(shè)計(jì)工程,2013.67703 ，桂珠.單片機(jī)在家居防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用 J.中國新通信,2012.56574 艷.自動(dòng)家居安全報(bào)警系統(tǒng)研究 J

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