1 緒 論
1.1 當(dāng)前社會(huì)背景
盡管目前社會(huì)在不斷地發(fā)展進(jìn)步，人們生活水平也在日益提高，但是我們對(duì)于身邊發(fā)生的一些自然災(zāi)害卻往往無(wú)能為力。在我們身邊有著越來(lái)越多的隱患。為了及早地發(fā)現(xiàn)和報(bào)警，把我們的人身財(cái)產(chǎn)安全損失減到最低。那么災(zāi)自動(dòng)識(shí)別報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)成為了我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢僧嬋钡囊徊糠至�。而目前有很多的高層建筑物、商業(yè)建筑、工廠、密集住宅區(qū)，對(duì)消防報(bào)警系統(tǒng)的要求更加的嚴(yán)格核可。消防安全和消防設(shè)施作用的發(fā)揮對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和使用該系統(tǒng)顯得尤為重要。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提醒人們火災(zāi)的發(fā)生一般都是通過環(huán)境中產(chǎn)生的煙霧、熱量等變量識(shí)別然后傳送到控制器再由控制器傳到各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的�，F(xiàn)在大部分的企業(yè)都主要面向貨物存儲(chǔ)地、大型超市、高層公寓、酒店等的大型場(chǎng)所的報(bào)警系統(tǒng)研發(fā)。而忽視了再居民住宅區(qū)、學(xué)校教室等的小型防火樓房。
2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案
2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求
本設(shè)計(jì)主要是硬件和軟件兩部分。硬件還有數(shù)據(jù)收集模塊、遠(yuǎn)程控制、報(bào)警等。因?yàn)閳?bào)警系統(tǒng)主要是檢測(cè)室內(nèi)溫度和煙霧的濃度識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能的。所以本居室報(bào)警系統(tǒng)的硬件主要由紅外線人體傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、報(bào)警模塊、單片機(jī)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)居室遭到入侵時(shí)，裝在門窗檢測(cè)點(diǎn)上面的紅外探頭可以檢測(cè)到人體輻射出來(lái)的紅外能量，從而得知有人入侵，系統(tǒng)就會(huì)通過相應(yīng)的處理把數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)，然后實(shí)現(xiàn)了報(bào)警。而當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，居室中的煙霧濃度會(huì)升高，熱量也會(huì)升高，那么通過煙霧傳感器和溫度傳感器檢測(cè)到變量，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)，單片機(jī)分析處理后就會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路
從這次的設(shè)計(jì)要求來(lái)以知道，硬件電路包括輸出/輸入電路、單片機(jī)、擴(kuò)展電路模塊等組成。本次基于單片機(jī)的居室報(bào)警系統(tǒng)包括了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)這兩部分。所以系統(tǒng)應(yīng)該包含如下圖的結(jié)構(gòu)，STC89C51單片機(jī)為核心控制、紅外檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、煙霧檢測(cè)模塊和AD采集這幾部分，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。
在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)獲取識(shí)別信息的途徑主要有兩種。一種是對(duì)于環(huán)境中煙霧濃度的識(shí)別，另外一種是紅外光電管的識(shí)別。當(dāng)環(huán)境中的煙霧濃度升高時(shí)，單片機(jī)將會(huì)識(shí)別該轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，從而觸發(fā)中斷，傳到報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警。而第二種識(shí)別，平時(shí)在沒有遮擋物的時(shí)候，接收管可以接收到發(fā)射管發(fā)射出來(lái)的信號(hào)。當(dāng)有人入侵經(jīng)過，會(huì)遮擋住發(fā)射管，由于紅外線無(wú)法穿透物體，因此，接收管無(wú)法接收到信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)會(huì)接收到一個(gè)高電平信號(hào)觸發(fā)中斷，產(chǎn)生了報(bào)警信號(hào)。
3 核心單片機(jī)電路
3.1 STC89C51系列單片機(jī)介紹
本系統(tǒng)的主要控制核心是STC89C51系列單片機(jī)。它是具有低功耗，高性能，而且穩(wěn)定的微控制器。在本系統(tǒng)中，它的主要任務(wù)就是通過中斷信號(hào)，來(lái)判斷是否發(fā)生了火災(zāi)和有人入侵居室，如果確實(shí)發(fā)生了火災(zāi)和有人進(jìn)入，就會(huì)觸發(fā)警報(bào)進(jìn)行報(bào)警。
STC89C51系列單片機(jī)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用，它在單晶的片上，擁有8位的CPU和在系統(tǒng)可編程的Flash。它具有32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)4K的FLASH，4K字節(jié)閃存，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 并且含有中斷、串口等外設(shè)。另外，STC89C51仍能夠進(jìn)行0HZ的與非運(yùn)算，具有省點(diǎn)的功能模式。在空閑模式下，可以停止一些不必要的操作，節(jié)省了系統(tǒng)的損耗的同時(shí)又能夠保持中斷串口等外設(shè)的正常工作。在掉電之后，程序仍不會(huì)丟失，保存在存儲(chǔ)器中，晶振會(huì)停止震蕩，直到下次上電開啟。其具體引腳如下：
Vcc：電源電壓。
Vss：接地。
XTAL1：接外部時(shí)鐘輸入端和片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器。
XTAL2：作為片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器的輸出端。
RST：作為復(fù)位信號(hào)輸入端。只有在高電平的時(shí)候才有效。如果要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作的話，那么只需要在這個(gè)引腳上面，加上2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平即可。
EA/Vpp：輸入信號(hào)的時(shí)候，外部?jī)?chǔ)存器允許訪問的控制信號(hào)。當(dāng)EA端高電平的時(shí)候，那么就會(huì)讀取存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器。但是當(dāng)訪問的PC值超過0FFFH時(shí)，它就會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)訪問外部?jī)?chǔ)存器中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。而當(dāng)EA端輸出為低電平時(shí)，它就會(huì)只讀取外部?jī)?chǔ)存器，地址為0000H~FFFFH，此時(shí)片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器將不起功能。Vpp作為引腳的另一個(gè)功能，作為輸入編程電壓。
ALE/PROG：在訪問存儲(chǔ)器時(shí)候，該引腳可以產(chǎn)生信號(hào)，鎖存地址，低8為的地址不能唄訪問，確保了整個(gè)系統(tǒng)的安全。在平時(shí)，ALE會(huì)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該信號(hào)的頻率為晶振的1/6。閃存的訪問必須經(jīng)過ALE位的有效信號(hào)之后才能夠正常的開始。如果ALE所存了地址，則該地址具有寫保護(hù)的特性。此外，該信號(hào)可以為程序存儲(chǔ)器提供相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)。在必要的時(shí)候，它還能夠禁止ALE操作放大地址單元D0位置，那是特殊放大寄存器區(qū)中程序存儲(chǔ)器INC的8EH。這樣指令A(yù)LE才會(huì)被應(yīng)用，同時(shí)該引腳將會(huì)在單片機(jī)內(nèi)部被拉高，并且單片機(jī)在執(zhí)行外部程序的時(shí)候，此時(shí)信號(hào)線將失效。
PSEN：片內(nèi)程序儲(chǔ)存器的讀選通程序存儲(chǔ)器信號(hào)。當(dāng)程序元需要訪問外部空間的時(shí)候，該引腳會(huì)產(chǎn)生下降沿信號(hào)，用于觸發(fā)對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫。此外，該引腳可以當(dāng)做外部存儲(chǔ)器的使能信號(hào)引腳。
P0口：一個(gè)具有雙功能8位雙向I/O口。當(dāng)STC89C51增加外部存儲(chǔ)器時(shí)，以及P0口作為外部寄存器的地址總線，數(shù)據(jù)總線為分時(shí)復(fù)用端口。并且P0口也能夠作為I/O口使用，需要加一個(gè)上拉電阻，才可以變成準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通的I/O輸入時(shí)， 應(yīng)先向輸出的鎖存器端口外部的寄存器寫入數(shù)據(jù)1。而且P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載。
P1口：是一個(gè)8位單功能的準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部有上拉電阻。
P1口是專為用戶使用的準(zhǔn)雙向I/O口，當(dāng)作為普通的I/O輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入1。P1口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。
P2口：是一個(gè)8位雙功能的準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部也有上拉電阻。
當(dāng)作為地址輸出線，它可輸出高8位地址。
P2口也可作為普通的I/O口使用。當(dāng)作為普通的I/O輸入時(shí)，先向輸出鎖存器寫入1。P2口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。
P3口：是一個(gè)8位有第二輸入功能的準(zhǔn)雙向I/O口，不存在高阻抗輸入狀態(tài)，有上拉電阻。
P3口可作為通用的I/O口使用。當(dāng)作為通用的I/O輸入時(shí)，先向輸出鎖存器寫入1。P3口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。
本設(shè)計(jì)選用STC89C51作為主控芯片，其管腳如圖3-1所示。
圖3-1 STC89C51的管腳圖
3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)
STC89C51如果需要正常工作，那么外部的晶振電路是必不可少的。因?yàn)樗a(chǎn)生的一個(gè)固定頻率的振蕩信號(hào)可以作為單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘基準(zhǔn)。單片機(jī)有兩個(gè)引腳XTAL1， XTAL2，兩端連接石英晶振，一個(gè)為輸入一個(gè)為輸出。外部連接兩個(gè)匹配電容。外部晶振的頻率越高，振蕩器產(chǎn)生的震蕩信號(hào)頻率越高，單片機(jī)的工作速度越快。但是并不是晶振越高越好，運(yùn)行速度快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求振蕩器越高，對(duì)印制電路板的振蕩器工藝要求也高，即要求線間振蕩器的寄生電容要小振蕩器，過高的速度會(huì)降低51單片機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
3.3 晶振電路
在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要使用的是STC89C51系列單片機(jī)和12MHZ的晶振，配上一個(gè)30PF的電容。晶振電路主要作用的是XTAL1和XTAL2這兩個(gè)引腳。XTAL1主要是用來(lái)輸出和支持內(nèi)部時(shí)鐘電路的工作，并且作為反向震蕩放大器，XTAL2作為來(lái)自反向振蕩的輸出。一般選取電容C1為10uf,電阻R1為10K。這是為了在上電的時(shí)候，RST腳的高電平可以保持兩個(gè)以上機(jī)器周期，如圖3-2所示。
圖3-2 STC89C51單片機(jī)晶振電路
3.4 復(fù)位電路
STC89C51系列單片機(jī)的復(fù)位一般都是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位引腳RST的。復(fù)位電路工作原理是給電源VCC上電的時(shí)候，電容C7進(jìn)行充電，電阻R6會(huì)出現(xiàn)電壓，從而使單片機(jī)復(fù)位；然后，電容C7充電完畢，電阻R6上的復(fù)位電流降到0，電壓也降為0，那么單片機(jī)就進(jìn)入復(fù)位工作。工作期間，按下按鍵，那么電容C7就會(huì)放電復(fù)位，同時(shí)在電阻R6上會(huì)出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。S4復(fù)位松手，電容C7又復(fù)位充電，幾個(gè)毫秒后復(fù)位，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，如圖3-3所示。
圖3-3 STC89C51單片機(jī)的復(fù)位電路
4 溫度傳感電路
4.1 DS18B20 介紹
DS18B20，是一種常用的溫度傳感器。它體積較小，適用范圍較廣，抗干擾能力較強(qiáng)，檢測(cè)精準(zhǔn)等特點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是采集數(shù)據(jù)為數(shù)字信號(hào)，能夠直接傳給單片機(jī)處理。同時(shí)它可以提供9位的溫度讀數(shù)，顯示溫度。而且它是單線接口方式，只需要一條線就可以使單片機(jī)與DS18B20實(shí)現(xiàn)雙向通訊，無(wú)須外接電源。
4.2工作電路
本設(shè)計(jì)DS18B20與單片機(jī)的P2.3相連，采集到溫度信號(hào)后，將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限值（本文的上限值是：45℃ ），則LED紅燈點(diǎn)亮，蜂鳴器報(bào)警，數(shù)碼管顯示當(dāng)前的溫度值，如圖4-1所示。
圖4-1 DS18B20工作電路
5 煙霧傳感電路
5.1 煙霧傳感器MQ-2
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 主要使用的是MQ-2氣體傳感器。它的主要是由二氧化錫(SnO2)組成，這種材料的電導(dǎo)率是較低的。MQ-2氣體傳感器的靈敏度很高，尤其是液化石油氣、氫氣，天然氣等。它的主要原理是電導(dǎo)率隨可燃?xì)怏w的濃度增大而增大。并且該傳感器價(jià)格便宜，安全可靠，是一種理想的氣體檢測(cè)傳感器。因此，本設(shè)計(jì)采用MQ-2氣體傳感器作為報(bào)警器煙霧信息采集部分的核心，煙霧傳感器的外觀和結(jié)構(gòu)圖如圖5-1和圖5-2所示。
圖5-1 MQ-2型傳感器的外觀
圖5-2 MQ-2型傳感器的結(jié)構(gòu)圖
5.2 MQ-2傳感器的介紹
它對(duì)天然氣、液化石油氣等可燃?xì)怏w識(shí)別靈敏，反應(yīng)迅速，還能長(zhǎng)期持續(xù)工作，具備良好的重復(fù)利用。并且對(duì)于工作電壓的要求低，24V以下都能工作。并且加熱電壓為5±0.2V。這是由于它初期是穩(wěn)定狀態(tài)的，會(huì)吸附空氣中的水蒸氣，因此不能馬上進(jìn)入工作狀態(tài)。長(zhǎng)期不通電工作后必須要預(yù)熱幾分鐘，使粘附水蒸氣蒸發(fā)了，它才能夠正常工作。而在此我們稱為初期穩(wěn)定時(shí)間。
5.3 ADC0832介紹
5.3.1 ADC0832功能特點(diǎn)
ADC0832是NS公司生產(chǎn)的8位分辨率的A / D轉(zhuǎn)換芯片，多達(dá)256的最大分辨率可適用普通模擬轉(zhuǎn)換的要求。芯片只需要32μS轉(zhuǎn)換時(shí)間，輸出的是一個(gè)雙數(shù)據(jù)可以用作數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以便減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定還有強(qiáng)大的性能。單獨(dú)的芯片使能輸入，使更多的設(shè)備連接和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入，就可以很容易地選擇通道來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。
5.3.2 ADC0832外部引腳及其說(shuō)明
ADC0832各引腳說(shuō)明如下：
● CS——片選使能，在低電平時(shí)有效。
● CH0，CH1——兩路模擬輸入通道，或作為IN+/-使用。
● DI——數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入端，選擇通道控制。
● DO——數(shù)據(jù)信號(hào)的輸出端，模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。
● CLK——芯片時(shí)鐘輸入。
● Vcc/REF——電源的輸入端和基準(zhǔn)電壓的輸入端。
● GND——電源接地端。
5.4 單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理
ADC0832分別是通過CS，CLK，DO，DI這四個(gè)管腳與單片機(jī)相連。但由于在DO和DI通信時(shí)，它們不是在同一時(shí)間有效，而且還因?yàn)�，單片機(jī)接口是雙向的，所以一般我們將在一條線上并聯(lián)使用DO和DI。當(dāng)ADC0832沒有連接工作時(shí)，這是因?yàn)镃S輸入為高，則芯片不工作。當(dāng)需要A/D變換，則應(yīng)該終止CS中的第一件事情是拉低電平，并且需要保持低電平直到轉(zhuǎn)換結(jié)束。然而，芯片此時(shí)開始的轉(zhuǎn)換，那么處理器將發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)到芯片的時(shí)鐘輸入端之前，接收第一時(shí)鐘信號(hào)，DI端都要高電平，這表明起始位。在此之前的第二個(gè)和第三個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，在為了選擇信道的功能，DI輸入端一般有2位數(shù)據(jù)，其功能如表5-1：
表5-1
由表5-1可知，當(dāng)配置位的差分輸入的CH0和CH1為0和0的時(shí)候，那么選擇通道CH0將會(huì)作為正輸入端IN+，CH1將會(huì)作為負(fù)輸入端IN-。當(dāng)配置位的差分輸入的CH0和CH1為0和1的時(shí)候，那么選擇通道CH0將會(huì)作為負(fù)輸入端IN-，CH1將會(huì)作為正輸入端IN+。當(dāng)配置位的單端輸入的CH0和CH1為1和0的時(shí)候，那么選擇通道CH0只進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置位的差分輸入的CH0和CH1為1和1的時(shí)候，那么選擇通道CH1將會(huì)只進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。在收到第3時(shí)鐘脈沖，輸入電平DI端沒有任何效果，然后DO/DI端輸出的數(shù)據(jù)，以及將讀取數(shù)據(jù)DO。在收到的第1個(gè)與第4個(gè)時(shí)鐘脈沖將DO端從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出，然后接收每個(gè)脈沖，DO終端將輸出下一個(gè)數(shù)據(jù)。直到前11個(gè)脈沖到來(lái)前，都輸出最低位數(shù)據(jù)，因此，在完成輸出數(shù)據(jù)的一個(gè)字節(jié)的目的。從該數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)相對(duì)的下一個(gè)字節(jié)也開始，也就是從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。然后，它會(huì)輸出8位數(shù)據(jù)，直到第19個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)的數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)也標(biāo)志著這是第一次A/D轉(zhuǎn)換完成。
5.5 A/D轉(zhuǎn)換電路
因?yàn)镸Q-2煙霧傳感器是電阻型的，所以需要串聯(lián)電阻。然后再經(jīng)過放大電路后，傳到ADC0832進(jìn)行采集，信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換之后，傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理,如圖5-3所示：
圖5-3 A/D轉(zhuǎn)換電路
6 光電對(duì)管檢測(cè)電路
紅外線接收管是用來(lái)接收和感應(yīng)紅外線光線的。通常接收管和發(fā)射器都是紅外線發(fā)射管成套運(yùn)用的。紅外光電對(duì)管的特征與原理如下：紅外線接收管接收紅外光電，它主要是將紅外光信號(hào)，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體電器件，它的核心部分是有一個(gè)特殊材料的PN結(jié)，與普通的紅外光二極管主要區(qū)別是，紅外光線接收管為了更大接收面積的接受入射光線，它會(huì)盡量做大它的PN結(jié)面紅外光電積，同時(shí)電極的面積應(yīng)該越小，同時(shí)PN結(jié)的電結(jié)很淺，一般小于1微米。紅外線接收二極管的工作原理，主要是受到紅外光電反向電壓的作用。每當(dāng)有物體遮擋時(shí)，此時(shí)紅外光電沒有受到光照，那么它的反向電流很小，我們稱之為暗電流。然而當(dāng)有紅外線光照時(shí)，受到強(qiáng)烈的光照，那么紅外線光子攜帶著能量進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給束縛在共價(jià)鍵上被物體遮擋的電子，就會(huì)使少量這些電子的掙脫了共價(jià)鍵，產(chǎn)生了電子空穴對(duì)。它們?cè)诜聪螂妷旱淖饔�，�?huì)發(fā)生漂移，同時(shí)在光照變大，反向電流也會(huì)更加的明顯變大，光照強(qiáng)度越大，反向電流也越大。通常我們稱這種特性“光電導(dǎo)”。在平時(shí)無(wú)遮擋物，接受管可以收到發(fā)射管發(fā)射出來(lái)的信號(hào)，在發(fā)射管的輸出端會(huì)一直為低電平。當(dāng)有物體經(jīng)過，遮擋住發(fā)射管時(shí)，由于紅外線無(wú)法穿透物體，因此，接受管無(wú)法接收到信號(hào)，此時(shí)有高電平信號(hào)產(chǎn)生。具體的電路如圖6-1所示：
圖6-1 光電傳感器電路
6.1 報(bào)警電路
本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用蜂鳴器燈光作為報(bào)警警報(bào)。通過單片機(jī)接收溫度傳感器、氣體傳感器和紅外傳感器的數(shù)據(jù)，判斷環(huán)境變量來(lái)確定是否進(jìn)行報(bào)警。
6.2 蜂鳴器
當(dāng)單片機(jī)接收到的信號(hào)判斷為超過環(huán)境中的設(shè)定值時(shí)，就會(huì)把Q1導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，發(fā)出報(bào)警聲，如圖6-2所示：
圖6-2 蜂鳴器報(bào)警電路
6.3 按鍵設(shè)置電路
在單片機(jī)上接上按鍵控制電路的兩端，一端是地線，另一端是P1口，如圖6-3所示：
圖6-3 按鍵設(shè)置電路
其中四個(gè)按鍵分別為紅外人體傳感器，控制煙霧濃度，控制火災(zāi)溫度，加減濃度和溫度上限值。
按鍵1：代替紅外人體傳感器進(jìn)行仿真操作；
按鍵2：火災(zāi)溫度值和煙霧濃度值設(shè)置按鍵，可以設(shè)置火災(zāi)溫度和煙霧濃度的上限值，本設(shè)計(jì)的火災(zāi)溫度上限值為45，煙霧濃度上限值為2；
按鍵3：增加預(yù)設(shè)環(huán)境中的煙霧濃度上限值和溫度上限值；
按鍵4：減少預(yù)設(shè)環(huán)境中的煙霧濃度上限值和溫度上限值；
6.4 LED燈光電路
LED燈閃光報(bào)警電路，一端和地線相連，另一端和STC89C51的P3口相連。顯示火災(zāi)情況和居室入侵報(bào)警情況，電路圖如圖6-4所示。
圖6-4 LED顯示電路
6.5 顯示電路
火災(zāi)報(bào)警顯示電路采用LED共陽(yáng)極數(shù)碼管，用來(lái)顯示環(huán)境中的溫度和煙霧的濃度。電路圖如圖6-5所示。
圖6-5 顯示電路
7 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中，軟件編程部分主要解決的是識(shí)別判斷環(huán)境中的溫度傳感器、煙霧傳感器和紅外人體傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行判斷處理作出報(bào)警。其邏輯流程圖如圖7-1所示。
圖7-1 邏輯流程圖
7.1 系統(tǒng)主程序
在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，上電之后首先是對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。單片機(jī)中斷的初始化主要是為了更好的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)檢測(cè)信號(hào)的到來(lái)。在這之后，便開始等待外部中斷的到來(lái)，當(dāng)環(huán)境中溫度煙霧濃度和紅外接收器產(chǎn)生變量，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電平變化，觸發(fā)中斷，產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警時(shí)，程序控制LED燈進(jìn)行閃爍，如果單片機(jī)沒有接收環(huán)境中的變量時(shí)，則單片機(jī)處于等待中斷的模式。主程序主要是要進(jìn)行初始化，以及設(shè)置中斷的矢量和調(diào)用顯示等。
7.2 溫度采集處理模塊
由于本次使用的是集成了數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變的溫度傳感器。所以不需要A/D轉(zhuǎn)換。為了方便展示本次設(shè)計(jì)，將溫度傳感器的報(bào)警溫度設(shè)定為40℃，在實(shí)際當(dāng)中其報(bào)警溫度為60℃。溫度采集轉(zhuǎn)換的流程圖如圖7-2所示：
圖7-2 溫度采集流程圖
7.3 煙霧采集處理模塊
7.3.1 標(biāo)度變換概念
傳感器元器件檢測(cè)物理變量的方法，一般都是通過傳感器感受環(huán)境中的變量，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后得到與被檢測(cè)相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。也就是說(shuō)在不同的智能設(shè)備中，同樣的數(shù)字量所代表的是不一樣的。通常采用一定的處理技術(shù)將這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換為具有不同綱量的相應(yīng)物理量，這一技術(shù)稱為標(biāo)度變換。
7.3.2 標(biāo)度變換的原理
如果被測(cè)量物理量，它的變化范圍為A0-Am，物理量的實(shí)際測(cè)到數(shù)據(jù)量為Ax；A0對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是NO,Am對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是Nm，Ax對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是Nx;如果傳感器的整個(gè)采集系統(tǒng)是線性相關(guān)的，那么它的標(biāo)度變換公式就是：
Ax=A0+(Am-A0)*(Nx-N0)/(Nm-N0) （7-1）
在本設(shè)計(jì)中，由于采集的是負(fù)載電阻的電壓值，再而算得出煙霧傳感器的電阻值，從而求得對(duì)應(yīng)的濃度值。則有：
Ax=A0+(Am-A0)*(Nx-N0)/(Nm-N0)=0+(5-0)*( Nx-0)/(255-0)= Nx/51 （7-2）
7.3.3 數(shù)據(jù)采集
系統(tǒng)上電就會(huì)驅(qū)動(dòng)ADC0832，IN0、IN1進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換好的數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)之后，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存在儲(chǔ)存器，這是由中斷服務(wù)程序完成。注意：當(dāng)cs從高變?yōu)榈偷臅r(shí)候，就會(huì)選擇ADC0832。在時(shí)鐘的上升沿，ADC0832內(nèi)部的多路地址移位寄存器就會(huì)把DI端的數(shù)據(jù)存入。在第一時(shí)鐘周期中，DL是高電平，這意味著起始位置，那么將輸入兩個(gè)進(jìn)入配置位。當(dāng)啟動(dòng)位和配置位輸入了之后，選通模擬通道，此時(shí)轉(zhuǎn)換就開始。從轉(zhuǎn)換開始之后，一個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，就會(huì)使得選定的通道穩(wěn)定。緊接著它會(huì)在第4個(gè)時(shí)鐘下降沿的時(shí)候，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它會(huì)先輸出最高位(D7-DO)，在把轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出了之后，又會(huì)從最低位開始再一次輸出數(shù)據(jù)(D7-DO)，這兩次發(fā)送的最低位會(huì)共享。
8 結(jié)束語(yǔ)
智能家居防火防盜報(bào)警系統(tǒng)的普及，能夠保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全，可以有效的盡早對(duì)火災(zāi)發(fā)生發(fā)出警報(bào)，以及居室的非法入侵進(jìn)行報(bào)警。它是集防火防災(zāi)和人身生活安全的設(shè)備儀器。
本次設(shè)計(jì)的居室報(bào)警系統(tǒng)主要由溫度傳感器，煙霧濃度傳感器和紅外人體傳感器構(gòu)成。DS18B20溫度傳感器它體積較小，使用環(huán)境廣泛，封裝多種多樣，適合小型設(shè)備的使用。MQ-2煙霧傳感器可以檢測(cè)多種可燃性氣體，成本低，可靠性高，是一種理想的氣體檢測(cè)傳感器。它可以把環(huán)境中的煙霧濃度進(jìn)行氣-電的轉(zhuǎn)換器，而電導(dǎo)率會(huì)隨著可燃?xì)怏w濃度變化，轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換電路成數(shù)字信號(hào)，再發(fā)送到單片機(jī)進(jìn)行處理。DYP-ME003人體感應(yīng)傳感器是基于紅外線技術(shù)的元器件，它的靈敏度強(qiáng)，可靠性高，應(yīng)用廣泛。STC89C51單片機(jī)是一款低能耗、具有可編程的存儲(chǔ)器，而且應(yīng)用范圍廣泛，容易上手，價(jià)格便宜，擴(kuò)展性強(qiáng)，適合我們本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
如果再在本次的設(shè)計(jì)系統(tǒng)上加以擴(kuò)展功能，就可以使本系統(tǒng)功能更加的完善和強(qiáng)大，可靠性和安全系數(shù)更高。
附錄1 基于單片機(jī)的智能家居防火防盜報(bào)警系統(tǒng)仿真圖
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