研究內(nèi)容
基于安卓的防火報(bào)警系統(tǒng)，主要檢測溫度和火焰，再通過單片機(jī)控制相應(yīng)的報(bào)警和驅(qū)動負(fù)載。通過液晶顯示當(dāng)前的是否有火焰和溫度值，通過LED和蜂鳴器做相應(yīng)的提示，并通過藍(lán)牙串口發(fā)送到app顯示。
該項(xiàng)目主要是為了完成任務(wù)，包括：
（1）硬件部分：包括傳感器的選擇，顯示模塊的選擇，溫度轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)，火焰感應(yīng)電路的設(shè)計(jì)。
（2）軟件部分：包括微處理器控制程序的編制和原理圖的繪制。
（3）系統(tǒng)的綜合調(diào)試與分析：在軟硬件完成以后，要對系統(tǒng)進(jìn)行綜合的測試與實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性，調(diào)整系統(tǒng)的不足。
2 防火報(bào)警的總體方案設(shè)計(jì)
本題目主要是實(shí)現(xiàn)火焰報(bào)警和火災(zāi)發(fā)生時(shí)的報(bào)警及溫度控制，下面分別對系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)技術(shù)要求及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案總體闡述。
2.1系統(tǒng)的功能要求
本系統(tǒng)的研制主要包括以下幾項(xiàng)功能：
(1)火情探測功能：為了提高火災(zāi)報(bào)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)需要使用各種方法進(jìn)行火災(zāi)探測。在實(shí)際使用中，根據(jù)不同的防火場所，用戶可以選用溫度探測法、可燃?xì)怏w檢測法及光照探測法等合適的火災(zāi)探測方法，來有效的探測火災(zāi)；
(2)溫度報(bào)警功能：當(dāng)室內(nèi)溫度過大、有火情產(chǎn)生、故障等異常情況發(fā)生時(shí)，報(bào)警器要進(jìn)行燈光報(bào)警。當(dāng)溫度超過最大設(shè)定值時(shí)，可以蜂鳴器報(bào)警。
2.2 系統(tǒng)的技術(shù)要求
在了解這個(gè)系統(tǒng)的工作原理以及功能之后，我們就可以基本確定系統(tǒng)的技術(shù)要求。系統(tǒng)采用的單片機(jī)處理器成本都比較低，可以滿足批量生產(chǎn)和各類工程的需求。對于完整的一個(gè)系統(tǒng)而言，為提高市場的競爭力，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)符合體積小、功耗低、數(shù)傳性能可靠和成本低廉等技術(shù)要求。具體指標(biāo)和參數(shù)如下:
(1)體積�。禾綔y器的體積要盡可能的小，這樣占用的空間才能減少，使用和更換才會方便；
(2)功耗低：系統(tǒng)可以采用三節(jié)5號干電池供電或5v電源供電。
(3)可靠性高:由于不確定的電磁干擾可能存在在系統(tǒng)工作環(huán)境中，為了保證系統(tǒng)長時(shí)間的可靠工作，以及減少誤報(bào)次數(shù)，所以選擇多指示燈，指示不同的狀態(tài)。
2.3 系統(tǒng)的組成及方案設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主要由火焰?zhèn)鞲衅麟娐�、單片機(jī)、燈光報(bào)警電路、負(fù)載驅(qū)動電路、溫度檢測電路、控制程序和編解碼程序等組成。
系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：
圖 2. 1
3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
原理圖
圖 3. 1
上圖3.1是由AD19所畫的。
實(shí)時(shí)顯示是否有火焰與溫度，共有三個(gè)報(bào)警值。檢測到火焰則LED1警告，低溫LED2警告，高溫先是LED3警告，超過最大值則蜂鳴器報(bào)警。
3.1 主控電路
C51單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式�？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。本次使用的STC12C5A60S2繼承C51的全部功能，完美兼容C51單片機(jī)的所有程序。主要功能如表3.1所示，其DIP封裝如圖3.2所示
表3.1：STC89C51主要功能
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3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 | |
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STC89C52引腳介紹
① 主電源引腳（2根）
VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源
GND(Pin20)：接地線
②外接晶振引腳（2根）
XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端
XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端
③控制引腳（4根）
RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。
ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號
PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號
EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。
④可編程輸入/輸出引腳（32根）
STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。
P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7
作頻率35Mhz，6T/12T可選。
圖 3. 2 單片機(jī)DIP封裝圖
最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。
STC12C5A60S2是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC12C5A60S2單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。
圖 3. 3 最小系統(tǒng)原理框圖
(1) 時(shí)鐘電路
STC12C5A60S2單片機(jī)的時(shí)鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖2-4所示。在STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1(18)和XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5~30pF，典型值為30pF。晶振CYS的振蕩頻率范圍在1.2~12MHz間選擇，典型值為12MHz和6MHz。
圖 3. 4 內(nèi)部時(shí)鐘電路
(2) 復(fù)位電路
當(dāng)在STC12C5A60S2單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。
最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。
除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。
圖 3. 5 復(fù)位電路圖
（3） STC89C51中斷技術(shù)概述
中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請求源發(fā)出中斷請求時(shí)，如果中斷請求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。
圖3.6為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過程。
圖 3. 6中斷響應(yīng)和處理過程
如果單片機(jī)沒有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會浪費(fèi)在查詢是否有服務(wù)請求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。采用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。
3.2 火焰?zhèn)鞲衅?/strong>電路的設(shè)計(jì)
圖 3. 7 火焰?zhèn)鞲衅?/font>
如圖3.7所示，通電之后，把數(shù)據(jù)口接到單片機(jī)，單片機(jī)判斷火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)傳輸電平高低來實(shí)現(xiàn)對火焰的感應(yīng)。
3.2.1 火焰?zhèn)鞲衅鞯慕榻B
1、可以檢測火焰或者波長在760納米心1100納米范圍內(nèi)的光源；
2、探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏3靈敏度可調(diào)(圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié))；
3、對火焰的探測距離:跟靈敏度和火焰強(qiáng)度有關(guān)，一般1m以內(nèi)適用(以打火機(jī)火焰測試，半米內(nèi)能夠觸發(fā)傳感器)；
4、工作電壓3.3V-5V；
5、輸出形式：
a模擬量電壓輸出
b數(shù)字開關(guān)量輸出(0和1)。
3.2.2火感原理
圖 3. 8 火感原理圖
火焰?zhèn)鞲衅骼眉t外線對火焰非常敏感的特點(diǎn)，使用特制的紅外線接收管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉(zhuǎn)化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器，中央處理器根據(jù)信號的變化做出相應(yīng)的程序處理。
3.3溫度檢測電路的設(shè)計(jì)
圖 3. 9 DS18B20
3.5報(bào)警電路設(shè)計(jì)
圖 3. 12 蜂鳴器報(bào)警電路
圖 3. 13 LED報(bào)警電路
蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。三極管Q1起開關(guān)作用，其基極的低電平使三極管飽和導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平則使三極管關(guān)閉，蜂鳴器停止發(fā)聲。
LED英文單詞的縮寫，主要含義：LED = Light Emitting Diode，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光；它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長、光效高、輻射低與功耗低。
本次實(shí)訓(xùn)通過這兩個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
3.6HC-05藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)
圖 3. 14 藍(lán)牙模塊
基本實(shí)現(xiàn)過程概述，用USB轉(zhuǎn)TTL的CH340模塊連接HC-05，通過電腦配置波特率、從機(jī)模式、藍(lán)牙連接密碼、用戶名稱等。將配置好的HC-05連接單片機(jī)，TXD與RXD跟單片機(jī)的交叉相連，實(shí)現(xiàn)通信。再由安卓手機(jī)藍(lán)牙配對，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)防火報(bào)警功能。
3.6.1HC-05介紹
ATK-HC05V1l是一款高性能的主從一體藍(lán)牙串口模塊，可以同各種帶藍(lán)牙功能的電腦、藍(lán)牙主機(jī)、手機(jī)、PDA、PSP等智能終端配對，該模塊支持非常寬的波特率范圍：4800~-1382400，并且模塊兼容5V或3.3V單片機(jī)系統(tǒng)。
若使用HC-05與手機(jī)配對通信，需進(jìn)行以下設(shè)置：
- 、AT+NAME=<WFAGLY>
- 、AT+CMODE=1
- 、AT+UART=9600,0,0
- 、AT+PSWD=<1234>
經(jīng)過配置，即可實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊與單片機(jī)之間的通信。便于實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度、火情等，從而實(shí)現(xiàn)基于安卓的防火報(bào)警。
3.6.2HC-05與手機(jī)通信
經(jīng)配置好的內(nèi)容，如下圖
圖 3. 15 HC-05配置
經(jīng)上圖的相關(guān)配置，用手機(jī)安卓串口助手，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信
圖 3. 16 手機(jī)顯示數(shù)據(jù)
4 實(shí)訓(xùn)的軟件設(shè)計(jì)
4.1 軟件介紹
Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。KeilC51如下如所示
圖 4. 1 keilC51界面
4.2 實(shí)訓(xùn)程序流程圖
5防火報(bào)警的調(diào)試及結(jié)論
5.1 調(diào)試
首先，檢驗(yàn)程序與電路的相關(guān)接口是否相符，電路是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，不能實(shí)現(xiàn)的原因是什么等等。期間，所遇到的最大的難題就是DS18B20溫度的獲取及LCD1602的顯示問題。結(jié)果是沒有添加中斷，使得內(nèi)存出現(xiàn)混亂的緣故。除此之外也沒什么問題，起初得到題目的時(shí)候，先等待所需的元器件。設(shè)計(jì)思路就是，把各個(gè)模塊都分別實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行整體的整合。我主要負(fù)責(zé)這個(gè)，原理圖跟流程圖由另外兩個(gè)同學(xué)完成。我則負(fù)責(zé)補(bǔ)充。
5.2 結(jié)論
本設(shè)計(jì)的防火報(bào)警由傳感器電路與無線通信電路兩大部分構(gòu)成�？刂铺幚砥魇且怨苣_資源豐富的STC12C5A60S2為核心，實(shí)現(xiàn)對探測器寫入信號和對信號進(jìn)行編譯等人機(jī)交互功能。應(yīng)用程序以C語言編寫，充分利用芯片的內(nèi)部資源，提高了代碼執(zhí)行效率，減小了代碼的容量。但是，由于本人在各方面的知識不夠全面，再加上時(shí)間緊迫以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，該報(bào)警器還有較多需要提高的地方。比如：自行調(diào)節(jié)報(bào)警值，煙霧傳感探測，藍(lán)牙的局限性等。作品是不斷完善的，想要做得更好，就應(yīng)該根據(jù)不同的場景設(shè)計(jì)不同模塊的功能，對防火報(bào)警進(jìn)行更好的監(jiān)控，防患于未然。
b200620
單片機(jī)代碼:
Keil代碼.7z
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2022-11-14 18:34 上傳
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