基于GSM的遠(yuǎn)程家庭智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料

ID:161768 · 發(fā)表于 2017-5-21 17:59

摘要

隨著生活水平的提高,人們對(duì)自我財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng),同時(shí)伴隨著現(xiàn)代科技逐步走進(jìn)人們的生活,智能家居應(yīng)運(yùn)而生。報(bào)警系統(tǒng)作為智能家居的一部分備受人們重視，而市場(chǎng)上的報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)雖日漸成熟，但依然有缺陷。本設(shè)計(jì)獨(dú)辟蹊徑，運(yùn)用加速度傳感器作為主要感知層，這樣不用限制門窗的材質(zhì),使報(bào)警系統(tǒng)更加完善。

本設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡(luò)，介紹了基于GSM的遠(yuǎn)程家庭智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。利用各種傳感器，如溫濕度傳感器、加速度傳感器等對(duì)家中可能出現(xiàn)的各種意外情況進(jìn)行采集，并通過組建的家中內(nèi)部無線網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向單片機(jī)進(jìn)行中斷報(bào)警。GSM模塊在單片機(jī)控制下，利用GSM網(wǎng)絡(luò)，將各種報(bào)警信息通過短信的方式發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的手機(jī)中，達(dá)到了遠(yuǎn)程無線智能報(bào)警的功能。同時(shí),本文在對(duì)加速度信號(hào)的處理上,采用新的方法,即使用加速度平均值,并設(shè)定參考點(diǎn)的思路和方法,有效避免了漏報(bào)、誤報(bào)現(xiàn)象的產(chǎn)生，是系統(tǒng)更加穩(wěn)定。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、可靠、穩(wěn)定性高。家庭無需為傳感器布線，具有廣泛的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

1 引言

1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.2 設(shè)計(jì)目的與意義

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器的選型

2.1.1 MMA7455I加速度傳感器

2.1.2 DHT11溫度傳感器

2.2 PT2262/2272無線收發(fā)模塊

2.3 AT89S52單片機(jī)模塊

2.3.1 AT89S52單片機(jī)概述

2.3.2 AT89S52單片機(jī)的典型功能

2.4 GSM模塊

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體思路

3.1.1主函數(shù)軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.1.2 基于C語言的程序調(diào)試

3.2 系統(tǒng)各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 溫度傳感器DHT11的軟件設(shè)計(jì)

3.2.2 加速度傳感器MMA7455的軟件設(shè)計(jì)

3.2.3 IIC通訊協(xié)議

3.2.4 液晶顯示的軟件設(shè)計(jì)

3.2.5 GSM模塊中的AT指令

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1液晶顯示

4.2 GSM的調(diào)試

4.3加速度傳感器的調(diào)試

4.4 DHT11溫濕度傳感器

5 總結(jié)與展望

5.1總結(jié)

5.2展望

參考文獻(xiàn)

致謝

附錄一原理圖

附錄二程序

1 引言1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

在目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)代化居住格局日益封閉的情況下，財(cái)產(chǎn)安全問題顯得尤為重要。當(dāng)前安全防范及報(bào)警系統(tǒng)是確保住宅、財(cái)產(chǎn)安全的重要的途徑之一，同時(shí)也是數(shù)字化家庭的重要組成部分。當(dāng)遇到盜竊、失火、煤氣泄漏等緊急情況時(shí)，及時(shí)通過通信系統(tǒng)完成報(bào)警以及提示就顯得尤為必要。

目前的、家居報(bào)警系統(tǒng)領(lǐng)域多用到開關(guān)振動(dòng)、超聲波、紅外探測(cè)、門磁開關(guān)等類型的傳感器，其在應(yīng)用過程中暴露出諸多的缺點(diǎn)：首先，傳感器價(jià)格昂貴，體積龐大，難以集成。比如超聲波傳感器，體積大，市場(chǎng)價(jià)在8 元左右，操作復(fù)雜，易受干擾；其次，誤報(bào)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，困擾人們的生活，比如我們家里面電車或者汽車上常用的震動(dòng)型傳感器，在人不小心碰到時(shí)就會(huì)發(fā)出刺耳的警笛聲，雖然起到了一定的報(bào)警作用，但是給人的生活帶來很大困擾，并且當(dāng)人距離報(bào)警聲音傳播范圍之外時(shí)，亦無法知道車輛的安全狀況。另外，市場(chǎng)上并沒有一種專業(yè)的報(bào)警系統(tǒng)，能讓人隨時(shí)隨地的知道家庭公司等安全狀況，并能夠顯示警情位置，警情級(jí)別等。

同時(shí)大多數(shù)的報(bào)警系統(tǒng)采用紅外傳感器和門磁開關(guān)配合使用，而門磁開關(guān)主要由開關(guān)和磁鐵兩部分組成，開關(guān)部分由磁簧開關(guān)經(jīng)引線連接。定型封裝而成；磁鐵部分由對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁鐵封裝于塑膠或合金殼體內(nèi)。當(dāng)兩者分開或接近至一定距離后，引起開關(guān)的開斷從而感應(yīng)物體。因而門磁開關(guān)只適合非鐵質(zhì)的門或窗，但現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)中,大部分使用的都是鐵質(zhì)合金，門磁開關(guān)的應(yīng)用范圍大大地受限。

1.2 設(shè)計(jì)目的與意義

基于單片機(jī)的智能家居防盜系統(tǒng)著重于對(duì)家中涉及安全的因素進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警,用到的傳感器有加速度傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器；控制期間使用AT89S51單片機(jī)；并且采用無線網(wǎng)絡(luò)GSM節(jié)點(diǎn)，采用直接發(fā)送短信或撥打電話的方式直接向戶主報(bào)警。使得報(bào)警更加快捷方便，同時(shí)不用布線，避免了維修的復(fù)雜性。

同時(shí)本設(shè)計(jì)介紹了一種由嵌入式報(bào)警主機(jī)、無線發(fā)射裝置，手機(jī)終端，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的智能報(bào)警系統(tǒng)。

首先本系統(tǒng)采用新型的加速度傳感器，能夠?qū)㈤T窗的震動(dòng)和移動(dòng)兩種狀態(tài)區(qū)別開來，當(dāng)門窗產(chǎn)生震動(dòng)而沒有發(fā)生位移時(shí),通過程序計(jì)算沒有達(dá)到位移門限就判斷為沒有異常情況發(fā)生。當(dāng)門窗發(fā)生移動(dòng)時(shí)，說明家中可能已經(jīng)被盜處以較危險(xiǎn)的情況，此時(shí)告知戶主，拉響警笛，這樣就解決了傳統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)給人們生活帶來的干擾。

同時(shí)我們將溫度傳感器布防在廚房、客廳的等地方，通過無線通信技術(shù)形成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，與家庭嵌入式主機(jī)系統(tǒng)通信。當(dāng)某個(gè)傳感器被觸發(fā)時(shí)，就會(huì)向主機(jī)發(fā)送信號(hào)，主機(jī)通過接收到的信號(hào)判斷警情地址，警情級(jí)別做出相應(yīng)的判斷后，通過GSM模塊兒發(fā)送相應(yīng)的信息，信息被手機(jī)捕獲經(jīng)軟件分析后，發(fā)出語音告知機(jī)主。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

本設(shè)計(jì)主要由三大部分組成，分別為：感知網(wǎng)絡(luò)、控制主機(jī)、客戶終端。該框圖詳細(xì)的說明了該設(shè)計(jì)的工作流程，我們的產(chǎn)品分為兩部分，有家庭傳感器節(jié)點(diǎn)組成的感知網(wǎng)絡(luò)，傳感器信號(hào)經(jīng)MCU分析后由2262配置一個(gè)唯一的地址，將信號(hào)發(fā)給家庭主機(jī)，經(jīng)分析后經(jīng)GSM模塊向手機(jī)發(fā)射出相應(yīng)的語音報(bào)警信息，告知機(jī)主。

圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件主要是由傳感器網(wǎng)路、PT2262/2267無線收發(fā)模塊、MCU控制器、GSM模塊組成。下圖是總體硬件結(jié)構(gòu)：

圖2-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

傳感器部分主要是采集家中安全信息，如溫度、門窗的移動(dòng)情況，而本設(shè)計(jì)最有特色的部分也在于傳感器的選擇，采用新型的加速度傳感器，使防盜模塊更完善；AT2262/2272是用于無線連接傳感器與單片機(jī)的部分，此部分避免了防盜系統(tǒng)大量的布線工作；單片機(jī)主要是對(duì)采集信息的處理、判斷并做出相應(yīng)的處理過程，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦；GSM模塊主要是用于聯(lián)系用戶，現(xiàn)代在手機(jī)十分普及的背景下，采用GSM模塊進(jìn)行短息或語音通話直接通知戶主家庭安全情況，會(huì)非�？旖�，使得家中安全情況得到及時(shí)處理。下面對(duì)各部分硬件進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 傳感器的選型2.1.1 MMA7455I加速度傳感器

2.1.1.1MMA7455工作原理及引腳功能

本設(shè)計(jì)使用的是飛思卡爾公司的MMA7455I，飛思卡爾公司有穩(wěn)定的人員隊(duì)伍。該公司在全球30個(gè)國(guó)家擁有24000 多名研發(fā)和設(shè)計(jì)人員，人員結(jié)構(gòu)知識(shí)化，年輕化，有穩(wěn)定的教師和輔助人員隊(duì)伍。其中，天津飛思卡爾公司擁有 40 多名研發(fā)和設(shè)計(jì)人員，90%以上擁有研究生學(xué)歷。

該公司在全球30個(gè)國(guó)家擁有多家公司。飛思卡爾全球有9個(gè)全資生產(chǎn)工廠，一個(gè)合營(yíng)生產(chǎn)設(shè)施，還有與第三方生產(chǎn)商建立的諸多合作關(guān)系等。飛思卡爾根據(jù)輕資產(chǎn)(asset-light)戰(zhàn)略，有選擇地將內(nèi)部生產(chǎn)能力集中在處于領(lǐng)先地位的細(xì)分化或?qū)I(yè)加工工藝上，由第三方工廠提供標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)，作為內(nèi)部資源的補(bǔ)充。1992 年，飛思卡爾公司開始在天津開展業(yè)務(wù)，包括在天津的封裝和測(cè)試運(yùn)行部門，北京、蘇州和天津3個(gè)研發(fā)中心，北京、上海和深圳3個(gè)銷售辦事處。天津工廠成立于 1992 年，是飛思卡爾擁有的兩個(gè)大型芯片測(cè)試和封裝工廠之一。該工廠占地 400,000 平方英尺，從 2001 年開始投入生產(chǎn)。工廠每周生產(chǎn)超過 900 萬個(gè)微控制器、混合信號(hào)和射頻設(shè)備。該公司可提供生產(chǎn)實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)設(shè)備和場(chǎng)地。

飛思卡爾公司有堅(jiān)實(shí)的科研和技術(shù)生產(chǎn)活動(dòng)。該公司的客戶包括摩托羅拉的個(gè)人通訊事業(yè)部，以及一些其它消費(fèi)和汽車電子廠商。2006年，飛思卡爾在下列領(lǐng)域居于市場(chǎng)領(lǐng)先地位：汽車（全球汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品市場(chǎng)份額位居第一）、網(wǎng)絡(luò)（全球網(wǎng)絡(luò)通信處理器市場(chǎng)份額第一；全球用于蜂窩基站的射頻功率產(chǎn)品市場(chǎng)份額位居第一）、工業(yè)控制器、消費(fèi)電子產(chǎn)品（微控制器和嵌入式處理器市場(chǎng)份額位居第二）和無線產(chǎn)品（無線通信應(yīng)用專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品市場(chǎng)份額位居第四；蜂窩手機(jī)數(shù)字基帶半導(dǎo)體產(chǎn)品全球市場(chǎng)份額位居第四）。公司為客戶提供廣泛多樣的輔助設(shè)備，連接各種產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)和真實(shí)世界的信號(hào)(如聲音、振動(dòng)和壓力等)。產(chǎn)品包括傳感器、射頻半導(dǎo)體、功率管理及其它模擬和混和信號(hào)集成電路。飛思卡爾全球現(xiàn)有1萬個(gè)終端客戶，其中包括由公司自己的銷售隊(duì)伍服務(wù)的100多家知名的原始設(shè)備生產(chǎn)商，以及通過數(shù)千個(gè)代理商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的其他終端客戶。2004年，摩托羅拉半導(dǎo)體部成為飛思卡爾半導(dǎo)體。例如，開發(fā)出了許多關(guān)鍵產(chǎn)品類別，包括通信處理器、微控制器、固態(tài)加速度傳感器、蜂窩式半導(dǎo)體和模塊等。摩托羅拉半導(dǎo)體部一直引領(lǐng)加工工藝技術(shù)的發(fā)展，從率先使用200毫米硅片、銅連線技術(shù)、絕緣體上的硅芯片(SOI)到硅鍺碳，為客戶帶來了性能更高、性能更低的產(chǎn)品。因此選用飛思卡爾公司的傳感器是十分可靠的選擇。

MMA7455是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計(jì)，具有信號(hào)調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測(cè)、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測(cè)0g，以及脈沖檢測(cè)（用于快速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)）等功能。0g 偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件�？蛻艨墒褂弥付ǖ�0g 寄存器和g-Select 量程選擇對(duì)0g 偏置進(jìn)行校準(zhǔn)，量程可通過命令選擇 3 個(gè)加速度范圍（2g/4g/8g）。MMA745xL 系列具備待機(jī)模式，使它成為以電池為電源的手持式電子器件的理想選擇。MMA7455 數(shù)字三軸加速度傳感器模塊核心為飛思卡爾公司的MMA7455L數(shù)字三軸加速度傳感器，該模塊設(shè)計(jì)使用官方推薦設(shè)計(jì)，板卡線路經(jīng)過高電磁兼容設(shè)計(jì)和優(yōu)化，具有輸出精確，體積小，工作可靠，各種標(biāo)識(shí)清晰，擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。MMA7455L 芯片安裝在帶DIP 插腳的印刷電路板（PCB）上，它允許客戶將其集成到特定的設(shè)計(jì)應(yīng)用對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。這樣客戶就能夠在他們自己硬件和軟件環(huán)境內(nèi)靈活地評(píng)估器件。

MMA7455I是三軸小量程加速傳感器是檢測(cè)物件運(yùn)動(dòng)和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)和方向改變輸出信號(hào)的電壓值。后面的圖片示出了它們的關(guān)系。各軸的信號(hào)在不運(yùn)動(dòng)或不被重力作用的狀態(tài)下（0g），其輸出為1.65V。如果沿著某一個(gè)方向活動(dòng)，或者受到重力作用，輸出電壓就會(huì)根據(jù)其運(yùn)動(dòng)方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。用單片機(jī)的IIC/SPI接口方式讀取數(shù)值，就可以檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)和方向。

圖2-2 MMA7455實(shí)物圖

各引腳功能：

Pin:輸入電壓,同時(shí)可以接到單片機(jī)AD參考電壓端；

Pin2:(可選)5V電源；

Pin3、GND:電源地；

Pin456、NC:懸空管腳；

Pin7、CS:SPI片選管腳，低電平有效；

Pin8、INT1：中斷1/數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒；

Pin9、INT2：中斷2；

Pin10、MISO：SPI管腳MISO；

Pin11、MOSI：SPI管腳MOSI；

Pin12、CLK：SPI管腳CLK；

圖2-3 MMA7455的外圍電路

2.1.1.2用加速度傳感器測(cè)量位移的原理與誤差分析

MMA7455I是一種差容式伺服加速度傳感器，它采用先進(jìn)的集成電路表面加工技術(shù)，將敏感元件和信號(hào)調(diào)理電路集成在單片集成電路上，組成一個(gè)完整的加速度測(cè)量系統(tǒng).安裝時(shí)使加速度傳感器的敏感方向與門窗運(yùn)動(dòng)的方向平行，由于重力加速度g 的作用，當(dāng)加速度傳感器不運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出為1g，即傳感器的零點(diǎn)偏置不是0，此時(shí)加速度輸出值現(xiàn)對(duì)于參考點(diǎn)的位置有正有負(fù)。

設(shè)a(t),v(t),d(t)和T分別是門或窗運(yùn)動(dòng)的加速度、速度、位移和采樣的總周期，g(t)為重力加速度。當(dāng)門或窗運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平方向的加速度傳感器的輸出為：

A(t)=a(t)(2-1)

此時(shí)g(t)的變化是很小的,可看做是常數(shù)。作零點(diǎn)校正一般采用測(cè)量前先存儲(chǔ)零點(diǎn)值，計(jì)算時(shí)將測(cè)量值減去零點(diǎn)值的方法。這里根據(jù)門窗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，提出一種簡(jiǎn)單方便的方法，用這種方法可以實(shí)現(xiàn)加速度傳感器的動(dòng)態(tài)零點(diǎn)校正。

由于加速度傳感器的輸出采用了零點(diǎn)校正，因而只需考慮門窗運(yùn)動(dòng)的加速度積分得門窗運(yùn)動(dòng)的速度。

(2-2)

若將看成下始點(diǎn)的初始速度，則于是同樣，位移可以通過對(duì)速度積分得到

(2-3)

那么門窗的相對(duì)位移用加速度傳感器測(cè)量位移的算法可簡(jiǎn)要表述為：

將一個(gè)周期的加速度的測(cè)量值減去其平均值，令邊界條件為零，對(duì)修正后的加速度積分得到速度,將所求速度減去其平均值，令邊界條件為零，對(duì)修正后的速度積分即得到相對(duì)位移。

2.1.2 DHT11溫度傳感器

本設(shè)計(jì)使用的是溫濕度傳感器DHT11，DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC 測(cè)溫元件，線性溫度傳感器是線性化輸出負(fù)溫度系數(shù)（簡(jiǎn)稱NTC）熱敏元件，它實(shí)際上是一種線性溫度-電壓轉(zhuǎn)換元件，就是說通以工作電流（100ua）條件下，元件電壓值隨溫度呈線性變化，實(shí)現(xiàn)了非電量到電量線性轉(zhuǎn)換。并與一個(gè)高性能8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2-4 DHT11實(shí)物圖

每個(gè)DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

綜上所述，DHT11可以測(cè)量相對(duì)濕度和溫度，可以全部校準(zhǔn)，并且直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，此模塊具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，無需額外添加部件，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離，超低能耗，是四腳安裝的，可以完全實(shí)現(xiàn)互換。

DHT11的應(yīng)用范圍有暖通空調(diào)設(shè)備、汽車領(lǐng)域、消費(fèi)品、氣象站、濕度調(diào)節(jié)器、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄器、自動(dòng)控制、家電領(lǐng)域、醫(yī)療器械等等。在本設(shè)計(jì)中，DHT11主要是用來監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度狀況，當(dāng)家中有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，居室中溫度升高，當(dāng)溫度超過一定的溫度閥值時(shí)，溫度信號(hào)被傳感器采集到發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理、判斷，執(zhí)行報(bào)警，有效地避免災(zāi)情進(jìn)一步發(fā)生。

表2-1 DHT11的性能說明

參數(shù)	條件	Min	Typ	Max	單位
分辨率		1	1	1	℃
分辨率		8	8	8	Bit
重復(fù)性			±1		℃
精度		±1		±2	℃
量程范圍		0		50	℃
響應(yīng)時(shí)間	1/e(63％)	6		50	S

使用DHT11時(shí)需要注意避免結(jié)露情況下使用。長(zhǎng)期保存條件是在10-40℃，同時(shí)濕度需在60％。超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。返回正常工作條后，傳感器會(huì)緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)，要加速恢復(fù)進(jìn)程。在非正常工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過程。

表2-2 DHT11各管腳功能

Pin	名稱	注釋
1	VDD	供電 3—5.5VDC
2	DATA	串行數(shù)據(jù)，單總線
3	NC	空腳，懸空
4	GND	接地，電源負(fù)極

氣體的相對(duì)濕度，在很大程度上依賴于溫度。因此在測(cè)量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將DHT11遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。為降低熱傳導(dǎo)，DHT11與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。長(zhǎng)時(shí)間暴露在太陽光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中會(huì)使性能降低。DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)影響通訊距離和通訊質(zhì)量,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。手動(dòng)焊接，在最高260℃的溫度條件下接觸時(shí)間須少于10秒。

圖2-5 DHT11應(yīng)用電路

此電路即為本設(shè)計(jì)中DHT11的應(yīng)用電路。當(dāng)傳輸距離小于20米時(shí)使用5K的上拉電阻，當(dāng)傳輸距離大于20米時(shí)上拉電阻做相應(yīng)的改變。

DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。操作流程如下：

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。

其通訊過程如下如所示：

圖2-6 通訊過程

總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開始信號(hào)后,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20-40us后,讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。

圖2-7 開始傳送數(shù)據(jù)

總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都以50us低電平時(shí)隙開始，高電平的長(zhǎng)短定數(shù)據(jù)位是0還是1。格式見下面圖示，如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則DHT11沒有響應(yīng)，請(qǐng)檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高，進(jìn)入空閑狀態(tài)。

圖2-8 數(shù)字0信號(hào)表示方法

圖2-9 數(shù)字1信號(hào)表示方法

測(cè)量分辨率分別為 8bit（溫度）、8bit（濕度）。上面各圖說明了DHT11在工作時(shí)的時(shí)序圖，也有助于之后編程時(shí)調(diào)用延時(shí)的時(shí)間。

2.2 PT2262/2272無線收發(fā)模塊

由于本設(shè)計(jì)成本和本人的能力有限，在本設(shè)計(jì)的實(shí)際硬件中沒有用到此模塊，但這一模塊在原始設(shè)計(jì)的理念中是不可或缺的一部分，因?yàn)檫@一部分可以有效避免不必要的布線問題,同時(shí)也便于傳輸出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行有效快捷的維修。因此，在此文中對(duì)這一模塊進(jìn)行詳細(xì)地說明是十分必要的，同時(shí)也可提高我的知識(shí)面。

PT2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空，接高電平，接低電平)，任意組合可提供531441地址碼，PT2262最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。

編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后，VT腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí)，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100％的調(diào)幅。

圖2-10 PT2262 無線發(fā)射模塊

2262無線發(fā)射模塊電路圖，該電路由A0……A5可以配置該芯片地址，當(dāng)2272的設(shè)置的地址與其相標(biāo)配時(shí)，才能接收到信號(hào)�？刂艱0……D7的高低電平配置可以發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，比如我們可以經(jīng)D0口經(jīng)過模擬電路與單片機(jī)相連，此時(shí)若P1^0口為高電平此時(shí)2262工作，并將D0高電平的信號(hào)發(fā)射出，經(jīng)2272解碼后將信息翻譯處理來。發(fā)射電路有DOUT口經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)紅外發(fā)射頭發(fā)出。

圖2-11 PT2272無線接收模塊

U12為一體化紅外接收頭，接收到信號(hào)后，經(jīng)2272解碼，將信息經(jīng)D0……D3口輸出，我們通過電路設(shè)置使不同的傳感器電路，觸發(fā)2262不同的數(shù)據(jù)I/O口，這樣單片機(jī)通過采集2272的數(shù)據(jù)接口就可以知道報(bào)警傳感器的位置，從而坐車相應(yīng)的處理。

圖2-12 PT2272 無線接收模塊

設(shè)置地址碼的原則是：同一個(gè)系統(tǒng)地址碼必須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。

PT2262/2272芯片的地址碼的設(shè)定：在通常使用中，一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262和解碼PT2272的第1～8腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3的8次方為6561，所以地址編碼不重復(fù)度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對(duì)使用，例如將發(fā)射機(jī)的PT2262的第2腳接地第3腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機(jī)的PT2272只要第2腳接地第3腳接正電源，其它引腳懸空就能實(shí)現(xiàn)配對(duì)接收。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對(duì)應(yīng)的D1～D4端輸出約4V互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí)VT端也輸出解碼有效高電平信號(hào)。用戶可將這些信號(hào)加一級(jí)三極管放大，便可驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載進(jìn)行遙控操縱。

2.3 AT89S52單片機(jī)模塊2.3.1 AT89S52單片機(jī)概述

單片機(jī)是把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口電路等集成在一塊芯片上，構(gòu)成

一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速、海量的數(shù)值計(jì)算；技術(shù)發(fā)展方向是總線速度的無限提升，存儲(chǔ)容量的無限擴(kuò)大。而嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對(duì)象的智能化控制能力；技術(shù)發(fā)展方向是與對(duì)象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能、控制能力與控制的可靠性。比較普通計(jì)算機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)的差異，說明這是由于它們應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用環(huán)境的不同而造成的，而單片機(jī)則屬于低端嵌入式計(jì)算機(jī)。

單片機(jī)的硬件簡(jiǎn)單，字長(zhǎng)一般為8位，也有16位的，存儲(chǔ)空間最小。集成的片內(nèi)外設(shè)比較豐富。由于硬件的局限性，導(dǎo)致軟件上就不能太大，采集速度低。難以完成復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算。單循環(huán)式，一般沒有操作系統(tǒng)。

單片機(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，從而獲得最佳性價(jià)比�？垢蓴_能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)型所無法比擬的�？梢院芊奖愕貙�(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。

單片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合也非常廣泛，小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝成各種智能式控制設(shè)備以及各種智能儀表。面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，從而獲得最佳性價(jià)比。抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣條件下都能可靠地工作，這是其它機(jī)型所無法比擬的�？梢院芊奖愕貙�(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測(cè)控系統(tǒng)、黑匣子還有分式系統(tǒng)的前端模塊等等。

ATMEL公司生產(chǎn)的具有Flash ROM的增強(qiáng)型51系列單片機(jī)目前在市場(chǎng)上仍然十分流行，其中AT89S系列十分活躍。AVR單片機(jī)是ATMEL在90年代推出的精簡(jiǎn)指令集RISC的單片機(jī)，跟PIC類似。使用哈佛結(jié)構(gòu)。是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī)。AVR的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。

近年來單片機(jī)的發(fā)展非常快，縱觀單片機(jī)的現(xiàn)狀及歷史，其發(fā)展趨勢(shì)正朝著大容量、

高性能化、小容量低價(jià)格化、外圍電路內(nèi)裝化、多品種化及增強(qiáng)I/O接口功能、降低功

耗等方面發(fā)展。為滿足不同的用戶要求，各公司競(jìng)相推出能滿足不同需要的產(chǎn)品。

在CPU的功能上更加完善和強(qiáng)大，比如采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高處理能力，增加數(shù)據(jù)總線的寬度，使處理數(shù)據(jù)的能力明顯優(yōu)于一般的8位單片機(jī)，同時(shí)采用流水線結(jié)構(gòu)和RISC體系結(jié)構(gòu)。在存儲(chǔ)器方面加大存儲(chǔ)容量，實(shí)行程序保密化�，F(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，可實(shí)現(xiàn)的功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。

MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630MW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100MW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。

本設(shè)計(jì)中使用的是AT89S52單片機(jī)。AT89S52為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲(chǔ)器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

AT89S52主要功能列舉如下：擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）為8KB、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為256字節(jié)、32個(gè)可編程I/O口線、8個(gè)中斷向量源、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器、全雙工UART串行通道。

AT89S52單片機(jī)的特性是與MCS-51 兼容、擁有4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，它的壽命一般為1000寫/擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時(shí)間為10年、全靜態(tài)工作時(shí)工作頻率是0Hz-24Hz、擁有三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定和128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。

圖2-13 AT89S52單片機(jī)

2.3.1.1AT89S52單片機(jī)管腳說明

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)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(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

表2-3 P3口特殊功能口

管腳	I/O口	備選功能
10	P3.0	RXD(串行輸入口)
11	P3.1	TXD（串行輸出口）
12	P3.2	INT0（外部中斷0）
13	P3.3	INT1（外部中斷1）
14	P3.4	T0（記時(shí)器0外部輸入）
15	P3.5	T1（記時(shí)器1外部輸入）
16	P3.6	WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）
17	P3.7	RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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。

：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。

：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

：來自反向振蕩器的輸出。

2.3.1.2 AT89S52單片機(jī)的振蕩器特性和芯片擦除：

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。

整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。

2.3.2 AT89S52單片機(jī)的典型功能

2.3.2.1 中斷系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中的一項(xiàng)很重要的技術(shù)。中斷系統(tǒng)的主要功能是為了解決快速CPU與慢速的外設(shè)之間的矛盾，它是由硬件和軟件組成的。有了中斷系統(tǒng)，能使計(jì)算機(jī)的功能更強(qiáng)、效率更高、使用更加靈活方便。下面簡(jiǎn)單介紹中斷系統(tǒng)的組成、處理過程及其應(yīng)用。

52單片機(jī)總共有6個(gè)中斷源。外部中斷有/INT0、/INT1，其中中斷請(qǐng)求是由P3.3、P3.3引腳輸入的，可選擇低電平有效或沿下降沿有效。內(nèi)部中斷源有T0、T1、T2溢出中斷和串行口中斷源。不同的中斷源有不同的中斷矢量，當(dāng)某個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，CPU將通過硬件自動(dòng)地把相應(yīng)的中斷源的中斷入口地址裝入PC中，即從此地址開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。因此，使用時(shí)一般在此地址單元中存放一條跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷是，使單片機(jī)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的入口地址的跳轉(zhuǎn)指令，然后再通過該跳轉(zhuǎn)指令至用戶安排的中斷服務(wù)程序的入口處。

表2-4 中斷入口地址

中斷源	中斷入口地址
/INT0（外部中斷0）	0003H
T0（定時(shí)器0）	000BH
/INT1（外部中斷1）	0013H
T1（定時(shí)器1）	001BH
串口輸入/輸出	0023H
定時(shí)器2	002BH

中斷處理過程分為三個(gè)階段，即中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回。下圖為中斷響應(yīng)過程中硬件自動(dòng)完成的流程圖，如果中斷響應(yīng)條件滿足，而且不存在中斷受阻，CPU將響應(yīng)中斷呢。在此情況下，CPU首先使被響應(yīng)中斷的“優(yōu)先級(jí)激活”觸發(fā)器置位，以阻斷同級(jí)和低級(jí)的中斷。

圖2-14 中斷響應(yīng)過程

然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下內(nèi)部自動(dòng)形成長(zhǎng)調(diào)用指令，此指令的作用是：首先自動(dòng)將斷點(diǎn)壓入堆棧，但不自動(dòng)保存PSW的內(nèi)容，然后將對(duì)應(yīng)的中斷源的入口地址裝入程序計(jì)數(shù)器。

CPU中斷響應(yīng)結(jié)束后即轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址，從執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條指令開始到執(zhí)行RETI返回指令為止，這個(gè)過程成為中斷處理或中斷服務(wù)。

2.3.3.2單片機(jī)串行口

串口通信是計(jì)算機(jī)與外界交換信息的一種基本通信方式。52單片機(jī)中的串行接口是一個(gè)全雙工通信接口，即能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。它可作偽通用異步接收和發(fā)送器使用，也可以用作同步移位寄存器，其幀格式和波特率均可通過軟件編程設(shè)置，在使用上非常方便靈活。

串行通信的基本特征是數(shù)據(jù)逐位順序進(jìn)行傳送串行通信的格式及約定（如：同步方式、通訊速率、數(shù)據(jù)塊格式、信號(hào)電平等）不同，形成了多種串行通信的協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)。

單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的過程是：當(dāng)CPU允許接收（即SCON的REN位置“1”）且接收中斷標(biāo)志RI復(fù)位時(shí)，就啟動(dòng)一次接收過程。接收數(shù)據(jù)時(shí)，外界數(shù)據(jù)通過引腳P3.0（RXD）串行輸入，數(shù)據(jù)的最低位首先進(jìn)入輸入移位寄存器，一幀數(shù)據(jù)接收完畢再并行送入到緩沖器SBUF中，同時(shí)將接收中斷標(biāo)志RI置“1”。當(dāng)用軟件將輸入的數(shù)據(jù)讀走并將RI復(fù)位后，才能再開始下一幀數(shù)據(jù)的傳送。

發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為：當(dāng)發(fā)送中斷標(biāo)志位TI復(fù)位后，CPU執(zhí)行任何一條寫SBUF指令，就啟動(dòng)一次發(fā)送過程。CPU在執(zhí)行寫SBUF指令的同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送控制器開始發(fā)送數(shù)據(jù)，被發(fā)送的數(shù)據(jù)由TXD引腳串行輸出，首先輸出最低位，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完即發(fā)送緩沖器空時(shí)，CPU自動(dòng)將發(fā)送中斷標(biāo)志TI置1，當(dāng)軟件將TI復(fù)位時(shí)，同時(shí)又將下一個(gè)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩沖器后，CPU再次重復(fù)上述過程直到數(shù)據(jù)發(fā)送完成。

2.4 GSM模塊

本設(shè)計(jì)使用的是西門子公司生產(chǎn)的TC35i。TC35i是Siemens公司推出的無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(SMS)和傳真。模塊工作電壓為3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900MHz)和1W(1800MHz)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4K、4.8K、9.6K的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話、漫游檢測(cè)功能，常用的工作模式由省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器、天線接口留部分組成。作為TC35i的核心，基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號(hào)，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模塊和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持FR、HR、EFR語音信道編碼。

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始使用的GSM模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。本設(shè)計(jì)采用西門子TC35 系列的TC35i，這種無線模塊功能上與TC35 兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i 與GSM2/2 兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、RS232 數(shù)據(jù)接口，該模塊及射頻電路和基帶與一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。

TC35i 模塊主要由GSM基于處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。通過ZIF 連接器與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路接口，該接口讀取或發(fā)送TC35i 模塊中的數(shù)據(jù)，將是本文論述的重點(diǎn)，也是TC35i 應(yīng)用的核心。

單片機(jī)與TC35i 的軟件接口其實(shí)就是單片機(jī)通過AT 指令控制手機(jī)的控制技術(shù)，首先設(shè)置TC35i 模塊的工作模式：AT+CMGF=n，n=0 為PDU模式；n=1 為文本模式；通常設(shè)置為PDU 模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)（用戶自定義數(shù)據(jù)）。AT+CMGR=n 為讀TC35i 模塊短消息數(shù)據(jù)，n 為短消息號(hào)。AT+CMGL=n為列出TC35i 模塊內(nèi)的短消息，n=0 是未讀的短消息，n=1 位已讀的短消息，n=2 位未發(fā)送的短消息，n=3為已發(fā)送的短消息n=4 為所有短消息。AT+CMGD=n 為刪除TC35i 模塊的短消息，n 為短消息編號(hào)。

軟件編程通過向TC35i 寫入不同的AT 指令能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登陸、讀取SIM卡上電話號(hào)碼、發(fā)送SMS 消息、接收SMS 消息等。常用的AT指令我們將在軟件設(shè)計(jì)中詳細(xì)說明。

3 軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體思路3.1.1主函數(shù)軟件設(shè)計(jì)流程圖

整個(gè)系統(tǒng)主要的分為兩個(gè)狀態(tài)：主人在家狀態(tài)、主人不在家狀態(tài)。當(dāng)主人在家時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)僅對(duì)溫度傳感器和煙霧傳感器進(jìn)行監(jiān)視；當(dāng)按下主人不在家的按鍵時(shí)，系統(tǒng)就進(jìn)入到主人不在家狀態(tài)，對(duì)家中的門窗、溫度、煙霧等作一系列的監(jiān)控，一旦有意外發(fā)生能及時(shí)通知戶主采取急救措施，有效避免災(zāi)情進(jìn)一步發(fā)生。

程序是由主程序、開機(jī)初始化模塊、主人在家狀態(tài)模塊、延時(shí)和定時(shí)器模塊、無人在家狀態(tài)模塊、傳感器檢測(cè)模塊、串口初始化和GSM通信模塊組成。

（1）主程序。單片機(jī)上電后即執(zhí)行主程序。主程序調(diào)用開機(jī)初始化模塊，之后確定用主人是否在家模塊，確定要工作的狀態(tài)。

（2）開機(jī)初始化模塊。該模塊控制所有模塊的指示燈點(diǎn)亮以確定所有模塊都正常工作，同時(shí)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部特殊寄存器進(jìn)行賦值，設(shè)置完畢后進(jìn)入主人在家狀態(tài)，只有當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后此模塊才會(huì)再次被調(diào)用。

（3）主人在家狀態(tài)模塊。該模塊調(diào)用對(duì)輸入的定時(shí)掃描，在家中溫度或煙霧濃度出現(xiàn)異常情況是報(bào)警，同時(shí)可在按鍵控制下轉(zhuǎn)入到無人在家模塊。該模塊桶用探測(cè)器檢測(cè)模塊、延時(shí)和定時(shí)器模塊相結(jié)合防止探測(cè)器的誤觸發(fā)，提高系統(tǒng)可靠性。

（4）延時(shí)和定時(shí)器模塊。該模塊包含軟件延時(shí)子函數(shù)及設(shè)置并啟動(dòng)定時(shí)器的子函數(shù)以達(dá)到對(duì)鍵盤的定時(shí)掃描。

（5）無人在家狀態(tài)模塊。該模塊調(diào)用傳感器檢測(cè)模塊、延時(shí)和定時(shí)模塊對(duì)外部輸入

進(jìn)行檢測(cè)，在傳感器被觸發(fā)的情況下發(fā)出警報(bào)并進(jìn)入發(fā)送短信模塊。

（6）傳感器檢測(cè)模塊。采用定時(shí)掃描的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)防止報(bào)警被誤觸發(fā)，想主人在家狀態(tài)模塊和無人在家狀態(tài)模塊返回各輸入口狀態(tài)。

（7）傳感器檢測(cè)模塊。傳感器主要是由MMA7455i加速度傳感器、溫度傳感器和煙霧傳感器組成，對(duì)家中情況進(jìn)行監(jiān)控，并做簡(jiǎn)單的信號(hào)處理。

（8）串口初始化和通信模塊。該模塊對(duì)在進(jìn)入發(fā)送短信狀態(tài)時(shí)對(duì)串口進(jìn)行初始化，負(fù)責(zé)與串口數(shù)據(jù)的收發(fā)，并在發(fā)送短信完畢時(shí)對(duì)特殊寄存器和全局變量進(jìn)行設(shè)置。防止由于某些傳感器一直處在觸發(fā)狀態(tài)而引起的短信重復(fù)發(fā)送。

（9）GSM發(fā)送短信模塊。該模塊通過調(diào)用串口初始化和通信模塊與GSM模塊發(fā)送AT指令控制其發(fā)送短信。

圖3-1 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

3.1.2 基于C語言的程序調(diào)試

C語言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言。它既具有高級(jí)語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它由美國(guó)貝爾研究所于1972年推出。1978后，C語言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動(dòng)畫。具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

C是高級(jí)語言。它把高級(jí)語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級(jí)語言的實(shí)用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 C也是一種結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦�，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 C語言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。同時(shí)C語言適用范圍大，適合于多種操作系統(tǒng)，如Windows、DOS、UNIX等等；也適用于多種機(jī)型。C語言對(duì)編寫需要硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，明顯優(yōu)于其它高級(jí)語言，有一些大型應(yīng)用軟件也是用C語言編寫的。

指針是C語言的一大特色，可以說是C語言優(yōu)于其它高級(jí)語言的一個(gè)重要原因。就是因?yàn)樗兄羔�，可以直接進(jìn)行靠近硬件的操作，但是C的指針操作不做保護(hù)，也給它帶來了很多不安全的因素。C++在這方面做了改進(jìn)，在保留了指針操作的同時(shí)又增強(qiáng)了安全性，受到了一些用戶的支持，但是，由于這些改進(jìn)增加語言的復(fù)雜度，也為另一部分所詬病。Java則吸取了C++的教訓(xùn)，取消了指針操作，也取消了C++改進(jìn)中一些備受爭(zhēng)議的地方，在安全性和適合性方面均取得良好的效果，但其本身解釋在虛擬機(jī)中運(yùn)行，運(yùn)行效率低于C++/C。一般而言，C，C++，java被視為同一系的語言，它們長(zhǎng)期占據(jù)著程序使用榜的前三名。

而匯編語言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言。在匯編語合中，用助記符代替操作碼，用地址符號(hào)(Symbol)或標(biāo)號(hào)(Label)代替地址碼。這樣用符號(hào)代替機(jī)器語言的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語言變成了匯編語言。于是匯編語言亦稱為符號(hào)語言。使用匯編語言編寫的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語言翻譯成機(jī)器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)。匯編程序把匯編語言翻譯成機(jī)器語言的過程稱為匯編。

大多數(shù)情況下Linux程序員不需要使用匯編語言，因?yàn)榧幢闶怯布?qū)動(dòng)這樣的底層程序在Linux操作系統(tǒng)中也可以完全用C語言來實(shí)現(xiàn)，再加上GCC這一優(yōu)秀的編譯器目前已經(jīng)能夠?qū)ψ罱K生成的代碼進(jìn)行很好的優(yōu)化，的確有足夠的理由讓我們可以暫時(shí)將匯編語言拋在一邊了。但實(shí)際情況是Linux程序員有時(shí)還是需要使用匯編，或者不得不使用匯編，理由很簡(jiǎn)單：精簡(jiǎn)、高效和lib無關(guān)性。假設(shè)要移植Linux到某一特定的嵌入式硬件環(huán)境下，首先必然面臨如何減少系統(tǒng)大小、提高執(zhí)行效率等問題，此時(shí)或許只有匯編語言能幫上忙了。匯編語言比機(jī)器語言易于讀寫、調(diào)試和修改，同時(shí)具有機(jī)器語言全部?jī)?yōu)點(diǎn)。但在編寫復(fù)雜程序時(shí)，相對(duì)高級(jí)語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結(jié)構(gòu)，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結(jié)構(gòu)之間移植。

綜上所述，本設(shè)計(jì)使用的是C語言進(jìn)行程序的編寫。AT89S52的C語言編程和C51系列的相同，因此以下用51系列來說明。

由于8051系列是8 位機(jī)，因而不存在字節(jié)校準(zhǔn)問題。這意味著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)成員是順序放置的。數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換：當(dāng)計(jì)算結(jié)果隱含著另外一種數(shù)據(jù)類型時(shí)，數(shù)據(jù)類型可以自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，例如，將一個(gè)位變量賦給L：一個(gè)整型變量時(shí)，位型值自動(dòng)轉(zhuǎn)換為整型值，有符號(hào)變量的符號(hào)也能自動(dòng)進(jìn)行處理。這些轉(zhuǎn)換也可以用C 語言的標(biāo)準(zhǔn)指令進(jìn)行人工轉(zhuǎn)換。編譯器支持下列數(shù)據(jù)類型：

表3-1數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)類型	長(zhǎng)度	值域
bit	1字節(jié)	0或1
signed char	1字節(jié)	-128～+127
unsigned char	1字節(jié)	0～255
signed int	2字節(jié)	-32768～+32867
unsigned int	2字節(jié)	0～65535
signed long	4字節(jié)	-2147483648～+2147483647
unsigned long	4字節(jié)	0～4294967295
float	4字節(jié)	±1.176E-38～±3.40E+38
指針	1-3字節(jié)	對(duì)象地址
sbit	1位	0 或 1
sfr	1字節(jié)	0～255
sfr16	2字節(jié)	0～65535

51系列包括多種寄存器，其中一些具有特殊功能，如定時(shí)器，端口的控制寄存器等，為了能夠直接訪問這些寄存器，C51 編譯器提供了一種定義的自主形式，這是必要的，因?yàn)檫@些定義與標(biāo)準(zhǔn)C 語言是不兼容的。為了支持這些特殊功能寄存器（SFR）的聲明，引入了關(guān)鍵詞“sfr”。

必須注意的是“sfr”后不是一個(gè)地址而是一個(gè)名字。因此上例中名字P0 和P1（port0和port1）定義為特殊功能寄存器并被賦予相應(yīng)的絕對(duì)地址，名字可按意愿自由選取，源文件中不應(yīng)有先定義的sfr 名字�！�=”號(hào)后的地址必須是常數(shù)，不允許帶有運(yùn)算符的表達(dá)式，這個(gè)常數(shù)表達(dá)式必須在特殊功能寄存器的地址范圍內(nèi)，位于0X80 到0XFF 之間。

8051 系列寄存器數(shù)量和類型是極其不同的，因此將所有特別的“sfr”聲明放入一個(gè)頭文件，頭文件包括8051 一些系列成員中的SFR 定義。進(jìn)一步的定義可由用戶由文件編輯器產(chǎn)生。

在新的8051 系列產(chǎn)品中，SFR 在功能上經(jīng)常組合為16 位的，為了有效的訪問這類SFR，使用定義“sfr16”，當(dāng)“SFR”的高端直接位于低端后時(shí)，對(duì)SFR16 位的訪問是可能的。例如8052 的定時(shí)器2 就是這種情況，16 位聲明的語法與“sfr”相同，SFR 低地址部分必須作為sfr16 的地址。

T2（由T2L 和T2H 組成）和RCAP2（由RCAP2L 和RCAP2H 組成）被定義為16位SFR，即使在這種情況下，聲明中的名字后仍不是賦值語句，而是一個(gè)SFR 地址，高字節(jié)必須直接位于低字節(jié)之后，這種聲明適用于所有新的SFR，但不能用于Timer0 和Timer1。

3.1.2.1中斷服務(wù)程序

C51 編譯器及其對(duì)C 語言的擴(kuò)充允許編程者對(duì)中斷的所有方面進(jìn)行控制。這種支持能使系統(tǒng)編程者創(chuàng)建高效的中斷服務(wù)程序，用戶只需在普通和高級(jí)方式下關(guān)心中斷及必要的寄存器組切換操作，C51 編譯器將產(chǎn)生最合適的代碼。

使用中斷服務(wù)函數(shù)的完整語法如下：

返回值函數(shù)名（[參數(shù)]）[模式][再入] interrupt n[using n]。“interrupt”后接一個(gè)0～31 的常數(shù)，不允許使用表達(dá)式。中斷不允許用于外部函數(shù)，它對(duì)函數(shù)目標(biāo)代碼的影響如下：

1. 當(dāng)使用函數(shù)時(shí)，SFR 中的ACC、B、DPH、DPL 和PSW（當(dāng)需要時(shí)）入棧；

2. 如不使用寄存器組切換，甚至中斷函數(shù)所需的所有工作寄存器（Rn）都入棧；

3. 函數(shù)退出前，所有的寄存器內(nèi)容出棧；

4. 函數(shù)由8051 控制命令“RETI”終止；

中斷控制部分是由4個(gè)專用寄存器組成的，分別為TCON、SCON、IE和IP。五個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制位，均設(shè)置在定時(shí)控制寄存器TCON和串口控制寄存器SCON中。

其中TCON用于控制定時(shí)器/計(jì)算器的啟、停和外部中斷源的觸發(fā)方式以及存放定時(shí)器的溢出中斷標(biāo)志和外部中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志。其地址為88H，各位的定義為：

表3-2 TCON各位的定義

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

TF1和TF0：分別為定時(shí)器1和定時(shí)器0的溢出標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)器加1計(jì)滿產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件自動(dòng)置“1”，并申請(qǐng)中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動(dòng)清“0”。這兩位也可作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下應(yīng)由軟件來清“0”。

TR1和TR0：分別為定時(shí)器1和定時(shí)器0的啟�？刂莆弧．�(dāng)由軟件將TRi清0后，可停止定時(shí)器的工作，將該位置“1”后，可啟動(dòng)定時(shí)器工作。

IE1和IE0：分別為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。當(dāng)外部中斷源有請(qǐng)求時(shí)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志位由硬件置“1”。

IT1和IT0：分別為外部中斷1和外部中斷0的觸發(fā)方式選擇位。IT1設(shè)置為“0”時(shí)，相應(yīng)的外部中斷為低電平觸發(fā)方式，設(shè)置為“1”時(shí)，相應(yīng)的外部中斷為邊沿觸發(fā)方式。

同時(shí)在單片機(jī)中，設(shè)有一個(gè)專用寄存器IE（稱中斷允許寄存器），其作用是控制各中斷源的開放或屏蔽。各個(gè)位的定義如下：

表3-3 IE各位的定義

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
EA	-	ET2	ES	ET1	EX1	ET0	EX0

EA為CPU中斷允許控制位。EA=1，CPU開放中斷，EA=0，CPU禁止響應(yīng)一切中斷。當(dāng)EA=1時(shí)，僅使CPU對(duì)所有中斷開放，但每個(gè)中斷源被允許還是被屏蔽由各自的允許位確定。

ES為串行口中斷允許位。ES=1,允許串行口接收和發(fā)送中斷；ES=0，禁止串行口中斷。

ET1為定時(shí)器1的中斷允許控制位。ET1=1允許T1中斷，否則禁止中斷。

EX1為外部中斷1的中斷允許控制位。EX1=1，允許外部中斷1中斷，否則禁止中斷。

ET0為定時(shí)器0的中斷允許控制位。ET0=1，允許定時(shí)器T0中斷，否則禁止中斷。

EX0為定時(shí)器0的中斷允許控制位。ET2為定時(shí)器2中斷允許控制位，僅用于52子系列單片機(jī)。

在本設(shè)計(jì)中，使用的是內(nèi)部中斷。單片機(jī)對(duì)采集到的加速度傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，當(dāng)符合報(bào)警條件時(shí)再申請(qǐng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

在中斷響應(yīng)過程中需要利用軟件實(shí)現(xiàn)以下中斷服務(wù)：

圖3-2 中斷服務(wù)程序

3.1.2.2 串口通信的軟件設(shè)置

51系列的串行口主要是由兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器SBUF、一個(gè)輸入移位寄存器、一個(gè)串行控制寄存器SCON和一個(gè)波特率發(fā)生器T1等組成。特殊功能寄存器SCON用來存放串行口的控制和狀態(tài)信息。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1作串行口的波特率發(fā)生器，其波特率是否增倍由特殊功能寄存器PCON的最高位控制。

在本設(shè)計(jì)中串口通訊是工作在方式2下的，方式1為11位異步通訊方式，即一個(gè)起始位、8個(gè)有效數(shù)據(jù)和一個(gè)停止位，還有一個(gè)附加位，波特率可以改變（由定時(shí)器 T1的溢出率決定，并可由SMOD加倍）。發(fā)送操作在T1=0時(shí)，發(fā)送電路自動(dòng)在8位發(fā)送數(shù)據(jù)前后分別添加一位起始位和停止位,并在移位脈沖作用下由TXD引腳依次發(fā)送一幀數(shù)據(jù),發(fā)送完后自動(dòng)維持TXD引腳為高電平.TI也由硬件在發(fā)送停止位時(shí)自動(dòng)置“1”，需要由軟件將其請(qǐng)“0”。第9位數(shù)字是SCON中的T8，這位數(shù)據(jù)可由用戶安排，在這里我設(shè)定為奇偶校驗(yàn)位。

3.2 系統(tǒng)各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)3.2.1 溫度傳感器DHT11的軟件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中MMA7455主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)家中門窗的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控,進(jìn)而作為防盜報(bào)警的依據(jù)。DHT11采用的是單線雙向串行通訊，當(dāng)收到單片機(jī)讀信號(hào)后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，并送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，在本設(shè)計(jì)中只讀取其中的溫度信息數(shù)據(jù)，如果DHT11沒有收到單片機(jī)發(fā)送開始信號(hào)，DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫度采集。具體的軟件設(shè)計(jì)流程圖如下：

圖3-3 DHT11軟件設(shè)計(jì)流程圖

3.2.2 加速度傳感器MMA7455的軟件設(shè)計(jì)

MMA7455加速度傳感器主要是采集門窗的運(yùn)動(dòng)狀況，測(cè)出其運(yùn)動(dòng)的加速度，單片機(jī)再進(jìn)一步得出門窗運(yùn)動(dòng)的位移，進(jìn)而可判定是否有竊賊進(jìn)入到家中。當(dāng)單片機(jī)調(diào)用加速度信息子模塊時(shí)，首先發(fā)出讀加速度信號(hào)，7455進(jìn)行初始化并把自身的地址和單片機(jī)發(fā)出的地址相比較，如果符合即反饋應(yīng)答信號(hào)，單片機(jī)分別發(fā)出X、Y、Z軸地址采集不同軸上的加速度信息，7455按相應(yīng)的地址發(fā)送信息，單片機(jī)收到信息后進(jìn)行校驗(yàn)，并返回加速度數(shù)據(jù)的返回值，退出調(diào)用。

圖3-4 7455子函數(shù)流程圖

3.2.3 IIC通訊協(xié)議

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，有為數(shù)眾多的IC需要進(jìn)行相互之間以及與外界的通信。為了提供硬件的效率和簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，PHILIPS開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線IIC。IIC總線支持任何一種IC制造工藝，并且 PHILIPS和其他廠商提供了種類非常豐富的IIC兼容芯片。作為一個(gè)專利的控制總線，IIC已經(jīng)成為世界性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址，而且可以是單接收的器件（例如：LCD驅(qū)動(dòng)器）或者可以接收也可以發(fā)送的器件（例如：存儲(chǔ)器）。發(fā)送器或接收器可以在主模式或從模式下操作，這取決于芯片是否必須啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸還是僅僅被尋址。IIC是一個(gè)多主總線，即它可以由多個(gè)連接的器件控制。

基本的IIC總線規(guī)范于20年前發(fā)布，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高為100Kbits/s，采用7位尋址。但是由于數(shù)據(jù)傳輸速率和應(yīng)用功能的迅速增加，IIC總線也增強(qiáng)為快速模式（400Kbits/s）和10位尋址以滿足更高速度和更大尋址空間的需求。

IIC總線始終和先進(jìn)技術(shù)保持同步，但仍然保持其向下兼容性。并且最近還增加了高速模式，其速度可達(dá)3.4Mbits/s。它使得IIC總線能夠支持現(xiàn)有以及將來的高速串行傳輸應(yīng)用，例如EEPROM和Flash存儲(chǔ)器。

在IIC總線傳輸過程中，將兩種特定的情況定義為開始和停止條件（見圖3）：當(dāng)SCL保持“高”時(shí)，SDA由“高”變?yōu)椤暗汀睘殚_始條件；當(dāng)SCL保持“高”且SDA由“低”變?yōu)椤案摺睍r(shí)為停止條件。開始和停止條件均由主控制器產(chǎn)生。使用硬件接口可以很容易地檢測(cè)到開始和停止條件，沒有這種接口的微機(jī)必須以每時(shí)鐘周期至少兩次對(duì)SDA取樣，以檢測(cè)這種變化。

SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘“高”期間必須是穩(wěn)定的，只有當(dāng)SCL線上的時(shí)鐘信號(hào)為低時(shí)，數(shù)據(jù)線上的“高”或“低”狀態(tài)才可以改變。輸出到SDA線上的每個(gè)字節(jié)必須是8位，每次傳輸?shù)淖止?jié)不受限制，但每個(gè)字節(jié)必須要有一個(gè)應(yīng)答ACK。如果一接收器件在完成其他功能（如一內(nèi)部中斷）前不能接收另一數(shù)據(jù)的完整字節(jié)時(shí)，它可以保持時(shí)鐘線SCL為低，以促使發(fā)送器進(jìn)入等待狀態(tài)；當(dāng)接收器準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)的其它字節(jié)并釋放時(shí)鐘SCL后，數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。

數(shù)據(jù)傳送具有應(yīng)答是必須的。與應(yīng)答對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘脈沖由主控制器產(chǎn)生，發(fā)送器在應(yīng)答期間必須下拉SDA線。當(dāng)尋址的被控器件不能應(yīng)答時(shí)，數(shù)據(jù)保持為高并使主控器產(chǎn)生停止條件而終止傳輸。在傳輸?shù)倪^程中，在用到主控接收器的情況下，主控接收器必須發(fā)出一數(shù)據(jù)結(jié)束信號(hào)給被控發(fā)送器，從而使被控發(fā)送器釋放數(shù)據(jù)線，以允許主控器產(chǎn)生停止條件。

IIC總線在開始條件后的首字節(jié)決定哪個(gè)被控器將被主控器選擇，例外的是“通用訪問”地址，它可以在所有期間尋址。當(dāng)主控器輸出一地址時(shí)，系統(tǒng)中的每一器件都將開始條件后的前7位地址和自己的地址進(jìn)行比較。如果相同，該器件即認(rèn)為自己被主控器尋址，而作為被控接收器或被控發(fā)送器則取決于R/W位。

3.2.4 液晶顯示的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中采用液晶顯示，使數(shù)據(jù)更加直觀。液晶顯示屏選用1602，它主要用于顯示加速度傳感器采集到的X、Y、Z軸的加速度值以及溫度傳感器DHT11采集到的室內(nèi)溫度值，以便更清晰直觀地感受到報(bào)警系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其軟件的主要思路如下圖所示：

圖3-5 液晶屏的軟件設(shè)計(jì)

3.2.5 GSM模塊中的AT指令

單片機(jī)與TC35 i的軟件接口通過AT指令完成,控制手機(jī)的短消息有關(guān)的AT指令有:

A．單片機(jī)與TC35i模塊由串口建立連接：AT；

B.設(shè)置TC35i模塊工作模式：AT + CMGF = n, n = 0: PDU模式; n = 1:文本模式,通常要設(shè)置為PDU模式,在這種模式下,能傳送或接受透明數(shù)據(jù)(用戶自定義數(shù)據(jù))；

C.讀TC35i模塊短消息數(shù)據(jù)：AT + CMGR = n, n為短消息號(hào)(十進(jìn)制)；

D.列出TC35i模塊內(nèi)的短消息：AT =CMGL = n， n = 0:未讀的短消息；n = 1：已讀的短消息；n = 2：未發(fā)送的短消息；n= 3:已發(fā)送的短消息；n = 4：所有的短消息；

E.刪除TC35i模塊短消息：AT + CMGD = n，n為短消息號(hào)(十進(jìn)制) 。

根據(jù)設(shè)置不同，GSM模塊將收到的短消息保存在緩存單元或存入SIM卡，單片機(jī)從GSM模塊中接收短消息實(shí)質(zhì)上就是從SIM或緩存中讀出信息。這主要利用AT + CMGR和AT +CMGL兩條指令來完成。由于不同的廠商對(duì)AT指令集的解釋代碼和響應(yīng)信息不一樣,所以單片機(jī)首先要確認(rèn)能否與GSM模塊建立起通信，一般用ATE指令完成此確認(rèn)；然后用AT + CMGF指令選定短消息的數(shù)據(jù)格式；在收到GSM模塊的正確回答后以AT指令完成讀出功能。一般用AT +CMGL讀取以前的信息，在收到手機(jī)的R ING(振鈴)數(shù)據(jù)時(shí),用AT +CMGR讀取實(shí)時(shí)信息。

AT 指令的指令符號(hào)、常數(shù)、PDU 數(shù)據(jù)等都是以ASCII 編碼形式傳送；傳送透明數(shù)據(jù)必須把TC35i 模塊的工作模式設(shè)置為PDU模式；單片機(jī)向TC35i 模塊發(fā)送每一條指令后，必須以回車符作為該條指令的結(jié)束，例如單片機(jī)向手機(jī)發(fā)送“AT+CMGF=0”這條指令，其ASCII編碼序列為“41H、54H、2BH、42H、4DH、47H、46H、3DH、30H、0DH”，最后一個(gè)字節(jié)0DH 就是回車符，表示該條指令結(jié)束，如果沒有這個(gè)回車符，手機(jī)將不識(shí)別這條指令。當(dāng)TC35i 模塊接收到一條完整的AT 指令后，TC35i 模塊并不立即執(zhí)行該條指令，而是先把剛才接收到的AT 指令的ASCII 編碼序列全部反發(fā)送出來（含0DH）；其次發(fā)送一個(gè)回車符和一個(gè)換行符的ASCII 編碼，即0DH 和0AH；然后執(zhí)行該指令。

圖3-6 短消息收發(fā)流程

單片機(jī)讀取TC35i模塊的PDU 數(shù)據(jù)時(shí)，原始數(shù)據(jù)應(yīng)該是16進(jìn)制數(shù)，但讀回的數(shù)據(jù)仍然是ASCII表示的16進(jìn)制數(shù)。這樣一個(gè)字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)就變成了2 個(gè)字節(jié)的ASMII 碼。但是PDU 數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度部分仍然是實(shí)際字符長(zhǎng)度。而不是變成ASCII 碼的字節(jié)長(zhǎng)度，這在編程時(shí)應(yīng)特別注意，否則，接收的數(shù)據(jù)就不完整。單片機(jī)接收到PDU 數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，必須將其恢復(fù)成16 進(jìn)制數(shù)據(jù)，其算法如下：設(shè)a 為接收的ASCII碼，b為轉(zhuǎn)換后的16進(jìn)制數(shù)。那么如果a<39H，則b=a-30H；如果a=39H，則b=a-30h-07H。最后把前后兩個(gè)數(shù)合并為一個(gè)字節(jié)。TC35i 模塊向單片機(jī)應(yīng)答PDU數(shù)據(jù)包的字節(jié)數(shù)時(shí)不包括前9個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，但向單片機(jī)傳送PDU 數(shù)據(jù)包時(shí)，包括這9個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。例如，如果TC35i模塊應(yīng)答的PDU 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為50，而實(shí)際向單片機(jī)傳送的16 進(jìn)制數(shù)據(jù)為59 字節(jié)，ASCII碼為2×59字節(jié)，所以單片機(jī)必須按2×59個(gè)字節(jié)接收PDU 數(shù)據(jù)。

常用的AT指令如下表：

表3-4 常用AT指令

AT指令	功能
AT命令	設(shè)置不回顯命令
ATEO	查詢網(wǎng)絡(luò)是否已經(jīng)注冊(cè)
AT+CREG?	設(shè)置短信到達(dá)提醒方式
AT+CPMS=	設(shè)置短信存儲(chǔ)在模塊
AT+CPBS=SM	設(shè)置電話薄位置SIM卡
AT+CMGF=0/1	設(shè)置短信模式。0：PDU 1：TEXT
AT+CMGS=	發(fā)送新短信
AT+CMGSS=1	發(fā)送存在SIM卡的短信
AT+CMSR=1	讀取模塊1號(hào)位置短信
AT+CMGD=1	刪除模塊1號(hào)位置
AT+CPBR=1	讀取卡1號(hào)位置電話號(hào)碼
ATH	掛斷電話

AT指令在本設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可詳細(xì)參看附錄中的程序部分。

4 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計(jì)由以下幾部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、加速度傳感器、溫濕度傳感器、GSM及其控制板、供電電源、顯示等六部分組成。由于本設(shè)計(jì)采用的都是數(shù)字傳感器，通訊方式是串行通信模式，故本系統(tǒng)的調(diào)試過程基本上是程序的調(diào)試。

4.1液晶顯示

首先進(jìn)行調(diào)試的是顯示程序，只有有了顯示，才能觀察到讀取的各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，才能直觀的判定其他部分工作是否正常。

顯示部分采用的是1602液晶顯示，1602液晶是字符型的顯示屏，只能顯示字母和符號(hào)。顯示屏上需要顯示溫度值、濕度值、加速度傳感器的三軸加速度值。加速度單位為g。在1602液晶的子程序的開始，定義了一系列的數(shù)組用于顯示的調(diào)用。當(dāng)傳感器沒有插好，或者忘記供電時(shí)，液晶屏的第一行將會(huì)顯示“No acceleration!”以提示出現(xiàn)故障，當(dāng)正常工作時(shí)液晶的第一行將顯示溫度值，濕度值以及加速度的X軸的數(shù)據(jù)，第二行將會(huì)顯示Y軸和Z軸的加速度值。顯示的加速度值是在程序中經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化的。在讀取X軸的數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將每一位轉(zhuǎn)化成字符型的值放到數(shù)組中，通過1602液晶的控制字送到屏幕上顯示。顯示效果如下圖所示：

圖4-1 液晶顯示調(diào)試結(jié)果

有了顯示部分，就好像有了一只眼，這樣就能在程序中設(shè)置標(biāo)識(shí)，通過顯示屏來判斷程序運(yùn)行是否正常，就能夠直觀的判斷調(diào)試結(jié)果，給調(diào)試過程帶來了很大的方便。

4.2 GSM的調(diào)試

GSM和單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞和大腦，動(dòng)作的執(zhí)行和處理都過這兩部分來組成，因此是調(diào)試中的重中之重。

對(duì)于單片機(jī)最小系統(tǒng)來說，首先是正常工作，單片機(jī)使用的AT89S52單片機(jī)，在焊接過程中，由于EA引腳沒有接高電平，在用流水燈測(cè)試單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)對(duì)IO口單獨(dú)賦值時(shí)電平輸出有效，當(dāng)讓流水燈循環(huán)流動(dòng)時(shí)，卻沒有達(dá)到預(yù)期的效果。由于當(dāng)EA為高電平時(shí)，單片機(jī)先訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，當(dāng)尋址范圍超出內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的最大尋址空間時(shí)，就自動(dòng)跳向外部程序存儲(chǔ)器。因此才會(huì)出現(xiàn)上出現(xiàn)的情況。此外就是P0口的輸出問題，當(dāng)作為傳輸數(shù)據(jù)口時(shí)是不用接上拉電阻的，當(dāng)作為驅(qū)動(dòng)時(shí)就這排上拉電阻就會(huì)非常重要。

調(diào)試好最小系統(tǒng)后就要與GSM模塊進(jìn)行聯(lián)調(diào)了。在這里利用的是GSM發(fā)短信和打電話的功能，對(duì)GSM模塊的控制是通過單片機(jī)和GSM進(jìn)行串口通信，通過串口通信發(fā)送AT指令給GSM，GSM進(jìn)會(huì)按照相應(yīng)的指令進(jìn)行工作。在這個(gè)過程中，程序的編寫都需要參考GSM數(shù)據(jù)手冊(cè)中的AT指令表，這樣編寫出的程序才能按照預(yù)期進(jìn)行工作。

圖4-2 GSM與單片機(jī)相連接

在單片機(jī)與GSM進(jìn)行聯(lián)調(diào)的過程，遇到了兩個(gè)經(jīng)常犯的錯(cuò)誤，一個(gè)是串口通信的端口連接，另一個(gè)就是晶振的選取。在串口通訊時(shí)必須將單片機(jī)的TXD和RXD端子和對(duì)應(yīng)GSM的RXD和TXD相連，而且要共地。否則數(shù)據(jù)不能正常傳輸，也達(dá)不到預(yù)期的效果。晶振的選取是以通信的波特率為準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的。GSM與單片機(jī)通訊的波特率是9600，因此需要選擇11.0592MHz的晶振，不能選擇12MHz的晶振。這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)晶振是1.2M~12M，由于一個(gè)機(jī)器周期是12個(gè)時(shí)鐘周期，所以使用12M的晶振時(shí)，一個(gè)機(jī)器周期是1us，在進(jìn)行定時(shí)時(shí)容易計(jì)算，而且速度相對(duì)是最高的。之所以使用11.0592M的晶振是因?yàn)樵谶M(jìn)行通信時(shí)，12M的頻率進(jìn)行串行通信不容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的波特率，比如9600，4800等。而11.0952MHZ的晶振在計(jì)算時(shí)鐘、串口通信的波特率等運(yùn)算中能夠得到一個(gè)整數(shù)，計(jì)算的結(jié)構(gòu)更加的精確和方便。12M的容易出現(xiàn)累積誤差，因此在這里需要使用11.0592MHz的晶振才能保證精確的波特率，才能保證在傳輸數(shù)據(jù)的過程中不發(fā)生錯(cuò)誤。

4.3加速度傳感器的調(diào)試

加速度傳感器采用的是MMA7455I，是一款數(shù)字傳感器，具有三個(gè)自由度，通過對(duì)CS端子進(jìn)行賦值可以選擇通信方式即SPI和IIC兩種通信方式，當(dāng)CS為高電平時(shí)采用的是IIC通訊方式，低電平時(shí)為SPI通訊方式。IIC通信為串行通信，可通過一個(gè)時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線讀取加速度傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)。

MMA7455I加速度傳感器的測(cè)量范圍為

0-

2g/4g/8g,可通過mode control register來設(shè)置工作模式（g為重力加速度），這里選擇量程為4g。通過IIC協(xié)議來讀取加速度的值。每個(gè)軸上的加速度值的長(zhǎng)度都是一個(gè)字節(jié)（8bit），由于滿量程為4g，因此MMA7455I的分辨率為

，也就是滿63為1g的加速度。按照這個(gè)方法送到顯示屏上顯示，顯示單位為g，可以精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位。讀取加速度后就可以進(jìn)行位移的計(jì)算了。在程序調(diào)試時(shí)設(shè)置當(dāng)加速度大于

時(shí)，開始采集加速度數(shù)據(jù)，并打開定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，并在循環(huán)采集程序中設(shè)置采集次數(shù)標(biāo)志位，當(dāng)加速度小于的時(shí)候，退出循環(huán)采集程序，然后求和，求平均算出加速度的平均值。有個(gè)平均加速度值，運(yùn)動(dòng)時(shí)間，由于初始加速度值為0，有公式

上面公式中的加速度值和時(shí)間就可以求出移動(dòng)的大致距離。

在采集的過程中，加速度值是帶有符號(hào)的，在相加的過程中如果出現(xiàn)來回的抖動(dòng)，有符號(hào)的只想加加速度值就會(huì)變小，甚至最終導(dǎo)致和位移為0。這樣就可以消除抖動(dòng)帶來的誤報(bào)現(xiàn)象。這就是這個(gè)過程的位移算法。

芯片的工作電壓是3.3V，因此需要通過電壓轉(zhuǎn)化來進(jìn)行供電，轉(zhuǎn)換芯片采用RT9161，它具有很小的失調(diào)電壓，電流大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，用此款芯片來對(duì)傳感器進(jìn)行供電，可靠性高。

在調(diào)試過程總最容易忽略，最容易犯錯(cuò)的就是單片機(jī)最小系統(tǒng)和傳感器共地的問題，如果不共地，單片機(jī)讀取的數(shù)據(jù)就有錯(cuò)誤，只有共地后才有了統(tǒng)一的電平參考標(biāo)準(zhǔn)，才能正確的傳輸數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)上一般不會(huì)忽略這個(gè)問題，但是在調(diào)試過程中由于接線等問題，經(jīng)常會(huì)忘了共地而對(duì)調(diào)試帶來很大的麻煩。

圖4-3 防盜報(bào)警電話

4.4 DHT11溫濕度傳感器

在本設(shè)計(jì)中DHT11用于采集溫濕度信息，可單總線串行輸出數(shù)字信號(hào)。DHT11總共有四個(gè)管腳，在焊接電路時(shí)，第一個(gè)管腳接VCC，第二個(gè)管腳為數(shù)據(jù)傳輸管腳，直接接到單片機(jī)的p2.0口，同時(shí)為了加強(qiáng)傳輸信號(hào)，在此管腳上加一個(gè)5k的上拉電阻，等待數(shù)據(jù)傳輸。

總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，此時(shí)調(diào)用一個(gè)18毫秒的延時(shí)子函數(shù),保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開始信號(hào)后,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后調(diào)用一個(gè)80us低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20-40us后, 讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。

圖4-4 DHT11接上拉電阻

用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。送出的40bit數(shù)據(jù),是由兩個(gè)字節(jié)的濕度數(shù)據(jù)、兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)和一個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和數(shù)據(jù)，同時(shí)，溫、濕度數(shù)據(jù)是以一個(gè)字節(jié)按由高位到低位傳輸、一個(gè)由低位到高位傳輸，因此在程序中分別將一個(gè)字節(jié)的數(shù)移位后，將前四個(gè)字節(jié)相加，再和第五個(gè)字節(jié)相比較，如果相同即判定數(shù)據(jù)傳輸正確。

圖4-5 火災(zāi)報(bào)警短信

在連接好電路后，向DHT11哈氣，觀察液晶屏上濕度值是否增加，以此來判斷DHT11是否能實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度信息采集的功能。同時(shí)把電烙鐵加熱，等達(dá)到一定的溫度后，放置在DHT11的旁邊，從液晶屏中觀察溫度值的變化，同時(shí)但溫度升高到45°時(shí)，觀察單片機(jī)是否會(huì)通過GSM給指定手機(jī)發(fā)送短信。

圖4-6 系統(tǒng)總體圖

5 總結(jié)與展望5.1總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)，通過近段時(shí)間的努力研究，主要完成以下內(nèi)容：

通過分析家居生活中可能遇到的安全隱患，選擇了其中的兩個(gè)（防盜、防火災(zāi)）進(jìn)行報(bào)警設(shè)計(jì)；
通過分析把整個(gè)系統(tǒng)分為若干個(gè)模塊；
分別對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)（軟硬件設(shè)計(jì)）；
使用Altium Designer Summer09繪制了系統(tǒng)原理圖；
焊接、調(diào)試實(shí)物模型。

5.2展望

中國(guó)經(jīng)濟(jì)經(jīng)過30 年的高速發(fā)展，居民的生活水平和消費(fèi)能力有了很大提高，新需求的增長(zhǎng)以及信息化對(duì)人們傳統(tǒng)生活的改變，讓許多人尤其是先富起來的一部分人，對(duì)智能家居的需求日益強(qiáng)烈。由此，智能化小區(qū)建設(shè)近年來也是如火如荼，“智能家居”更是被炒得炙手可熱。智能家居要走進(jìn)尋常百姓家中是指日可待的發(fā)展趨勢(shì)。中國(guó)是一個(gè)具有巨大的消費(fèi)潛力的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的智能控制理念推廣不夠，是由于這是一個(gè)新興行業(yè)，不同于普通消費(fèi)品市場(chǎng)的建設(shè)，消費(fèi)觀念的形成還需要時(shí)間，現(xiàn)在只是在部分高端市場(chǎng)得到應(yīng)用，并且主要是被國(guó)外品牌所占據(jù)，為此我們通過與國(guó)外公司的合作學(xué)習(xí)先進(jìn)的企業(yè)管理和品質(zhì)控制理念，相信未來國(guó)內(nèi)智能化產(chǎn)品市場(chǎng)一定會(huì)擁有美好的前景，智能化也將成為人們?nèi)粘Ｉ畹幕緲?biāo)準(zhǔn)。

然而對(duì)于家居生活中存在的安全隱患，本設(shè)計(jì)并沒有做到十分全面，例如：關(guān)于甲醛等有害氣體檢測(cè)、管道泄漏情況檢測(cè)、電路安全狀況的監(jiān)測(cè)等，都沒有涉及，因此本系統(tǒng)還有很大的擴(kuò)展空間。隨著信息時(shí)代來臨，智能監(jiān)控進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，智能防盜報(bào)警系統(tǒng)作為智能化系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之一，同樣承載著智能監(jiān)控所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。針對(duì)居住的環(huán)境不同，用戶對(duì)于防盜報(bào)警系統(tǒng)的要求也不是一成不變的。因而智能防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要考慮這些因素。既要易于使用，又要易于安裝和維護(hù)，還要有利于擴(kuò)張和升級(jí)，還要考慮與其他系統(tǒng)的集成和信息共享，還要關(guān)注計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)帶來的影響。

目前，智能家居“錢”途無量，但目前國(guó)內(nèi)仍處于向國(guó)外企業(yè)學(xué)習(xí)階段。這里的學(xué)習(xí)并非統(tǒng)統(tǒng)照搬，而是根據(jù)我們國(guó)家的環(huán)境、政策，學(xué)習(xí)國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，借“機(jī)”生蛋，增加國(guó)內(nèi)企業(yè)成功的“籌碼”，使得國(guó)內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展的風(fēng)生水起。

因此智能報(bào)警系統(tǒng)可作為智能家居的一部分進(jìn)行擴(kuò)展，本設(shè)計(jì)只是做了單方面的報(bào)警，如果繼續(xù)拓展的話，可通過GSM對(duì)家中的一些電器進(jìn)行雙向的控制。例如：在烈日炎炎的夏日，當(dāng)主人準(zhǔn)備回家時(shí)可查看家中溫度，如果超過了主人需求的溫度，則可通過手機(jī)直接和家中安裝的GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線連接，進(jìn)一步可控制空調(diào)的開放和關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)對(duì)家中溫度的調(diào)節(jié)，這樣當(dāng)主人到家時(shí)立刻就能享受到家中的溫馨清涼。

基于單片機(jī)的智能家居報(bào)警系統(tǒng)是智能家居中的一部分，為智能家居正常工作提供有力的保障，但如果融入智能家居設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)會(huì)得到進(jìn)一步的完善、更廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)更可觀的價(jià)值。

附錄二程序

主程序（在壓縮包里面下載）

所有資料下載地址（含完整文檔+程序+ppt文件）:
http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-85476-1.html

ID:291647 · 發(fā)表于 2018-3-15 13:51

有沒有電路原路圖和PCB圖呢？

ID:454284 · 發(fā)表于 2018-12-26 16:43

感謝樓主分享

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