單片機課程設(shè)計安全智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

1、安全智能家居監(jiān)控系統(tǒng)作品類型：微控制器mcu開發(fā)應用類安全智能家居監(jiān)控系統(tǒng)摘要本系統(tǒng)以單片機c8051f340為控制中心，運用zymq-4氣敏傳感器構(gòu)造了天然氣報警排險電路；運用mq-2煙霧傳感器構(gòu)建了煙霧報警更新室內(nèi)空氣電路，并結(jié)合熱敏電阻構(gòu)建了火災報警電路；運用門磁開關(guān)構(gòu)造了門磁報警電路；同時還建立了電話報警系統(tǒng)。實現(xiàn)了室內(nèi)家居的安全化，便利化。此外，我隊還利用pcf8563時鐘芯片和lcd，使lcd實時的顯示時鐘信號。關(guān)鍵字：單片機控制，報警系統(tǒng)，繼電器控制abstractthe system use mcu c8051f340 as the control center part, u

2、sing zymq-4 gas sensor responsible for risk of natural gas alarm circuit; the use of mq-2 smoke sensors builts indoor air circuit smoke alarm refreshes, combined with thermistor built fire alarm circuit; use magnetic structure of the door magnetic alarm switch circuit; at the same time established a

3、 telephone. implementation of the indoor home security and facilitation. in addition, our team also used the pcf8563 clock chip and lcd, to make lcd display real-time clock signal.keywords: mcu control alarm system relay crontrol一、引言1、意義隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，我們的生活質(zhì)量也得到了極大的改善，尤其是煤氣的普及使生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì)量得到

4、大幅提升，然而使用燃氣的過程中，因燃氣泄漏、廢氣等原因造成的燃氣爆炸、中毒、火災等意外事故時有發(fā)生，給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴重的威脅。因此居家安全問題就受到了社會各界的廣泛關(guān)注，其中，防煤氣泄漏、防火、防盜以及節(jié)能的關(guān)注程度較高，我們就是針對這些問題設(shè)計了一套安全家居系統(tǒng)。此系統(tǒng)有以下功能：（1）對泄漏(積聚擴散)的可燃氣體或有毒氣體的濃度進行檢測、報警、關(guān)閉煤氣閥門，由報警接點帶動連鎖裝置自動開啟軸流風機，排除險情。（2）對煙霧以及溫度進行檢測、報警，自動開啟軸流風機，更新室內(nèi)空氣。（3）當主人不在家的時候，可以通過門磁開關(guān)來實現(xiàn)陌生人開啟房門和窗戶進行報警。（4）以上的系統(tǒng)我們還專門

5、設(shè)計了電話控制系統(tǒng)，當家里有險情出現(xiàn)時，系統(tǒng)會自動電話通知居室主人，以便及時排除險情。（5）利用實時時鐘芯片和lcd，讓lcd實時顯示時間。因此，一套包含煤氣報警排險裝置、煙霧報警更新氣體裝置、門磁、窗磁報警裝置、電話報警裝置的系統(tǒng)，是安全家居中的重中之重。2、技術(shù)要求 2.1設(shè)計要求（1）煤氣報警排險裝置采用mq-4氣體傳感器檢測煤氣濃度，當室內(nèi)濃度高于1000pp時，檢測電路給予單片機信號，單片機控制繼電器關(guān)閉煤氣閥門，開啟報警器報警，同時控制軸流風機運轉(zhuǎn)，更新室內(nèi)空氣排險。當濃度降到正常值時，報警和軸流風機均停止。（2）煙霧報警更新氣體裝置采用mq-2煙霧傳感器和熱敏電阻檢測室內(nèi)煙霧濃度

6、以及溫度，當檢測煙霧和溫度同時超標時，檢測電路給予單片機信號，控制報警器報警且同步控制軸流風機運轉(zhuǎn)，更新室內(nèi)空氣，當室內(nèi)煙霧濃度降低到正常之時，報警和軸流風機均停止。（3）門磁、窗磁報警裝置通過門磁開關(guān)5c-31b給予單片機信號，開啟報警器報警。（4）煤氣報警排險裝置、煙霧報警更新氣體裝置、門磁、窗磁報警裝置均采用了電話自動報警系統(tǒng)，當有險情發(fā)生時，系統(tǒng)會自動通知居室主人，并報告險情。并且煤氣檢測、煙霧檢測、門磁報警同時進行，運用單片機采用中斷方式控制，三者互不影響。（5）為了合理利用資源，煤氣報警排險裝置、煙霧報警更新氣體裝置、門磁、窗磁報警裝置均采用同一個報警器進行報警。（6）lcd顯示的

7、實時時間應不出現(xiàn)太大偏差。2.2可以擴展部分（1）門磁報警裝置可以載入密碼功能，家人進入房間只要在規(guī)定的時間鍵入密碼就不會產(chǎn)生報警。（2）門磁、窗磁報警裝置在報警的同時開啟攝像頭進行視頻采集，并將視頻傳輸?shù)骄W(wǎng)上，使得主人在外地也可以及時了解家中的情況。（3）另加一個溫度傳感器，讓lcd實時顯示時間的同時，顯示室內(nèi)的溫度。（3）可以利用濕度傳感器，在外面下雨的時候感知濕度，實現(xiàn)自動關(guān)窗功能，真正做到家居生活的安全化，智能化，健康化，節(jié)能化，便利化。3、說明（1）本次設(shè)計考慮到煤氣的危險性，故采用和煤氣性質(zhì)相同的天然氣代替其進行設(shè)計、調(diào)試，所用傳感器應對天然氣最敏感。本裝置理論上對二者的檢測報警控

8、制電路完全一致，在具體必須用于煤氣檢測時，可以更換對煤氣更敏感的氣體傳感器。（2）煙霧報警更新氣體裝置本應該采用多點測量綜合考慮，但是出于時間的緊迫性，實驗裝置的易操作性，本設(shè)計中只采用一點測量。在現(xiàn)實生活具體利用時，可增加傳感器進行多點測量。（3）設(shè)計報告正文中的系統(tǒng)總體框圖、主要流程圖采用word繪制，主要核心電路原理圖采用protel工具軟件繪出。完整的電路原理圖、重要的源程序用附件給出。二、 系統(tǒng)方案本系統(tǒng)需要設(shè)計煤氣報警排險、煙霧報警更新氣體、門磁、窗磁報警系統(tǒng)三套報警器的裝置和一套定時控制裝置。設(shè)計的核心問題是檢測到信號后的控制問題。同時控制裝置的靈敏性和實時性也是設(shè)計的重點問題。

9、1.方案設(shè)計概要1.1 方案一：用模擬器件實現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)擾動 1.1.1系統(tǒng)原理用模擬器件實現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)的經(jīng)典方塊圖如下圖：b(t)y(t)u(t)給定裝置反饋裝置（檢測元件）校正裝置放大元件執(zhí)行元件被控對象控制器受控對象圖1 模擬器件控制系統(tǒng)的經(jīng)典方塊圖此閉環(huán)控制系統(tǒng)的經(jīng)典方塊圖各方塊的功能如下：（1）給定裝置：其功能是給出與期望的被控量相對應的系統(tǒng)輸入量。（2）比較元件：其功能是將檢測元件測量到的被控量的實際值，與給定裝置提供的給定值進行比較，求出它們之間的偏差。（3）放大元件：比較元件通常位于低功率的輸入端，由于提供的偏差信號很微弱，因此必須由放大元件將其放大，以便推動執(zhí)行機構(gòu)去

10、控制對象。如果偏差是電信號，則可用集成電路和晶閘管等元器件所構(gòu)成的電壓放大器和功率放大器來進行放大。（4）執(zhí)行機構(gòu)：其功能是執(zhí)行控制作用并驅(qū)動被控對象，使被控量按照預定的規(guī)律變化。（5）檢測元件：其功能是測量被控制的物理量，并將其反饋到系統(tǒng)輸入端。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中檢測元件及相關(guān)的元器件構(gòu)成系統(tǒng)的反饋裝置。如果被測量的物理量是電量，一般用電阻、電位器、電流互感器和電壓互感器等來測量；如果被測量的物理量是非電量，通常檢測元件應將其轉(zhuǎn)換為電量，以便于處理。（6）校正裝置：校正裝置的功能是對進行加工處理，以形成合適的控制作用，從而使系統(tǒng)的被控制量按預定的規(guī)律變化。通常在控制系統(tǒng)中，將校正裝置和放大器組

11、合在一起構(gòu)成一個器件，稱為控制器。1.1.2.實現(xiàn)方法為實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能，系統(tǒng)各模塊的分析實現(xiàn)如下：（1）檢測元件：由于需要檢測室內(nèi)的煤氣（或煙霧），顯然，檢測元件應選擇氣敏傳感器（或煙霧傳感器），將檢測信號轉(zhuǎn)換為電信號進行反饋，（2）比較元件：閉環(huán)控制經(jīng)典系統(tǒng)中的偏差可為正偏差、亦可為負偏差，只要有偏差，控制器和受控系統(tǒng)均運作，直到偏差接近0為止。這顯然與本次設(shè)計的技術(shù)要求相違背，所以所選的比較元件只能給予正偏差，負偏差一切置0。電壓比較器正符合此要求。故比較元件選用電壓比較器較為合理。（3）給定裝置：由電壓比較器知，給定裝置選用一直流電源提供一直流電壓即可，選用一電壓值可調(diào)的恒壓源最為合

12、理。同理可得，檢測元件應給予電壓信號。（4）控制器：由于電壓比較器給予一高電平，無法驅(qū)動后續(xù)執(zhí)行機構(gòu)和被控對象，故控制器應選用功率放大器。（5）受控系統(tǒng)：顯然受控系統(tǒng)應為軸流風機和蜂鳴器。由以上分析可得此控制系統(tǒng)如下恒壓源軸流風機蜂鳴器功率放大器傳感器+-比較器 圖2 模擬器件控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由上圖可知，首先根據(jù)所需測得室內(nèi)煤氣（或煙霧）濃度的上限值，根據(jù)傳感器特性，將其轉(zhuǎn)化恒定電壓，將此電壓設(shè)定為恒壓源的輸出電壓，當室內(nèi)濃度高于濃度上限時，傳感器輸出的電壓高于此設(shè)定電壓，此時電壓比較器輸出高電平，經(jīng)功率放大器放大后，帶動蜂鳴器和軸流風機工作，由于軸流風機的不斷地向外排氣，室內(nèi)煤氣（煙霧）濃度

13、下降，當濃度低于上限值時，傳感器輸出的電壓低于設(shè)定電壓，此時電壓比較器輸出低電平，蜂鳴器和軸流風機停止工作。1.2 方案二：利用比較器的單片機控制（如圖3）1.2.1系統(tǒng)原理單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，

14、單片機只缺少了i/o設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是一些特殊的功能。所以可以用單片機編寫程序進行控制執(zhí)行機構(gòu)的運作。1.2.2實現(xiàn)方法電壓比較器能夠通過電壓比較，輸出高低電平兩種模式，所以可以根據(jù)單片機的特點，可設(shè)計控制系統(tǒng)框架如下：熱敏電阻火災報警系統(tǒng)（mq-2）門磁窗磁開關(guān)（5c-31b）繼電器軸流風機報警電路電磁閥煤氣檢測電路（mq-4）比較器（lm311）單片機c8051f340電話自動報警系統(tǒng)圖3 利用電壓比較器的單片機控制框架1煤氣（或煙霧）傳感器和熱敏電阻隨時檢測室內(nèi)煤氣（或煙霧和溫度），并轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

15、壓信號傳給比較器，當室內(nèi)煤氣（煙霧和溫度）超過設(shè)定的上限值時，經(jīng)過單片機編程控制蜂鳴器報警，并同時通過繼電器控制軸流風機工作排氣。（煤氣泄漏還要通過繼電器關(guān)掉電磁閥），當室內(nèi)氣體濃度降到上限值以下時，關(guān)閉蜂鳴器和軸流風機。以達到安全保護和更換室內(nèi)氣體的功能。門磁、窗磁開關(guān)一直檢測門窗的閉合，若打開，則進行聲光報警。以上部分一旦有信號輸入單片機，則單片機會檢測電話線上有無鈴留信號，若有則延時繼續(xù)檢測，直到無鈴留信號，系統(tǒng)模擬摘機，發(fā)送dtmf信號，若沒有接通，則模擬掛機，機修檢測鈴留信號，當接通后，會有語音信息提示居室主人家里發(fā)生什么險情。1.3 方案三：利用a/d轉(zhuǎn)換器的單片機控制（如圖4）a

16、/d轉(zhuǎn)換器能把測量電路所測得的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將數(shù)字信號傳送給單片機，故可設(shè)計如下控制系統(tǒng)框架：熱敏電阻火災報警系統(tǒng)（mq-2）門磁窗磁開關(guān)（5c-31b）繼電器軸流風機報警電路電磁閥煤氣檢測電路（mq-4）a/d轉(zhuǎn)換器單片機c8051f340電話自動報警系統(tǒng)圖4利用a/d轉(zhuǎn)換器的單片機控制框圖2、方案優(yōu)缺點分析與選擇以上方案各有優(yōu)缺點：（1）模擬器件實現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)能夠有效地抑制被通道包圍的前向通道中的各種擾動對系統(tǒng)輸出量的影響；也可以減小被控對象的參數(shù)變化對輸出量的影響。但是由于增加了反饋通道，使模擬器件實現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)增加了元器件的數(shù)目和系統(tǒng)的復雜程度；模擬器件實現(xiàn)的反饋控制

17、系統(tǒng)帶來了系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題；系統(tǒng)對參數(shù)變化和干擾靈敏度不算太好等使得實現(xiàn)模擬器件實現(xiàn)的反饋控制系統(tǒng)（方案一）有一定的難度。（2）單片機是一種微型的計算機，具備計算機絕大多數(shù)功能，高集成度、體積小、高可靠性、控制功能強、低功耗、性價比高，適合安全家居的要求。方案二中，利用電壓比較器的輸出來作為單片機的輸入信號，由于電壓比較器的高電平電壓可以通過調(diào)整上拉電阻來進行數(shù)值調(diào)整，以符合單片機的輸入要求，可以達到很好的效果。方案三中，利用a/d轉(zhuǎn)換器的輸出作為單片機的輸入信號，由于a/d轉(zhuǎn)換器是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，單片機的輸入有一定的上限值（過大會燒毀），所以利用a/d轉(zhuǎn)換器很難保證單片機的輸入在安全范

18、圍內(nèi)。綜合各方案的特征和設(shè)計的可行性，最終選擇方案二，單片機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)本次安全家居的設(shè)計實驗。3、系統(tǒng)方案在控制電路方式確定后，根據(jù)設(shè)計目的和設(shè)計技術(shù)要求，就可以構(gòu)建系統(tǒng)的總體框圖，如圖5所示。實時時鐘芯片(pcf8563)熱敏電阻火災報警系統(tǒng)（mq-2）門磁開關(guān)（5c-31b）lcd顯示時鐘繼電器軸流風機報警電路熱水器電磁閥語音電路模擬摘掛機電路dtmf發(fā)送電路鈴流檢測電路固定電話機煤氣檢測電路（mq-4）比較器（lm311）單片機c8051f340圖5 安全家居系統(tǒng)總體框圖三、 理論分析與計算1、 傳感器的選擇與分析 1.1氣敏傳感器zymq-4氣敏傳感器由微型al2o3陶瓷管、sno

19、2敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。zymq-4氣敏傳感器對甲烷、天然氣有很高的靈敏度；對乙醇、煙霧的靈敏度很低；具有快速的響應恢復特性；具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；使用時，驅(qū)動電路簡單。所以本次設(shè)計中采用zymq-4氣敏傳感器。其標準工作條件如下表： 符號參數(shù)名稱技術(shù)要求備注回路電壓ac or dc加熱電壓5.0v0.2vac or dc負載電阻可調(diào)加熱電阻313室溫加熱功耗表1 zymq-4氣敏傳感器的標準工作條件zymq-4氣敏傳感器的檢測范圍為:300-10000ppm,敏感體表面電阻為: （5000ppm

20、 甲烷），靈敏度（的變化率）為:(1000ppm/5000ppm ),其靈敏度特性曲線如下：圖6 zymq-4氣敏傳感器靈敏度特性曲線由上圖可知，zymq-4氣敏傳感器的電阻值與室內(nèi)氣體濃度呈線性遞減關(guān)系，所以室內(nèi)濃度與氣敏傳感器的電流近似呈線性關(guān)系，再結(jié)合電位器，即可將濃度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。1.2煙霧傳感器由圖6可以看出，zymq-4氣敏傳感器關(guān)于煙霧（smoke）的特性曲線較為平緩，從而可知zymq-4氣敏傳感器對煙霧也有一定的敏感性，但敏感性很微弱，無法進行正常的煙霧檢測。所以，我們選擇了和zymq-4氣敏傳感器同系列的mq-2的煙霧傳感器進行煙霧火災報警的檢測器件。mq-2對煙霧的敏

21、感性較強，而對天然氣卻很弱。mq-2煙霧傳感器與mq-4氣敏傳感器屬同一系列的傳感器，其外觀、連接方式、標準工作條件、輸出方式等特性均與mq-4相似。故其理論分析和測試電路與mq-4相同四、 系統(tǒng)電路設(shè)計本系統(tǒng)的總體方框圖如圖6所示，下面根據(jù)總體方框圖介紹各個部分的電路設(shè)計。1、實時時鐘pcf8563pcf8563是低功耗的cmos實時時鐘/日歷芯片，它提供一個可編程時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過總線接口串行傳遞。最大總線速度為400kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量。pcf8563實時時鐘芯片的工作電路如下： 圖7 pcf8563實時時

22、鐘芯片的工作電路其中，osoi為振蕩器輸入，osoc為振蕩器輸出，/int為中斷輸出（開漏；低電平有效），接地，sda為串行數(shù)據(jù)i/o，scl為串行時鐘輸入，clkout為時鐘輸出（開漏），為正電源。2、煤氣（煙霧）檢測電路煤氣（煙霧）檢測電路如圖11所示，圖8 煤氣（煙霧）檢測電路集成比較器lm311的3號端恒輸入5v電壓（即=5v），由于傳感器輸出電流與室內(nèi)煤氣（煙霧）濃度成比例關(guān)系，即i=kc（i為傳感器輸出電流，c為室內(nèi)煤氣濃度，k為比例常數(shù)），故可通過傳感器和電位器將濃度轉(zhuǎn)化為電壓信號輸入到lm311的2號端（即=kc*）。電壓比較器可將模擬信號轉(zhuǎn)換成二值信號：當輸入端電壓高于輸入端

23、時，電壓比較器輸出為高電平；當輸入端電壓低于輸入端時，電壓比較器輸出為低電平。lm311是一種通用的集成比較器，開環(huán)增益低，失調(diào)電壓大，共模抑制比小；但其響應速度快，傳輸延遲時間短，而且可以直接把高電平信號輸入給單片機。 由以上分析可知，可以調(diào)節(jié)電位器的阻值來調(diào)節(jié)室內(nèi)報警濃度的上限制。3.門磁檢測報警電路門磁檢測報警電路如下圖： 圖9 門磁檢測報警電路門磁開關(guān)5c-31b可設(shè)置為常開型和常閉型。當設(shè)置為常開始時，開門不報警，關(guān)門報警；當設(shè)置為常閉型時，開門報警，關(guān)門不報警。3、繼電器控制電路繼電器控制電路如下圖所示：圖10 繼電器控制電路圖本電路所用的繼電器型號為hjr-4102-l-12v，

24、繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。本電路中，當單片機輸出口有信號時，繼電器動觸點2由與常閉觸點3吸合跳變?yōu)榕c常開觸點1吸合，此時，電路導通，軸流風機/電磁閥/熱水器開始工作；當單片機輸出口信號消失時，動觸點又跳變?yōu)榕c常閉觸點吸合，軸流風機/電磁閥/熱水器停止工作。二極管in4007起保護晶體管9013的作用。當晶體管9013由導通變?yōu)榻刂箷r，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小，這時線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢與電源電壓疊加后加在9013的集電極與發(fā)射集之間，會使晶體管

25、擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?，從而避免擊穿晶體管。4、報警電路報警電路如下圖所示：圖11 報警電路當輸入端p1.0有信號輸入時，晶體管q7基極產(chǎn)生電流，此時晶體管導通，在+5v電壓下，蜂鳴器工作；當輸入端p1.0沒有信號輸入時，此時由于q7基極無電流，晶體管截止，蜂鳴器停止工作。5、lcd接口電路lcd是液晶顯示技術(shù)和投影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用了液晶的電光效應，通過電路控制液晶單元的透射率及反射率，從而產(chǎn)生不同灰度層次的圖像。液晶顯示屏上的每一個點都對應有控制器內(nèi)的顯示緩存ram中的一個位，用戶如果要點亮lcd屏上的某一個點時，實際上就是對該點所對應

26、的顯示ram區(qū)中的某一個位進行置1操作，故可以通過編寫程序來控制lcd的顯示圖像。lcd的接口電路如下圖所示：圖12 lcd接口電路6、鈴流檢測電路鈴流檢測電路如下圖所示：圖12 鈴流電路該電路主要用于檢測電話線上有無鈴流信號，因為報警是通過家用電話實現(xiàn)的，所以必須檢測此時電話線的狀態(tài)。鈴流信號的特點是：續(xù)4s，斷1s，頻率為450hz。在此采用了集成鎖相環(huán)lm567，以確保檢測450hz的信號。7、dtmf發(fā)送電路在此可以采用現(xiàn)成的dtmf芯片，但是如果采用專門的芯片就得還得加上附加電路，使成本又上升。鑒于c8051f340的內(nèi)部有四個16位的定時/計數(shù)器，可以利用這一內(nèi)部資源，采用脈寬調(diào)制

27、pwm實現(xiàn)dtmf通信。單片機pwm dtmf通信原理圖如下：圖13 單片機pwm dtmf通信原理圖8、語音電路由于本系統(tǒng)的報警語音信號比較固定和簡單，而且c8051f340內(nèi)部flash有存儲器，所以這里就不采用專門的語音芯片。先把要報警的語音信號存在單片機c8051f340內(nèi)部存儲器中，再經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換為原始語音送到電話網(wǎng)。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件基于單片機開發(fā)系統(tǒng)keilc51,本系統(tǒng)軟件流程圖如下圖所示ynnnnn主程序時鐘初始化i/o初始化lcd初始化讀pcf8563時鐘向lcd寫入時間并顯示有無報警信號p1.4=0?有無報警信號p1.7=0?熱敏電阻有信號p1.3=0?有無報警信

28、號p2.1=0?1=1？mq-4煤氣報警yymq-2火災報警y門磁開關(guān)報警y結(jié)束圖14 整個系統(tǒng)的主程序流程圖ynmq-4煤氣報警系統(tǒng)調(diào)用蜂鳴器程序開啟風機p2.0=0關(guān)閉電磁閥p1.4=0?調(diào)用電話報警程序關(guān)閉風機p2.0=1返回關(guān)閉蜂鳴器p1.0=1mq-2火災報警系統(tǒng)ynp1.4=0?調(diào)用蜂鳴器程序開啟風機p2.0=0調(diào)用電話報警程序關(guān)閉風機p2.0=1關(guān)閉蜂鳴器p1.0=1返回圖15 mq-4煤氣報警系統(tǒng)流程圖 圖16 mq-2火災報警系統(tǒng)流程圖y門磁開關(guān)系統(tǒng)調(diào)用電話報警程序調(diào)用蜂鳴器程序nyp2.1=1?關(guān)閉蜂鳴器p1.0=1返回yyn電話報警系統(tǒng)有無鈴流信號p2.5=0？延時模擬摘

29、機dtmf發(fā)送被叫是否接通？模擬掛機返回n圖17 門磁開關(guān)系統(tǒng)流程圖 圖18 電話報警系統(tǒng)流程圖五、測試方案與測試結(jié)果1、測試儀器與測試方法1.1測試儀器因為電源輸入/輸出都是直流，諧波含量較少，所以測試儀器僅用到萬用表、示波器，此外還用到天然氣濃度檢測儀和煙霧濃度檢測儀。萬用表用來測量電流和電壓，同時用于電路的調(diào)試過程，示波器用來檢測波形，以便分析電路性能。1.2測試方法整個測量過程是以“先局部，后整體；先硬件，后軟件”的思路進行的。在測試過程中，努力爭取理論聯(lián)系實際，先按預先設(shè)計電路進行設(shè)計焊接電路，在調(diào)試過程中，為取得最好的效果，可根據(jù)需要更換器件。測試過程中要時刻注意觀察，避免短路、過

30、壓和過流等現(xiàn)象發(fā)生，一旦發(fā)生測試樣品過熱、冒煙或起火現(xiàn)象，必須立即切斷電源。2、測試數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果分析2.1傳感器電流與天然氣濃度傳感器zymq-4的測試電路如下所示：5v恒壓源測試數(shù)據(jù)如下表所示（c為室內(nèi)天然氣濃度，i為傳感器的輸出電流）：第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次第8次濃度c（ppm）500800100020004000500070009000電流i(ma)2.305.689.1219.5345.5353.9076.9999.96表1 傳感器電流與煤氣濃度的測試數(shù)據(jù)由實驗數(shù)據(jù)可畫出c-i圖如下： 圖 傳感器電流與天然氣濃度c-i圖2.2比較電壓器測試比較電壓器的測試，主要是

31、用萬用表測試比較電壓器的輸出電壓的大小，看是否符合要求?？梢酝ㄟ^上拉電阻來提升比較電壓器lm311的輸出電壓，直至符合要求。測試數(shù)據(jù)如下表所示（為上拉電阻，為lm311的輸出電壓）：第1次第2次第3次第4次第5次（）01003305101000（v）1.962.362.983.634.022.5系統(tǒng)測試經(jīng)系統(tǒng)測試能完成如下功能：（1）當室內(nèi)濃度高于1000pp時，單片機控制繼電器關(guān)閉煤氣閥門，開啟報警器報警，同時控制軸流風機運轉(zhuǎn)，更新室內(nèi)空氣排險。當濃度降到正常值時，報警和軸流風機均停止。（2）當檢測煙霧超標而溫度正常時，沒有火災報警。當檢測溫度超標而煙霧正常時，同樣沒有火災報警，只有二者同時

32、超標時，有火災報警控制報警器報警且同步控制軸流風機運轉(zhuǎn)，更新室內(nèi)空氣，當室內(nèi)煙霧濃度降低到正常之時，報警和軸流風機均停止。（3）門磁、窗磁報警裝置通過門磁開關(guān)5c-31b給予單片機信號，開啟報警器報警。（4）煤氣報警排險裝置、煙霧報警更新氣體裝置、門磁、窗磁報警裝置均采用了電話自動報警系統(tǒng)。煤氣檢測、煙霧檢測、門磁報警同時進行，運用單片機采用中斷方式控制，三者互不影響。（5）lcd顯示的實時時間與正確時間相差不大。3、測試結(jié)果分析（1）由傳感器電流與天然氣濃度測試數(shù)據(jù)表1，和數(shù)據(jù)分析圖圖可以看出，傳感器的輸出電流和天然氣濃度近似成正比關(guān)系，基本論證了傳感器的特性。但是，測量過程中的測量誤差是難

33、免的（尤其是弄得測定氣體濃度），另外，傳感器的測量精度不算太高，所以測量數(shù)據(jù)只能反映一個大概值。（2）考慮到實驗設(shè)備滿足不了可燃氣體的測量的安全性保證，所以測量數(shù)據(jù)在滿足要求的條件下，不繼續(xù)進行驗證測量。五、 結(jié)論通過團隊多天不懈的努力，本系統(tǒng)終于完成了最初安全家居的設(shè)計目的。并且在進行編譯程序和調(diào)試電路的過程中，不斷的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并不斷完善系統(tǒng)的功能與性能。充分認識到單片機控制系統(tǒng)的優(yōu)越性和重要性。整個電路本著簡單可靠，選用價格低廉的通用元件的原則，盡力做到安全家具系統(tǒng)的多功能化，力求所設(shè)計的系統(tǒng)切實可行，能在社會生活中得到實用，促進社會生活的安全化、便捷化。單片機體積小，價格便宜，

34、控制功能強，在單片機的基礎(chǔ)上，此系統(tǒng)仍有很多功能可以完善，可以盡力向智能家居的各個方面擴展。六、 參考文獻【1】isbn 978-7-03-018955-4 胡壽松 自動控制原理 科學出版社 第五版 p5-6頁【2】713800 薛倫生、王學智等 采用單片機控制的可燃氣體探測報警器電工技術(shù)雜志2001年第11期【3】450053 劉玉平、安家文 xn-1新型語音式電話瓦斯報警器 河南科技第25卷第5期附錄1:系統(tǒng)全圖附錄2：作品實物圖：附錄3：系統(tǒng)程序#include c8051f340.h#include mytypedef.h#include gui_basic.h#include lcd

35、.h #include c8051f_smbus.h#include pcf8563.h#include image.hstatic xdata int8u usedmemoryspace1024 _at_ 0x400;unsigned int kk;#definewhite0xffff#defineblack0x0000#defineblue0x001f#definegreen 0x07e0#definered0xf800#definegray0x8410#defineyellow0xffe0static void clockinit( void ) /時鐘初始化 int16u itmp;

36、if( !( oscicn & ( 16 ) ) ) oscicn |= ( 17 ); while( !( oscicn & ( 16 ) ) ); oscicn |= ( 30 ); if( !( clkmul & ( 15 ) ) ) clkmul = 0; clkmul = 0x00; clkmul |= ( 17 ); for( itmp = 0; itmp 200; itmp + ); clkmul |= ( 16 ) | ( 17 ); for( itmp = 0; itmp 2000; itmp + ); while( !( clkmul & ( 15 ) ) ); /usb

37、clock: 48mhz, system clock : 48mhz clksel = 0x03;static void gpioinit( void ) /i/o口初始化 p0skip = ( 13 ) |( 14 ) | ( 10 ) | ( 17 ); p1skip = ( 10 ) | ( 13 ) | ( 16 ) | ( 17 ); p2skip = 0xff; p3skip = 0xff; xbr0 |= ( 11 ) | ( 12 ); /enable smbus, spi0 /( 10 ) | uart0 xbr1 |= ( 16 ); p1mdin=0xd8;/p1口7，6

38、，4，3口作為數(shù)字輸入口p2mdout=0x0f/ p2口低四位做輸出 p3mdout = 0xff; p4mdout = 0xff;p1mdout |= ( 11 )|( 13 ) | ( 16 ) | ( 17 );p0mdout |= ( 14 )|( 13 );p0mdin=0x18; p2mdin=0xff;/p3mdin=0xff;void emif_init( void ) emi0cf = 0x0b; /復用方式 emi0tc = 0x41; /將時間設(shè)置為最大 rect rect _at_ 0x8000; circle circle _at_ 0x8080; line lin

39、e _at_ 0x9090; font font _at_ 0xaaaa; ellipse ellipse;void mq4()/煤氣報警程序if p1=0xfb;buzzer();p2=0xfe;p2=0xfd;tel();p2=0xff;p1=0xff;void mq2() /火災報警程序ifp1=0x7f&p1=0xf7;buzzer();p2=0xfe;tel();p2=0xff;p1=0xff;void kaiguan() / 門磁報警程序ifp2=0xfd;buzzer();tel()p1=0xfe;void buzzer /蜂鳴器程序int i, j, k;clockinit( );xbr1 |= ( 16 );p2mdout = 0xff; p3mdout = 0xff; p4mdout = 0xff;p1mdout |= ( 10 ) | ( 11 )|( 13 ) | ( 14 ) | ( 16 ) | ( 17 );；while( 1 )p1 |= ( 10 );for( i = 0; i 2000