智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

1、摘要：本文論述的智能家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要包含兩部分內(nèi)容，一方面是通過無線的方式去發(fā)射和接收信息，另一方面是通過所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，其中控制單元利用單片機(jī)來完成，考慮發(fā)生火災(zāi)時(shí)的場景，進(jìn)行發(fā)射和接收的信號(hào)是通過溫度傳感器和煙霧傳感器獲取再加工的，配合無線收發(fā)模塊將加工過的信息進(jìn)行無線傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)來測(cè)量和預(yù)警。這套報(bào)警系統(tǒng)分為主系統(tǒng)和子系統(tǒng)兩個(gè)部分，主系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、設(shè)定安全溫度值、數(shù)據(jù)對(duì)比后進(jìn)行報(bào)警等功能。子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集特征數(shù)據(jù)，包括溫度、煙霧濃度，并發(fā)送數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)憑借自身的優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于多種家庭場景，它可使人們對(duì)家居火災(zāi)的發(fā)生更易察覺，實(shí)現(xiàn)保護(hù)人身安全和家庭財(cái)產(chǎn)安全的目的。

2、關(guān)鍵詞：AT89C52；溫度傳感器；NRF24L01；顯示；報(bào)警。AbstractThe intelligent home fire alarm system discussed in this paper mainly contains two parts. On the one hand, it transmits and receives information through wireless means, on the other hand, it realizes automatic control through the designed control system. The

3、control unit uses the single chip to complete and considers the occurrence. In the scene of fire, the signals transmitted and received are obtained by temperature sensor and smoke sensor, and the processed information is wirelessly transmitted with the wireless transceiver module to measure and warn

4、 according to the data. The alarm system is divided into two parts: the main system and the subsystem. The main system realizes the functions of monitoring the data on the site, setting the safe temperature value, and comparing the data to alarm. The subsystem is responsible for collecting feature d

5、ata, including temperature, smoke concentration, and sending data. The system is used in a variety of home scenarios due to its own advantages, which makes people more aware of the occurrence of home fires, and achieves the purpose of protecting personal safety and family property.Key words: AT89C52

6、; Temperature senior; NRF24L01; Display; Warning目 錄1 緒論11.1選題的意義11.2 當(dāng)今應(yīng)用領(lǐng)域家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)11.3 本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容22 設(shè)計(jì)要求與方案論證32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證32.2.1 單片機(jī)芯片選擇方案與論證32.2.2 溫度采集模塊選擇方案與論證32.2.3 煙霧傳感模塊選擇方案與論證42.2.4 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證42.2.5 顯示模塊的選擇方案與論證52.2.6 報(bào)警模塊的選擇方案與論證52.3電路設(shè)計(jì)最終方案的確定53 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)63.1 系統(tǒng)硬件概述63.2

7、 主要單元電路的設(shè)計(jì)63.2.1 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)63.2.2 溫度采集電路模塊的設(shè)計(jì)93.2.3煙霧采集電路模塊的設(shè)計(jì)103.2.4 無線收發(fā)電路模塊的設(shè)計(jì)103.2.5 顯示電路模塊的設(shè)計(jì)123.2.6 報(bào)警電路模塊的設(shè)計(jì)143.2.7 電路原理及說明154 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)164.1 主程序的設(shè)計(jì)164.2 發(fā)射系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)184.3 傳輸程序的設(shè)計(jì)194.4 溫度采集程序的設(shè)計(jì)204.5 顯示程序的設(shè)計(jì)215 仿真與調(diào)試236 結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄308設(shè)計(jì)要求與方案論證1 緒論1.1 選題的意義現(xiàn)在的家庭安全越來越得到大家的關(guān)注，其中火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)憑借自身可以采集、

8、監(jiān)控、危險(xiǎn)預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)忍攸c(diǎn)成為安全系統(tǒng)的主要成分。火災(zāi)帶來的財(cái)產(chǎn)和生命損失是重大的，所以對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的要求也越來越高，為此相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)在總線上經(jīng)常遇到數(shù)據(jù)沖突，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸不可靠，難以擴(kuò)展。近年來，一些低成本、高性能的微控制器在各種電路系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在電路控制中，這些問題得到了一定的改善。因此，采取適當(dāng)?shù)姆阑鸫胧┦侨祟惖囊豁?xiàng)重要任務(wù)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由觸發(fā)裝置、火災(zāi)報(bào)警裝置等輔助功能組成。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式變得越來越靈活，很難以準(zhǔn)確地將其劃分為幾種固定模式。采用單片機(jī)AT89C52、集成溫度傳感器

9、DS18B20和煙霧傳感器MQ-2作為敏感元件，采用多傳感器信息融合技術(shù)，可用于火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)。智能家居火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在現(xiàn)代家居安全中發(fā)揮著極其重要的作用。火災(zāi)報(bào)警控制器是智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的核心。完善的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效減少和防止火災(zāi)隱患，解決火災(zāi)危險(xiǎn)問題。它對(duì)保障人身安全和家庭財(cái)產(chǎn)安全具有現(xiàn)實(shí)意義。1.2 當(dāng)今應(yīng)用領(lǐng)域家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展并不是自身決定的，還受到設(shè)備器材的性能等因素影響，最早的測(cè)量溫度的傳感器在1990年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)稱為感溫探測(cè)器經(jīng)過繼續(xù)研究和開發(fā)，由于只能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警，所以應(yīng)用并不廣泛。隨后人們對(duì)其不斷地深入研究和開發(fā)，才使得被廣泛使用?；馂?zāi)系

10、統(tǒng)發(fā)展較快的歐洲等發(fā)達(dá)國家，已經(jīng)為此設(shè)定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，該系統(tǒng)開始慢慢由于家庭。該系統(tǒng)涉及到傳感器技術(shù)、電子控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)相關(guān)的技術(shù)。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)我們可以更好地設(shè)計(jì)和研究我們自己的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)在上世紀(jì)70年代初期才進(jìn)入到我國，應(yīng)用到建筑火災(zāi)報(bào)警。隨后進(jìn)入改革開放時(shí)期，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，越來越多的高層建筑拔地而起，使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的需求快速擴(kuò)大，加速了該系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)，并取得不斷創(chuàng)新。1.3 本設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容這套系統(tǒng)的控制是靠單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，考慮到實(shí)際的成本和性能，整套系統(tǒng)采用了AT89C52芯片實(shí)現(xiàn)主控制， DS18B20芯片采集現(xiàn)場的溫度，NRF24L01實(shí)現(xiàn)無線傳輸數(shù)據(jù)，

11、所有信息顯示在LCD1602液晶屏上。數(shù)據(jù)傳輸由兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)完成，采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過發(fā)射系統(tǒng)輸出，另一方面作為主系統(tǒng)的接收系統(tǒng)接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進(jìn)行處理加工。報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警的機(jī)制是采集值超過設(shè)定值，該系統(tǒng)為此設(shè)計(jì)了限定溫度的設(shè)置按鍵、消除報(bào)警的按鍵?？偨Y(jié)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)：由于可以實(shí)現(xiàn)無線化傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，操作簡單、低成本、功能齊全等。可以很好地迎合市場的需求。在初步設(shè)計(jì)好該系統(tǒng)后，通過不斷的現(xiàn)場測(cè)試和調(diào)整，使得系統(tǒng)的功能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。2 設(shè)計(jì)要求與方案論證2.1 設(shè)計(jì)要求（1）監(jiān)測(cè)形成的溫度從室溫開始，最高達(dá)到125；（2）在接收端可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場溫度值，最大的收

12、發(fā)距離到達(dá)60米；（3）溫度和煙霧的報(bào)警值能人工設(shè)置；（4）達(dá)到報(bào)警條件時(shí)會(huì)主動(dòng)通過蜂鳴器和發(fā)光設(shè)備報(bào)警；2.2 系統(tǒng)基本方案選擇和論證2.2.1 單片機(jī)芯片選擇方案與論證方案一：控制器的要求必須可以現(xiàn)場可編程。選用的FPGA具有規(guī)模大、密度高等特點(diǎn)，能夠處理復(fù)雜的要求。它最大的優(yōu)點(diǎn)是集成性高，能夠在很小的體積內(nèi)集成所有的設(shè)備，保證控制的穩(wěn)定性。用它作為控制器，可以通過軟件不斷地在線調(diào)試系統(tǒng)、進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警模擬。它還支持豐富的擴(kuò)展功能，不過會(huì)加大成本。存在的缺點(diǎn)是芯片的電路板設(shè)計(jì)復(fù)雜，在焊接時(shí)無形增加很大的工作量和難度，方案二：宏晶科技推出的新一代超抗干擾/高速/低功耗單片機(jī)STC89C52系列

13、。它是一個(gè)增強(qiáng)型單片機(jī)，完全兼容8052單片機(jī)。它增加了新功能，增加了兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，一個(gè)外部中斷，內(nèi)置EEPROM，看門狗，斷電模式，512b內(nèi)存，并支持ISP在線。編程，無需編程，程序可擦除10萬次，引腳完全兼容，性能更好，驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，超強(qiáng)抗干擾能力，價(jià)格也低于傳統(tǒng)89系列?？紤]到快速開發(fā)以及本系統(tǒng)的應(yīng)用要求，該系統(tǒng)的芯片選用第二套方。2.2.2 溫度采集模塊選擇方案與論證方案一：采集溫度最基本的利用熱敏電阻測(cè)出現(xiàn)場溫度，利用熱敏電阻的工作特性，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻會(huì)發(fā)生變化，在通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。因?yàn)榧尤肓薃/D轉(zhuǎn)換電路，使得設(shè)計(jì)也在增高。同時(shí)熱敏電阻的溫敏特性達(dá)不到

14、精準(zhǔn)測(cè)量，但該系統(tǒng)不允許較大的測(cè)量誤差，因此放棄方案一。方案二：DS18B20的信號(hào)輸出不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采集到的數(shù)字溫度數(shù)據(jù)是經(jīng)一線總線輸出的，還可以把多個(gè)DS18B20采集到的溫度數(shù)據(jù)集中到一起形成傳感器網(wǎng)絡(luò)，使得測(cè)量系統(tǒng)更加準(zhǔn)確和系統(tǒng)化。它可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化地采集數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到火災(zāi)時(shí)溫度瞬時(shí)變化，它的轉(zhuǎn)換時(shí)間短因此滿足快速測(cè)量，使得火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能提供很好的體驗(yàn)。它輸出的溫度是數(shù)字化的，有較高的準(zhǔn)確性，因此該系統(tǒng)的溫度采集模塊選用方案二。2.2.3 煙霧傳感模塊選擇方案與論證方案一：采用光電式感煙傳感器，它是由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。普通光源發(fā)出的光通過透鏡傳遞給光敏元件，電路保持

15、正常。如果煙霧被阻擋，到達(dá)感光元件的光線將明顯減弱。因此，光敏元件將光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)化為電能的變化。利用光散射原理檢測(cè)火災(zāi)初期產(chǎn)生的煙霧，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。根據(jù)光源的不同，可分為普通光電、激光光電、紫外光電和紅外光電四種。光電感煙器發(fā)展迅速，種類不斷增多。就其功能而言，可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期報(bào)警，對(duì)火災(zāi)的敏感度較高。除用于大型建筑外，特別適用于計(jì)算機(jī)房、儀器房、電纜溝、隧道等電氣火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場所。方案二：采用MQ-2半導(dǎo)體傳感器，這是一種半導(dǎo)體氣敏元件，它的氣敏元件通過空氣中的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)的含量來實(shí)現(xiàn)煙霧測(cè)量的。發(fā)生火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙氣會(huì)使傳感器的導(dǎo)電性增強(qiáng)。電導(dǎo)率的大小反映著煙氣的濃

16、度，設(shè)計(jì)簡單的電路來顯示。它的優(yōu)點(diǎn)在于隨煙氣濃度變化電導(dǎo)率發(fā)生很大變化、穩(wěn)定性強(qiáng)很難受干擾，可以長時(shí)間使用，很適合作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的煙霧傳感器。選擇nRF24L01設(shè)備的最大優(yōu)勢(shì)在于極低的功耗，同時(shí)在設(shè)備工作時(shí)還有多種低功率模式可以選擇，完全迎合節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。設(shè)備接收和發(fā)射無線信號(hào)時(shí)所需要的工作電流都不超過15mA，并且在和同類的無線模塊相比較，價(jià)格成本也有很大的優(yōu)勢(shì)，容易獲得，最終選用該設(shè)備作為無線收發(fā)模塊。2.2.4 無線收發(fā)模塊的選擇方案與論證方案一：無線收發(fā)模塊是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線操作和控制，初步采用TX315A-T01和TX315A-R01。把聲表面波器件和接收電路整合在一起開發(fā)出

17、TX315系列模塊電路，TX315A模擬電路由負(fù)責(zé)接收和發(fā)射的組件組合而成，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸、系統(tǒng)的無線控制和報(bào)警等無線功能?？紤]到發(fā)射組件和接受組件所用的頻率是一致的，因此可以根據(jù)實(shí)際的使用需求增加組件的數(shù)量，來滿足系統(tǒng)的功能需要。缺點(diǎn)在于成本過高，不適用于此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。方案二：無線收發(fā)模塊改用一對(duì)nRF24L01來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線操作和控制，它的工作射頻范圍在2.4至2.5GHz之間，它是一款新型的收發(fā)器件。它的優(yōu)點(diǎn)在于成本合理，還能夠通過程序選擇合適的輸出功率以及信息的的通道數(shù)。所以該系統(tǒng)的無線收發(fā)模塊選用方案二。2.2.5 顯示模塊的選擇方案與論證方案一：初步考慮數(shù)碼管作為顯示模塊

18、，它的優(yōu)點(diǎn)是可以提供很高的亮度、低成本，缺點(diǎn)是結(jié)合該火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)際情況，通過數(shù)碼管顯示眾多內(nèi)容會(huì)加大電路設(shè)計(jì)難度、也不符合節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，因此放棄初選的方案。方案二：考慮到顯示內(nèi)容較多，想到了點(diǎn)陣數(shù)碼管顯示器，該顯示器可以顯示復(fù)雜的內(nèi)容和文本，不過用于該系統(tǒng)又性能過剩，使得成本的浪費(fèi)，所以也放棄了該方案。方案三：最后想到折中的方案就是LCD1602液晶屏，這種顯示器的顯示內(nèi)容多，還可以通過組合擴(kuò)大可視面積，具有一定的防干擾效果，簡單的使用方法還節(jié)省了軟件的資源。該方案在顯示要求上完全滿足系統(tǒng)的要求，同時(shí)電路設(shè)計(jì)也較簡單、還滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求，最終采用。2.2.6 報(bào)警模塊的選擇方案與論證方

19、案一：將555定時(shí)器改造成蜂鳴器，但是這樣的報(bào)警器只能用于定時(shí)報(bào)警，只能通過時(shí)間控制報(bào)警，而不是隨溫度的變化進(jìn)行報(bào)警，明顯不符合要求。方案二：考慮到報(bào)警器要根據(jù)溫度的上限來報(bào)警的，決定使用9102三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，環(huán)境溫度達(dá)到火災(zāi)時(shí)的溫度時(shí)，三極管受到高電平后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，配合發(fā)光二極管，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警和發(fā)光報(bào)警。2.3電路設(shè)計(jì)最終方案的確定通過對(duì)不同模塊的方案論證和選擇，選出單片機(jī)芯片模塊、溫度采集模塊、煙霧傳感器模塊、無線收發(fā)模塊和顯示模塊的最合理設(shè)備，將這些設(shè)備進(jìn)行組合得出最終的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件之間的相互聯(lián)系需要電路來連接，根據(jù)每個(gè)模塊

20、設(shè)備的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，最終構(gòu)成系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)總框圖，如下所示?？偟脑韴D附在了文章的附錄部分。數(shù)據(jù)采集AT89C52單片機(jī)（副） 無線發(fā)射液晶顯示AT89C52單片機(jī)（主）無線接收聲光報(bào)警獨(dú)立鍵盤圖3-1 總設(shè)計(jì)框圖3.1 系統(tǒng)硬件概述單片機(jī)芯片模塊選用的是AT89C52單片機(jī)，作為整個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的控制核心。它最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)在線編程、有較強(qiáng)的靈活性，滿足節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。溫度采集模塊選用DS18B20設(shè)備，可以通過多個(gè)設(shè)備共同工作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化、搭建多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，還能夠?qū)崟r(shí)無延遲的測(cè)量，這點(diǎn)對(duì)于火災(zāi)報(bào)警很重要。煙霧傳感器選擇MQ-2半導(dǎo)體傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)在于隨煙氣濃度變化電導(dǎo)率發(fā)生很

21、大變化、穩(wěn)定性強(qiáng)很難受干擾，可以長時(shí)間使用，很適合作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的煙霧傳感器。無線收發(fā)模塊改用一對(duì)nRF24L01來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無線操作和控制，它的工作射頻范圍在2.4至2.5GHz之間，它的優(yōu)點(diǎn)在于低功耗，有多種低功率工作模式可選擇；成本合理；還能夠通過程序選擇合適的輸出功率以及信息的的通道數(shù)。1602 LCD液晶屏來進(jìn)行顯示。報(bào)警模塊使用三極管同時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管，同時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警兩種功能。3.2 主要單元電路的設(shè)計(jì)3.2.1 單片機(jī)主控制模塊的設(shè)計(jì)單片機(jī)把各種元件集成在單個(gè)硅芯片上的微型計(jì)算機(jī)。這些組件包括CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種I/O接口電

22、路。了解單片機(jī)的工作原理和性能，為此了解了其基本結(jié)構(gòu)。圖3-2 STC89C52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)的管腳分布如圖3-3所示。圖3-3 STC89C52單片機(jī)的管腳圖STC89C52的I/O端口：P0端口：P0端口是一個(gè)雙向I/O端口，8位漏極開路，驅(qū)動(dòng)8個(gè)邏輯電平來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。該端口的輸入來自于管腳。P0端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲(chǔ)，這時(shí)候就會(huì)對(duì)8位地址/數(shù)據(jù)實(shí)施多路并重復(fù)利用。P0端口根據(jù)不同的工作要求對(duì)指令字節(jié)進(jìn)行接收和輸出。這樣的工作模式，端口內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)上拉的阻力，所以在驗(yàn)證程序的時(shí)候就需要外部的上拉電阻。 P1端口：P1端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位

23、數(shù)是8位的，和P0端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)邏輯電平。該端口作為輸入端口時(shí)是通過上拉電阻增加端口數(shù)的。P1端口負(fù)責(zé)輸入時(shí)，被外部拉下的針腳會(huì)由于內(nèi)部電阻會(huì)有輸出。而且，P1端口的0號(hào)管腳和2號(hào)管腳分別承擔(dān)著定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2（P1.0/T2）的外部計(jì)數(shù)輸入和觸發(fā)輸入。根據(jù)不同的的工作要求，該端口負(fù)責(zé)接收字節(jié)的功能。引腳所具有的的另一個(gè)功能 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：、端口：P2端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和P0端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)邏輯電平。該端口作為輸入端口時(shí)是通過上拉電阻升高端口。P2端口負(fù)責(zé)輸入時(shí)，被外部拉下的針腳會(huì)由于內(nèi)部電阻會(huì)有輸出。當(dāng)

24、系統(tǒng)需要P2端口需要從外部獲取數(shù)據(jù)再進(jìn)行存儲(chǔ)，它會(huì)發(fā)送高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)。P2端口要想發(fā)送“1”需要借助內(nèi)部強(qiáng)大的上拉來完成。在用高8位地址來獲取16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，會(huì)輸出閂鎖的內(nèi)容。在進(jìn)行其他功能時(shí)，該端口也承擔(dān)著接收外部控制信號(hào)的責(zé)任。P3端口：P3端口也可以進(jìn)行輸入和輸出雙向作用，并且位數(shù)是8位的，和P0端口一樣存在上拉電阻。該端口只能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)邏輯電平。該端口作為輸入端口時(shí)是通過上拉電阻升高端口。P3端口負(fù)責(zé)輸入時(shí)，被外部拉下的針腳會(huì)由于內(nèi)部電阻會(huì)有輸出。P3端口還承擔(dān)這單片機(jī)的其他功能：接收外部的控制信號(hào)。引腳所具有的的另一種功能定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：、在進(jìn)行其他

25、功能時(shí)，該端口也承擔(dān)著接收外部控制信號(hào)的責(zé)任。RST：在工作過程中起到對(duì)輸入進(jìn)行重置的作用，利用的是兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)的高電平完成的。：當(dāng)系統(tǒng)需要對(duì)外部程序器進(jìn)行訪問或者是進(jìn)行訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，的作用是將地址的低8位脈沖字節(jié)索存。因?yàn)橥ǔＧ闆r下，的輸出時(shí)間是固定的，是時(shí)鐘振蕩頻率的1/6，利用這一特性可以用它來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)的功能。但是如果要進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的訪問時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)越過脈沖。系統(tǒng)編程產(chǎn)生的閃存時(shí)，引腳還起到輸入輸入的作用。在可能的情況下，禁止ALE操作可以通過在SFR區(qū)域的0號(hào)位置安裝8EH來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵?號(hào)位置之后只有一個(gè)固定的指令才能實(shí)現(xiàn)ALE的激活。此外，引腳會(huì)稍微升高，不執(zhí)行內(nèi)部程序

26、時(shí)，需要讓禁止位無效。：從外部選取的信號(hào)來提供給程序存儲(chǔ)器使用。單片機(jī)在外部獲取指令時(shí)，只能產(chǎn)生兩次有效的循環(huán)，換言之有兩個(gè)脈沖輸出。這時(shí)候訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)越過兩個(gè)信號(hào)。：訪問外部的程序內(nèi)存只能夠通過來進(jìn)行。EA此時(shí)的狀態(tài)應(yīng)該是處于接地狀態(tài)。特別的是，此時(shí)編程已經(jīng)加密了的LB1，則在重置期間，EA狀態(tài)將在內(nèi)部鎖定。根據(jù)煙霧報(bào)警器檢測(cè)煙霧種類的不同要求，大多數(shù)場景都會(huì)選擇使用半導(dǎo)體煙霧傳感器。通過比較各種感煙器的應(yīng)用特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體感煙器的優(yōu)點(diǎn)更為突出，所以煙霧傳感模塊選用方案二。3.2.2 溫度采集電路模塊的設(shè)計(jì)溫度傳感器應(yīng)用電路如圖3-4。采用數(shù)字式溫度傳感器，該傳感器的生產(chǎn)公

27、司是公司。另外該傳感器的接口形式采用的是串行接口，且為單通道，這樣一來系統(tǒng)集成就更容易完成。該傳感器具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：重量輕、能耗低、精度高、測(cè)量濕度、溫度范圍大以及較遠(yuǎn)的信號(hào)傳輸距離。具有多個(gè)主控芯片且能夠連接到同一條總線上。溫度測(cè)量范圍為-55125C，可編程為9-12位A/D轉(zhuǎn)換精度。溫度測(cè)量分辨率可達(dá)0.0625C。工作時(shí)的供電可以利用在遠(yuǎn)端的電源通過導(dǎo)線提供，也可以在傳感器內(nèi)部加裝一個(gè)電源。此傳感器如果要求同時(shí)使用2-3個(gè)時(shí)，那么它們能夠通過并聯(lián)連接的方式連接到一起進(jìn)行使用。當(dāng)此傳感器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，計(jì)算機(jī)只需要提供一個(gè)端口就能實(shí)現(xiàn)與多傳感器的相互匹配。傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集完之后，

28、需要將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，然后通過單片機(jī)芯片進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的分析以及處理，本設(shè)計(jì)采用的芯片在結(jié)構(gòu)上安裝了多個(gè)增強(qiáng)I/O端口，以及加裝有特殊功用的外設(shè)，其與兩條APB總線相連接，此外還具有諸多豐富的外設(shè)接口、以及CAN接口等，這些外設(shè)的存在使得該芯片可以適用于很多的設(shè)備及平臺(tái)。在工業(yè)中的應(yīng)用也較為廣泛，比如、掃描儀、警報(bào)系統(tǒng)、暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等，所以在本次設(shè)計(jì)中使用此芯片可以很好地完成數(shù)據(jù)處理的工作，另外數(shù)據(jù)的傳輸過程只通過一條數(shù)據(jù)線。它使用P10連接的I/O端口，連接電源，接地。圖3-4 溫度傳感器應(yīng)用電路3.2.3煙霧采集電路模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)使用的煙霧傳感器的生產(chǎn)原材料為，檢測(cè)煙霧所使用的形式為離

29、子形式，其基本原理是：傳感器工作開始以后，原材料會(huì)和氧氣結(jié)合，造成傳感器內(nèi)部元件的密度出現(xiàn)變化，即密度會(huì)減小，進(jìn)而使得電阻值增加，所以一旦傳感器的探測(cè)部分檢測(cè)到煙霧，傳感器內(nèi)部元件的密度出現(xiàn)變化，進(jìn)而導(dǎo)致電阻減小，依據(jù)電阻值的變化就可以判斷出是否有煙霧存在。型傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于其探測(cè)范圍非常廣泛，因?yàn)閷?duì)于各種尺寸的煙霧顆粒，此傳感器具有比較敏感的優(yōu)點(diǎn)，并且如果檢測(cè)目標(biāo)是烷類煙霧，那么敏感性還會(huì)大大提高。該類傳感器不易受外界干擾的影響，并且檢測(cè)精度非常高，以及具有較高的可靠性。其電路電壓的可選擇范圍比較大，低于24V的電壓源都可以使用，但不能超過這個(gè)電壓值，如果提供的電壓值超過了24V，那么傳感器

30、的電路模塊部分的導(dǎo)線會(huì)因?yàn)楦邷囟鵁龜啵Y(jié)果是硬件電路部分不能正常工作，與其連接的軟件部分也因此不能正常使用，所以整個(gè)煙霧傳感器都會(huì)被破壞，無法使用。3.2.4 無線收發(fā)電路模塊的設(shè)計(jì)是一款性能強(qiáng)大的收發(fā)器件,使用頻率區(qū)間在 之間。其主要包含了四個(gè)功能模塊，分別完成相應(yīng)的功能，第一個(gè)是頻率合成器模塊，合成不同頻率的信號(hào)；第二個(gè)是功率放大器模塊，起到信號(hào)放大的作用；第三個(gè)是晶體振蕩器模塊，提供晶體進(jìn)行震蕩的動(dòng)力；第四個(gè)是調(diào)制器模塊。在這四個(gè)模塊的基礎(chǔ)之上添加了技術(shù)。工作的能耗相較于其他收發(fā)器比較低，以下數(shù)字可以體現(xiàn)這一點(diǎn)，發(fā)射功率為時(shí)，工作電流僅僅為9mA；相應(yīng)的接收時(shí)的電流僅僅為12.3mA，此

31、外其還提供有許多不同種類的低功率工作模式，這使得在設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)能問題迎刃而解。有許多獨(dú)特的性質(zhì)，比如很快的數(shù)據(jù)傳輸率，最大可以達(dá)到；再比如提供自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能等。的電源電壓在，其引腳圖如下：圖3-5 NRF24L01管腳圖工作前，需先進(jìn)行一步準(zhǔn)備工作，即將調(diào)整為傳輸模式，然后通過SPI端口按時(shí)間順序?qū)⒔邮展?jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和有效數(shù)據(jù)TX_PLD寫入NRF24L01緩沖區(qū)。TX-PLD必須在低CSN下連續(xù)寫入，就不同于TX-PLD，它只要寫入一次即可，緊接著引腳CE變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)并維持這個(gè)狀態(tài)10s以上，在130 ms后延遲數(shù)據(jù)傳輸；如果自動(dòng)響應(yīng)打開，則在低CSN下傳輸。此時(shí)傳輸模式調(diào)整

32、為入接收模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收操作，接收信號(hào)完成以后進(jìn)行響應(yīng)。假如成功收到應(yīng)答信號(hào)，則表明通信成功；相反如果沒能成功接收到信號(hào)，則回到傳輸模式，再一次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作，若傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)達(dá)到最高值，則將MAX-RT設(shè)置為高，并保留TX FIFO中的數(shù)據(jù)。ED用于二次重傳；當(dāng)MAX-RT或TX-DS設(shè)置為高時(shí)，IRQ降低，發(fā)生中斷，并通知MCU。當(dāng)最終發(fā)射成功時(shí)，如果CE低，NRF24L01進(jìn)入空閑模式1；如果CE高，則進(jìn)入工作模式，即開啟下一次發(fā)射。上面的內(nèi)容介紹了傳輸數(shù)據(jù)的相關(guān)流程，下面介紹接收數(shù)據(jù)的相關(guān)流程。同樣地，開始數(shù)據(jù)接收之前，要調(diào)整模式，顯然此時(shí)要將調(diào)整到接收模式，調(diào)整完成后不是立即進(jìn)

33、行數(shù)據(jù)的接收，必須等待一個(gè)固定的時(shí)間后才可以進(jìn)行，一般為130s，等待時(shí)間過后接收信號(hào)進(jìn)程開始，首先要識(shí)別出有效的地址以及，然后接收器會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，得到的是一數(shù)據(jù)包，并緊接著將其保存在里，與此進(jìn)程同時(shí)進(jìn)行的操作還有RXDR變?yōu)楦唠娖?，IQR相應(yīng)的變?yōu)榈碗娖剑缓筮M(jìn)行中斷操作，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。所有流程進(jìn)行完成后，CE端變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)，調(diào)整為空閑模式1。SPI端口是一個(gè)用于傳輸數(shù)據(jù)的通信接口，接口方式為串行方式，最大傳輸速率可以達(dá)到。它首先傳輸?shù)臀蛔止?jié)，但對(duì)于單個(gè)字節(jié)，它需要先發(fā)送高位，然后再發(fā)送低位。此端口的SPI指令總共有8個(gè)，由的輸入。對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果也是經(jīng)由導(dǎo)出至。 的

34、供電電壓為3.3V電壓，其應(yīng)用電路見下圖。圖3-6 NRF24L01應(yīng)用電路3.2.5 顯示電路模塊的設(shè)計(jì)46本設(shè)計(jì)采用的LCD根據(jù)引腳數(shù)的多少一般分為兩種形式，第一種是16條引腳線；第二種是14條引腳線，第一種比第二種多出來2條，這兩條一般是背光電源線VCC和地線GND，LCD引腳功能見下表。表3-7 LCD引腳功能表由于其具有的諸多優(yōu)點(diǎn)使得其在許多領(lǐng)域得到了廣泛的使用。本設(shè)計(jì)也采用了作為顯示器件，這樣做的好處是系統(tǒng)電路沒有那么復(fù)雜，且系統(tǒng)局域較高的可靠性。與單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，連接電路如下兩圖。圖3-8 LCD1602管腳圖圖3-9 LCD1602應(yīng)用電路3.2.6 報(bào)警電路模塊的設(shè)計(jì)蜂鳴器

35、在本次設(shè)計(jì)中被用作報(bào)警模塊，其本身從本質(zhì)上來說就是一臺(tái)揚(yáng)聲器，供電電源為直流電。蜂鳴器在許多電子產(chǎn)品及其衍生品中得到了大量的使用，比如日常生活中常見的產(chǎn)品：報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備，以及辦公室里常見的電腦、掃描儀、打印機(jī)等。根據(jù)音頻信號(hào)的產(chǎn)生原因的不同，可以將蜂鳴器分為兩種，一種是壓電蜂鳴器；另一種是電磁蜂鳴器。壓電蜂鳴器：次類型的蜂鳴器一般是由5部分構(gòu)成，第一部分是多諧振蕩器，用于發(fā)出音頻信號(hào)；第二部分是壓電蜂鳴器；第三部分是阻抗匹配器，用于給蜂鳴器產(chǎn)生動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)其發(fā)生；第四部分是諧振箱；第五部分是殼體。其中市場上有許多壓電蜂鳴器內(nèi)部還含有發(fā)光二極管。電磁蜂鳴器：電磁蜂鳴器由振蕩器、電

36、磁線圈、磁鐵、振膜和外殼等組成。本設(shè)計(jì)對(duì)于蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，采用的是加裝一個(gè)三極管，并利用其驅(qū)動(dòng)三極管，與操作同時(shí)進(jìn)行的還有點(diǎn)亮發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)報(bào)警，報(bào)警電路圖見下。圖3-10 報(bào)警電路3.2.7 電路原理及說明 上面6節(jié)別介紹了6個(gè)不同的電路模塊，現(xiàn)在將其連接組成一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)就是無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)的工作進(jìn)程如下：首先利用傳感器采集目標(biāo)區(qū)域的溫度以及煙霧數(shù)據(jù)，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至副控芯片，通過對(duì)這些已經(jīng)得到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并篩選出用戶所需要的數(shù)據(jù)，然后講這些篩選后的數(shù)據(jù)傳送至進(jìn)行發(fā)射，發(fā)射到中的接受模塊，此模塊接收到數(shù)據(jù)以后將數(shù)據(jù)傳輸至主控芯片AT89C52并進(jìn)行處理，然后將處理后的結(jié)果

37、通過顯示屏顯示出來，用戶即可讀出數(shù)據(jù)；另外，可以預(yù)先設(shè)置一個(gè)閾值，如果目標(biāo)溫度超過這個(gè)值，那么蜂鳴器會(huì)進(jìn)行報(bào)警；如果目標(biāo)溫度低于此值，那么系統(tǒng)不會(huì)報(bào)警，并正常顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.1 主程序的設(shè)計(jì)主、副系統(tǒng)以及報(bào)警程序流程圖見下三圖：鍵盤設(shè)定值檢測(cè)設(shè)定值顯示實(shí)際值顯示接收副系統(tǒng)數(shù)據(jù)返回主程序數(shù)據(jù)超出范圍否？報(bào)警YN圖4-1主系統(tǒng)程序流程圖 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理實(shí)際值發(fā)送主程序返回圖4-2 副系統(tǒng)程序流程圖設(shè)定值與實(shí)際值比較數(shù)據(jù)不大于報(bào)警下限數(shù)據(jù)不大于報(bào)警上限報(bào)警上限處理NYYN報(bào)警下限處理報(bào)警子程序返回圖4-3數(shù)據(jù)報(bào)警子程序流程圖主程序的工作進(jìn)程如下：首先是對(duì)LCD

38、進(jìn)行初始化操作，接著是掃描工作，掃描方式為按鍵掃描，接著進(jìn)行溫度區(qū)間的設(shè)置，設(shè)定一個(gè)最大值一個(gè)最小值，即可確定溫度區(qū)間，此后初始化無線接收模塊，然后是溫度數(shù)據(jù)，并根據(jù)溫度區(qū)間來判斷此數(shù)據(jù)能否使用，如果數(shù)據(jù)值超過了預(yù)定值就啟動(dòng)報(bào)警程序，不超過就繼續(xù)判斷，如此循環(huán)。系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)4.2 發(fā)射系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)發(fā)射程序的進(jìn)行過程如下：第一步點(diǎn)亮信號(hào)燈并且初始化無線發(fā)射模塊，接著讀取數(shù)據(jù)并校驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后發(fā)射溫度數(shù)據(jù)并重置信號(hào)燈，數(shù)據(jù)正常發(fā)送，則信號(hào)燈穩(wěn)定閃爍。4.3 傳輸程序的設(shè)計(jì)程序包的傳輸由兩個(gè)部分組成，第一個(gè)部分是數(shù)據(jù)發(fā)送，第二個(gè)是數(shù)據(jù)接收，設(shè)定好對(duì)應(yīng)的通信地址和通信協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確傳送。

39、4.4 溫度采集程序的設(shè)計(jì)此程序的設(shè)計(jì)主要是對(duì)進(jìn)行編程，向單-線總線上寫字節(jié)，接著將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)。4.5 顯示程序的設(shè)計(jì)LCD1602顯示程序，首先進(jìn)行1602的初始化，然后就是執(zhí)行寫命令和寫數(shù)據(jù)這兩個(gè)子函數(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和按鍵操作的動(dòng)態(tài)顯示。仿真與調(diào)試5 仿真與調(diào)試本設(shè)計(jì)是基于雙機(jī)通信原理對(duì)部分系統(tǒng)進(jìn)行仿真，這是因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)無線模塊不能夠在仿真軟件中被模擬仿真。如果目標(biāo)數(shù)據(jù)比預(yù)先設(shè)定的最低門限值低時(shí)，設(shè)置的紅燈將會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音進(jìn)行報(bào)警，在顯示屏上會(huì)顯示出此時(shí)的數(shù)據(jù)；相反的情況是，當(dāng)目標(biāo)數(shù)據(jù)比預(yù)先設(shè)定的最高門限值高時(shí)，設(shè)置的黃燈將會(huì)被點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲音進(jìn)行

40、報(bào)警。仿真結(jié)果如圖6-1，6-2,6-3所示。 圖6-1 仿真原理圖圖6-2 低于最低門限仿真圖圖6-3 正常范圍內(nèi)仿真圖圖6-4 超出最大門限仿真圖結(jié)論6 結(jié)論本設(shè)計(jì)基于AT89C52平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)研究，并對(duì)無線收發(fā)模塊、溫度傳感器、煙霧傳感器和這幾大器件的工作原理進(jìn)行了探討及分析。并利用軟硬件結(jié)合的方式，添加了顯示器件以及報(bào)警器件，分別為了達(dá)到顯示數(shù)據(jù)以及報(bào)警的目的。本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)型號(hào)是89C52，使用此單片機(jī)有兩個(gè)好處，其一是方便數(shù)據(jù)采集，提高數(shù)據(jù)采集效率；其二是能夠起到擴(kuò)展功能的目的，比如顯示、外部中斷等。無線收發(fā)模塊集成度非常高，所以方便了用戶的使用，并簡化了硬件電路以及軟件使用。數(shù)字溫度傳感器的使用保證了數(shù)據(jù)的測(cè)量精確度。同時(shí)在電路模塊的設(shè)計(jì)過程中，將可靠性和安全性作為了非常重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。該系統(tǒng)具有諸