專題講座資料（2021-2022年）傳感器的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、 緒論 隨著社會信息化的加快，人們的工作、生活和通訊、信息的關(guān)系日益緊密。信息化社會在改變?nèi)藗兩罘绞脚c工作習(xí)慣的同時，也對傳統(tǒng)的住宅提出了挑戰(zhàn)，社會、技術(shù)以及經(jīng)濟的進步更使人們的觀念隨之巨變。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為關(guān)注的是一個安全、方便、舒適的居家環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，它是以家為平臺進行設(shè)計的。 正是因為通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運而生的。智能家居控制系統(tǒng)的主要功能包括通信

2、、設(shè)備自動控制、安全防范三個方面。 智能家居控制系統(tǒng)的總體目標是通過采用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。課題研究的目的及意義在于智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸峁┤轿坏男畔⒔粨Q功能，幫

3、助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。設(shè)計目的：以提高家居生活的安全性、舒適度、人性化為目的，設(shè)計智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。利用所學(xué)的傳感器與檢測技術(shù)知識，實現(xiàn)家居溫度、煤氣泄漏、外人闖入、火災(zāi)（煙霧）的檢測。各監(jiān)測節(jié)點可通過無線方式連接到主機，檢測到危險信號后，主機可采用聲光報警或遠程報警。要求：（1） 用Protel畫出設(shè)計原理圖；（2） 采用Quaters II、Maxplus II、EWB、pspice、Proteus中的一種或幾種軟件，完成系統(tǒng)電路中的部分或全部仿真，在設(shè)計說明書中體現(xiàn)仿真結(jié)果；（3） 寫設(shè)計

4、說明書；（4） 每位同學(xué)必做；總體設(shè)計方案：分模塊設(shè)計各個功能。選題背景智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)是針對常見的安全問題如溫濕度、燃氣泄露和火災(zāi)報警而設(shè)計的，主要側(cè)重于安全方面。各模塊設(shè)計（硬件設(shè)計、軟件設(shè)計）：一家居環(huán)境溫度檢測和報警：本設(shè)計主要是介紹了單片機控制下的溫度檢測系統(tǒng)，詳細介紹了其硬件和軟件設(shè)計，并對其各功能模塊做了詳細介紹，其主要功能和指標如下：由于傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件測出的一般都是電壓，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，需要比

5、較多的外部元件支持，且硬件電路復(fù)雜，制作成本相對較高。這里采用DALLAS公司的數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件。即利用溫度傳感器（DS18B20）測量某一點環(huán)境溫度測量范圍為-5599，精度為0.5用液晶進行實際溫度值顯示能夠根據(jù)需要方便設(shè)定上下限報警溫度（一）、溫度傳感器（DS18B20）的介紹:1、 DS18B20 簡單介紹:DALLAS 最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一種新型的“一線器件”，其體積更小、更適用于多種場合、且適用電壓更寬、更經(jīng)濟。DALLAS 半導(dǎo)體公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。溫度測量范圍為-55+1

6、25 攝氏度，可編程為9位12 位轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625攝氏度，分辨率設(shè)定參數(shù)以及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM 中，掉電后依然保存。被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可以在遠端引入，也可以采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3 根或2 根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計，十分方便。DS18B20 的性能特點如下：獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線

7、即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊DS18B20支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電溫范圍55125，在-10+85時精度為0.5零待機功耗可編程的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現(xiàn)高精度測溫在9位分辨率時最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快用戶可定義報警設(shè)置報

8、警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以一線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作以上特點使DS18B20非常適用與多點、遠距離溫度檢測系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列、各種封裝形式如圖 4.2 所示，DQ 為數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源；GND為地信號；VDD為可選擇的VDD引腳。

9、當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地。其電路圖 4.3所示.。 圖 4.2 外部封裝形式 圖4.3傳感器電路圖2、 DS18B20 使用中的注意事項：DS18B20 雖然具有測溫系統(tǒng)簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中也應(yīng)注意以下幾方面的問題：DS18B20 從測溫結(jié)束到將溫度值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定的轉(zhuǎn)換時間，這是必須保證的，不然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯誤的現(xiàn)象，使溫度輸出總是顯示85。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使電源電壓保持在5V 左右，若電源電壓過低，會使所測得的溫度精度降低。較小的硬件開銷需要相對復(fù)雜的軟件進行補償，由于DS1820與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對DS1820

10、進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統(tǒng)程序設(shè)計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現(xiàn)。在DS18B20的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛DS18B20 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS18B20，在實際應(yīng)用中并非如此，當(dāng)單總線上所掛DS18B20 超過8 個時，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動問題，這一點在進行多點測溫系統(tǒng)設(shè)計時要加以注意。在DS18B20測溫程序設(shè)計中，向DS18B20 發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令后，程序總要等待DS18B20的返回信號，一旦某個DS18B20 接觸不好或斷線，當(dāng)程序讀該DS18B20 時，將沒有

11、返回信號，程序進入死循環(huán)，這一點在進行DS18B20硬件連接和軟件設(shè)計時也要給予一定的重視。3、 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器等七部分。DS18B20采用腳PR35 封裝或腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.4所示圖 4.4 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4、 DS18B20測溫原理DS18B20的測溫原理如圖2所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小用于產(chǎn)生固

12、定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量.計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號

13、進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫圖2中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性其輸出用，于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達到被測溫度值，這就是DS18B20的測溫原理。另外，由于DS18B20單線通信功能是分時完成的，他有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初始化DS18B20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)ROM功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。圖（2） DS18B20測溫原理圖在正常測溫情況下，DS1820的測溫分辨力為0.5，可采

14、用下述方法獲得高分辨率的溫度測量結(jié)果：首先用DS1820提供的讀暫存器指令（BEH）讀出以0.5為分辨率的溫度測量結(jié)果，然后切去測量結(jié)果中的最低有效位（LSB），得到所測實際溫度的整數(shù)部分Tz，然后再用BEH指令取計數(shù)器1的計數(shù)剩余值Cs和每度計數(shù)值CD?？紤]到DS1820測量溫度的整數(shù)部分以0.25、0.75為進位界限的關(guān)系，實際溫度Ts可用下式計算： Ts=（Tz-0.25）+(CD-Cs)/CD （二）硬件設(shè)計電路：本溫度計大體分三個工作過程。首先，由DS18820溫度傳感器芯片測量當(dāng)前的溫度，并將結(jié)果送入單片機。然后，通過89C205I單片機芯片對送來的測量溫度讀數(shù)進行計算和轉(zhuǎn)換，井將

15、此結(jié)果送入液晶顯示模塊屏上。由圖1可看到，本電路主要由DSl8820溫度傳感器芯片、89C2051單片機芯片和聲光報警電路組成。其中，DSI8B20溫度傳感器芯片采用“一線制”與單片機相連，它獨立地完成溫度測量以及將溫度測量結(jié)果送到單片機的工作。當(dāng)溫度傳感器檢測到室內(nèi)溫度超過某一限定值時，發(fā)出聲光報警溫度計電路設(shè)計proteus仿真圖1、溫度檢測電路DS18B20與芯片連接電路如圖 5.2所示：圖 5.2 DS18B20與單片機的連接2、顯示電路 顯示電路由lcd1602和上拉電阻組成。 LCD1602簡介 LCD1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行） 1

16、602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 管腳功能1602采用標準的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時

17、可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。時序 寫操作時序 寫指令：RS=0;R/W=1;E=1;寫數(shù)據(jù)：RS=1;R/W=0;E=1;讀操作時序讀狀態(tài)：RS=0;R/W=1;E=1; 讀數(shù)據(jù)：RS=1;R/W=1;E=1;（三）、軟件設(shè)計電路：DS18B20在單片機控制下分三個階段:1

18、8B20 初始化：初始化流程圖見6.1DS18B20的初始化 （1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。 （2） 延時（該時間要求的不是很嚴格，但是盡可能的短一點） （3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。 （4） 延時750us（該時間的時間范圍可以從400到960us）。 （5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。 （6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60us時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進行等待，不然會使程序進入死循環(huán)，所以要進行超時控制）。 （7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第

19、（5）步的時間算起）最少要480us。 （8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。 void Init_18B20(void)/ unsigned char x; DQ=0; delay_18B20(103); DQ=1; delay_18B20(4); delay(1); / x=DQ; / DQ=0; / delay_18B20(480); / DQ=1; wr_ds18_1(0xcc); / wr_ds18_1(0xbe); wr_ds18_1(0x44); 讀18B20時序：讀DS18B20流程見圖 6.3DS18B20的讀操作 （1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （2）延時2微秒。 （3

20、）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。 （4）延時3微秒。 （5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。 （6）延時5微秒。 （7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進行數(shù)據(jù)處理。 （8）延時60微秒。 DS18B20的讀操作時序圖如圖4.15所示unsigned char ReadByte(void)unsigned char i,k;i=8;k=0;while(i-)DQ=1;/Delay_us(1); _nop_();_nop_(); DQ=0; k=k1; DQ=1;/Delay_us(60);/_nop_();if(DQ) k|= 0x80;Delay_us(60);return(k); （1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”

21、。 （2） 延時確定的時間為15us。 （3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。 （4） 延時時間為45us。 （5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。 （6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。 （7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。 void wr_ds18_1(char dat) signed char idata i=0; unsigned char idata j; bit testb; for(j=1;j1; if(testb) /寫1 DQ=0; _nop_(); _nop_(); DQ=1; delay_18B20(8); else /寫0 DQ=0; delay

22、_18B20(8); DQ=1; _nop_(); _nop_(); （二）燃氣泄露報警系統(tǒng)（一）傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813燃氣(人工煤氣、天然氣、液化石油氣)的普及，提高了生產(chǎn)效率、市民的生活質(zhì)量，但在使用燃氣的過程中，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，因此安全使用燃氣一直是燃氣主管部門工作的重中之重。燃氣泄漏報警器能有效監(jiān)測環(huán)境中可燃氣體或毒性氣體(如CO)的濃度，一旦其濃度超出報警限定值，就能發(fā)出聲光報警信號，并且能自動開啟排風(fēng)扇把燃氣排出室外，甚至能通過聯(lián)動裝置自動切斷燃氣供應(yīng)防止燃氣繼續(xù)泄漏，起到安全防范的作

23、用。但報警器選用得是否合理，直接關(guān)系到其功能的充分發(fā)揮。該設(shè)計所研究的可燃性氣體報警器正是應(yīng)這種要求而開發(fā)的。該設(shè)計所研究的可燃性氣體報警系統(tǒng)是利用傳感器對可燃氣體濃度信號進行監(jiān)測并且轉(zhuǎn)變成電壓信號，然后與設(shè)定的電壓信號進行比較，當(dāng)氣體濃度超過設(shè)定值時實現(xiàn)智能報警并能打開風(fēng)扇進行換氣。目前市場上家用可燃性氣體報警器的價格一直居高不下，并且需要定期更換傳感器，更讓人們進一步加大了投資，使得普通用戶難以承受。該設(shè)計的燃氣報警裝置的線路簡單，各種器件的價格相對低廉，這使得整體成本大大降低。相信在科技飛速發(fā)展的今天，燃氣報警裝置的價格逐步降低是必然趨勢，燃氣報警裝置將廣泛地被人們認可并普及使用，為人們

24、的人身財產(chǎn)安全樹立一道可靠的屏障。該設(shè)計采用氣敏傳感器TGS813對可燃性氣體濃度進行監(jiān)測，正常工作時氣敏傳感器輸出電壓信號與設(shè)定的電壓值通過比較器進行比較。當(dāng)氣體濃度超標時，氣敏傳感器輸出的電壓值超過正常時的電壓值，從而使比較器正向輸出；然后通過三極管放大后，輸出驅(qū)動音響裝置發(fā)出聲音并且驅(qū)動繼電器線圈使風(fēng)扇自動打開，從而實現(xiàn)音響報警及自動換氣功能。二）特點它對氫氣、一氧化碳、丙烷、乙醇等一般可燃性氣體均有較高的靈敏度；后期電路簡單；長壽命、低功耗。電源模塊的設(shè)計 具體的電源模塊及三端穩(wěn)壓管連接圖如圖2所示。 氣敏傳感器的選擇 為了補償溫度和濕度對傳感器特性的影響，同時為了獲得更高的精度，故使

25、用熱敏電阻或濕敏傳感器對電路進行補償。該設(shè)計的傳感器電路及溫度補償電路如圖3所示。 信號比較放大回路的設(shè)計信號比較放大電路的作用：當(dāng)氣體濃度超標時，傳感器將輸出比設(shè)定電壓更大的電壓信號。該信號經(jīng)過電壓比較器后正向輸出，然后在經(jīng)過放大三極管進行放大，從而有足夠的電流去驅(qū)動繼電器線圈和音響報警裝置。信號比較放大的基本電路圖如圖4所示。報警裝置電路的設(shè)計報警電路是系統(tǒng)的重要組成部分之一。要求設(shè)計的報警裝置能夠連續(xù)報警，故不能夠直接在電路中接蜂鳴器和喇叭裝置，必須在電路中接有能夠連續(xù)產(chǎn)生脈沖信號的裝置。多諧振蕩器是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動地產(chǎn)生矩形脈沖，由于矩形波中

26、含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又把矩形波振蕩器叫作多諧振蕩器。555定時器是一種多用途的數(shù)?；旌霞呻娐?，利用它能極方便地構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等裝置。它使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。故該設(shè)計選擇NE555構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖信號源。在NE555多諧振蕩器的輸出引腳接一個起放大作用的三極管，從而保證電路有足夠大的電流去驅(qū)動揚聲器。風(fēng)扇控制電路也是系統(tǒng)的組成部分之一。該設(shè)計的風(fēng)扇控制采用了繼電器控制的方式。繼電器是一種根據(jù)外界輸入的一定信號(電的或非電的)來控制電路中電流“通”與“斷”的自動切換電器。它主要用來反映各種控

27、制信號，其觸點通常接在控制電路中。報警電路圖報警電路有電源電路、檢測電路、電壓比較電路和指示電路四部分組成。當(dāng)有可燃性氣體超量出現(xiàn)時，TGS813的電阻下降，比較器IC4的2腳電壓上升，當(dāng)達到2，5V以上時，IC4輸出高電平，晶體管VT2導(dǎo)通，從而激勵蜂鳴器發(fā)聲報警。（三）火災(zāi)報警系統(tǒng) 原理在205清潔空氣條件下，收集電極（即C電極）的平衡電位為5.05.6V；有煙霧時，收集電極的電位變化可達1.11.2V。極間電容為4PF，AM241放射源為0.810.99uCi；器件重量為12g,主要結(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。用電加熱器加熱到440480時，對不同材料所產(chǎn)生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化1

28、.0V時的靈敏度見表所示： 燃燒材料 煙霧含量（mg/）陰暗度(%) 硅橡膠 26 1.0 乙烯基材料29 1.1 紙煙 115 3 過濾紙 40 1.8 棉花 56 2.5電路原理 在無煙幕時VDW導(dǎo)通，VT導(dǎo)通，IC1的adj端與地呈低阻態(tài)，輸出端Uo較低，不足以使IC2和KA工作。 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，VDW截止，VT截止，LM317的adj端呈高阻態(tài)，輸出端Uo電壓較高。IC2驅(qū)動揚聲器Y發(fā)出報警器，且KA吸合。 KA外接自動滅火裝置或切斷室內(nèi)電源。(四) 外人闖入警報系統(tǒng)本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜

29、報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設(shè)計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺瑫r，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。基礎(chǔ)知識介紹1、熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線

30、能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路2。如圖所示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。2、PIR的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人

31、體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓信號。3、方案設(shè)計3.1 總體設(shè)計思路本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報警等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單

32、片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如總體設(shè)計框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動 處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送

33、至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。3.2 具體電路模塊設(shè)計3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖所示, 在VCC電源端利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過FET放大后，

34、經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。3.2.2 放大電路的設(shè)計如圖所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。3.2.3 時鐘電路的設(shè)計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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖所示為時鐘電路。3.2.4 復(fù)位

35、電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖示為復(fù)位電路。3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用。如圖所示為發(fā)光二極管報警電路。3.2.6 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖所示為聲音報

36、警電路。3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計見附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時，D3D6亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖所示； 系統(tǒng)初始

37、化聲光報警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結(jié)束YNNYYN3.4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖11所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護現(xiàn)場

38、INTO端有輸入信號關(guān)閉報警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖11 中斷服務(wù)程序工作流程圖設(shè)計編程程序1. 主程序清單如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測輸入信號，是否有輸入信號 LA: ACALL DELAY ;延時消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報警