基于單片機(jī)的安全監(jiān)控論文

1、國(guó)內(nèi)外比較常用的監(jiān)控技術(shù)當(dāng)中通常還會(huì)使用視頻監(jiān)控技術(shù)，市場(chǎng)上完善的監(jiān)控設(shè)備通常還具有自動(dòng)控制功能，比如檢測(cè)到煙霧濃度超過(guò)安全警戒線時(shí)，報(bào)警的同時(shí)還會(huì)進(jìn)行斷電灑水等操作，檢測(cè)到燃?xì)庑孤?，空氣中燃?xì)鉂舛瘸瑯?biāo)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)打開窗戶，切斷電源等操作。本課題是參照目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的技術(shù)，設(shè)計(jì)的一個(gè)基于單片機(jī)的小區(qū)住戶安全系統(tǒng)。1.1 背景和意義我國(guó)的小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從無(wú)到有、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，其智能化的程度也越來(lái)越高。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)的發(fā)展，社會(huì)公共安全受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，作為一個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)，安防產(chǎn)業(yè)發(fā)展很是迅猛，智能化安防技術(shù)的發(fā)展已取得了一定的成就。企業(yè)和小區(qū)住戶的

2、安防需求日益凸現(xiàn)，數(shù)字化智能安防再次面臨新的發(fā)展契機(jī)。為了解決企業(yè)和小區(qū)住戶安全防范等問(wèn)題，近年來(lái)，建設(shè)部、公安部?jī)刹肯群蠛炇鹣逻_(dá)了多個(gè)相關(guān)重要文件，表明了強(qiáng)化建設(shè)企業(yè)和住宅小區(qū)的智能化安全防范設(shè)施的決心。即便現(xiàn)代居民鄰里常年很少往來(lái),即便小區(qū)住戶家庭生活穩(wěn)密、封閉，在有小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)的情況下仍能在極大程度上保障小區(qū)住戶的安全。無(wú)論何時(shí)何地，發(fā)生何種險(xiǎn)情（如有人入室盜竊、發(fā)生漏水漏電漏氣或某戶需要緊急求助等情況），在戶主未察覺(jué)險(xiǎn)情且得不到鄰里或附近人員幫助時(shí)，基于單片機(jī)的小區(qū)住戶智能安全監(jiān)控系統(tǒng)便會(huì)凸顯它的最大價(jià)值，比如，在小區(qū)每個(gè)住戶單元安裝一臺(tái)報(bào)警主機(jī)，住戶可選擇安裝在住戶門口、窗戶

3、處安裝聲檢、緊急求助，煙霧/煤氣探頭和瓦斯探頭等報(bào)警探測(cè)設(shè)備，如果發(fā)生有人闖入、起火煙霧或液化氣泄漏等等諸多險(xiǎn)情時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)觸發(fā)報(bào)警，讓戶主、周圍能夠給予幫助人或負(fù)責(zé)安防的部門知曉情況，并做出相應(yīng)的處理，將險(xiǎn)情造成的損失減小到最小化。由此可見(jiàn)，無(wú)論白天黑夜，戶主離家在外或是在家休息，基于單片機(jī)的小區(qū)住戶智能安全監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助人們?cè)谧顩](méi)有警覺(jué)性時(shí)提供極大的安全保障。小區(qū)住戶智能安全是如此的重要，這也就是本課題設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)的意義和價(jià)值。設(shè)計(jì)的任務(wù)本課程設(shè)計(jì)要求在通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)的小區(qū)住戶安全監(jiān)控裝置研究與設(shè)計(jì)中，熟悉和掌握各類傳感器的工作原理和應(yīng)用，以及各傳感器電路的設(shè)計(jì)，熟悉和掌握以單片機(jī)為核

4、心的監(jiān)控系統(tǒng)的組成和工作方式，提高對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)、仿真和制作能力，理解和掌握單片機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)和功能仿正。本設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容（1） 設(shè)計(jì)各傳感器電路、鎖存器電路、存儲(chǔ)器電路、邏輯電路、LCD顯示器、按鍵電路和聲光報(bào)警電路等；（2） 設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路；（3） 設(shè)計(jì)單片機(jī)基本電路和其它外圍電路；（4） 設(shè)計(jì)部分程序；（5） 對(duì)課題進(jìn)行仿真、調(diào)試和評(píng)估。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及難點(diǎn)本設(shè)計(jì)著重要研究和解決以下幾個(gè)部分的問(wèn)題，分別為：“傳感器采集部分”、“信號(hào)調(diào)理部分”、“鍵盤顯示及聲光報(bào)警部分”、“軟件設(shè)計(jì)部分”和“Proteus仿真部分”。（1）傳感器采集部分傳感器采集部分由“紅外傳感器電路”、“煙霧

5、傳感器電路”、“浸水傳感器電路”和“緊急求助開關(guān)電路”組成，分別采集“有無(wú)人員闖入”、“火情”、“漏水情況”和“有無(wú)求助信號(hào)”等參數(shù)。這部分的主要技術(shù)難點(diǎn)是：如何選擇相對(duì)合適的傳感器，使得方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集。（2） 信號(hào)調(diào)理部分信號(hào)調(diào)理部分，主要解決對(duì)采集到的信號(hào)的濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等調(diào)理。部分傳感器等采集電路輸出電壓電流等參數(shù)通常過(guò)大或過(guò)小，不適宜單片機(jī)讀取和處理，所以需要對(duì)采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大等調(diào)理或模數(shù)轉(zhuǎn)換，使得電路輸出電壓和電流在單片機(jī)所適宜接受的范圍內(nèi)。常用A/D轉(zhuǎn)換的方法是將采集到的模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片配合軟件進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的，而針對(duì)本課題，只需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換

6、的電路后面設(shè)計(jì)一個(gè)電壓比較器電路，設(shè)置閥值，利用比較器的翻轉(zhuǎn)特性，采集的信號(hào)超過(guò)閥值時(shí)，比較器輸出電平發(fā)聲翻轉(zhuǎn)，單片機(jī)讀變化高電平便能分辨參數(shù)情況。這部分的主要難點(diǎn)是：針對(duì)各個(gè)不同的傳感器的輸出信號(hào)，通過(guò)計(jì)算，準(zhǔn)確的將信號(hào)放大到合適的強(qiáng)度，并參照器件環(huán)境報(bào)警指標(biāo)，設(shè)置正確報(bào)警的閥值。（3）鍵盤顯示及聲光報(bào)警部分本課題設(shè)置聲光報(bào)警方式為：紅指示燈閃（每秒閃一次，連續(xù)），蜂鳴器響（連續(xù)報(bào)警）。設(shè)計(jì)在LCD顯示器上顯示實(shí)際時(shí)間和實(shí)時(shí)檢測(cè)到的參數(shù)，這樣便需要通過(guò)日歷芯片與單片機(jī)通信交換時(shí)間數(shù)據(jù)，并由單片機(jī)輸出顯示。設(shè)計(jì)中需要擴(kuò)展一塊外部存儲(chǔ)器芯片，用以存儲(chǔ)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的參數(shù)和檢測(cè)的實(shí)時(shí)時(shí)間。鍵盤部分是用

7、以設(shè)定日歷初始時(shí)間和設(shè)置調(diào)用讀取存儲(chǔ)時(shí)間等功能。這部分主要難點(diǎn)是：充分利用好單片機(jī)I/O口資源也是需要思考的問(wèn)題之一，可以從鍵盤的選擇上入手，選用個(gè)別獨(dú)立鍵盤，不用矩陣鍵盤。（4）軟件設(shè)計(jì)部分各個(gè)器件和電路的功能基本都是通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)工作的，如存儲(chǔ)器芯片、日歷芯片、LCD和聲光報(bào)警電路等。軟件是貫穿整個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。這部分主要難點(diǎn)是：熟練應(yīng)用幾種中斷的知識(shí)是一個(gè)要點(diǎn)，可能涉及到中斷的嵌套使用，是值得思考研究的地方。日歷芯片采用的是SPI通信協(xié)議，而存儲(chǔ)器使用的是I2C通信協(xié)議，如何靈活運(yùn)用這兩種協(xié)議，和各自的工作指令，并能準(zhǔn)確的顯示，都是要深入研究的部分。（5）Proteus設(shè)計(jì)部

8、分最終的成果通過(guò)Proteus軟件演示出來(lái)，在Proteus上繪制出電路圖并加載軟件后，能實(shí)現(xiàn)所要實(shí)現(xiàn)的功能。這部分的難點(diǎn)是：如何解決Proteus中有部分器件在元器件庫(kù)里沒(méi)有的問(wèn)題?？紤]到傳感器電路信號(hào)的特征和單片機(jī)讀取信息的特征，在仿真中可采用開關(guān)電路，利用其輸出電平代替?zhèn)鞲衅麟娐氛{(diào)理后的信號(hào)。1.2.3要實(shí)現(xiàn)的部分重要指標(biāo)（1） 采樣時(shí)間：10s；（2） 防盜報(bào)警：有；（3） 漏水報(bào)警：有，報(bào)警電流30mA；（4） 煙霧報(bào)警：有，煙霧濃度2%；（5）緊急求助：有。2 總體方案論證考慮到設(shè)計(jì)成本等諸多問(wèn)題，本設(shè)計(jì)并沒(méi)有選用市場(chǎng)上常用的視頻監(jiān)控的方案。在本章中將結(jié)合系統(tǒng)框圖對(duì)本設(shè)計(jì)選用的方案

9、進(jìn)行介紹和論證。2.1 系統(tǒng)框圖基于單片機(jī)的小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)總體方案框圖如圖2.1所示。被監(jiān)控區(qū)域A1被監(jiān)控區(qū)域A2信號(hào)調(diào)理1信號(hào)調(diào)理2鍵盤顯示鎖存器1鎖存器2AT89C52單片機(jī)聲光報(bào)警存儲(chǔ)器時(shí)鐘日歷圖2.1 基于單片機(jī)的小區(qū)智能安全監(jiān)控系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖中雙向箭頭表示數(shù)據(jù)信息需要雙向傳輸或控制，單向則是單向傳輸或控制。系統(tǒng)是以AT89C52單片機(jī)為核心處理器的單片機(jī)智能小區(qū)住戶安全監(jiān)控系統(tǒng)。2.2 方案概述下面將系統(tǒng)框圖對(duì)本課題的總體方案進(jìn)行闡述。本監(jiān)控系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控2個(gè)監(jiān)控區(qū)域，分別以A1和A2來(lái)表示這兩個(gè)區(qū)域，對(duì)每個(gè)區(qū)域的四種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)（即監(jiān)控“是否有人闖入”、“是否發(fā)生火災(zāi)”、

10、“是否有漏水”和“是否有緊急求助”這四種險(xiǎn)情）。本設(shè)計(jì)中選用熱釋電紅外傳感器電路進(jìn)行有人闖入?yún)?shù)采集；選用離子式煙霧傳感器電路進(jìn)行火情參數(shù)采集；選用浸水線纜電路進(jìn)行漏水情況參數(shù)采集；并設(shè)置一個(gè)緊急求助開關(guān)，當(dāng)任意一個(gè)區(qū)域需要緊急求助時(shí)，撥動(dòng)開關(guān)即可，緊急求助開關(guān)電路也一個(gè)重要的采集電路。上述幾種被檢測(cè)的參數(shù)一旦發(fā)生險(xiǎn)情，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，在LCD顯示器上，險(xiǎn)情參數(shù)和實(shí)時(shí)時(shí)間將會(huì)得以顯示。本設(shè)計(jì)的報(bào)警方案如下：2個(gè)監(jiān)控區(qū)域中只要發(fā)生任意險(xiǎn)情，無(wú)論種類、數(shù)目和位置，便會(huì)發(fā)出連續(xù)的聲音報(bào)警，同時(shí)發(fā)光二極管也將每秒閃爍一次，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警。設(shè)計(jì)中還包含日歷時(shí)鐘芯片DS1302、存儲(chǔ)器芯片AT24C0

11、2和LCD顯示器LM032L等器件。DS1302與單片機(jī)傳輸實(shí)時(shí)時(shí)間和日期，每隔2秒鐘左右系統(tǒng)進(jìn)行一次采樣，采樣獲得數(shù)據(jù)和當(dāng)時(shí)時(shí)間將會(huì)送給存儲(chǔ)器AT24C02存儲(chǔ)起來(lái)，存儲(chǔ)器采用每分鐘儲(chǔ)存一次的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，以充分利用存儲(chǔ)資源。系統(tǒng)中設(shè)立了5個(gè)獨(dú)立按鍵，分別為B1、B2、B3、DD1和TT1，按鈕DD1按下一次時(shí)，啟動(dòng)日歷時(shí)鐘芯片起始時(shí)間、日期設(shè)置階段，并進(jìn)入秒位設(shè)置，再按一下進(jìn)入分位設(shè)置，以此類推，直到年位設(shè)置結(jié)束，再按一下DD1鍵跳出設(shè)置時(shí)間日期階段，系統(tǒng)繼續(xù)按設(shè)定的時(shí)間往下運(yùn)行和顯示。在日歷時(shí)間設(shè)置階段，每按一下按鈕加鍵（B2），處于設(shè)置狀態(tài)的該位數(shù)值加一；每按一下按鈕減鍵（B3），處于

12、設(shè)置狀態(tài)的該位數(shù)值減一。時(shí)間日期顯示在LCD顯示器的第二行，第一行是顯示檢測(cè)的區(qū)域代號(hào)和對(duì)應(yīng)該區(qū)域參數(shù)險(xiǎn)情的個(gè)數(shù)。當(dāng)按鈕B1按下一次，進(jìn)入調(diào)用存儲(chǔ)器查詢時(shí)間設(shè)置階段，第一次按鈕B1時(shí)，進(jìn)入分位個(gè)位數(shù)值設(shè)置，按加鍵（B2）、減鍵（B3）對(duì)設(shè)置位數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，同樣每按一次B1鍵設(shè)置位往前移一位，直至設(shè)置完畢，LCD顯示器顯示調(diào)用查詢的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和時(shí)間，再按下B1鍵，系統(tǒng)繼續(xù)工作（重新進(jìn)入檢測(cè)存儲(chǔ)工作等）。另外設(shè)定按鍵TT1，此按鍵是停止報(bào)警鍵。按下此鍵后，利用外部中斷0的中斷方式，停止聲光報(bào)警，但是顯示器上仍然顯示險(xiǎn)情數(shù)據(jù)，可以在系統(tǒng)誤判后解除報(bào)警，或者在發(fā)覺(jué)險(xiǎn)情后，不需要報(bào)警時(shí)，按下此按鈕，停止聲

13、光報(bào)警。具體的硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案將在第3章和第4章中詳盡闡述。利用Proteus軟件演示成果時(shí)，利用設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單開關(guān)電路的輸出電平代替?zhèn)鞲衅麟娐凡杉{(diào)理后的數(shù)字信號(hào)，解決了器件庫(kù)中沒(méi)有所需要的傳感器而難以仿真的難題。開關(guān)電路輸出高電平表示該參數(shù)發(fā)生險(xiǎn)情，相反開關(guān)電路輸出低電平表示該參數(shù)沒(méi)有發(fā)生險(xiǎn)情。單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入部分中，A1區(qū)域的輸出端連到第一塊8D數(shù)據(jù)鎖存器上，A2區(qū)域的輸出端連到對(duì)二塊8D數(shù)據(jù)鎖存器上，這兩組鎖存器的輸出端Q0Q3都一一對(duì)應(yīng)接到單片機(jī)的P0口上。，實(shí)現(xiàn)分時(shí)讀取采集的數(shù)據(jù)，節(jié)約了端口又防止了信號(hào)“碰撞”。3硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)包括對(duì)單片機(jī)基本外圍電路的設(shè)計(jì)、

14、采集信息的傳感器電路的設(shè)計(jì)、信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)和開關(guān)按鍵等電路的設(shè)計(jì)。下面我們將對(duì)各個(gè)電路選用的器件進(jìn)行簡(jiǎn)略的介紹，并從節(jié)約成本、設(shè)計(jì)合理和實(shí)用性等角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并在本章中對(duì)每個(gè)部分電路的具體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳盡的闡述。3.1 AT89C52單片機(jī)外圍電路AT89C52單片機(jī)的簡(jiǎn)介AT89C52是一個(gè)低電壓、高性能的CMOS單片機(jī)，它是一款8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）和256 bytes的可隨機(jī)存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器（RAM）1。該單片機(jī)采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)而得，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列的

15、指令系統(tǒng)，片內(nèi)置8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。本設(shè)計(jì)中選用AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)里有著廣泛的應(yīng)用。3.1.2單片機(jī)晶振電路單片機(jī)內(nèi)部并沒(méi)有晶振，需要外加晶振，在內(nèi)部振蕩器的協(xié)同下工作的。將晶振與電容按圖3.1中所示連接，組成并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘2。單片機(jī)振蕩器的頻率主要取決于所用晶振的振蕩頻率，本設(shè)計(jì)中選用晶振約為12MHz，此時(shí)選用的電容C1和C2約為30pF左右為宜。如圖所示為單片機(jī)外部晶振電路圖。圖3.1 單片機(jī)外部晶振電路單片機(jī)復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路是單片機(jī)外圍電路重要的組成部分之一，復(fù)位方式有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種，

16、單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，RESET端保持接收2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成單片機(jī)的復(fù)位操作3。例如本設(shè)計(jì)中選用的晶振頻率為12MHz，則RESET端應(yīng)保持接收高電平時(shí)間2s，才可以完成復(fù)位。設(shè)計(jì)中采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，單片機(jī)的復(fù)位電路圖如圖3.2所示。圖3.2 單片機(jī)復(fù)位電路按下復(fù)位按鈕時(shí)，經(jīng)由電阻給電容充電，電容的電壓緩慢上升至VCC（若電容充電后電壓沒(méi)到VCC，芯片復(fù)位腳仍近似接低電平。），松開按鈕時(shí)電容放電，從而使得復(fù)位電路接受到大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平，使得單片機(jī)成功復(fù)位。3.2 電壓比較器電路設(shè)計(jì)LM339的簡(jiǎn)介L(zhǎng)M339集成塊內(nèi)部具有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，LM339的特

17、點(diǎn)是：（1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；（2）電源電壓范圍寬，單電源為2V36V，雙電源電壓為±1V±18V；（3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；（4）共模范圍很大，為0V（VCC-）V0；（5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；（6）輸出端電位可靈活方便地選用。單限比較器電路輸入信號(hào)Uin作為待比較電壓，待比較的電壓加到同相輸入端，反相輸入端接參考電壓（門限電平）Ur，Ur也稱為閥值。當(dāng)輸入電壓UinUr時(shí)，輸出為高電平UOH；反之當(dāng)UinUr時(shí)，輸出為低電平UOL；在Uin=Ur時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)4。圖3.3給出的是一個(gè)基本單限比較器電路。圖3.3 基本單限比較器電路相

18、對(duì)應(yīng)的比較器電路輸入輸出電壓特性圖如圖所示。UOUin0VOHVOLUr圖3.4 電壓比較器輸入輸出電壓特性3.3煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)3.3.1 煙霧傳感器NIS-09C的介紹本設(shè)計(jì)選用的煙霧傳感器是NIS-09C煙霧傳感器，這是一款離子式煙霧傳感器，是日本NEMOTO公司設(shè)計(jì)的新型煙霧傳感器5。NIS-09C離子式傳感器的工作方式及部分重要指標(biāo)參數(shù)如下：檢測(cè)方式：離子式；放射源：镅241；電源電壓范圍：V；溫度：-40+50；典型電源電壓：9V；輸出電壓：±0.4V；電流損耗：27pA±3pA； 靈敏度：V±。要利用此傳感器設(shè)計(jì)良好的煙霧傳感器電路還需要了解部分N

19、IS-09C煙霧傳感器的其它特性參數(shù)，下面將進(jìn)行介紹。NIS-09C的靈敏度特性在表3.1中有所標(biāo)識(shí)，該表是根據(jù)UL217標(biāo)準(zhǔn)制定的（風(fēng)速條件是/s）。表 NIS-09C靈敏度特性煙霧濃度（%）輸出電壓（V）誤差（V）0±01±±2±±3±±4±±5±±NIS-09C的電源電壓特性在表3.2中有所標(biāo)識(shí)。表3.2NIS-09C電源電壓特性（溫度：25；濕度：60%RH）電源電壓（V）輸出電壓（V）6±9±12±15±18±NIS-09C的

20、溫度特性在表3.3中有所標(biāo)識(shí)。表3.3NIS-09C溫度特性（濕度：60%）溫度輸出（V）0±25±50±NIS-09C的濕度特性在表中有所標(biāo)識(shí)。表濕度特性（溫度：25）濕度（%C）輸出（V）30±60±90±NIS-09C的實(shí)物圖。NIS-09C圖3.5 NIS-09C的實(shí)物圖如所示。3.3.3煙霧傳感器電路設(shè)計(jì)方案煙霧傳感器電路是對(duì)所監(jiān)控區(qū)域環(huán)境中的煙霧濃度信息進(jìn)行采集，通過(guò)合理的方法將采集到放大調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后才送單片機(jī)讀取。參照上一節(jié)中對(duì)NIS-09C離子式煙霧傳感器進(jìn)行的詳盡闡述，利用NIS-09C煙霧傳感器的參數(shù)信息對(duì)煙霧

21、傳感器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)?；贜IS-09C傳感器的煙霧傳感器電路圖如圖3.6所示。圖3.6基于NIS-09C傳感器的煙霧傳感器電路圖圖中標(biāo)識(shí)有“NIS-09C”字樣的芯片便是我們選用的煙霧傳感器傳感器NIS-09C。將NIS-09C的1腳和4腳接到+9V直流電源上，3腳接地。工作在+9V直流電壓下時(shí)2腳將輸出V±的電壓，其電平大小足以給單片機(jī)讀取，所以不需要將煙霧傳感器NIS-09C輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，這也是為何選用次傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要原因。將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)也是至關(guān)重要的一步，通常對(duì)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的處理采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的，但針對(duì)本設(shè)計(jì)，使

22、用采用運(yùn)放LM339搭建電壓比較器電路，利用比較器翻轉(zhuǎn)特性，將采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方法更為高明和方便。設(shè)定當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度2%時(shí)，表明出現(xiàn)險(xiǎn)情，參照表，可設(shè)計(jì)報(bào)警閥值為+4.5V。如圖3.6所示，傳感器NIS-09C的輸出端通過(guò)電阻接到LM339的反相輸入端，經(jīng)過(guò)分流分壓后得到的閥值電壓Ur1接到LM339的正相輸入端，Ur1的值為+4.5V。當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度2%時(shí)，LM339反相輸入端取得電壓+4.5V，比較器輸出端輸出為低電平；當(dāng)環(huán)境中煙霧濃度2%時(shí)，LM339反相端取得電壓+4.5V，比較器輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。單片機(jī)讀的該高電平便表示讀取到環(huán)境中煙霧濃度超過(guò)警戒線，發(fā)生了

23、火災(zāi)，接著單片機(jī)將進(jìn)行驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警等一系列操作。3.4熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計(jì)3.4.1熱釋電紅外線原理和特性熱釋電紅外線傳感器發(fā)展于80年代，是一種新型高靈敏度探測(cè)元件，它能在檢測(cè)到人體發(fā)射的紅外線后輸出相應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)，市場(chǎng)中常利用熱釋電紅外傳感器組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置6。熱釋電紅外傳感器以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射出的紅外線，產(chǎn)生電量的變化，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大就可以驅(qū)動(dòng)各種控制電路。熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，它是由高熱點(diǎn)系數(shù)材料制成的探測(cè)元件，在探測(cè)器內(nèi)部裝兩個(gè)探測(cè)元件，將這兩個(gè)探測(cè)元件反相串聯(lián)起來(lái)，從而抑制元件自身溫度升高

24、產(chǎn)生的干擾。由于熱電器件輸出的信號(hào)一般為電荷信號(hào)，不能直接被其他器件所接受或使用，因而熱釋電紅外傳感器中裝入了一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，利用場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)阻抗變換，使其最終輸出為電壓信號(hào)。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)約在9m10m左右，而通常的紅外探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在m20m范圍內(nèi)，所以需要在傳感器頂端開設(shè)一個(gè)裝有菲涅爾系列濾光鏡片的窗口，經(jīng)過(guò)濾光片濾光后，探測(cè)元件能夠接收的輻射波長(zhǎng)約在7m10m的范圍內(nèi)，濾光片將其它的波長(zhǎng)的紅外線予以吸收，裝有菲涅爾濾光片的熱釋電紅外探測(cè)元件就剛好適合人體紅外輻射的探測(cè)，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外探頭，一旦有人侵入檢測(cè)區(qū)域，人體的紅外輻射通過(guò)濾光片濾波并聚焦

25、，被熱釋電紅外探頭接受，誤判率很低。由于兩片熱釋電元接收到的熱量不同，電信號(hào)是不能被抵消的，信號(hào)經(jīng)處理后可以輸出適當(dāng)強(qiáng)度的電壓信號(hào)。3.4.3熱釋電紅外傳感器RE200B的簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)選用的RE200B是一款熱釋電紅外傳感器，這種傳感器是由一種晶體材料做成，當(dāng)這種晶體表面受到紅外線照射時(shí)，會(huì)在晶體表面產(chǎn)生電荷，隨著光線對(duì)晶體照射的改變，電荷量也會(huì)發(fā)生改變。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí),它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。圖3.7為熱釋電傳感器RE200B的實(shí)物圖。圖3.7 熱釋電紅外線傳感器RE200B實(shí)物圖和大多熱釋電紅外傳感器一樣，RE

26、200B對(duì)于不同波長(zhǎng)的光線照射都能產(chǎn)生不同程度的響應(yīng)，因此我們看到的RE200B的封裝中有一個(gè)像玻璃似的小窗，這就是加了一塊菲涅爾系列濾光鏡片6。通過(guò)這個(gè)菲涅爾系列濾光鏡片可以限定晶體對(duì)特定波長(zhǎng)的光線產(chǎn)生響應(yīng)，加菲涅爾系列濾光鏡片后，RE200B一般接收波長(zhǎng)在7m10m，因此只接受接近人體輻射的紅外線波長(zhǎng)的輻射。表3.5中列出了熱釋電紅外傳感器RE200B的主要特性和部分技術(shù)參數(shù)，參照這些參數(shù)可利用RE200B設(shè)計(jì)相應(yīng)的紅外防盜電路。表3.5 RE200B的主要特性和部分技術(shù)參數(shù)封裝TO-5式封裝工作電壓3V10V（Rs=47k）電源電壓V（VD=5V，Rs=47k）輸出信號(hào)Vp-p（TYP

27、4.0 Vp-p）探測(cè)視角水平方向張角138°垂直方向張角125°3.4.4熱釋電紅外傳感器電路的設(shè)計(jì)基于RE200B熱釋電紅外傳感器的傳感器電路如圖3.8所示，參照?qǐng)D3.8對(duì)電路進(jìn)行連接。圖3.8 熱釋電紅外傳感器電路圖日常生活中對(duì)射式紅外傳感器也常用來(lái)進(jìn)行防盜監(jiān)控的設(shè)計(jì)。對(duì)射式紅外傳感器是利用當(dāng)有障礙物阻斷紅外發(fā)射頭發(fā)送至紅外接受頭的紅外線，從而紅外接受頭接收不到紅外時(shí)輸出電平改變，通過(guò)識(shí)別這個(gè)電平的變化來(lái)設(shè)計(jì)防盜系統(tǒng)。而本設(shè)計(jì)是利用熱釋電紅外傳感器RE200B進(jìn)行防盜電路設(shè)計(jì)，來(lái)檢測(cè)區(qū)域是否有人闖入的參數(shù)的，我們之所以選擇熱釋電紅外傳感器，而不選用對(duì)射式紅外傳感器來(lái)設(shè)

28、計(jì)防盜監(jiān)控，是因?yàn)?，?duì)射式傳感器只要任意一種障礙物阻斷紅外線的發(fā)送路徑，就會(huì)產(chǎn)生電平的變化，相反采用熱釋電紅外傳感器，利用人體自身波長(zhǎng)的特性，加上菲涅爾系列濾光鏡片進(jìn)行濾光，就能基本準(zhǔn)確的判斷是否是人闖入，動(dòng)物等其它物體闖入時(shí)產(chǎn)生的電平和檢測(cè)到人時(shí)的電平存在著區(qū)別，誤判率比較小。圖中熱釋電紅外傳感器的D端串聯(lián)一個(gè)10k電阻再接到5V電源上，D端還通過(guò)連接一個(gè)電容接到地線，這樣便構(gòu)成一個(gè)降低射頻干擾的電路。G端接地，S端接47k負(fù)載電阻再接地，因此偏置電壓約為1V。熱釋電紅外線傳感器輸出電信號(hào)的幅度和頻率主要取決于人體的溫度、探測(cè)背景、人與傳感器的距離、人的移動(dòng)速度和光學(xué)透鏡系統(tǒng)的焦距等。傳感器

29、輸出通過(guò)阻容耦合后連到低噪聲運(yùn)放LM324，構(gòu)成帶通濾波和第一級(jí)放大電路的反向輸入端。再由電阻R6、電容C4耦合到第二級(jí)放大器的反相輸入端，進(jìn)行進(jìn)一步濾波和放大。濾波的上限截止頻率為：f1=式（）濾波的下限截止頻率為：f2=Hz式（）電路增益與頻率是密切相關(guān)的，當(dāng)輸入信號(hào)頻率為1Hz時(shí)，第一級(jí)放大增益約為：Au1= 式（3.3）第二級(jí)放大增益為：Au2= 式（3.4）根據(jù)式（）和式（）計(jì)算得濾波后允許通過(guò)信號(hào)的帶寬為Hz。根據(jù)式（）和式（）計(jì)算得放大后信號(hào)的總增益約為66dB。經(jīng)過(guò)放大后的信號(hào)連接到LM339的反相輸入端，設(shè)置參考電壓為3.8V，當(dāng)被放大后的的輸出信號(hào)大于3.8V時(shí)，比較器LM

30、339輸出電壓為高點(diǎn)平，此時(shí)便表示電路檢測(cè)到有人的移動(dòng)。3.5 漏水傳感器電路設(shè)計(jì)3.5.1浸水線纜JS-RS的介紹在漏水檢測(cè)的系統(tǒng)中也常用到浸水線纜JS-RS，浸水線纜JS-RS通常被用于機(jī)房、空調(diào)房等場(chǎng)所的漏水檢測(cè)，浸水線纜JS-RS的實(shí)物圖如圖3.9所示。圖3.9 浸水線纜JS-RS實(shí)物圖表3.6列出了浸水線纜JS-RS的一些主要技術(shù)參數(shù)。表3.6 浸水線纜JS-RS主要技術(shù)參數(shù)供電電源直流電10V30V感應(yīng)線纜長(zhǎng)度10m（可選其中幾段）連接端子5PIN mm間距插拔端子電導(dǎo)率5s/cm工作環(huán)境0853.5.2漏水傳感器電路設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上還會(huì)使用探極式漏水傳感器來(lái)設(shè)計(jì)漏水監(jiān)控電路，但由

31、于成本大的緣故，選擇JS-RS浸水線纜來(lái)設(shè)計(jì)漏水檢測(cè)電路即可。該浸水線纜可等效看作為一個(gè)阻值可調(diào)電位器，當(dāng)有水漫過(guò)某一段浸水線纜，則該段線纜近似為短路，整段線纜的總阻值將減小，利用這一特性，設(shè)計(jì)如圖3.10的漏水傳感器電路。圖3.10 浸水電纜電路圖連接方式如圖3.10所示。設(shè)置翻轉(zhuǎn)閥值Ur2，Ur2=+4.5V，若無(wú)浸水情況，利用分壓原理，LM339反相輸入端處電壓Ui大于閥值電壓Ur2，LM339輸出為低電平；若浸水后，檢測(cè)電路中電流大于30mA時(shí)（出現(xiàn)漏水情況），LM339反相輸入端處電壓Ui小于閥值電壓Ur2，LM339輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平。單片機(jī)讀取高電平，認(rèn)為檢測(cè)到發(fā)生漏水

32、，從而作出相應(yīng)的處理并驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。3.6緊急求助開關(guān)電路設(shè)計(jì)緊急求助信息在本設(shè)計(jì)中也是要采集的信號(hào)之一，和其它參數(shù)一樣需要先送到鎖存器，分時(shí)選擇性的送單片機(jī)識(shí)別該信息情況。在本電路中合上開關(guān)，輸出低電平，斷開開關(guān)輸出高電平，緊急求助電路輸出高電平，表示有緊急求助需求。緊急求助開關(guān)的電路如圖3.11所示。圖3.11緊急求助開關(guān)電路3.7聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.7.1 聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)利用定時(shí)器中斷的方式驅(qū)動(dòng)報(bào)警，定時(shí)器定時(shí)5ms后執(zhí)行使P3.5口的值取反。一旦發(fā)生險(xiǎn)情，單片機(jī)的P3.5口輸出200Hz的交流方波信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警。電路圖連接方式如圖3.12所示。在單片機(jī)的輸出端設(shè)置一上拉，將單片機(jī)輸出的

33、電平上拉送到NPN三極管的基極，三極管的集電極接高電平VCC，發(fā)射極接蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地7。如圖3.12所示為發(fā)聲報(bào)警電路。圖3.12 聲音報(bào)警電路3.7.2發(fā)光報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3.13所示為發(fā)光報(bào)警電路，參照?qǐng)D3.13對(duì)發(fā)光報(bào)警的電路進(jìn)行連接。圖3.13 發(fā)光報(bào)警電路本設(shè)計(jì)中同樣是利用定時(shí)器中斷，用單片機(jī)的（圖中的T0口）驅(qū)動(dòng)發(fā)光報(bào)警。定時(shí)器中斷端設(shè)定的中斷時(shí)間是5ms，但我們要實(shí)現(xiàn)每秒鐘閃爍發(fā)光一次，那么就需要在每秒中內(nèi)亮500ms滅500ms，于是需要設(shè)一個(gè)循環(huán)，定時(shí)器每完成5ms的定時(shí)后做一次循環(huán)，做完一百次后使得P3.4口的值取反，這樣就能實(shí)現(xiàn)要求的每秒發(fā)光二極管閃爍一次

34、的功能了。3.88D鎖存器74LS373 74LS373的簡(jiǎn)介74LS373為三態(tài)輸出的8D鎖存器，D0D7為數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q7為數(shù)據(jù)輸出端，為低電平有效的三態(tài)允許控制端，C為鎖存允許端。當(dāng)三態(tài)允許控制端為低電平時(shí)，74LS373被選通，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可驅(qū)動(dòng)負(fù)載用；當(dāng)為高電平時(shí)，Q0Q7呈高阻態(tài)，但是鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不會(huì)受影響8。當(dāng)鎖存允許端C為高電平時(shí)，輸出隨數(shù)據(jù)輸入而變，簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)同步，當(dāng)C為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存。如表3.7所示為74LS373的邏輯功能真值表。表3.7 74LS373的邏輯功能真值表DnCQn11010100X00QnXX1Z74LS373的管腳圖如圖3.1

35、4所示。1234567891020191817161514131211QOD0Q1D1Q2D2D3Q3GNDVCCQ7D7D6Q6Q5D5D4Q4C圖3.14 74LS373管腳圖3.8.2 74LS373外圍電路設(shè)計(jì)74LS373外圍電路設(shè)計(jì)如圖3.15所示。圖3.15 74LS373外圍電路設(shè)計(jì)監(jiān)控區(qū)域A1和區(qū)域A2輸出的四組數(shù)據(jù)分別接到第一塊鎖存器74LS373（圖3.15中U2）的低四位和第二快鎖存器74LS373（圖3.15中U3）的低四位。對(duì)鎖存器U2和U3選擇數(shù)據(jù)同步工作方式，將C端接電源，器件固定在數(shù)據(jù)同步工作方式狀態(tài)。選用單片機(jī)的和分別接到這兩塊鎖存器U2和U3的端，對(duì)這兩塊

36、鎖存器進(jìn)行選通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)A1和A2區(qū)域的參數(shù)分時(shí)檢測(cè)。兩塊鎖存器的輸出端的低四位都接到單片機(jī)P0口的高四位（Q1Q4），在對(duì)這兩塊鎖存器分時(shí)選通的情況下，只用P0口的高四位來(lái)讀取檢測(cè)的數(shù)據(jù)即可，節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源。3.9LM032L液晶顯示器LM032L簡(jiǎn)介L(zhǎng)M032L字符型液晶顯示器是一款用于顯示字母、數(shù)字和符號(hào)等的點(diǎn)陣LCD。市面上類似的點(diǎn)陣LCD有16×1、16×2、20×2和40×2等幾種顯示規(guī)格。LM032L屬于20×2顯示規(guī)格的LCD顯示器，也就是說(shuō)LM032L每行能顯示20個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)，可以顯示2行9。LM032L有

37、帶背光和不帶背光的兩種封裝型號(hào)，內(nèi)部的控制器為HD44780，控制器內(nèi)部具有80×8位（80字節(jié)）的RAM緩沖區(qū)。3.9.2LM032L的基本參數(shù)及引腳功能表3.8為L(zhǎng)M032L的對(duì)應(yīng)管腳功能說(shuō)明。表3.8 LM032L的引腳接口說(shuō)明表編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地2VDD電源正極3VEE液晶顯示偏壓4RE數(shù)據(jù)/命令選擇（H/L）5R/W讀/寫選擇6E使能信號(hào)7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)9D2數(shù)據(jù)10D3數(shù)據(jù)11D4數(shù)據(jù)12D5數(shù)據(jù)13D6數(shù)據(jù)14D7數(shù)據(jù)15BLA背光源正極16BLK背光源負(fù)極1腳：VSS接電源地。2腳：VDD接+5V電源。3腳：VEE為液晶顯示偏壓端，接正電源時(shí)顯示器對(duì)比

38、度最弱，接地時(shí)顯示器對(duì)比度最高，可在該段接10k的電位器調(diào)整顯示器對(duì)比度。4腳：RE為數(shù)據(jù)/命令寄存器選擇端，取高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器。5腳：R/W為讀/寫信號(hào)選擇端，高電平時(shí)讀選通，可進(jìn)行讀操作，低電平寫選通可進(jìn)行寫操作。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中用寫操作功能，所以將該端接到電源地線，取低電平。6腳：E端為器件使能端，只有當(dāng)該端取高脈沖時(shí)，液晶模塊才能執(zhí)行命令。714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。15腳：背光源正極，接電源正端取高電平。16腳：背光源負(fù)極，接電源地端取低電平。LM032L主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：20×2個(gè)字符；芯片工作電壓：V；工作電流：（）；模塊最佳工作

39、電壓：。3.9.4控制器控制說(shuō)明（1）LM032L的控制器基本操作時(shí)序，基本操作時(shí)序表如表所示。表基本操作時(shí)序表工作方式輸入輸出讀狀態(tài)RE=L，R/W=H，E=HD0D7=狀態(tài)字寫指令RE=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖無(wú)讀數(shù)據(jù)RE=H，R/W=H，E=HD0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)RE=H，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖無(wú)在本設(shè)計(jì)中只用到了寫數(shù)據(jù)和寫指令。當(dāng)RE取低電平（L），R/W取低電平（L），D0D7輸入指令碼，且E端接收到高脈沖時(shí)，我們才能寫所要寫的指令。寫完指令后操作使得RS取高電平（H），R/W取低電平（L），D0D7輸入指令碼，且E端接收到高脈沖時(shí)進(jìn)行寫數(shù)據(jù)。（

40、2） LM032L的控制器狀態(tài)字說(shuō)明八位雙向輸入輸出端的前7位D0D6為地址/數(shù)據(jù)端，第8位D7為讀寫控制使能端。每次對(duì)控制器進(jìn)行讀寫操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)，確保第7位D7為0。（3） LM032L的控制器指令說(shuō)明（a） 初始化設(shè)置LM032L液晶顯示器內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，下面將簡(jiǎn)要闡述。指令碼為0000DCB：D=1開顯示，D=0關(guān)顯示；C=1顯示光標(biāo)，C=0不顯示光標(biāo)；B=1光標(biāo)閃爍，B=0光標(biāo)不閃爍。指令碼為000001NS：N=1時(shí)，每當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一；N=0時(shí)，每當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1，且光標(biāo)減1。S=1時(shí)，每當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示

41、左移（N=1）或右移（N=0），得到光標(biāo)不再移動(dòng)后停止的屏幕移動(dòng)的效果；S=0時(shí)，每當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)。（b）數(shù)據(jù)控制指令碼為80H+地址碼（00H27H，40H67H）時(shí)，設(shè)置顯示的數(shù)據(jù)地址指針。指令碼為01H時(shí)，所有數(shù)據(jù)指針清屏，所有顯示將會(huì)清零。指令碼為02H時(shí)，顯示回車，數(shù)據(jù)指針將會(huì)清零。3.9.5LM032L與單片機(jī)接口電路本系統(tǒng)的顯示部分采用LM032L字符顯示器，與采用數(shù)碼管相比，硬件連接和軟件調(diào)試上都有優(yōu)勢(shì)，只要把要顯示的內(nèi)容放進(jìn)液晶模塊的顯示存儲(chǔ)器里面就可以直觀的顯示出指定的內(nèi)容，操作方便。系統(tǒng)顯示電路由單片機(jī)AT89C52、字符式液晶顯示器LM032L和1k

42、15;8的排阻構(gòu)成，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD命令和顯示數(shù)據(jù)的讀寫控制功能，P1口作數(shù)據(jù)口，對(duì)應(yīng)與LM032L的D0D7相接D0D7上），在P1口與D0D7數(shù)據(jù)線之間可以分別接8個(gè)上拉電阻，以確保電路能夠正常工作顯示。AT89C52的P2口的部分口作為L(zhǎng)CD的控制線，和P2.1分別接LM032L的RS和E端；LM032L的其它三個(gè)控制端VDD接電源，VEE接電阻接電源，VSS直接接地。本系統(tǒng)顯示部分電路圖如圖3.16所示。圖3.16 LM032L與單片機(jī)的連接3.10時(shí)鐘芯片DS13023.10.1DS1302的簡(jiǎn)介DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘日歷芯片，芯片內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷

43、和31字節(jié)靜態(tài)RAM，通過(guò)SPI三線串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路提供秒、分、時(shí)、日、日期、月和年等信息。每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整，有效至2100年10。時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)的計(jì)時(shí)方式。DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用三線同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到下面三個(gè)端口：（1）RES復(fù)位；（2）I/O數(shù)據(jù)線；（3）SCLK串行時(shí)鐘輸入。下面將對(duì)主要的性能指標(biāo)做一個(gè)綜合介紹：（1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月和年的能力，也具有閏年調(diào)整的能力；（2）31×8位（31字節(jié)）暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM；（3） 采

44、用SPI三線接口串行通信，使得管腳數(shù)量最少；（4）工作電壓范圍：V；（5）工作電流：電壓為時(shí)，電流小于300nA；（6）讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有兩種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)傳送和多字節(jié)傳送；（7）8腳DIP封裝或8腳SOIC封裝；（8）工業(yè)級(jí)工作溫度范圍：-40+85；3.10.2DS1302的管腳說(shuō)明DS1302的管腳圖如圖3.17所示。GND12348765VCC2VCC1X1X2SCLKI/O圖3.17 DS1302的管腳圖各管腳的功能說(shuō)明：VCC1：主電源。VCC2：備份電源。當(dāng)VCC2>VCC1+時(shí)，由VCC2向DS1302供電，當(dāng)VCC2<VCC1時(shí)，由VCC1向DS130

45、2供電。SCLK：串行時(shí)鐘輸入。I/O：三線接口時(shí)的雙向數(shù)據(jù)線。：復(fù)位引腳，用于對(duì)芯片進(jìn)行操作。在讀、寫數(shù)據(jù)期間，必須為高電平。3.10.3DS1302的工作原理首先通過(guò)介紹DS1302的控制字，來(lái)介紹DS1302的工作原理。控制字節(jié)的最高位（位7）必須為1，若為0則不能把數(shù)據(jù)寫入芯片；位6決定操作是對(duì)于RAM還是時(shí)鐘寄存器，位6若為0，則表示存取時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù)；位5位1是RAM或時(shí)鐘寄存器在DS1302的內(nèi)部地址；位0為最低有效位，若為0表示要進(jìn)行寫操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節(jié)應(yīng)從最低位開始輸出11。DS1302的控制字如表3.10所示。表3.10 DS1302的控制

46、字節(jié)位7位6位5位4位3位2位1位01RAM/CKA4A3A2A1A0RAM/K在DS1302芯片中，通過(guò)把端置高來(lái)啟動(dòng)所有數(shù)據(jù)的傳送。輸入有兩種功能：第一，控制允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供結(jié)束單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸手段。當(dāng)為高電平時(shí)，所有數(shù)據(jù)傳送將會(huì)被初始化，可以對(duì)DS1302進(jìn)行操作。若在傳送過(guò)程中置成低電平，則會(huì)終止次次數(shù)據(jù)的傳送，且I/O引腳變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。值得知道的是，無(wú)論哪種同步串行通訊接口，都是對(duì)時(shí)鐘信號(hào)敏感的，且一般是在上升沿?cái)?shù)據(jù)寫入有效，在下降沿讀出有效。在控制指令輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位開始。在8位的控制指令

47、字后的緊跟的下一個(gè)SCLK的下降沿來(lái)到時(shí)讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)也是從低位到高位的，從位0到位7，數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序圖如圖3.18所示。RW A0 A1 A2 A3 A4 R/C 1SCLKI/O圖3.18 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)DS1302共有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷/時(shí)鐘相關(guān)，數(shù)據(jù)位以BCD碼形式存放。此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器和與RAM相關(guān)的寄存器等寄存器。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可以一次性順序讀寫除了充電寄存器以外的所有寄存器內(nèi)的內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的寄存器共有兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共有31個(gè)，每個(gè)單元是一個(gè)8位的字節(jié)

48、，其命令控制字為COHFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另外一類為突發(fā)方式下的RAM，這種方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。DS1302外圍電路連接DS1302的外圍電路和與單片機(jī)的連線如圖3.19所示。圖中單片機(jī)的口接DS1302的5腳，口接DS1302的SCLK口，單片機(jī)的口接DS1302的I/O口，這幾個(gè)口一一對(duì)應(yīng)連接進(jìn)行SPI通信。圖3.19 DS1302的外圍電路和與單片機(jī)的連線3.11 I2C總線工作原理I2C總線簡(jiǎn)介I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，具備多主機(jī)系統(tǒng)所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能的串行

49、總線。I2C總線只有兩根雙向傳輸?shù)男盘?hào)線，一根是數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時(shí)鐘線SCL。I2C總線多級(jí)工作示意圖如圖3.20所示。Vcc圖3.20 I2C總線多級(jí)工作示意圖I2C總線的SDA線和SCL線通過(guò)上拉電阻接到電源正端，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，兩根線均為高電平。在總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號(hào)變?yōu)榈?，即各器件的SDA及SCL都是線“與”關(guān)系。接到I2C總線上的器件都應(yīng)有唯一確定的地址。主機(jī)與器件間的數(shù)據(jù)傳送可以是由主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)到其它器件的，這時(shí)主機(jī)即為發(fā)送器，由總線上接收數(shù)據(jù)的器件發(fā)送數(shù)據(jù)，此時(shí)主機(jī)則為接收器。在多主機(jī)系統(tǒng)中，可能同時(shí)有幾個(gè)主機(jī)企圖啟動(dòng)總線傳送數(shù)據(jù)，為了避免混

50、亂，I2C總線要通過(guò)總線仲裁，以確定由哪一臺(tái)主機(jī)控制總線。在80C51/52單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，我們經(jīng)常使用的是以80C51/52單片機(jī)為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況。 I2C總線工作原理I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持著穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許發(fā)聲變化。I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)序圖如圖3.21所示。SCLSDA要求數(shù)據(jù)穩(wěn)定允許數(shù)據(jù)變化要求數(shù)據(jù)穩(wěn)定圖3.21 I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)序圖SCL為高電平期間，SDA由高電平向低電平跳變時(shí)表示起始信號(hào)；SCL為高電平期間，SDA線由低電平向高

51、電平跳變時(shí)表示終止信號(hào)。I2C總線通信起始停止時(shí)序圖如圖3.22所示。SCLSDA起始信號(hào)S終止信號(hào)P圖3.22 I2C總線通信起始停止時(shí)序圖起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線則變?yōu)榭臻e的狀態(tài)。連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易能檢測(cè)到起始和終止信號(hào)，若一些非I2C總線的可編程器件，可以通過(guò)軟件編程來(lái)仿真I2C總線，同樣可以實(shí)現(xiàn)I2C總線通信。接收器件收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)后，有可能還需要做一些其它的工作，如處理內(nèi)部中斷程序等等，可能無(wú)法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，這時(shí)接收器件可以將SCL線拉低，從而使主機(jī)處于等待

52、狀態(tài)，直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放SCL線使之為高電平，這樣就能使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行。I2C總線數(shù)據(jù)傳送格式（1）字節(jié)傳送與應(yīng)答每一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)必須保證是8位長(zhǎng)度，在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位，在每一個(gè)被傳送的字節(jié)后都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）。字節(jié)傳送與應(yīng)答時(shí)序圖如圖3.23所示。SDA（從機(jī)）SDA（主機(jī)）起始信號(hào)S非應(yīng)答應(yīng)答圖3.23字節(jié)傳送與應(yīng)答時(shí)序圖從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)線必須置于高電平，由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。若從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)

53、據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過(guò)對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)行“非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)則會(huì)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的傳送12。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由對(duì)從機(jī)的“非應(yīng)答”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號(hào)。（2）數(shù)據(jù)幀格式I2C總線上傳送的信號(hào)既包括地址信號(hào)，又包括的數(shù)據(jù)信號(hào)，在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)7位的從機(jī)的地址，第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/T），主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)該位為“0”，主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)該位為“1”。每次數(shù)據(jù)傳送結(jié)束由主機(jī)產(chǎn)生的終止信號(hào)結(jié)束，但是，假如主機(jī)希望繼續(xù)占用總線進(jìn)行新的數(shù)據(jù)傳送，則可以不發(fā)出終止信號(hào)，可以立

54、即再次發(fā)出起始信號(hào)對(duì)另一從機(jī)進(jìn)行尋址，繼續(xù)操作。主機(jī)發(fā)送地址時(shí)，總線上的每個(gè)從機(jī)都將這7位地址碼與自己的地址進(jìn)行比較，如果相同，則從機(jī)就認(rèn)為自己正被主機(jī)尋址，根據(jù)R/T位的值的情況，決定將自己確定為發(fā)送器或接收器13。從機(jī)的地址由固定部分和可編程部分組成，在一個(gè)系統(tǒng)中可能希望接入多個(gè)相同的從機(jī)，從機(jī)地址中可編程部分決定了可接入總線該類器件的最大數(shù)量。一個(gè)從機(jī)的7位地址有4位是固定地址位，3位是可編程地址位，這時(shí)僅能尋址8個(gè)同樣的器件，即可以有8個(gè)這樣的器件接入到該I2C總線系統(tǒng)中進(jìn)行通信。2存儲(chǔ)器AT24C02 AT24C02的簡(jiǎn)介AT24C02是一個(gè)2k位串行CMOS E2PROM，其內(nèi)部含

55、有256個(gè)8位字節(jié)，該芯片功耗較低14。AT24C02有四位固定地址，三位可編程地址，通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作，與其他器件進(jìn)行通信，該芯片具有專門的寫保護(hù)功能。AT24C02的管腳功能AT24C02的引腳圖如圖3.24所示。A0A1A2GNDVCCWPSCLSDA12348765圖3.24 AT24C02的引腳圖SCL：串行時(shí)鐘口。AT24C02的串行時(shí)鐘輸入管腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時(shí)鐘信號(hào)，這是一個(gè)輸入管腳。SDA：串行數(shù)據(jù)/地址口。雙向串行數(shù)據(jù)/地址管腳，用于器件所有數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收，SDA是一個(gè)開漏輸出的管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進(jìn)行線“與”。A0、A1、A2：器件的地址輸入端。這些管腳為硬連線或者不連接，屬于器件的可編程地址選擇端，不接默認(rèn)為0。WP：寫保護(hù)端口。當(dāng)WP腳連接到VCC時(shí)，所有內(nèi)存變成寫保護(hù)，只能讀不能寫；當(dāng)WP引腳連接到GND或懸空時(shí)，允許器件進(jìn)行讀或者寫操作15。3.12.3 AT24C02外圍電路和與單片機(jī)的連線AT24C02外圍電路和與單片機(jī)如圖3.25所示。圖3.25AT24C02外圍電路和與單片機(jī)AT2