基于單片機的室內(nèi)智能安全系統(tǒng)設(shè)計

基于單片機的室內(nèi)智能安全設(shè)計摘要：隨著社會的快速發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高。在室內(nèi)安全日益受到重視的今天，以室內(nèi)安全理念為基礎(chǔ)的家居產(chǎn)品也逐漸走進我們的生活。本系統(tǒng)是由單片機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息采集模塊、LCD顯示模塊、報警電路和GSM通信模塊組成，是一個對家庭住宅進行基本環(huán)境及安防監(jiān)測的模型系統(tǒng)。其中包括對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的人體感應(yīng)、溫度、濕度、可燃氣體濃度、火情進行實時監(jiān)測，當被測區(qū)域發(fā)生各種突發(fā)性事件時，室內(nèi)蜂鳴器報警，系統(tǒng)通過GSM模塊向預(yù)先設(shè)置的手機發(fā)送信息，以便用戶及時做出應(yīng)對措施。用戶也可以通過GSM模塊查詢室內(nèi)實時信息。本系統(tǒng)在開發(fā)軟件KeilC51中進行程序編寫，仿真軟件Proteus中進行分析調(diào)試，通過進行聯(lián)合仿真實驗，實現(xiàn)了室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能。能夠有效保證使用者的人身和財產(chǎn)安全，具有較高的實用價值。關(guān)鍵詞：室內(nèi)安全；單片機；安全監(jiān)測；報警

1緒論1.1課題的背景及意義我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，使得人民物質(zhì)生活水平得到顯著提高。隨著人們生活質(zhì)量的提高，越來越多的人意識室內(nèi)安全問題的重要性。人們的絕大多數(shù)時間都是在外工作學習，最擔心的事情就是家中無人時，一些突發(fā)性危險事件的發(fā)生，比如家中失火、可燃性氣體泄漏、盜賊入室等，不能及時獲悉情況并對其進行有效的應(yīng)急處理措施。另一方面，我國龐大的人口數(shù)量亦對我國社會治安形勢發(fā)出了更為嚴峻的挑戰(zhàn),社會治安、安全防范等各種問題也不容忽視。在當今的社會生活中，室內(nèi)安全問題的確需要引起我們每個人的注意。原因很多，比如現(xiàn)在社會的生活壓力越來越大，人們的多數(shù)時間都是在外面辛苦打拼，在室內(nèi)生活的時間很少，只有晚上很晚的時候才能夠結(jié)束一天的工作學習回到家中。部分家庭有時候只能由老人獨自留在家里,還有一些家庭甚至把年齡很小的兒童獨自在家里。當老人孩子獨自在家，他們一個年邁、一個幼小，發(fā)生突發(fā)性危險事件時，多數(shù)情況都是無法做出有效應(yīng)對措施或是發(fā)現(xiàn)的很是遲緩，讓人擔心，所以安裝一個室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)就能有效地防止和減少危險的發(fā)生?；蚴强梢约皶r地聯(lián)系我們,讓危害止于始。另外還有一種特殊情況就是我們家人無人時，小偷或者其他不法分子給我們家庭造成危害時，若是能及時發(fā)現(xiàn)，便可以迅速做出合理有效的應(yīng)對措施。對個人的財產(chǎn)安全起到一個保護作用，也是一種幫助社會和國家安定的行為。鑒于上述種種原因，室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計安裝是十分有必要的。隨著科技的發(fā)展進步以及人們的生活節(jié)奏加快,對于生活環(huán)境的要求也逐漸提高,開始有各種多樣的智能化產(chǎn)品出現(xiàn)日常生活中。隨著我國數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，智能化，網(wǎng)絡(luò)化，便捷化的思想浪潮正在改變著人們的思想，這是一種社會發(fā)展的趨勢。設(shè)計安裝室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)符合智能化家居建設(shè)的浪潮，它適應(yīng)和對應(yīng)著社會發(fā)展的要求，有望成為新時代住宅的建設(shè)理念。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的研究發(fā)展起步較早。大約在二十世紀七八十年代。世界上第一座現(xiàn)代化意義上的智能安全大廈，名叫“都市辦公大樓”，是1984年對位于美國康涅狄格州福德市舊金山金融大廈進行重新設(shè)計改建成的。這棟現(xiàn)代化智能安全大廈的建成，標志著人類對室內(nèi)安全問題研究發(fā)展的起步。接著法國，英國，韓國，日本，澳大利亞等發(fā)達國家陸續(xù)推出了自己的智能安全產(chǎn)品。國內(nèi)對室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計安裝發(fā)展起步較晚，1999年之前，只有少數(shù)房地產(chǎn)開發(fā)商在開發(fā)自己公司的高檔樓盤時會安裝防盜報警系統(tǒng)。2000年以后，由于逐漸顯現(xiàn)的社會治安問題，一些一線發(fā)達城市開始對小區(qū)的防盜報警以及室內(nèi)安全監(jiān)測方面開始進行大力發(fā)展。但是在防盜報警以及室內(nèi)安全這些方面我們國家也一直沒有較高的普及率。2011年左右，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展興起，出現(xiàn)了大量的創(chuàng)新型科技公司，這些公司主要借助移動互聯(lián)網(wǎng)思維發(fā)展研究的解決室內(nèi)安全問題的智能家居項目，通過開發(fā)創(chuàng)建基于無線通信技術(shù)的智能家居項目，慢慢發(fā)展形成了一個市場。由于這個新型市場的發(fā)展前景廣闊，國外的許多大型科技公司都看到了這個市場的發(fā)展?jié)摿?，蘋果、谷歌等眾多互聯(lián)網(wǎng)科技公司紛紛通過收購這些創(chuàng)新性科技公司，從而進入這個市場。國內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)科技公司也紛紛通過建立自己的平臺，進入這個市場，發(fā)展屬于自己公司的智能家居項目，在這方面做的成熟的有華為、小米等公司。2019年，也就是中國商用5G的元年。隨5G時代到來，室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)開始突破有線系統(tǒng)的傳統(tǒng)布線方式約束,通過5G網(wǎng)絡(luò)連接，并繼續(xù)向無線控制方向發(fā)展前進，這可為我們提供一個更快、更穩(wěn)定、更容易安裝和維護的室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)。隨著新時代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人與物數(shù)字化技術(shù)的進步,有助于進一步打破傳統(tǒng)智能家居行業(yè)信息孤島,有效地將生產(chǎn)、服務(wù)、消費、管理緊密連接,促進產(chǎn)業(yè)升級。國外對于室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的研究發(fā)展已經(jīng)相當成熟。歐美等許多發(fā)達國家國都在室內(nèi)安全監(jiān)測這個領(lǐng)域有自己的特色。日本注重實用性，細致周到是日本產(chǎn)品的特色；歐洲注重節(jié)能環(huán)保；美國的技術(shù)領(lǐng)先，操作人性化；總的來說國內(nèi)發(fā)展水平要低于國外，但中國更加注重安防監(jiān)測性能方面的研究，符合日益增強的安全意識,符合國內(nèi)社會發(fā)展的需求。在安全監(jiān)測領(lǐng)域，中國企業(yè)或許能探索出一條有自己特色的道路。1.3主要研究內(nèi)容本文主要研究基于單片機的室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計,先通過分別對硬件電路和軟件系統(tǒng)進行設(shè)計,最后通過仿真實驗，達到設(shè)計目的。主要設(shè)計內(nèi)容有可燃性氣體泄漏、室內(nèi)失火，溫濕度檢測以及入室盜竊等方面的監(jiān)測。該設(shè)計主要由單片機、數(shù)據(jù)信息采集模塊、GSM模塊、液晶顯示模塊、實時時鐘模塊、報警模塊構(gòu)成。能夠?qū)崿F(xiàn)有突發(fā)危險情況時，蜂鳴器室內(nèi)發(fā)聲，并通過GSM模塊的短信功能向預(yù)設(shè)聯(lián)系人發(fā)送信息，實現(xiàn)險情報警。本系統(tǒng)設(shè)計的核心控制單元計劃使用AT89C52單片機，使用LCDl602液晶顯示屏，在室內(nèi)主要活動區(qū)域顯示系統(tǒng)信息。使用人體紅外熱釋電傳感器、紅外光檢測型火光報警器、可燃氣體探測器、DHT11濕度傳感器對室內(nèi)監(jiān)測區(qū)域進行信息收集,使用DS1302實時時鐘芯片來記錄警情發(fā)生時間，采用蜂鳴器進行報警,并通過GSM模塊的短信功能進行信息報警。系統(tǒng)的報警功能是通過單片機接收到傳感器的報警信號后，單片機內(nèi)部的中斷功能來實現(xiàn)的。報警功能主要的表現(xiàn)方式是實時時鐘芯片來記錄警情發(fā)生的時間,蜂鳴器發(fā)出聲響,GSM模塊向房主發(fā)送報警信息。1.4內(nèi)容安排如下第一章緒論，內(nèi)容為課題的背景及意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)安排。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計，包括系統(tǒng)方案設(shè)計及框圖和各模塊方案設(shè)計。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計與分析，包括元器件的選擇、介紹及電路連接圖。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計，主要包括主程序模塊和子程序模塊的介紹。第五章系統(tǒng)調(diào)試與分析，主要包括對系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容的分析、軟硬件設(shè)計部分內(nèi)容的分析及使用軟件的簡單介紹和系統(tǒng)調(diào)試仿真。第六章總結(jié)與展望，對論文進行總結(jié)并指出設(shè)計存在的不足與改進。2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)方案及框圖本系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1：圖2-1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)設(shè)計以AT89C52單片機為核心控制器。設(shè)置系統(tǒng)閾值，通過對數(shù)據(jù)信息采集模塊傳感器收集到的信息進行處理，以評估系統(tǒng)是否進入報警范圍，在室內(nèi)主活動區(qū)的LCD顯示屏可以查看到險情信息，室內(nèi)可以聽到蜂鳴器的警報聲，GSM模塊可以將報警信息發(fā)送給用戶，用戶可以及時了解險情信息。采取適當措施減少財產(chǎn)損失。室內(nèi)主要活動區(qū)域加入LCD1602液晶顯示屏，主要顯示當前年、月、日、時間、室內(nèi)溫濕度等信息，也可以通過按鈕切換查看其余各部分傳感器信息。主要在室內(nèi)門窗附近安裝人體紅外熱釋電傳感器，檢測判定是否有人非正常闖入，從而蜂鳴器發(fā)聲，GSM模塊發(fā)送報警信息給用戶，完成報警工作。廚房作為室內(nèi)安全事件高發(fā)區(qū)域，進行重點監(jiān)控，安裝針對檢測燃氣泄漏，火災(zāi)發(fā)生，水管老化漏水等方面的傳感器，以此應(yīng)對廚房可能出現(xiàn)的各種突發(fā)狀況。報警模塊采用GSM通信模塊與蜂鳴器作為報警的主要方式，當有險情發(fā)生時，蜂鳴器發(fā)聲報警，GSM模塊向用戶發(fā)送警情信息，用戶及時得知險情并進行合理有效地應(yīng)對措施。2.2系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)本系統(tǒng)設(shè)計使用元器件有AT89C52單片機、人體紅外熱釋電傳感器、可燃氣體探測器，DHT11溫濕度傳感器、紅外光檢測型火光報警器、LCDl602液晶顯示屏、DS1302時鐘芯片、TC35iGSM模塊、5V直流型蜂鳴器。需完成軟硬件部分的設(shè)計調(diào)試，內(nèi)容如下。硬件部分：室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分由五部分構(gòu)成。(1)核心控制單元，通過單片機對傳感器收集的信息進行險情評估，通過I/O設(shè)備對系統(tǒng)進行控制。(2)數(shù)據(jù)信息采集模塊，通過對室內(nèi)結(jié)構(gòu)的勘察，在各處位置設(shè)計安裝合適的傳感器，實時監(jiān)控各種突發(fā)情況，發(fā)送信息給核心控制單元，進行信息反饋。(3)數(shù)據(jù)顯示模塊，在室內(nèi)主要活動區(qū)域?qū)?shù)據(jù)信息采集模塊收集的信息進行顯示，可通過按鈕切換具體顯示信息。(4)GSM通信模塊，及時向戶主發(fā)送報警信息，戶主也可通過發(fā)送預(yù)先設(shè)置的指令查詢實時信息。(5)報警發(fā)聲模塊，從單片機上獲取報警信息，發(fā)聲報警。軟件部分：本系統(tǒng)軟件設(shè)計部分使用軟件KeilC51對各個模塊的源程序進行編寫，通過對個模塊進行功能測試，最后完成對微控制器的源程序編寫。生成HEX文件，上傳到連接好的電路中，進行聯(lián)合仿真實驗，驗證系統(tǒng)的可行性。2.3數(shù)據(jù)信息采集模塊(1)人體紅外熱釋電傳感器工作原理及框圖利用人體紅外熱釋電傳感器的工作特性，預(yù)先在室內(nèi)選擇適合的位置進行安裝，當系統(tǒng)處在工作狀態(tài)中，如檢測到有人非正常進入時，傳感器會將信息反饋給單片機，系統(tǒng)識別為侵入狀態(tài)，室內(nèi)會及時進行發(fā)聲報警，并將信息發(fā)送給用戶。系統(tǒng)輸入關(guān)系如圖2-2。圖2-2紅外傳感器工作原理框圖(2)可燃氣體探測器工作原理及框圖利用可燃氣體探測器檢測屋內(nèi)可燃氣體濃度是否超出預(yù)設(shè)的閾值，當被測物超過檢測范圍時，將信息通過模擬信號傳輸至單片機，由單片機進行下一步的處理。系統(tǒng)輸入關(guān)系如圖2-3。圖2-3可燃氣體探測器工作原理框圖(3)溫濕度傳感器模塊工作原理及框圖溫濕度傳感器主要檢測屋內(nèi)溫度和濕度，當室內(nèi)溫度和濕度過高超出預(yù)設(shè)閾值，由單片機進行數(shù)據(jù)分析再做判斷，發(fā)出報警信息。系統(tǒng)輸入關(guān)系如圖2-4：圖2-4溫濕度傳感器工作原理框圖(4)室內(nèi)失火檢測模塊工作原理及框圖紅外光檢測型火光報警器探測區(qū)域內(nèi)如果存在火光，火光中某一波長的紅外信號可以觸發(fā)傳感器元件，將信息通過模擬信號傳輸至單片機，單片機指揮系統(tǒng)發(fā)出險情報警。系統(tǒng)輸入關(guān)系如圖2-5圖2-5火光報警器傳感器工作原理框圖2.4顯示系統(tǒng)框圖LCD1602液晶顯示屏顯示內(nèi)容分上下兩行，設(shè)置三種顯示模式：分別為年月日和時間信息、系統(tǒng)溫度和濕度信息以及報警值、火災(zāi)和可燃性氣體信息及報警值。可通過按鈕進行切換顯示信息。系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系如圖2-6。圖2-6顯示系統(tǒng)框圖2.5發(fā)聲報警模塊蜂鳴器與單片機連接，當接受到指令時發(fā)聲報警。系統(tǒng)輸入關(guān)系如圖2-7圖2-7蜂鳴器系統(tǒng)框圖2.6GSM通信模塊GSM通信模塊可以系統(tǒng)進行雙向通信，可以接收單片機信號發(fā)送報警信息給系統(tǒng)預(yù)設(shè)聯(lián)系人，也可以通過向系統(tǒng)發(fā)送預(yù)先設(shè)置的指令，查詢室內(nèi)實時信息。與單片機直接連接，接收指令，GSM模塊控制關(guān)系如圖2-8。圖2-8GSM模塊原理框圖

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計分析3.1核心控制單元設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計的主控芯片為AT89C52型單片機，是室內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分,可以連接硬件各模塊，實現(xiàn)本系統(tǒng)設(shè)計的功能。（1）AT89C52單片機概述AT89C52是一種8位低電壓微控制器，芯片包含8K只讀存儲器（ROM）和256位隨機存取存儲器（RAM），采用ATMEL高精度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。圖3-1AT89C52結(jié)構(gòu)框圖（2）AT89C52單片機的功能特性AT89C52單片機（圖3-2）由一個能夠進行反復(fù)擦寫的Flash存儲器和一個現(xiàn)今社會普遍使用的微處理器構(gòu)成。因為該單片機閃存的特性，使用AT89C52單片機進行系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，可以有效降低開發(fā)成本。（3）AT89C52單片機引腳功能與封裝AT89C52單片機的功能引腳主要由電源、可與外界連接的晶體濾波器和多功能輸入輸出口，操控及初始化組成。其封裝引腳圖如圖3-3所示。圖3-2ATC89C52單片機圖3-3AT89C52引腳圖引腳功能說明如下表3-1：表3-1AT89C52芯片引腳功能表管腳功能VCC電源電壓GND接地引腳P0P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口分線分時轉(zhuǎn)換地址（低八位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。P1口是一個內(nèi)部帶上拉電阻的8位雙向I/O口，P1P1口的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P1端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作為輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。（4）AT89C52單片機的電路設(shè)計AT89C52與R1、R2、C3、按鍵組成上電復(fù)位電路，排阻RP1和晶體振蕩器X1、電容C1、C2組成的時鐘電路組成最小連接系統(tǒng)。時鐘電路中的C1、C2設(shè)置電容值為22Pf,可對頻率起微調(diào)作用。排阻RP1作為上拉電阻，電源通過時給負載提供電流。晶體振蕩器X1選用12MHZ的，與單片機的反向放大器構(gòu)成振蕩器，給單片機提供時鐘信號。單片機復(fù)位錯誤問題可以通過上電復(fù)位電路中的電容C3濾除高頻干擾來解決。按鍵復(fù)位電路有上電復(fù)位電路中的按鍵和電阻R1構(gòu)成。最小電路連接圖如下圖3-4圖3-4AT89C52電路連接圖3.2數(shù)據(jù)信息采集模塊1.濕度信息采集使用DHT11溫濕度傳感器（如圖3-5）,該傳感器內(nèi)部有一個電阻值隨濕度的變化進行濕度測量的電阻式感濕元件和一個電阻值隨溫度變化而變化的感溫元件，制作技術(shù)主要采用數(shù)字采集和溫濕度傳感技術(shù)。該傳感器具有操作簡單、性能穩(wěn)定、體積小、功耗低、測量精度高、抵抗外界干擾能力好、價格便宜等優(yōu)點。測量精度：溫度誤差2攝氏度、濕度誤差百分之五左右，測量范圍：溫度零下二十攝氏度到六十攝氏度、相對濕度百分之五到百分之九十五，優(yōu)良的性能使其成為各種環(huán)境下檢測溫濕度信息的最佳選擇。產(chǎn)品采用四針單排引腳封裝，進行線路連接時簡單方便。圖3-5DHT11溫濕度傳感器圖3-6DHT11溫濕度傳感器電路連接圖2.人體感應(yīng)信息采集對此項信息的采集使用人體紅外熱釋電傳感器（如圖3-7）。利用該傳感器的特性，對檢測區(qū)域內(nèi)的人體紅外輻射變化進行警情監(jiān)測。通過將檢測的信息轉(zhuǎn)化成電壓信號，傳送至主控制器，對接收的信息進行處理，判斷出檢測區(qū)域內(nèi)是否有人非正常闖入。圖3-7熱釋電紅外傳感器該傳感器能夠檢測人體紅外輻射變化的主要原因是頂端有一個菲涅爾透鏡，該透鏡可以將體溫正常的人類釋放出紅外光信號折射到傳感器內(nèi)部，并將檢測區(qū)域分為多個明區(qū)和暗區(qū)，以體溫變化的形式產(chǎn)生紅外熱輻射信號來檢測該區(qū)域。該傳感器也有一定的缺點（1）如果檢測區(qū)域內(nèi)闖入的體溫異常的人時，可能會出現(xiàn)判斷失誤的情況。（2）菲涅爾透鏡只能檢測出人類所釋放出的紅外光，如果檢測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的是其它動物，就無法檢測出。由于這種傳感器的特性，對于設(shè)計安裝的位置也需要認真考慮，才能發(fā)揮出該傳感器的最好效果。電路連接圖3-8。圖3-8人體紅外熱釋電傳感器電路連接圖3.可燃氣體信息采集使用可燃氣體探測器（圖3-9），該傳感器內(nèi)部的元件會與空氣中的甲烷等有害氣體發(fā)生反應(yīng)，傳感器內(nèi)部電阻值會發(fā)生變化，來進行警情監(jiān)測。（圖3-10可燃氣體探測電路連接圖）圖3-9可燃氣體探測器圖3-10可燃氣體探測器電路連接圖4.火災(zāi)報警信息采集使用紅外光檢測型火光報警器（圖3-11），該傳感器工作原理是檢測火光中釋放出特殊波長的紅外光信號觸發(fā)傳感器元件，進行室內(nèi)失火檢測。檢測到失火信息是，將信息發(fā)送給單片機，系統(tǒng)程序會做出相應(yīng)的措施?；鸸鈭缶瘋鞲衅髂K電路連接圖如下圖3-12。圖3-11紅外光檢測型火光報警器紅外光檢測型火光報警器特性介紹如下：（1）主要對火焰產(chǎn)生的波長敏感，能夠檢測波長800nm至1200nm的火焰光波長。（2）檢測范圍廣，普通的打火機在80cm內(nèi)的火焰光波長都可檢測到。（3）藍色電位器可進行微調(diào)，改變傳感器靈敏度。（4）電源要求極低，適用于一般電路，工作電壓3.3V～5V。（5）能直接輸入開關(guān)量，檢測判別方便。（6）紅外光檢測型火光報警器設(shè)有螺絲孔，安裝方便。了解了該傳感器的特性，在設(shè)計安裝時，要對可能使傳感器發(fā)生誤判的情況，提前設(shè)想到，安裝時要保留足夠的安全距離。當檢測區(qū)域出現(xiàn)失火情況時，傳感器會第一時間將觸發(fā)信號傳送至核心控制器，將信息反饋給用戶。電路連接如圖3-12：圖3-12紅外光檢測型火光報警器電路連接圖3.3液晶顯示模塊3.3.1LCD1602顯示屏使用LCD1602液晶顯示模塊，它的作用是進行時間顯示以及記錄警情發(fā)生的時間，增加系統(tǒng)的使用便捷性。是直接在PCB板上裝配字符型液晶顯示屏、少量電阻、電容元件、結(jié)構(gòu)件、控制驅(qū)動主電路及其擴展驅(qū)動電路而成的。圖3-13LCD1602型液晶顯示屏本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示屏(實物如圖3-13)作為主控顯示屏使用，其中主要顯示時間信息，室內(nèi)溫度信息，以及系統(tǒng)中各傳感器狀態(tài)的信息，讓系統(tǒng)使用起來更加方便。這個液晶模塊有功耗很小、體積不大、能顯示較多、不重這些優(yōu)點。電路連接圖如圖3-14所示：圖3-14LCD1602型液晶顯示屏電路連接圖3.3.2DS1302時鐘芯片使用DS1302實時時鐘芯片(圖3-15)，是DALLAS公司推出的低耗并能夠涓流充電的芯片。它主要實時處理時鐘/運算日歷為使用者自動提供具有秒、分、時、日、月、年等多種運算信息，每個國家或地區(qū)的國際時鐘運算及閏年的國際時鐘運算系統(tǒng)都可為使用者做出相應(yīng)調(diào)整，時鐘天數(shù)運算中的操作管理人員也完全可以通過選擇AM/PM標志位格式來自行決定自己是否可以采取24或12小時的不同時間運算格式。時鐘芯片電路連接如圖3-16：圖3-15DS1302時鐘芯片圖3-16DS1302時鐘芯片電路連接圖時鐘芯片與單片機之間進行串口通信。引腳說明如表3-3：表3-3DS1302引腳說明管腳功能X1X2晶振管腳GND地RST復(fù)位腳I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳SCLK串行時鐘Vcc1Vcc2電源供電管腳3.4發(fā)聲報警模塊本模塊設(shè)計采用蜂鳴器（實物如圖3-17），蜂鳴器采用直流低壓供電，發(fā)出一定頻率的聲音進行報警，是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，應(yīng)用范圍極其廣泛，應(yīng)用于社會各行各業(yè)。蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等幾部分構(gòu)成。圖3-175V直流型蜂鳴器本設(shè)計采用的是5V直流型蜂鳴器。工作原理是：電流通過電磁線圈，電磁線圈通過產(chǎn)生磁場，使振動膜震動。所以要有電流要足夠，才能驅(qū)動這個蜂鳴器，我在電路連接中使用三極管對電流進行放大，進而驅(qū)動蜂鳴器，實現(xiàn)設(shè)計功能。電路連接圖如圖3-18：圖3-185V直流型蜂鳴器電路連接圖3.5GSM短信報警系統(tǒng)電路的設(shè)計GSM通信模塊是一個通訊模塊，此模塊也是本系統(tǒng)設(shè)計的核心部件，系統(tǒng)設(shè)計采用此模塊的主要原因是進行收發(fā)信息。本系統(tǒng)設(shè)計重點使用GSM通信模塊的短信功能，所以在選擇該模塊使用的元器件時，我們考慮的重點是短信收發(fā)功能和GSM模塊控制電路這兩方面的難易程度。本系統(tǒng)設(shè)計采用的GSM模塊是TC35i模塊（如圖3-19），由西門子公司自主研制生產(chǎn)。圖3-19TC35i通信模塊系統(tǒng)通信的便利性主要靠使用的TC35i模塊實現(xiàn)，通過TC35i模塊向系統(tǒng)聯(lián)系人發(fā)送室內(nèi)傳感器檢測到的突發(fā)狀況，進行險情報警。系統(tǒng)設(shè)計的查詢功能也要通過TC35i模塊實現(xiàn)，系統(tǒng)預(yù)設(shè)聯(lián)系人發(fā)送查詢指令到TC35i模塊，查詢屋內(nèi)各傳感器采集的實時信息，將危險扼殺在搖籃中。由于仿真軟件中沒有設(shè)計要使用的TC35i模塊，所以使用仿真軟件的模擬終端來代替TC35i模塊。電路連接圖如圖3-20：圖3-20模擬終端電路連接圖TC35i有40個管腳，按使用功能可分為五類，分別是電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計主要包含有火災(zāi)檢測、可燃性氣體檢測、人體非正常入室檢測、以及溫濕度檢測，各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給核心控制器，判斷是否需要進行報警，如需報警處理，則單片機會將報警信息分別發(fā)送給蜂鳴器和GSM模塊。蜂鳴器發(fā)聲，GSM模塊發(fā)送報警信息給戶主，戶主也可以通過發(fā)送信息查詢室內(nèi)情況。程序流程圖圖4-1圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.2數(shù)據(jù)信息采集模塊軟件設(shè)計人體熱釋電在家中無人時，程序啟動，檢測到有人非正常狀態(tài)進入室內(nèi)，會反饋信息到核心控制器，核心控制器控制發(fā)送報警信息，蜂鳴器報警，GSM模塊發(fā)送警情信息給戶主。（如圖4-2）圖4-2非正常入室報警子程序流程圖可燃氣體探測器實時發(fā)揮作用，采集的信息超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)閾值時，核心控制器控制發(fā)送報警信息，蜂鳴器報警，GSM模塊發(fā)送警情信息給戶主。系統(tǒng)流程圖4-3：圖4-3可燃氣體泄露報警子程序流程圖火光中會釋放出一種獨特的紅外信號,火光傳感器通過對檢測區(qū)域內(nèi)紅外光信號的檢測進行失火檢測。當室內(nèi)失火時，將信息傳送給單片機，通過單片機控制各子程序模塊進行報警。系統(tǒng)流程圖4-4：圖4-4失火報警子程序流程圖溫濕度傳感器通過對室內(nèi)的溫濕度進行監(jiān)測，對夏天室內(nèi)高溫中暑以及室內(nèi)自來水等管道老化造成的危害進行監(jiān)測。通過對室內(nèi)溫度和濕度的監(jiān)測設(shè)置報警范圍，起到防護作品。系統(tǒng)流程圖4-5：圖4-5溫濕度報警子程序流程圖4.3顯示模塊軟件設(shè)計主控顯示屏采用LCD1602液晶顯示屏顯，通過DS1302時鐘芯片控制年，月，日以及時間的顯示，LCD顯示屏實時顯示時間及年月日信息，數(shù)據(jù)信息采集模塊的傳感器如DHT11溫濕度傳感器、紅外光檢測型火光報警器、可燃氣體探測器的信息也可通過按鈕切換在LCD1602液晶顯示屏上顯示。程序流程圖如圖4-6：圖4-6顯示模塊流程圖4.4GSM模塊軟件設(shè)計GSM通信模塊選擇采用的TC35i通信模塊，該模塊使用人數(shù)多、功能齊全，是向用戶傳輸信息的核心部分，短信可以提示的信息有溫濕度、人體非正常闖入；失火；可燃氣體泄露。當系統(tǒng)判定到為有警情時，將信息被發(fā)送到系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置好的聯(lián)系人。程序流程圖（如圖4-7所示）。系統(tǒng)初始化啟動過程中，單片機與GSM設(shè)定為串口通信方式，波特率設(shè)置GSM模塊初始化各種參數(shù)和標志位，因為本系統(tǒng)設(shè)計只需要使用GSM通信模塊的短信功能，所以需要設(shè)置在文本模式中的設(shè)置標簽定義功能，實現(xiàn)對我們想收到的信息的內(nèi)容。圖4-7GSM程序流程圖編程是可以根據(jù)TC35I的AT控制指令，在程序定義階段完成SIM卡的讀取操作，設(shè)定戶主電話號碼以及不同傳感器報警信息的字符串內(nèi)容。

5系統(tǒng)調(diào)試與分析5.1系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)在日常使用中，是一套規(guī)模龐大并且全面對室內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)控的系統(tǒng),所以要充分考慮到整套住宅的各個方面,對于傳感器的測量范圍以及測量精度都有嚴格且不同的要求。對應(yīng)不同類型的房屋構(gòu)造，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計也都會做出相應(yīng)的調(diào)整,所以本次系統(tǒng)設(shè)計就是制作一套簡易模型化的室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng)。簡單地將系統(tǒng)中所涉及的各個傳感器和模塊進行了組合,以此模擬在現(xiàn)實生活中室內(nèi)中遇到各類突發(fā)狀況時,檢驗一下我們設(shè)計制作的這套系統(tǒng)反應(yīng)速度及應(yīng)對策略。設(shè)計一套基于單片機的智能控制系統(tǒng)，主要由軟件設(shè)計調(diào)試、硬件設(shè)計調(diào)試及仿真實驗三個部分組成,首先要設(shè)計好標準化的系統(tǒng)流程圖,在正式開始研究和制作系統(tǒng)的硬件電路之前,我們必須對方案做一個簡單的設(shè)計,通過仿真實驗的形式,先用PROTEUS連接好電路原理圖,在KEIL軟件上編寫好模擬程序,對系統(tǒng)可行性做一個實驗測試。通過仿真實驗驗證了系統(tǒng)的可行性，開始硬件電路的設(shè)計制作調(diào)試，對硬件電路的設(shè)計制作，首先需要在對各模塊使用的傳感器進行精細的選擇，然后對電路布局進行周密的計算測量。在對硬件部分進行調(diào)試時，需要對預(yù)先設(shè)計好的的各個模塊進行單獨連接和調(diào)試，調(diào)試合格之后，才可以連接加入主電路，在對設(shè)計好的整個硬件系統(tǒng)進行總體測試前，一定要確保各模塊都可以正常工作，要對其進行單獨的測試。在我們對硬件各個模塊進行單獨的調(diào)試工作過程時,各模塊對應(yīng)的軟件程序也應(yīng)該完成。對系統(tǒng)的設(shè)計工作剛剛開始進行時，就要針對這些軟件程序進行設(shè)計修改，軟件程序的調(diào)試修改一直貫穿在整個系統(tǒng)設(shè)計中。最后進行整合階段的軟件調(diào)試工作，這一步也是最難最復(fù)雜的。當各個模塊的電路全部被接入到主控制電路后,需要將整合好的程序完成燒錄,開始對整個系統(tǒng)各模塊之間協(xié)同運行工作的能力進行了測試和調(diào)整,并最終在完成對系統(tǒng)的調(diào)試,到此整個系統(tǒng)的設(shè)計和制作全部完成,之后即是進一步對系統(tǒng)的功能進行優(yōu)化。5.2系統(tǒng)設(shè)計仿真調(diào)試5.2.1硬件設(shè)計仿真硬件部分的設(shè)計仿真使用軟件PROTEUS，世界上唯一集成電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和模擬軟件仿真軟件合一的EDA工具軟件。。我們對本系統(tǒng)設(shè)計使用的元器件主要有單片機AT89C52、人體紅外熱釋電傳感器、可燃氣體探測器、紅外光檢測型火光報警傳感器、DHT11溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示屏、DS1302時鐘芯片、TC35i模塊以及5V直流型蜂鳴器。由于軟件PROTEUS中沒有人體紅外熱釋電傳感器，可燃氣體探測器，紅外光檢測型火光報警傳感器及TC35i模塊。硬件部分設(shè)計使用ADC0832模塊來替換人體紅外熱釋電傳感器，通過檢測滑動變阻器的電壓值來模擬可燃氣體在空氣中的百分比。用ADC0832模塊來替換可燃氣體探測器，當檢測到的值小于128時將紅外標志位清0表示沒人，否則將標志位置1。用ADC0832模塊來替換紅外光檢測型火光報警傳感器，當檢測到的值小于128時將火災(zāi)標志位清0表示沒有火災(zāi)，否則將標志位置1，表示發(fā)生火災(zāi)。用仿真軟件里面的模擬終端來代替TC35i模塊。硬件電路連接如圖（5-1）圖5-1硬件電路連接圖5.2.2軟件程序調(diào)試軟件部分程序我們使KeilC51來進行編程，是一款很好的開發(fā)工具，KeilC51主要通過C語言進行程序編寫。Keil提供了一套完整的開發(fā)軟件，包括c編譯器、宏匯編、插件、庫管理、強大的模擬調(diào)試器等完整開發(fā)方案，這些組件由集成開發(fā)環(huán)境組合在一起。首先，對各模塊進行編程，并與PROTEUS軟件進行聯(lián)合仿真測試，完成對各模塊程序的改進。最后，完成對單片機的源代碼編寫，生成hex文件，燒錄進單片機中。完成軟件程序部分的調(diào)試工作。部分程序截圖（圖5-2）圖5-2部分程序截圖5.2.3系統(tǒng)調(diào)試仿真完成了對硬件部分和軟件程序部分的設(shè)計調(diào)試，將KeilC51軟件生成的hex文件燒錄進電路的核心控制器單片機里，對本次系統(tǒng)設(shè)計進行總體仿真實驗，對設(shè)計的系統(tǒng)進行各種環(huán)境狀況的模擬，設(shè)計的系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)正常運行，單一的溫度、濕度、火災(zāi)、紅外、非正常入室觸發(fā)報警系統(tǒng)及多種險情同事發(fā)生觸發(fā)報警系統(tǒng)，觸發(fā)報警信息的上限修改，LCD顯示信息切換，短信查詢室內(nèi)實時信息等功能，通過模擬各種情境查看系統(tǒng)能否正常運行，來驗證設(shè)計系統(tǒng)的可行性。系統(tǒng)調(diào)試仿真隨機其中選取了幾種進行驗證。(1)系統(tǒng)無警情正常運行。系統(tǒng)正常運行時，各模塊傳感器正常運行，對室內(nèi)監(jiān)測區(qū)域進行信息收集，單片機對傳感器采集信息進行險情評估，室內(nèi)主活動區(qū)域的LCD顯示屏顯示時間信息，也可通過主活動區(qū)域設(shè)置的按鈕切換顯示信息，切換信息顯示分別時間、溫濕度及紅外火災(zāi)可燃氣泄漏三種切換顯示模式，圖內(nèi)的黑框是模擬用戶手機，系統(tǒng)正常運行時無險情信息發(fā)送。仿真實驗如圖5-3。圖5-3無報警信息防真實驗圖(2)溫濕度報警模塊我對其設(shè)置溫度超過40攝氏度、相對濕度超過80％便進行報警。主要防止室內(nèi)溫度過高對家人造成傷害，濕度過高可能會發(fā)生的水管老化漏水以及其它漏水情況造成財產(chǎn)損害。報警方式有LCD顯示報警信息，室內(nèi)蜂鳴器發(fā)聲以及發(fā)送報警信息給用戶，圖中黑框內(nèi)的信息便是向預(yù)設(shè)的聯(lián)系人發(fā)送的報警信息。單獨的溫度過高或相對濕度過高都會觸發(fā)報警，圖5-4是溫濕度同時超出閾值，觸發(fā)系統(tǒng)報警功能的仿真圖。圖5-4溫濕度報警實驗仿真圖(3)火災(zāi)、非正常入室及可燃氣體泄露報警模塊當空氣中的可燃氣體濃度達到80％，火災(zāi)傳感器顯示值為“1”，非正常闖入信息“1”時觸發(fā)系統(tǒng)報警。主要防止室內(nèi)燃氣泄漏對家人造成傷害，入室盜竊以及家中失火帶來的人身財產(chǎn)損害。報警方式有LCD顯示報警信息，室內(nèi)蜂鳴器發(fā)聲以及發(fā)送報警信息給用戶，圖中黑框內(nèi)的信息便是向預(yù)設(shè)的聯(lián)系人發(fā)送的報警信息。單獨的警情信息均可觸發(fā)系統(tǒng)報警。圖5-5是可燃氣體泄漏，室內(nèi)失火及人體非正常入室三種險情觸發(fā)報警系統(tǒng)。圖5-5火災(zāi)、非正常入室及可燃氣體泄露報警仿真實驗圖(4)GSM模塊查詢室內(nèi)實時信息通過手機發(fā)送系統(tǒng)預(yù)設(shè)的查詢指令C，可收到室內(nèi)實時信息。圖5-6圖5-6短信查詢功能仿真實驗圖

6總結(jié)與展望6.1總結(jié)通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我在設(shè)計過程中學習了室內(nèi)安全以及智能家居等方面的專業(yè)知識，了解了許多以前學習生活中沒有接觸學習過的專業(yè)知識，并且把所學習到的相關(guān)專業(yè)知識運用到了實際操作中,使我的能力得到了巨大提升。本次系統(tǒng)設(shè)計中所使用到的各種傳感器和技術(shù)在當前社會都已經(jīng)很成熟和完善。當室內(nèi)發(fā)生某種突發(fā)情況時,警情信息可以被傳感器迅速地采集到,然后及時將這些警情信息傳輸并發(fā)送到微控制器,微控制器將警情信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給預(yù)先為設(shè)置好的聯(lián)系人,全部的過程只有短短幾秒,卻能夠做到讓我們及時準確地了解住宅內(nèi)部可能發(fā)生的具體信息,讓我們快速做出相應(yīng)的解決對策,以防給我們的生命財產(chǎn)安全造成不可估量的損害。硬件設(shè)計方面，我設(shè)計制作了五個單元模塊，分別是核心控制單元的單片機模塊、控制收發(fā)信息的無線通訊單元GSM模塊、收集信息單元的數(shù)據(jù)信息采集模塊、進行信息顯示單元的LCD顯示模塊以及報警單元的蜂鳴器報警模塊，如果住宅內(nèi)發(fā)生突發(fā)性事件時，室內(nèi)的數(shù)據(jù)信息采集模塊可以迅速的采集到信息，然后馬上將信息傳輸給核心控制單元，LCD液晶顯示屏會顯示具體的報警信息，蜂鳴器報警模塊會發(fā)出報警聲音，GSM通信模塊會給系統(tǒng)預(yù)設(shè)的聯(lián)系人發(fā)送報警信息。以便戶主可以及時做出合理有效地應(yīng)對措施。在現(xiàn)實生活中,一套成熟完善的室內(nèi)安全監(jiān)測系統(tǒng),是集傳感器、微型計算機、自動檢測技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機控制于一體的產(chǎn)品,通過先進的智能化方式進行管理,解決室內(nèi)安全問題。在當今時代快節(jié)奏的生活中,人們對于室內(nèi)安全這方面越來越重視,已經(jīng)有越來越多人通過移動終端開始對家中所有事務(wù)都進行了檢測和自動化的控制。可以說室內(nèi)安全和智能家居這一新概念是時代技術(shù)發(fā)展下的新產(chǎn)物,是現(xiàn)代社會人們不斷改善和提高的物質(zhì)生活，和社會經(jīng)濟飛速發(fā)展下的產(chǎn)物,室內(nèi)安全及智能家居的高效性可以幫助現(xiàn)代社會的人們在繁忙的工作和生活中，能夠隨時隨地查看家中的情況,改善了現(xiàn)代人的生活壓力。雖然中國在這方面還處于發(fā)展狀態(tài)，和發(fā)達國家相比還存在著不小的差距。但隨著我們的高速發(fā)展，經(jīng)過我們的努力，中國會迎頭趕上，走在世界的前沿。6.2存在的不足與改進本次設(shè)計的系統(tǒng)是模擬模型系統(tǒng),完全通過有線連接的方式進行電路連接，這種連接方式在實際應(yīng)用中可行性并不高。當今社會室內(nèi)面積有大有小,室內(nèi)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，完全通過有線連接的方式將會給室內(nèi)的美觀性帶來較大的影響,這種完全通過有線連接的方式只能夠在房子設(shè)計裝修階段通