家庭安防系统课程设计Word文档格式.docx
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3.画出系统功能实现流程图。
4.编写控制程序。
、设计报告正文
1.总体设计
1.1开发与运行环境
本设计以C语言为开发语言，在KEILUVISI0N4软件平台上进行C程序的编辑，连接和调试，最终与proteus仿真软件相结合，进行相关的电路仿真及修改，最后利用protel99SE软件进行产品的PCB绘制和设计，最终完成电路的焊接和调试，制作出成品。
1.2硬件功能描述
此报警器可实现通过温度度或红外传感器检测指定位置温度、通过烟雾传感
器检测家庭烟雾浓度，通过触发电子开关、红外传感器等元件检测是否有人从窗户等地方进入，然后进行报警管理，具体如下：
（1）实现对温度和烟雾浓度等级的显示，上电自动显示初始时间“X-YY”,“X”表示烟雾浓度等级，共分五个等级，“丫丫”表示此时的环境温度。
（2）当第一次按下第一个弹性按键时进入设置温度报警下限状态，数码管显示“L-YY”，通过第二个和第三个按键可以进行温度下限的加与减。
（3）当第二次按下第一个弹性按键时进入设置温度报警上限状态，数码管显示“H-YY”，通过第二个和第三个按键可以进行温度上限的加与减。
（4）当第三次按下第一个弹性按键时进入设计烟雾报警等级状态，通过第二个和第三个按键可以进行烟雾浓度报警等级的加与减。
（5）当红外传感器检测到有人通过，或者当环境的温度或烟雾浓度超过设置的数值，蜂鸣器发出声音进行报警。
2.硬件结构
该报警器主要包括单片机、复位电路、按键电路、供电电源、温度检测模块烟雾和红外检测模块等几部分，单片机我们选择的是51系列单片机，便宜且好
实现。
电子钟总体设计如图1所示。
图1电子钟的总体设计
2.1硬件模块描述
（1）数码管显示部分
该报警器显示只需4位，格式为“X-丫丫”，因此需采用4个数码管，采用1个4位一体的共阳极数码管，若使4个数码管正常显示，必须采用数码管的动态扫描方式，即每一时刻只有一个数码管点亮，采用软件延时和人眼的视觉停留效果，使人眼看到的数码管是同时点亮的。
因此需要用8个端口控制数码管的段选，即决定数码管显示什么字符，4个端口控制数码管的位选，即决定该时刻让哪个数码管点亮。
考虑到数码管采用动态扫描方式，即循环扫描数码管的8位,
并将显示字符送入段选段，采取直接用P0口控制数码管的8个段选，为了加强驱动数码管的能力，在数码管的为选段加入三极管。
P2口控制位选。
数码管连
接如图2。
图3按键连接电路
（3）MQ-2烟雾传感器部分
此部分为为烟雾传感器，分为五个等级，当环境的烟雾浓度超过设置的浓度等级，蜂鸣器发出滴的声响，可通过按键关闭或开启，若无手动操作，如烟雾浓度持续超过限度都会报警。
闹钟连接如图4所示。
图4闹钟连接电路
（4）测温模块
为使电路最大限度简化，数字温度传感器显然优于模拟温度传感。
在以前使
用的温度传感器中，DS18B20独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，使得其脱颖而出，
加之之前的一些使用经验使得编程容易许多。
故温度传感选DS18B20测温
模块如图5所示
DNG
CQCDV
■
VC
1
iF
2
3
R23
4.7K
P3.3
DS2
DS1820
图5测温模块电路
C
（5）电源模块
为了焊接电路简单，我们选择使用外接电源直接提供，简单、好实现。
电源
模块如图6所示3.
图6电源模块电路
5）红外传感器模块
红外传感器模块当有人接近时，单片机会检测到高电平，到没人时检测到的是低电平。
1234
3.软件设计
3.1主流程逻辑设计
在主程序中设置定时器定时器0工作在方式一，开始循环扫描个按键的状
态，检测到该按键按下，则执行相应的程序，其中按键一的按下还有标志位，每
次按下标志位都加一，根据标志位的不同可对温度和烟雾的报警上下限调整。
主
程序流程图7如下图所示。
图7主程序流程图
3.2温度和烟雾设定逻辑设计
时间设定模块的设计要点是按键的去抖处理与“一键多态”的处理。
即只涉及3个键完成了烟雾和温度参数的设定。
软件法去抖动的实质是软件延时，即检测到某一键状态变化后延时一段时间，再检测该按键的状态是否还保持着，如是则作为按键处理，否则，视为抖动，不予理睬。
“一键多态”即多功能键的实
现思想是，根据按键时刻的系统状态，决定按键采取何种动作，即何种功能。
时
间设定流程图如图
其中DS18B2啲操作序列如下。
典型的单总线命令序列如下：
第一步：
初始化；
第二步：
ROM命令跟随需要交换的数据；
第三步：
功能命令跟随需要交换的数据；
（每次访问单总线器件，必须严格遵守这个命令序列。
）
如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。
但是这个准则对于搜索ROM命令和报警搜索命令例外。
在执行两者中任何一条命令之后，主机不能执行其后的功能命令，必须返回至第一步。
1初始化
基于单总线上的所有传输过程，都是以初始化开始的。
初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。
应答脉冲使主机知道总线上有从机设备，且准备就绪，复位和应答脉冲的时间详见单总线信号部分。
2ROM命令
在主机检测到应答脉冲后，就可以发出ROM命令。
每种命令长度为8，主机在发出功能命令之前必须送出合适的ROM命令。
ROM命令的操作流程如图3所示。
ROM命令字如下：
•READRO命令代码］33H0：
如果只有一片DS1820可用此命令读出其序列号，若在线DS1820多于一个，将发生冲突。
•MATCHROW代码］55HC：
多个DS1820在线时，可用此命令匹配一个给定序列号的DS1820此后的命令就针对该DS1820
•SKIPROM命令代码［CCH:
此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS1820
•SEARCHRDH令代码］F0H］：
用以读出在线的DS1820的序列号。
•ALARMSEAR命令代码］ECH：
当温度值高于TH或低于TL中的数值时，此命令可以读出报警的DS1820
3功能命令
•WRITESCRATCHP命令代码］4EH:
写两个字节的数据到温度寄存器。
•READSCRATCHP命令代码［BEH］:
读取温度寄存器的温度值。
•COPYSCRATCHPAD代码］48H］：
将温度寄存器的数值拷贝到EEROM中，保证温度值不丢失。
•RECALLE命令代码］B8H：
将EERO中的数值拷贝到温度寄存器中。
•READPOWERSUP命令代码］B4H］：
在本命令送到DS1280之后的每一个读数据间隙，指出电源模式：
“0”为寄生电源；
“1”为外部电源。
4DS18B20时序及信号方式
所有的单总线器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。
该协议
定义了几种信号类型：
复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1。
所有这些信号，除了应答脉冲以外，都由主机发出同步信号。
并且发送所有的命令和数据都是字节的低位在前，这一点与多数串行通信格式不同（多数为字节的高位在
前）。
初始化序列：
复位和应答脉冲
单总线上的所有通信都是以初始化序列开始，包括：
主机发出的复位脉冲及
从机的应答脉冲，如图9所示。
当从机发出响应主机的应答脉冲时，即向主机表
从机竝低急线电阻上竝
图9DS18B20复位与应答脉冲
明它处于总线上，且工作准备就绪。
在主机初始化过程，主机通过拉低单总线至少480卩s，以产生（Tx）复位脉冲。
接着，主机释放总线，并进入接收模式（Rx）。
当总线被释放后，5k上拉电阻将单总线拉高。
在单总线器件检测到上升沿后，延时15-60卩s,接着通过拉低总线60-240卩s，以产生应答脉冲。
4.1写时隙
存在两种写时隙：
“写1”和“写0”。
主机采用写1时隙向从机写入1,而采用写0时隙向从机写入0。
所有写时隙至少需要60卩s,且在两次独立的写时隙之间至少需要1卩s的恢复时间。
两种写时隙均起始于主机拉低总线（图5所示）。
产生写1时隙的方式：
主机在拉低总线后，接着必须在15卩s之内释放总线，由5k上拉电阻将总线拉至高电平；
而产生写0时隙的方式：
在主机拉低总线后，只需在整个时隙期间保持低电平即可（至少60卩s）。
在写时隙起始后15-60卩s期间，单总线器件采样总线电平状态。
如果在此期间采样为高电平，则逻辑1被写入该器件；
如果为0,则写入逻辑0。
4.2读时隙
单总线器件仅在主机发出读时隙时，才向主机传输数据，所以，在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便从机能够传输数据。
所有读时隙至少需要60卩s，且在两次独立的读时隙之间至少需要1卩s的恢复时间。
每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1卩s（图5所示）。
在主机发起读时隙之后，单总线器件才开始在总线上发送0或1。
若从机发送1,则保持总线为高电平；
若发送0,则拉低总线。
当发送0时，从机在该时隙结束后释放总线，由上拉电阻将总线拉回至空闲高电平状态。
从机发出的数据在起始时隙之后，保持有效时间15卩s，因而，主机在读时隙期间必须释放总线，并且在时隙起始后的15卩s之
内采样总线状态。
Vpu
1-wiRE.e.^te
GND
3.3AD0832逻辑设计
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。
其内部电源输入与参考电压的复用，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。
ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CSCLKDODI。
但由于D0端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以D0和DI并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。
当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表1。
TABLE6,MUXAciaressing：
ADCO832Single-EndedMUXMode
MUXAddrese
Channel#
SGL/
DIF
ODD/SIGN
O
+
COMisirtterrruHytiecjtoAG1MD
TABLE7.MUXAddressing:
ADCO832DifferentialMUXMode
MUXAddress
ODD/
SIGN
—
如表1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。
当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。
当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。
当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。
到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。
从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7,随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。
直到第11个脉冲时发出最低位数据DATAQ—个字节的数据输出完成。
也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0
随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。
最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。
更详细的时序说明请见表2。
CijKiUi
ADC0832Timing
yi<
5«
ii»
kiiuni4i»
muiiisn
JwmmwmRm
T
CUIhlTtaTH
DlPSELKT[Gl
9FT10
MUISITUIG
*iME
MURKrCAT!
L51RUJCAU
ADC0832程序流程图如图11所示。
图11ADC0832程序流程图
|rnini
4.设计结果
4.1原理图及PCB绘制
123456
利用protel99SE软件进行作品的电路设计和PCB绘制，如图12、图13所
示。
图13多功能电子钟PCB
4.2编程及调试
根据绘制的原理图，以C语言为开发语言，在KEILUVISI0N4软件平台上进行C程序的编辑，连接和调试，最终与proteus仿真软件相结合。
仿真效果如图14所示，程序见附录1。
图14报警器仿真效果
4.3实物作品
焊接电路后，测试成功，实物效果如图15所示。
图15实物效果
三、设计总结
在本次综合课程设计，我主要负责的是软件部分的ADC0832和18B20的程
序。
在写程序的过程中我总结了一下几点需要注意的地方：
1•在写程序之前一定要读懂芯片手册，特别是芯片的初始化，芯片的各个管脚的定义和时序图。
2•程序流程图起了很大的作用，在复杂的程序中帮我们理清了思路，在写程序中让我们少走弯路。
3•在写程序的时候一定要对函数名和各个位定义的名称特别注意，要有规范的写程序的格式，不然对后面检查修改程序造成麻烦。
通过这次课程设计，我也发现了不少问题。
比如，在使用keil软件的时候对
它的编译环境不是很熟，导致总是报错，但是最后还是被我克服了。
总的来说还是有不小的收获。
经过这次的设计，我对AD转换和各个芯片的通信更加熟悉了，对于读芯片的能力又有了提高。
当然这次课程设计虽然经过了我们的努力，但是肯定还是存在这很多不足，希望老师批评指正，我们很乐意接受。
2006.
2006.
2007.
四、参考文献
[1]万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计与应用•中国科学技术大学出版社
[2]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].人民邮电出版社,
[3]张萍.基于数字温度计DSI8B20的温度测量仪的开发[J].自动化仪表，
附录
附录1报警器程序
#include<
AT89X52.h>
#ineludevintrins.h>
#include"
DS18B20.h"
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineSETP1_0//定义调整键
#defineDECP1_1//定义减少键
#defineADDP1_2//定义增加键
#defineBEEPP3_4〃定义蜂鸣器
#definehujiaoP1_3
sbitHC=P1A5;
//
sbitADCS=P3A7;
sbitADCLK=卩3人5;
sbitADDI=P3A6;
sbitADDO=P3A6;
bitshanshuo_st;
//闪烁间隔标志
bitbeep_st;
//蜂鸣器间隔标志
bitflag=0;
〃紧急呼叫标志
sbitDIAN=P2A5;
//小数点
uintabc;
ucharx=4;
//计数器
signedcharm;
//温度值全局变量
ucharn;
ucharset_st=0;
//状态标志
signedcharshangxian=30;
//上限报警温度，默认值为30
signedcharxiaxian=5;
//下限报警温度，默认值为5
ucharnongdu=4;
ucharcodeLEDData[]={0x28,0xeb,0x32,0xa2,0xe1,0xa4,0x24,0xea,0x20,0xa0};
/*****延时子程序*****/
voidDelay（uintnum）
{
while（--num）;
}
/*****初始化定时器o*****/
voidInitTimer（void）
TMOD=0x1;
TH0=0x4c;
TLO=OxOO;
//50ms（晶振11.0592M）}
/*****定时器0中断服务程序*****/
voidtimerO（void）interrupt1
TL0=0x00;
x++;
/*****
读取温度*****/
voidcheck_wendu（void）
uinta,b,c;
c=ReadTemperature（）-5;
//获取温度值并减去DS18B20的温漂误差a=c/100;
II计算得到十位数字
b=c/10-a*10;
II计算得到个位数字
m=c/10;
〃计算得到整数位
n=c-a*100-b*10;
〃计算得到小数位
if（m<
0）{m=0;
n=0;
}II设置温度显示上限
if（m>
99）{m=99;
n=9;
/*****显示开机初始化等待画面*****/
Disp_init（）
P2=0xf7;
〃显示-
P0=Oxbf;
Delay（200）;
P0=0xef;
P0=Oxfb;
P0=0xfe;
P0=Oxff;
II关闭显示
I*****显示温度子程序*****/
Disp_Temperature（）〃显示温度
P2=LEDData[m%10];
II显示C
Delay（300）;
P2=LEDData[mI10];
II显示个位
PO=Oxef;
P2=0xf7;
〃显示十位
P2=LEDData[abc];
〃显示百位
P0=0xff;
I*****显示报警温度子程序*****/
Disp_alarm（ucharbaojing）
P2=0x3c;
//显示C
P0=0xbf;
P2=LEDData[baojing%10];
//显示十位
P2=LEDData[baojing/10];
//显示百位
P0=0xfb;
if（set_st==1）P2=0x61;
elseif（set_st==2）P2=0x3d;
//上限H、下限L标示P0=0xfe;
//关闭显示
Disp_nongdu（ucharbaojing）〃烟雾浓度报警显示
P2=0xff;
P2=LEDData[baojing];
〃显示浓度
voidAlarm（）
if（（m>
=shangxian&
&
beep_st==1）||（m<
xiaxian&
beep_st==1））BEEP=1;
elseif（abc>
=nongdu&
beep_st==1）BEEP=1;
//elseif（HC==1）BEEP=1;
//
elseBEEP=0;
if（x>
=10）{beep_st=~beep_st;
x=0;
voidAlarm1（）
if（beep_st==1）BEEP=1;
ucharADC0832（bitmode,bitchannel）//AD转换，返回结果
uchari,dat,ndat;
ADCS=0;
//拉低CS端_nop_（）;
_nop_（）;
ADDI=1;
//第1个下降沿为高电平
ADCLK=1;
//拉高CLK端
ADCLK=0;
//拉低CLK端，形成下降沿1
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