基于单片机的家庭防盗系统设计.docx
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基于单片机的家庭防盗系统设计
基于单片机的家庭防盗系统设计
摘要
本设计是以STC89C52单片机为核心控制芯片设计的一款智能家庭防盗系统。
主要包括三大模块：
温湿度检测模块、烟雾检测模块以及人体红外检测模块。
温湿度检测模块通过采集数据进行判断，当温度湿度超过设定的警报值时，指示灯亮起，蜂鸣器报警。
环境温度和湿度没有达到警告值时，警报会自动启动。
烟雾探测模块使用实时监控环境气体、甲烷和烟雾的烟雾检测器来检测环境烟雾。
烟的浓度和烟太多的话，蜂鸣器会发出警报，指示灯会告诉你。
问题解决了的话，会发出警报。
人体红外线探测模块可以根据人体在室外的运动状况来判断。
如果有人处于展开状态，请指示蜂鸣器发出警报，注意入侵者。
警报只能手动解除。
此外，它还具有关机时的节能功能，即使手动关机也能继续报警，使警报更加智能。
关键词：
单片机STC89C52，温湿度传感器，烟雾传感器，人体感应
1绪论
1.1研究背景
随着我国经济的飞速发展，带动了建筑行业的发展，而建筑行业在不断发展的过程中，难免会出现一些室内污染的现象。
所以由于市场对于室内环境检测的需要，室内环境检测这个行业就随之产生了[1]。
虽然室内环境检测行业飞速的发展，但是由于人们的认知就由局限性，盲目性，所以室内环境检测行业仍然存在很多的问题，例如其检测的机制不健全。
本文通过分析室内环境检测的现状，针对室内环境检测存在的一些问题，提出相应的解决方法。
望对阅读者有借鉴意义。
室内环境监测是朝阳行业，它与人们的生活密切相关。
该设计对室内烟雾浓度以及温度实现了检测与显示,而且有超标声光报警功能，为人们的生活环境的安全提供了一种有效的防护系统。
没有夜与夜共存的空气是无法生存的，但是在工业化时代绿色的家庭环境是无法保证的。
所谓智能房间的安全系统是一系列系统，被认为是实时监控设备的总和。
以安全为主要目的，以各种高科技设备和手段为基础，以社会经济的发展和进步为主要目标，完善人、设备和周围环境，使之不断。
家庭安全系统的应用越来越广泛，科技含量也越来越高。
先进的安全系统代表着现代科学技术的最新成果。
产品和技术的结晶和体现。
现代高科技。
不良的装修加剧了室内空气污染，从而营造良好的居住环境，提高建筑业水平，建筑材料的装饰和人体健康保护是卫生、建筑、环境保护等行业面临的共同问题。
1.2国内外发展
1.2.1国外研究现状
世界上室内空气质量的相关研究在近30年来发展迅速。
丹麦技术大学的Fanger教授在1978年在丹麦的哥本哈根召开了第一届国际室内空气大会（The1stInter.Conf.ofIndoorAir）, 之后每过三年都会在世界其他国家举办室内空气之。
2005年，清华大学建筑科学部成功举办了第十届国际室内空气大会（The10thInter.Conf.ofIndoorAir），参与会者1000余人，外国代表700余人，第一国际商会成立30年后（2008），第十一届国际室内空气质量大会（The10thInter.Conf.ofIndoorAir）又回到丹麦哥本哈根。
为了纪念为国际室内空气质量的发展做出贡献的Fanger教授，有关室内空气质量的国际会议急剧增加，给世界带来了影响：
HeathyBuilding;Roomvent,Clima2000等，清华大学由江亿
自赵荣义院士主办第一届国际暖通空调大会以来，连续17年，每4年召开5次会议。
室内空气质量已经成为一系列国际会议的主要议题之一。
世界上一些发达国家也十分重视室内空气质量的研究，美国空调和废物处理学会室内空气质量也是美国冷冻和空调学会年会的重要议题之一。
1.2.2国内研究现状
随着我国经济的迅速发展，人们在享受现代文明和社会繁荣的同时，也饱受室内空气污染之苦。
杭州室内环境检测 机构想说：
因此，各种室内环境净化治理产品也应运而生，经过多年发展，现在已经形成了一个新兴的行业——室内环境检测与治理行业。
在我国，小区安全报警系统已经成为实现小区安全智能化管理的重要系统，根据建设部的规定，主要包括电视监控、防范警报、帮助、煤气泄漏警报等功能。
火灾警报等，该系统是相对完善的安全系统，基于可视对话，主机功能不断扩展，增加室内扩张，接收所有室内探测器的报警信号，室内机具有多个检查接口。
可以接收诸如烟雾检测器、温度检测器、红外和微波检测器、漏气检测器等的警报信号。
与国外相比，我国智能住宅的安全系统存在很大的不足。
现在，普通住宅的主要防范措施只限于防止门窗被盗。
发生灾害时很难避难，安全措施不足。
加强居民的安全意识。
安全系统也需要普及。
在中国，以北京、深圳、上海、广州等先进城市为首，近年来智能住宅的发展趋势已形成。
公安部、建设部要求智能小区建立安全系统。
大连华乐宜环海花园所有房屋均采用一级家庭安全系统设计。
家庭安全系统包括四个功能。
主要功能：
电子窗帘式格栅窗口、智能门管理、紧急呼叫、假报警自动解除功能。
系统采用独立的无停电电源，家庭安全系统停电时，自检系统会自动向安全中心通报。
安全中心的电脑随时记录着每个家庭的安全系统是否安全。
室内振动报警头（门坏了的时候可以检测振动。
）设置了。
红外线和微波双重探测的报警头（可检测室内人员的存在）和警报控制器，警报控制器的核心是宏处理器。
检测两个警报头的输入信号，设定新密码，接收遥控器的输入信号。
实现声光警报，通过电话线向110发送警报信号，系统配备了8Ah的可充电电池。
近几年来，国内外智能住宅和智能小区的快速发展是信息技术发展寻求更广泛的市场、信息技术产业渗透到传统产业的必然结果。
智能住宅和智能小区建设的目标是为人们提供方便的信息交流、安全舒适的生活环境。
智能住宅区的发展是住宅产业现代化的必然选择，随着智能技术的发展，智能住宅区的发展是住宅产业现代化的必然选择。
警报系统在智能单元的应用主要表现在三个方面。
是检查智能、监视智能、防止干扰的智能。
探测器使用微处理器实现了探知智能化，不仅可以直接探测、分析、处理火灾信号，还可以对环境变化做出迅速反应。
软件构建的算法用于综合比较。
操作参数的自动调整和智能判断；监控智能是以探测器计算机为基础的软件。
在欧美一些国家，致力于无线火灾探测警报系统的研究。
今天，随着中国经济的不断发展，人们的生活已经从小康社会变成全面的小康社会，大量的耐用消费品进入了普通老百姓的家。
人们的安全意识越来越强，逐渐接受了在自己家里引入高品质、低成本、功能完善的安全防护系统，同时人类也进入了21世纪。
智能住宅已经开始受到人们的关注。
作为智能住宅的组成部分，安全系统也朝着多功能、全方位、集成化、智能化的方向发展。
2设计内容以及基本功能
2.1设计内容以及基本功能
2.1.1设计内容
本设计的基本控制系统采用STC89C52单片机和传感器采集温度。
按烟的浓度和湿度、按钮输入温度阈值和烟的浓度阈值，在屏幕上实时显示温度和湿度数据。
陌生人进来的时候，通过红外线人体传感器检查入侵者是否进入并报警。
2.1.2设计基本功能
智能家庭防盗系统具有以下几个基本功能：
（1）主控部分：
系统的核心芯片由STC89C52宏处理器控制各模块的动作。
（2）温湿度检测部分：
使用DHCT11型单总线的数字温度湿度传感器，在LCD602上进行数据收集和显示。
温湿度误差小，分辨率高，抗干扰能力强。
（3）火灾检测部分：
采用MQ-2型气体传感器和ADC0809型模拟转换器实现基本功能，通过这些传感器和芯片，当环境中的可燃性和有毒气体浓度发生变化时，系统会发出相应的光警报信号和声音警报信号，实现火灾警报和智能警报。
（4）显示部分：
通过LCD1602对系统状态进行显示。
（5）人体感应部分：
由HC-SCR501模块实现，该模块的主要功能是通过热红外传感器检测入侵者的红外辐射。
当将其转换为超低频信号并通过电路放大输出时，检测器使用红外探测探测探测来检测预定范围内的状况，当发生危险时，将信号发送到单面机进行处理。
控制蜂鸣器和LED的点亮发出警报。
2.2系统方案
该设计基于STC89C52智能室安全系统，使用湿度和温度传感器测量室内湿度和温度。
之后，利用烟传感器测量室内的烟浓度，通过测定温度、湿度、烟浓度，控制电机的旋转和警报模块，分析并判断用单芯片收集的信号。
控制司机在不同条件下的状态，通过4个LED显示系统的工作温度和湿度，通过电脑实时检查室内的状态。
STC89C52
单片机
温湿度传感器模块
红外人体感应
报警模块
LCD显示模块
烟雾传感器模块
ADC0809采集模块
图2.1系统硬件结构
2.3单片机的选型
方案1：
STC89C52单片机
STC89C52是一款高性能、低功耗的8位CMOS单片机，具有4K字节的ISP（系统内可编程）闪存只读程序存储器。
该器件采用STC高密度非易失性存储器技术，兼容标准MCS-51指令系统和80C51引脚结构，集成8位通用处理器和ISP闪存单元。
强大的STC89C52微处理器可以为许多嵌入式控制应用系统提供经济高效的解决方案。
方案2：
STM32F103单片机
STM32F系列是ST公司生产的基于Cortex-M3的32位低端ARM微控制器，根据芯片的闪存大小可分为3种。
小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）和大容量（256K，这个芯片集成了计时器、CAN、ADC、SPI、I2C、USB、UART等周边功能。
内部集成设备多，外围电路简单，精度高，处理速度快，但价格相对高[11]。
综上所述：
该系统采用STC89C52作为控制单元，性能不及STM32F103的宏处理器，但满足系统的要求，性价比高。
2.3温湿度传感器的选型
方案1：
DHT11温湿度传感器
DT11是具有校准数字信号输出的温湿度传感器，其精度为+-5%RH，温度+-2℃，湿度范围为20-90%RH，温度-50℃。
DHCT11型数字湿度传感器也是校准数字信号输出的复合式温度湿度传感器，通过特殊的数字模块收集技术和温湿度测量技术，该传感器采用电阻式湿度传感器、由NTC温度传感器和8位高性能座椅构成。
产品有质量好、抗干扰、可靠性高的优点。
各DHCT11传感器用高精度的湿度校准箱进行校准。
校准系数在OPP存储器中有程序存储。
传感器检测到信号处理时调用。
单线串行接口。
促进和加速系统集成。
非常低的消耗功率和非常小的体积是这种应用的最佳选择。
适用于严格的应用。
产品采用4针单列钢丝包装，容易连接。
方案2：
SHT11温湿度传感器
SHT11是瑞士科学公司开发的数字温度湿度传感器，广泛应用于消费电子、自动控制、暖气、换气、空调等领域。
在汽车等领域，SHT11温湿度传感器集的温度测量、信号变换、湿度测量、加热等功能为一体。
如图2所示，A/D转换等功能由电容式高分子湿度传感器和能隙材料温度传感器构成，两个敏感元件将湿度和温度转换为电信号并通过。
输入弱信号放大器14位的A/D转换器。
最后通过双线串行数字接口发送数字信号。
SHT11在出厂前以恒温恒湿条件进行检查，检查系数保存在检查记录中。
校准系数会在测量过程中自动校准传感器信号。
另外，加热元件集成在SHT11上。
打开加热元件℃，SHT11的温度约为5°C有提高的可能性。
该功能的主要目的是比较加热前后的湿度和温度值，全面研究两个传感器元件在高湿度（95%RH）条件下的功能。
加热传感器不仅防止传感器结露，还提高了精度，缩短了响应时间，加热后SHT11的温度上升，相对湿度降低，与加热前的测量值稍有不同。
DHCT11和SHT11的本质区别在于DHC11是由国内厂家广州奥森生产的，SHT11是由海外制造商瑞士盛世瑞恩生产的，性能和价格也各不相同。
DHCT11的核心部件是低成本、高价格比的湿度传感器。
因此最终选择DT11作为系统的温湿度传感器。
2.4人体感应方案
方案一：
使用红外对管作为人体感应
红外线管是红外线透射管和感光性受光管的总称。
在光谱中，波长大于0.76μM被称为红外线。
红外发射器由红外发光二极管组成。
pn结是高红外辐射效率材料（通常使用的砷化镓）。
正向偏置电压向pn结注入电流以激发红外。
pn结的光谱功率分布为830到950nm。
LED在英语中是发光二极管的简称。
显示了正温度系数。
电流越高，温度越高。
温度越高电流越大。
LED红外灯的功率与电流有关。
但是，如果正向电流超过最大额定值，红外线灯的发光功率就会下降。
方案二：
使用HC-SR501红外人体传感器
HC-SR501人体红外传感器，完美版HC-SR501是基于红外技术的自动控制模块，采用德国进口LHI778设计，灵敏度高，可靠性高，超低压工作模式。
它广泛应用于所有自动感应装置，特别是配备干电池的自动控制产品。
该系统使用此传感器来确定是否有人进入。
方案1的红外探测器可能误认其他物体，因此使用了方案2的红外人体检测模块。
2.5显示模块选型
方案1：
LCD1602显示屏
LCD602是工业用文字液晶显示器，可以同时显示16×02或32个文字。
其原理是利用液晶的物理特性，通过电压控制显示区域，即显示图形。
另外，也被称为1602文字的液晶显示。
用于显示数字、字母、符号等的点阵列液晶显示模块。
如5x7或5x11那样，由多个点排列的文字位构成。
每个比特都显示一个字符，每个比特都有一个空格，每个行都有一个空格，可以用作行和字符之间的间距，因此不经常显示图形。
方案2：
LCD12865显示屏
128x64匈牙利矩阵图形液晶显示模块，包括4/8位并行、3行或2行多接口串行，具有国家标准1级和2级简体字库。
128×16个汉字8192个，16*8ASCII字符集128个，接口方式灵活，操作说明简单方便。
可以形成完整的中文交互图形界面，8×4线16×也可以显示16点的汉字。
也可以进行图形显示。
低功率、低电压是其他显著特征，与同类图形网格液晶显示模块相比，该模块的硬件电路结构和显示程序简单且价格便宜。
比较两个选项，选项2的LCD12865的音量更大，分辨率更高，显示内容更丰富。
但是，价格比剧本1的LCD1602高。
方案1的LCD1602满足系统使用条件，价格相对较高，最终选择了方案1的LCD1602监视器。
3硬件电路设计
3.1处理器电路设计
3.1.1单片机介绍
STC89C51是低耗电且高性能的8位CMOS微控制器，采用ATMEL高密度非易失性存储器技术，在4K系统中具有可编程的闪存。
完全对应80C51的工业命令和领导。
芯片闪存可以在系统中编程程序内存。
STC89C51广泛应用于许多嵌入式控制系统，例如8位智能处理器或宏处理器系统中的可编程闪存。
1、拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash
2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）
3、内部程序存储器（ROM）为 4KB
4、内部数据存储器（RAM）为 256字节
5、32 个可编程I/O 口线
6、8 个中断向量源
7、两个 16 位定时器/计数器
8、三级加密程序存储器
9、全双工UART串行通道
10、低功耗空闲和掉电模式；
11、掉电后中断可唤醒；
12、看门狗定时器；
13、双数据指针；
14、掉电标识符 。
端口2（P2.0~P2.7）：
端口2是双向I/O端口，内部有提升电路，各导程可按4个负载LSTTL，端口2的输出设定为高电平时，该端口也可作为输入端口使用。
当外部程序存储器和数据存储器扩展到STC89C51时，如果P2提供高字节A8-A15，除了作为通用I/O端口使用之外，P2不能作为I/O端口使用。
端口1（P1.0~P1.7）：
端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，输出缓冲器可以驱动4个LS#负载TTL。
同样，当端口1的输出被设定为高电平时，从该端口输入数据。
使用8052或8032，P1.0用作计时器2的外部脉冲输入销，P1.1具有T2EX功能，并且可以用作来自外部的输入中断的触发销。
端口3（P3.0-P3.7）：
端口3有内部升降电路用的双向I/O端口，有用于驱动4个TTL负载的输出缓冲器。
串行通信、外部中断控制、定时计数控制、外部数据存储读写控制。
单片机引脚图如下图3.1所示。
图3.1：
单片机引脚图
3.1.2单片机最小系统介绍
宏处理器是利用超大型技术集成微处理器（CPU）、存储器（包括ROM程序存储器和RAM数据存储器）等的集成电路芯片。
同样芯片上的I/O接口电路（I/O接口）构成了一个紧凑而完美的计算机系统。
在宏处理器的程序控制下，可以正确、快速、准确地处理数据。
因此，宏处理器芯片具有计算机的所有功能。
宏处理器及其对应的外围设备和应用程序组成的应用系统称为最小系统，对于51系列的宏处理器，最小系统一般包括宏处理器、电源、电源等。
结晶振荡电路、复位电路。
包含89C51宏处理器、2宏处理器、5V直流13电源、12MHz晶体振荡器1的晶体振荡电路、30PF陶瓷芯片电容器2。
3.1.3晶振时钟电路
典型的晶体振荡器为11.0592MHz（因为9600和19200波特率可以准确地用于串行通信）/12MHz（可以为定时操作生成精确的US级时间间隔）。
单芯片用于形成振荡器。
通常，石英晶体和两个补偿容量通过XTAL1和XTAL2连接，形成自激振荡器。
图3.2表示X1、C1、C2。
石英晶体的频率是6MHz。
可根据情况选择12MHz或24MHz。
补偿能力通常约为30pF。
图3.2时钟电路图
3.1.4复位电路
小型宏处理器系统通常采用2种重置方式。
自动启动复位和手动按钮复位可以实现系统复位操作。
电源复位需要复位。
接通电源后自动复位。
手动复位是在宏机器电源接通时，用按钮将宏机器复位。
那个构造如下图所示。
自动电源将被复位。
通过装载电容器C3来实现，通过连接电阻R1和VCC，能够进行手动按钮复位。
宏处理器的复位电路与计算机的再启动部分相似。
电脑在使用中崩溃时，按下重启按钮，计算机程序从零开始。
宏处理器也一样。
执行宏处理器系统后，程序会在环境干扰时执行。
按下重置按钮后，内部程序将从零开始自动启动。
下图3.3是单机器复位电路图。
图3.3复位电路图
3.1.5供电电路
宏处理器的电源为5V，在使用锂电池等外部电源或恒定电流电源供给系统的情况下，必须使用块芯片向系统提供稳定的电压源。
系统采用78m05下拉芯片，为单芯片系统提供稳定的5V电压，电容器用于稳定的电压滤波。
下图3.4为系统供电电路图。
3.4系统供电电路
3.2红外人体感应电路
人体检查模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用从德国进口的LHI1778探头。
可靠性高，动作电压极低，工作电压低，耗电低，广泛应用于各种自动感应电气设备。
人体红外探测模块是无辐射的。
隐蔽性好，成本便宜。
3.2.1HC-SR501人体感应模块工作原理
由于他的周围体温为37度，人体发射的红外线波长约为10微米，人体红外探测模块的红外探测响应于人体发射的红外线，人体探测模块的菲涅耳滤镜吸收了人体发射的红外线最后会集中精力。
红外探测大大提高了模块的检测灵敏度。
人体红外线传感器模块一般采用散热器元件。
受人体红外线的变化影响，会产生正电荷和负电荷的不平衡，在之后的电路中检测到的话，后续的电路会产生高报警级别。
输出销可以与单芯片连接，也可以直接通过三极管或继电器控制。
3.2.2HC-SR501人体感应模块特性
1、连接车体传感器模块后，进行1分钟的初始化处理。
在此期间，模块会产生0到3次间歇输出。
初始化完成后，系统进入待机模式。
2、人体感应模块应该避免灯光、辐射这些干扰源与透镜太近，避免干扰。
3、人体检查模块采用进口LHI1778探测，探测窗口为矩形，由于外形因素，当人从左向右或从右向左通过模块时，模块检测速度快，灵敏度高。
如果人体在探测窗口中前后或上下移动，模块将无法检测数据变化，模块可能没有人，但可能没有输出。
如果模块放在了错误的位置上，灵敏度会变差或不动作，所以安装模块时，请务必记住模块的设置位置，保持多人活动的水平，尽量避免负面影响。
HC-SR501人体感应模块参数图如下图3.5所示：
HC-SR501人体感应模块
工作电压
直流4.5V-20V
静态电流
<50微安
电平输出
高3.3V低0v
触发方式
L不可重复触发
H可重复触发（手动调节）
延时时间
5-200S（可调节）
封锁时间
2.5S（可调节）
图3.5HC-SR501模块参数
3.2.3HC-SR501人体感应模块的电路实现
模块销1接地、端子2为信号输出，如果有人检测到，输出端子1。
如果无人，输出为0，模块具有延长功能，当系统检测到人离开时，传感器模块延迟输出3秒。
HC-SR501人体感应模块的电路图如下图3.6，实物图如下图3.7所示：
图3.6HC-SR501模块电路图
图3.7HC-SR501模块实物图
3.3LCD显示电路
在我们的日常生活中，液晶显示器并不少见，它已经被用于许多电子产品的传输设备，特殊符号和图形。
显示模块选用1602字符型液晶模块，它是目前工控系统中使用最广泛的液晶屏之一，由于它显示的质量高，电路图如图3.6所示，1602字符型液晶模块是点阵型液晶，驱动方便，经过编程后显示内容多样化。
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平
R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15脚：
背光源正极。
第16脚：
背光源负极。
LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符图有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母。
它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：
1为高电平，0为低电平）。
指令1：
清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H 。
指令3：
光标和显示模式设置 I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移。
S：
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。
C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。
B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位 S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令 DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线。
N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示。
F：
低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符（有些模块是 DL：
高电平时为8位总线，低电平时为4位总线）。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读出忙信号和光标地址。
BF为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
下图3.8为LCD16
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