智能住宅安防报警系统设计Word文件下载.doc
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系统开关控制系统开始/结束工作，系统开始工作后需要先设定当前时间，确认后系统正式开始工作，系统可检测来自气体传感器的信号以及光敏传感器的信号以供判断是否有险情，一旦测到险情，先读取当前时间写入数组，并触发报警电路自动拨号报警。
用户回来后，可利用查询键查询何时发生何种险情。
[14]
图2.1系统框图
2.2方案选择
2.2.1MCU的选择
MCU的选择主要从功能的完成能力、功耗、效率、成本等方面考虑。
当前市场运用比较广泛的MCU有以下几类：
.以CPLD、FPGA为代表的一类复杂可编程逻辑器件，这类MCU的特点是功能强大、处理能力较强、支持非常高的处理频率，但是这类MCU的操作比较复杂，而且相对于一个较小的系统MCU的利用率不高，功耗也比较大、成本较高。
[15]
.以ARM、DSP为代表的一类强大的嵌入式数据处理控制器，这类MCU具有强大的处理能力，多用于复杂的数据处理，或者生产智能手持设备等，这类MCU的处理能力虽然强大，但是成本以及功耗都相对较大，而且相对于本次设计的学习及研究目的来看不可取。
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.以51系列单片机为代表的一类8位MCU处理器，这类处理器的特点有功耗低、处理能力较强、支持较高的工作频率，但是这类MCU对于高频的实时数据采集以及大容量数据处理时会出现错误活不准确。
基于以上分析结合本设计的一些要求，采用51单片机作为MCU是比较明智以及合理的选择。
其一本系统所占用的系统资源并不多51单片机足够使用，而其他两者使用在本设计上则显得有些浪费；
其二本系统的数据采集及处理上并不需要非常高的速率以及非常大的容量；
其三51单片机的处理上相对其他二者有独到的优势，其对于C语言的兼容性决定了设计的开发周期可以大大的压缩。
根据本设计的详细功能分析，具体将采用STC89C52作为主控芯片。
2.2.2人机界面的选择
所谓人机界面是指系统使用者在对系统进行相应的初始化设置时，和系统进行信息交换的一个可视化界面，本设计的人机界面主要是为了显示一些相对简单的提示语以及记录下的危险信息。
人机界面的设计可以采用接口将系统和上位机通信，通过上位机的软件面来实现，但是这种实现方案比较复杂，而且必须保证拥有一台电脑，从设计及成本的角度上予以否定；
另外一种方案是采用1602液晶来作为人机界面，鉴于本设计人机交互信息比较少，故采用本方案。
2.2.3设置、查询输入模块选择
系统上电启动后需要设置相应的参数以待工作，系统检测到危险后记录下后，用户可以通过查询装置查询历史危险记录。
以上操作应该有一个输入装置来实现，鉴于以上操作都是触发了的动作，故很容易联想到使用一些按键装置来实现。
本设计应该有以下按键：
开/关键、设置时间键、加键、减键、显示下组信息键。
这些按键可以通过续流二极管再通过两个反相器在外部中断口上，然后再将这些按键分别连接一些I/O上，这样可以比较准确的判断按键。
3STC89C52简介
图3.1STC89C52外形及引脚
STC89C52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除上万次。
该器件与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，STC89C52是一种高效微控制器，STC89C52是它的一种精简版本。
STC89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
[17]外形及引脚排列如图3-1所示。
3.1主要特性：
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128×
8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路[18]
3.2管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下列所示：
口管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（记时器1外部输入）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
[19]
4系统各功能模块设计
4.1单片机最小系统的设计
单片机在本设计承担的任务比较繁重既要实现对控制传感器输入的检测，要对案件的监测，要实时记录险情，还要控制液晶的现实。
[20]
单片机要能正常的工作，必要的条件是供电及晶振。
以下是单片机的晶振及复位电路：
图4.1单片机晶振及复位电路
4.2液晶接口设计
在上章节的方案选择里面我们已经确定了用1602液晶来实现系统的显示部分，下面介绍下1602液晶的一些属性以及使用方法。
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1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线，下面是1602的实物图及引脚图及其管脚说明表：
图4.21602液晶实物图及引脚图
表4.11602液晶管脚说明表
下面介绍下1602液晶的操作相关知识。
1602的寄存器选择控制表如下表所示：
表4.21602液晶寄存器选择控制表
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：
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“A”。
因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'
A’。
1602通过D0~D7的8位数据端传输数据和指令。
.显示模式设置：
（初始化）
00110000[0x38]设置16×
2显示，5×
7点阵，8位数据接口；
.显示开关及光标设置：
00001DCBD显示（1有效）、C光标显示（1有效）、B光标闪烁（1有效）
000001NSN=1（读或写一个字符后地址指针加1&
光标加1），
N=0（读或写一个字符后地址指针减1&
光标减1），
S=1且N=1（当写一个字符后，整屏显示左移）
s=0当写一个字符后，整屏显示不移动
.数据指针设置：
数据首地址为80H，所以数据地址为80H+地址码（0-27H，40-67H）
.其他设置：
1H（显示清屏，数据指针=0，所有显示=0）；
02H（显示回车，数据指针=0）。
.通常推荐的初始化过程：
延时15ms
写指令38H
延时5ms
（以上都不检测忙信号）
（以下都要检测忙信号）
写指令08H关闭显示
写指令01H显示清屏
写指令06H光标移动设置
写指令0cH显示开及光标设置
完毕[22]
图4.31602液晶写数据时序图
根据以上资料可以比较方便的对液晶进行操作，下面是1602液晶接口原理图：
图4.41602液晶接口图
4.3系统输入设计
本设计的输入包括传感器信号的输入及按键输入，传感器输入将作为单独的一节在4.6节中详细讨论，本节将详细讨论按键模块的设计。
根据上章节的讨论，本设计需要5个按键，每个按键的一段反向通过通过续流二极管再通过两个反相器后接到单片机的INT1口，并且该端分别与P2口的端口相连，按键另外一段直接与地相接。
这样当有按键被按下后，单片机的INT1端产生一个低电平，触发外部中断1中断函数，然后读取P2口的值，通过分析可以判断出按下的是哪个按键。
系统输入模块的原理图如下：
图4.5系统输入模块原理图
4.4系统输出设计
系统的输出包括系统指示灯、危险指示灯已经智能拨号报警模块，其中的智能拨号报警模块将在下一节中详细介绍，这里不作讨论。
本节主要介绍各个指示灯的简单驱动，本设计对于指示灯部分要求比较简单，直接采用电平驱动法，即给一个低电平灯亮，反之灯灭。
下面是系统输出原理图：
图4.6系统输出模块原理图
4.5拨号报警模块设计
本设计的拨号报警模块将采用技术成熟新锐科技公司生产的EX-1智能拨号报警模块，该模块是基于holtekMCU开发的一个集成智能拨号模块。
[23]
EX-1拨号模块是集DTMF信号接收、存储、发送为一体的通讯电路。
模块内置的单片机和拨号管理程序能为用户提供多种信号输入输出端口，可在安防警报、信号采集、自动化控制、远程通讯信息传递等领域灵活应用。
[24]
4.5.1智能拨号报警模块的外形图及引脚定义
该模块的外形图如下所示：
图4.7EX-1智能拨号报警模块外形图
该模块的引脚定义如下表所示：
引脚号
名称
功能
描述
1
PHA
接电话线
接电话线外线
2
PHB
3
VCC
电源正极
接5V直流电源正极
4
HTO
高电平触发
当引脚出现高电平时，模块开始拨号
5
ON/OFF
允许/禁止
双稳方式工作，接高电平打开拨号设定，再次接高电平关闭拨号设定
6
ERR
电话线故障
集电极开路输出端，当电话线出现短路、断路时输出截止
7
READY
拨号完毕
当预设号码发送完毕时输出高电平
8
EXA
音频输入
输入要传送的音频信号
9
LED
状态指示输出
接指示灯。
和板载指示灯同步工作，表示模块当前所处的的工作状态
10
LTO
断路触发
当引脚与负极断路时，模块开始拨号
11
GND
电源负极
接5V直流电源负极
表4-3EX-1智能拨号报警模块引脚定义表
4.5.2智能拨号报警模块的功能介绍
EX-1智能拨号报警模块具有以下功能：
1、5组手机或7组市话号码存储，掉电不丢失；
2、增强信息传递通路，提供外部音频信号输入端；
3、板载/外部信号输入方式可预置；
4、电话机/外部开关两种拨号状态控制方式；
5、电话线路状态检测功能，自动输出故障信号；
6、工作状态指示输出；
7、拨号完毕自动输出提示信号；
8、触发一次，循环九遍拨打预置号码；
9、远程中断、复位功能；
10、独立工作，独立拨号，不依赖电话机等外部设备；
11、标准SIP引脚封装，PCB装配灵活。
4.5.3智能拨号报警模块的号码录入
想要拨号模块正确拨打欲通知的电话号码必须把要拨打的电话号码预先录入拨号模块，在录入之前您需要做完以下准备工作：
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（1）、检查拨号模块，把第10、11脚连通，以确保模块处于未触发状态；
（2）、把电话线连接到PHA、PHB；
（3）、一部与模块连接在同一条电话线上的双音频电话机；
（4）、为模块接通5V直流电源；
以上准备工作请严格按步骤完成，如接通电源后指示灯出现常亮，请拿起听筒按“#”键使其熄灭。
准备工作完成后就可以进行正式的录入操作了，操作时请拿起电话机听筒（为保证录入顺利，请不要使用免提），然后按以下步骤执行：
步骤
操作
模块指示
长按“*”键待指示灯亮起后松开
指示灯由不亮变为常亮，表示已进入号码接收状态，等待输入电话号码
输入欲通知的电话号码
每按一个数字指示灯熄灭一次表示输入有效
如需输入另外几组电话号码按“#”，如不需要输入其他号码请按“*”结束录入操作
按“#”键指示灯熄灭一次，同时听筒传出“嘀”的确认音，表示可以开始输入下一组电话号码；
按“*”键指示灯由亮变为熄灭，同时听筒传出“嘀”的确认音表示录入操作结束，模块自动退出录入状态。
输入另外一组电话号码
操作同第3步
同第3步
在操作过程中按“*”键或者当输入号码组数达到存储极限时，模块会自动退出录入状态，同时状态指示灯自动熄灭，听筒传出“嘀”的确认音。
当需输入新的电话号码以替代原预置的号码时，请按以上步骤重新录入即可，结束录入操作后原号码自动被删除并替换为新输入的号码。
表4-4EX-1智能拨号报警模块录入号码操作步骤表
4.5.4智能拨号报警模块的应用电路
图4.8EX-1智能拨号报警模块应用电路图
如上应用电路图所示，当系统录入号电话号码后，按照上图的连接，当HTO端出现一个高电平（或者LTO端出现一个低电平）后系统自动触发拨号功能，据此我们可以将MCU得输出口输出的低电平通过反相器输出到HTO端口，这样很方便的实现了MCU对拨号报警模块的控制。
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4.6传感器模块设计
本设计的传感器模块主要用于检测火灾、煤气泄漏、盗贼进入危险信号进行监测。
[27]
经过分析及查阅相关资料，打算采用TX05D型的红外发射式传感器对盗情信号进行监测。
基本原理是，改传感器具有一对红发发射接收装置，发射装置不断发出红外线，当有人经过时，接收端接收到发射的红外立马输出一个低电平给MCU处理。
而对于火灾、煤气泄漏将采用基于QM-N5的气体业务传感器来实现，QM-N5传感器在接触到可燃性气体及烟雾时，其阻值降低，使555时基电路复位端即4脚电压上升，当电压达到555时基电路电源电压的1/3时，其输出端即3脚输出高电平再通过一个反相器变成低电平送给MCU处理。
[28]
传感器模块的原理图如下所示：
图4-9传感器模块原理图
5系统软件设计
5.1系统程序框图
5.1.1主程序框图
图5.1主程序框图
5.1.2外部中断1中断程序框图
Y
N
B
A
Tempfalg赋为0
中断开始
按下设置时间键？
读取P2值，关闭中断。
C
按下“切换”键？
Tempfalg赋为6
Tempfalg赋为5
有盗情危险信号？
有火情危险信号？
按下“开关”键？
Tempfalg赋为3
Tempfalg赋为4
Tempfalg赋为2
按下“减”键？
Tempfalg赋为1
按下“加”键？
图5.2外部中断中断程序框图
开启中断，返回。
系统当前为设置工作状态，根据前面判断按键是否关机、切换或者是否有危险信号，并进行相关动作。
Flag=2？
系统当前为设置时间阶段，根据前面判断按键是否关机、加、减，并进行相关动作。
Flag=1？
系统当前为关机状态，根据前面判断按键是否为开始，并进行相关动作。
Flag=0？
5.2液晶显示程序及按键中断程序设计
本设计的程序设计的难点在于液晶显示以及按键检测及危险信号检测上，故本节将详细介绍这两个模块。
5.2.1液晶显示程序设计
本设计中对于1602液晶的操作主要是将一些固定的字符写入1602的寄存器中，以达到在液晶上显示的效果。
结合4.2节的讨论，我们可以定义出液晶的写指令以及写数据函数，定义好这两个函数后，在后面的程序中可以很方便的调用来达到在指定位置显示指定内容的效果。
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//定义液晶控制端口
sbitlcdrs=P1^0;
sbitlcdrw=P1^1;
sbitlcden=P1^2;
voiddelayms（uintz）//毫秒延时函数
{
uinti,j;
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