1、摘要随着科技与生活质量的提升，现代生活的节奏加快，盗窃、入室抢劫、火灾等事件也随之增加，这毫无疑问地对社会的安定和人民的生活带来了很大的影响。人们在繁忙的生活中，不只是追求能有一个舒适的生存环境，更重视自己的生命和财产安全。因此，选择一种科学而又安全的方式来保护自己显得尤为重要，防火防盗报警器便成为目前需求量最大也最为实用的一种防护装置。本次课题是基于智能住宅安全防护设计的一款具有误报率低、可靠性高、使用方便、性价比高的防火防盗报警器。在本设计中，使用的是MCS-51系列单片机，具体的型号是AT89S51,利用热释电红外探测器HC-SR501和雷达式微波探测器XYC-WB-DC双重监测盗情，在
2、放火方面，主要从温度和气体浓度及烟雾方面进行入手，分别使用DS18B20和MQ-2来实现所需要的功能，并结合数字语音录放电路、GSM电路、LCD显示电路以及其他一些辅助电路实现火情盗情的实时语音拨号报警，相较于传统防火防盗报警器，大大提高了监测的准确度以及防护效率，而具有更高的实时性、可靠性。关键词：智能报警；防火防盗；AT89S51；传感器；语音拨号ABSTRACTWiththegradualimprovingofthescienceandtechnology,thequalityoflifehasbeenbetter,andtherhythmofmodemlifeisgettingfast
3、erandfaster.Atthesametime,thetheft,robbery,fireandotherincidentsarebecomingmoreandmore.Thereisnodoubtthattheseeventshavebroughtagreatimpactonthestabilityofpeopleslives.Inthisbusysociallife,peopleshouldnotbesatisfiedwiththecurrentsituation,acomfortableenvironment,buttheypaymoreattentiontotheirownsecu
4、rityoflivesandproperty.Therefore,itisveryimportanttochooseascientificandsafewaytoprotectyou.Thefirealarmsystemwillbecomethebiggestdemandandmostpracticalkindofprotection.Thisdesignisanalarmwithlowfalserate,highreliability,andeasytouse.Thiscost-effectivefireproofandtheftproofalarmsystemwasbasedonintel
5、ligentresidentialsecurityprotection.ThecoreisMCS-51seriesmicrocontroller(AT89S51),andthesystemusesapyroelectricinfraredsensors(HC-SR501)andaradarmicrowavedetector(XYC-WB-DC)tomonitorthetheft,andusesthesmokesensors(MQ-2)andtemperaturesensors(DS18B20)tomonitorthefire.Atthesametime,itcombinedwithdigita
6、lvoicerecordingcircuit,andGSMcircuit,alsotheLCDdisplaycircuitandotherauxiliarycircuitcanachievethefirealarmvoicedialing.Comparedwithtraditionalfireandtheftalarmsystem,thisdesignhasimprovedtheaccuracyofmonitoringandtheefficiency,alsothealarmsystemhashigherreliability.Keywords:IntelligentAlarm;Firepro
7、ofandTheftproof;AT89S51;Sensor;VoiceDial51.1 研究的目的和意义51.2 国内外研究现状61.3 我国家庭报警系统的发展趋势与展望71.4 论文主要工作81.5 本章小结8第章系统整体方案的分析与设Tt92.1 智能语音报警系统的要求92.2 系统整体设计思路92.2.1 传感器的选择92.2.2 语音报警的选择92.2.3 显示屏的选择102.3 系统的总体框架构成102.4 系统的基本原理与工作过程102.5 本章小结11系统硬件的分析与15rl,l123.1 单片机系统模块的分析与设计123.1.1 AT89S51单片机介绍123.1.2 单片机
8、硬件电路设计153.2 防火模块的分析与设计173.2.1 温度传感器DS18B20183.2.2 烟雾探测器MQ-2203.3 防盗模块的分析与设计223.3.1 热释电红外探测器HC-SR501233.3.2 雷达式微波探测器XYC-WB-DC253.4 智能语音拨号报警模块的分析与设计283.4.1 语音录放模块293.4.2 GSM拨号报警模块323.5 LCD显示屏模块的分析与设计363.6 本章总结39第四章系统软件的分析与设计404.1 编程软件介绍404.2 系统软件设计总体概述414.3 主程序及各功能模块程序424.3.1 主程序424.3.2 温度检测模块程序434.3.
9、3 GSM拨号报警模块程序444.3.4 1.CD显示屏模块程序464.4 本章小结47第五章系统的调试与实现485.1 硬件调试485.2 软件调试515.3 软硬件联合调试535.3.1 调试过程535.3.2 调试中遇到的问题575.4 本章小结57第八章总结与展望.586.1 工作总结586.2 展望59致谢.错误!未定乂书签。参考文献61附录A63第一章绪论1.1 研究的目的和意义随着科技生活与经济的迅猛发展，人们对物质的追求也越来越高，而随着经济的大幅度提高，人们开始不仅仅只满足于温饱，而将目光转向更高层次的精神与物质上来，也因此开始购买大量高档的物品。然而，在现实生活中，由于思想
10、教育与个人观念的不同，社会上仍然有一些不法分子存在着投机取巧的心理，想通过违法手段来获取非法利益，给许多住户带来了一定的威胁甚至危害，影响了正常的家庭生活。而家庭住宅的安全隐患还不止于此，为了生活更加便利，现在许多家庭都使用天然气、煤气作为厨房的燃料，冬日也时常用火箱、暖炉等工具取暖，虽然能给生活带来了诸多的便捷，但同时也增加了家庭住宅的火灾隐患。这些随之而来的，便是对于自身财产及安全的保障问题。如今，随着人们生活质量的稳步提高，人们对传统的家庭防护措施不再满足，而是要求有一个更加智能化安全化的住所，来保障自身以及财产的安全，而各式各样的防火、防盗产品也应运而生。其中，结合了防火与防盗双重功能
11、的家用报警器已成为目前最实用的家居防护装置。而随着时代的前进，电子系列产品同样在不停地推陈出新，层出不穷。科技飞速发展，科学技术作为中坚力量推动着整个社会，而人们在不断的进步与变化中，也在寻求着自身的安定，一个安定的环境和氛围也成为了人们最基本的需求和目的。对于家庭安全防范来说，市面上的防火防盗报警器一般都采用单片机作为控制核心，利用相关的探测器、传感器监测警情信号，单片机在接收到信号后，触发报警系统，产生强光并伴随着警铃。而这种报警器缺乏与外界及时联系的手段，在家中无人的情况下，警情发生后如若无法及时告知，仍然会存在财产损害的情况，而无法达到用户的实际目的，并且报警器存在着一定的误报率，尖锐
12、的蜂鸣声和强光容易影响附近居住用户的生活，给住户带来不便。所以，人们开始寻求一种能预知警情并及时处理相应事故的方法，以便能有效地提高住宅安全，减少财产损失，达到真正的“以防为主，防治结合”的目的。本课题所研究的防火防盗报警器，以MCS-51系列单片机为控制核心，提高了产品效率，利用热释电红外探测器和雷达式微波探测器双重监测盗情，利用温度传感器和感烟探测器集为一体的复合式火灾探测器双重监测火情，提高了产品的可靠性，大大降低了误报率和漏报率，且利用语音拨号报警装置，增加了与外界联系的手段，及时向住户报告相应的警情信息，提高了处理事故的机动性，达到了更加先进的预防效果，对及时发现安全隐患，挽回经济损
13、失有着重要的意义。1.2 国内外研究现状步入21世纪，人类进入了数字化、信息化的时代，智能家居便是这个时代衍生出来的产物，而安全防护技术作为智能家居的其中一项分支，也快速地发展了起来。据有关部门统计，近些年来，全球家庭安防网络监控市场正以百分之四十的增长率呈爆发式上升，由此可见市场需求潜力的巨大，各国的运营商以及厂商针对这一市场也纷纷推出了各式各样的安防产品以及服务。而在不同的国家，家庭安防体系的发展也相应不同。美国是安全保障行业最早形成的国家之一，由GokiBook杂志提供的数据可知，美国将近五分之一的家庭安装了带有监控装置的安防系统，家庭电子安防行业年业务额高达333.5亿美元。目前，美国
14、emWare公司又推出了一种新型的家庭远程监控系统，这种系统正在被广大美国家庭所认可，并普及开来。这种新型系统采用了全新思维理念的安全防护技术，能够让外出或工作的人们通过因特网来监控自己的住宅安全，用户只需要在计算机运行的网络浏览器软件中用鼠标点击一下，即可使用该技术达到监控的目的。据了解，编写在该系统中的软件不仅可以控制门锁的开关，还可以控制家中的恒温、安全、娱乐设备，例如空调，防盗窗，电视机等,甚至连家中的病人都可以实现无人监护。英国也是首批发展安全保障行业的国家之一，他们尤其重视视频监控方面的发展，将其运用于交通、医院、学校、银行、工业等重要场所,而安装了不少监控设备，数量在全球排至首位
15、也因此刺激了CCTV市场的发展，在现有情况下，每年仍以百分之二点九的速率稳步增长，其中，家庭联网视频监控也在逐步增加。而近期有关安全防护技术的展会一一2016年英国伦敦国际安全技术展览会(IFSEC2016)也将于2016年的6月21-23日在伦敦举行，此次的展出将会看到各类新品和最新技术，安全防范类、楼宇智能类、消防监控类、装备类、个人安全类都是此次展出的重点。在日本，有关家庭报警业务的发展十分快速，其中，西科姆公司更是在业界内公认的龙头老大。早在20世纪60年代起，西科姆公司就已经将自己的业务放在了安全服务运营商，并在上个世界八十年代正式推出了独创的综合家庭安全服务。西科姆公司在联网报警
16、服务上主要采用两种运营模式：设备购买制以及设备租赁制，目前，西科姆在日客户已达130万户，年营业额超50亿美元。不仅仅是西科姆公司，日本的电信公司NTT运用自己运营电信业务这一强大优势，打开了安全服务业务的大门，退出了i-mode模式，可以通过手机或者其他电子移动设备对家中的家电或其他设备进行操控，将M2M远程控制的理念应用在了远程监控方面。我国家庭安防报警市场发展时间并不长，相比较欧美等国家的家庭安防报警系统而言，我国的报警系统仍存在着较大差距，报警产品也相对较低。前些年我国的报警业务主要以ADEMC0、BOSCH、以色列EL、日本艾礼富等国外品牌为主。随着国外报警产品的引进，刺激并带动了我
17、国的家庭安防市场，以深圳、福建泉州为中心的安防产业迅速发展和壮大，形成自己的民族品牌，例如：福建冠林科技有限公司，自1990年创立以来便迅速发展，时至今日已拥有超50家分支机构，主打AH8000数字家居系统，是国内率先推出的以TCP/IP协议为基础的数字化在线智能家居系统；时刻防盗电子有限公司，主打产品为基于SK2S9GGSM/PSTN的双网报警控制器，可以通过电话进行报警，既可以使用家庭固定电话也可以使用GSM及手机进行报警，也就是说兼容了有线和无线的方法，十分便利；深圳市安博士电子科技有限公司，是与德国想过产业公司进行严密合作的公司，主要产品安博士全语音防盗报警器，这种报警器的特点是无线连
18、接，分区布防。除了能够实现应有的基本功能外，还可以进行远程的监控以及在线语音报警网。但整体来说，我国的安防企业普遍较小，抗风险能力相对较低，也没有形成特别突出的民族龙头品牌，但就目前的形势而言，我国的安防市场还有很大的上升空间，可谓是机遇与挑战共存。1.3 我国家庭报警系统的发展趋势与展望世界日新月异，物联网和智能家居的概念逐渐走进寻常百姓家。其中，改变最大的几样之一就是报警器，以前的报警器只有单一的拨号报警功能，而如今人们使用的报警器多位智能控制的，从而使报警器有了更多的增值服务。目前市场上的报警器通常会选择分块设置，产品出厂，除了设置安装好一些必要的功能外，还会预留一些可供用户自行操作的接
19、口。大多数的附加功能都是通过对不同模块进行添加而实现的，例如：网络模块、语音拨号模块、GPRS模块、家电控制模块等。由此可以看出，智能家居的逐步普及带动了防火防盗报警器行业的发展，并逐步转变了市场需求，这样一来功能多样化带有多种模块及升值服务的智能多用途报警去将变得更加有竞争力。目前，虽然我国的智能家居缺乏具体的标准，各家有各自的配置方案，但这一定是未来的发展趋势。防火防盗报警器也是智能家居的一部分，防火防盗报警器的发展也必定能促使智能家居的发展。家庭安防已经迈进了智能化时代，随着技术的不断革新，人们将花费更少的钱,便可轻松掌握家中的动态。智能家庭安防系统将会通过安装在用户住宅中的网关终端，采
20、集有害气体泄漏、火灾、烟雾、门禁、视频监控等设备的信号或数据，即使住户远在千里之外，家中不论大小动态尽在掌握之中。且当一旦家中出现异常情况,便通过所设定的报警系统，向住户发送短信或者拨打紧急电话，确保家庭的生命财产安全。除了这些功能以外，在未来更先进的远程控制系统中，智能化还充分考虑与各种网络电器相互联接，对家居进行综合布置和管制，使住户可以轻松地远程开关房门、灯、冷暖气设备等。1.4 论文主要工作根据国内外的研究以及发展情况来看，智能住宅安全防范技术已成为我国未来智能住宅安全建设的重点发展方向“叫本次课题主要研究并设计的是隶属于智能家居大分类里面的多用途防火防盗报警器，主要是为了满足大部分住
21、户对家庭防火防盗的基本要求。其实现的功能有：对非法分子入侵行为的监测、对烟雾及火灾情况的探测、LCD显示屏显示警情类型、语音拨号报警、系统异常自动复位。（1）硬件方面：1.单片机主控电路，包括晶振电路、复位电路的设计。2.传感器探测电路，包括盗情监测模块和火情监测模块的设计。3.LCD显示电路。4.语音报警电路，包括语言录放模块和GSM电路的连接设计。5.电源电路。（2）软件方面：1.主程序设计，包括对传感器的信号接收处理以及报警函数的编写。2.温度检测子程序设计，包括DS18B20的读写数据和数据转换程序。3.GSM拨号子程序设计，包括GSM初始化及数据传输程序编写4.LCD显示子程序的设计
22、包括温度显示和三种报警类型的显示程序编写。（3）软硬件联合调试：1.利用程序烧录工具将已编译的程序烧录进单片机中。2.以功能模块划分，按先后顺序主逐一进行调试。3.整体功能联合调试。1.5本章小结本章论述了有关家庭安全防范的目的以及重要性，介绍了有关智能家居安防技术的历史发展与国内外研究现状，并对我国的智能住宅发展进行展望，由此而引出本论文研究课题，从硬件、软件、软硬件调试三个方面对所设计的防火防盗报警器进行总体的概述。第二章系统整体方案的分析与设计2.1 智能语音报警系统的要求本课题要求在智能安全防护的范围中，使用MCS-51系列单片机AT89S5I,设计出一款具有误报率低、可靠性高、使用
23、方便、性价比高的防火防盗报警器。它的主要功能是放火和防盗，能够实现外部情况的自动检测和自动报警。其中，由红外探测器和微波探测器实现盗情报警，由温度探测器和烟雾探测器集为一体的复合式探测器实现火情报警，并结合数字语音录放电路、通话电路，以及其他的一些必要的辅助电路，来完成设计出一款性能高的多用途防火防盗报警器。2.2 系统整体设计思路221传感器的选择本次设计中所使用的传感器均选择了可直接与AT89S51单片机的I/O口相连的元器件，可简化布线，并易于实现。热释电红外传感器选择了HC-SR501,它不仅具有全自动感应功能，而且还有灵敏度高，可靠性强，超低功耗等特点。微波探测器选择了XYC-WB-
24、DC,是运用了多普勒雷达技术的探测器，不仅具有可靠性高，抗干扰能力强等特点，还其感应的距离和角度也非常之广。将这两个传感器结合作为盗情监测模块，能大大提高盗情监测的准确度。温度传感器选择了DS18B20,属于数字式温度传感器，感应精度高，温度检测范围为-55度到+125度，适用于家庭火灾温度探测。烟雾探测器选择了MQ-2半导体气敏元件，适用于液化气、甲烷、丙烷等可燃气体以及烟雾的检测。将这两个传感器结合作为火情监测模块，能大大提高火情监测的准确度。2.2.2 语音报警的选择语音录放模块选择了ISD1820语音芯片，不仅操作简单，使用方便，且语音高度还原，可直接受AT89S51单片机控制。拨号报
25、警模块决定使用由射频芯片、存储器、功率放大器等集成的GSM模块，选择SIM900A作为处理芯片，价格合理，操作容易，可直接通过串口接入单片机来实现拨号报警功能。2.2.3 显示屏的选择显示模块选择了LCD液晶显示屏，显示屏的型号是LCDI602,能够实现“警情类型显示”及“温度显示”的功能，正常情况下显示温度数值，如若发生火情，则显示ajingbao119”，如若发生盗情，则显示jingbao110”。2.3 系统的总体框架构成本系统的主要功能是，将产品安装在住宅中时能够检测出外部信号实现防火防盗，由四个传感器组成的防火防盗模块一一热释电红外传感器和雷达式微波探测器（盗情）、温度传感器和烟雾气
26、敏探测器（火情）对住宅进行实时监测，并将所检测到的信号传输给单片机，单片机会对接收到的信号进行分析，如若发生异常情况,则在LCD显示屏上显示警情类型，并通过GSM模块进行远程语音拨号报警。智能报警系统框架图如下图2.1所示。图2.1智能报警系统框架图2.4 系统的基本原理与工作过程本系统有防盗报警和放火报警两种类型，对系统进行上点后，系统编开始复位且处于待机状态。当热释电红外监测器发出的光被遮挡，微波检测器采集到警情信号，有入侵行为发生或者温度传感器检测到温度上升至报警设定值，烟雾探测器检测到可燃气体或烟雾时，则将采集到的警情信号传送至单片机，单片机接收到警情信号分析后进行处理，如果确认有警情
27、发生，判断出警情类型，并在显示屏上显示出来,如果是火情信号,则显示屏显示“jingbao119”,如果是盗情信号,则显示“jingbaoIlOw0在确认情急情况的种类后，单片机便通过程序向程序中写着的电话号码进行自动拨号报警，同时，单片机还会驱动语音录放电路，使其播放之前已经录制好的报警声效。2.5 本章小结本章详细介绍了课题整体的设计思路，经过多方面考察以及资料的翻阅，了解了各类不同传感器及其他元器件的特性，从而确定了所需要运用的各模块元件，并对系统的整体结构进行了分析，详述了家庭智能语音防火防盗报警器的基本原理以及工作过程，对本次所设计的报警系统有了大致的描述。第三章系统硬件的分析与设计3
28、1 单片机系统模块的分析与设计上个世纪七十年代，因特尔公司的胡夫成功地研制出了人类史上首个四位的微处理器芯片Intel4004,这意味着以此为代表的首代微处理器正式出现在世人的眼前。此后，Intel公司不断改良创新，先后推出了ImeI8008、InteI8080、AItair8800等微处理器芯片。上世纪七十年代中期，因特尔公司成功推出了MCS-48系列单片机，不同于4004,它是八位的，且体积小、经久耐用、易于控制、性价比极高1980年开始，Intel公司以MCS-48单片机为基础，研制出了新的MCS-51系列单片机，MCS-51系列单片机不管是片内RAM容量，或者是I/O功能、系统扩展方
29、面相较MCS-48系列都有了很大的提高，一举成为应用最为广泛的单片机系列，直到今天也是国内教材中最为经典，参考实例最多的单片机系列。本次毕业设计就在实际的设计中就选用AT89S51作为控制核心。3.1.1 AT89S51单片机介绍AT89S51是由美国享有盛名的ATMEL公司研制出的拥有者高性能和低功耗双重优点的8位单片机芯片。片内包含有4kBytes可反复擦写1000次的只读Flash程序存储器和128ByteS的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51系列指令系统以及80C51引脚结构1。它有32个外部双向输入/输出（I/O）口PO口、Pl口、P2口、P3口，5个中断优先级2层中断嵌套中断
30、中断系统具有5个中断源、5个中断向量，有26个特殊功能寄存器，2个16位定时计数器,2个全双工串行通信口，3个程序加密锁定位，片内的一个时钟振荡器，与AT89C51相比还增加了看门狗电路，提高了抗干扰能力。AT89S51芯片的片内结构如下图3.1所示，图中可以详细看到芯片片内的各组成功能部件，以及他们之间的通信关系，并且可以从图中看出，单片机芯片内部各个功能部件是由单总线连接的，基本结构和以往的芯片一样，都是CPU加上外围芯片的传统式结构。通常情况下，CPU会利用SFR对其片内各个不同器件进行管理操纵。CPU， (运算器)“ (控制器)CTALKrAL数据存储器“RAjh看门狗定时需程序存储
31、器4KB Flash RO小，T特殊功 能寄存 器定时器/计数 器中断 系统ALE.EA.、,vdPSENRESET-图3.1AT89S51单片机片内结构图其片内各功能部件如下：(1)微处理器(CPU)微处理器是8位的，与常见的通用CPU基本相同，其由两大部分组成，分别是运算器和控制器。运算器由算术/逻辑单元ALU寄存器B、累加器ACC、暂存寄存器等部分组成；控制器由指令译码器ID、指令寄存器IR、程序计数器PG、及定时逻辑控制电路等组成“叫同时，CPU还有面向控制的位处理功能。(2)数据存储器(RAM)RAM有两个部分，分别是片内RAM和片外RAM,片内为128B,当遇到片内RAM容量不够用
32、的情况时，片外最多可扩展到64KBo片内RAM的集成方式是高速RAM,这样可以加快单片机运行的速度并且减少芯片的功耗。(3)程序存储器(FlashROM)和RAM一样，程序存储器也有两个部分，一个是片内ROM,一个是片外ROMo片内集成有4KB的Flash存储器，擦除方式是电擦除，可用通用编程器对其编程，也可在线编程。当遇到片内的容量不够用的时候，片外存储器同样可以扩至64KB。(4)中断系统具有6个中断源，2级中断优先权。(5)定时器/计数器有两个16位的定时器/计数器，工作方式一共有四种。(6)看门狗定时器(WDT)看门狗定时器包含一个14位计数器和看门狗定时器复位寄存器，当CPU陷入死循
33、环或者跑飞时，看门狗电路可以让程序恢复正常。(7)串行口串行口是全双工的异步串行口，工作方式一共是四种。它的作用是实现串口通信，同时可以扩展为I/O口使用，还可以通过串口与其他单片机相连，形成多机系统。(8)PO口、Pl口、P2口、P3口4个双向8位并行I/O口，其中输出锁存器属于特殊功能寄存器。输入/输出端口的组成是输出锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。(9)特殊功能寄存器(SFR)共有26个SFR,其作用是管理和监视片内各部件。SFR是各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器，映射在片内RAM区内，映射地址为80H至FFH。SFR反映了单片机系统内部的工作状态及方式U支AT89S51一共有40个
34、引脚，本设计选择的分装是DIP-40,引脚如图3.2所示。O Pl.PlPL3 Pl4 Pl5 ?:6 Pi7Pl.P1.0(AD0)P0.0P1.1(ADl)PO.1P1.2(AD2)P0.2P1.3(AD3)PO.3P1.4(AD4)P0.4P1.5(M0SD(AD5)PO.5P1.6(fiS0)(AD6)P0.6P1.7(SCK)(AD7)P0.7(A8)P2.0 (A9)P2.1(AIO)P2.2 (A)P2.3 (A12)P2.4 (A13)P2.5 (A14)P2.6 (A15)P2.7OPo.P3.3(T)P3.5 ILrj.(L kj)P2 1J.4(1U)VPP 3kFT X
35、rPPEA1 VrrXTALl 19XTAL2 18 1AL1 XTAL2RESET 9一RSTP3.7 画P3.6(WR)AT89S51VCC GND (RXD)P3.0 (TXD)P3.1 ALEPRoG图3.2AT89S51单片机引脚图各引脚功能如下表3.1所示。表3.1AT89S51单片机引脚功能表引脚名称引脚功能VCC电源正极引脚VSS/GND电源负极引脚XTALl时钟引脚，接反相放大器的输入XTAL2时钟引脚，接反相放大器的输出RST复位信号输入引脚。高电平有效EA/VPP选择内外存储器/片内EPROM编程输入引脚ALE/PROG地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚;在CPU
36、访问外部程序或数据存储器时，ALE将低8位地址锁存在片外地址锁存器中，该引脚在使用FLASH编程时作为负脉冲的输入端。正常操作情况下，其端口频率为输出时额定频率六分之一的脉冲，还可做外部定时信号。PSEN外部程序存储器选通信号输出引脚；低电平有效PO口PO口含有一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一个输出驱动电路以及一个输出控制电路。当需要访问外部存储器的时候，该端口是一个数据总线口，而且是真正的双向总线结构，同时又可以输出八位的地址口。采用了分时控制的方式。Pl口Pl并不是真正意义上的双向端口，其实一个准双向端口，其主要是为用户使用的I/O口。Pl端口每一位相互独立，所以在使用时可以单独地只使用
37、一个Pl作为输入或输出端口。在我们编程校验的时候，Pl可以用来输入低位的字节地址。P2口P2端口是一个双向口，即可以用来输出，也可以用作输入。在使用中，当我们需要进行系统扩展的时候，可以用来输出高八位的地址，如果不需要进行系统扩展的时候，我们可以把P2端口作为用户的1/0口使用。P3口P3口是一个复用功能端口，首先和P0、Pl、P2一样，P3是可以做通用的I/O口的，其次是作为变异功能使用。在实际使用中，在我们进行真正设计应用电路的时候，该端口的第二功能尤为重要，P3第二功能分别为P3.0：串行输入口(RXD)；P3.1：串行输出口(TXD)；P3.2：外部中断O(INTO);P3.3：外部中
38、断I(INTI)P3.4：定时/计数器0的输入口(TO)；P3.5：定时/计数器1的输入口(Tl)P3.6、P3.7：外部数据存储器选通写(WR)、读(RD)端口1 .电源电路在进行一个电子设计时，第一个问题就是该如何给系统供电。设计一个可靠的电源电路是使系统能够平稳运行关键所在。AT89S51单片机的额定电源电压幅值为+4.0伏到+5.5伏，本次设计采用的电压值是+5伏。电源电路连接示意图如下图3.3所示。GNDVCC图3.3电源电路连接示意图2 .复位电路单片机在一次运行结束或当某一步特定的操作执行完毕，或者是在程序有故障时，需要单片机有一个复位功能，其目的是为了使单片机重新回到初始状态，
39、以便下一次运行或纠正错误状态。本次设计中设计的复位电路接线图如下图3.4所示。此电路可以实现上电以及按键两种复位。(1)上电复位：在电路图中，电容为IOuf,刚上电时，电容开始充电，电容两端的电压由OV变化到3.5V左右，电阻两端的电压由5V到1.5V减少，所以在电容充电阶段，RESET引脚一开始是5V的电压值，随后逐渐减少到1.5V。5V在单片机系统中被认定为高电平，此时单片机复位，随后降到1.5V,被认定为低电平，单片机正常工作。(2)按键复位：在单片机启动后，电容处于充电饱和阶段，此时RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，电容两端形成回路，电容开始放电，在放电过程中，RES
40、ET引脚处电压再次从低转变为高电平，系统成功复位。VCC3 .晶振电路晶振电路在单片机的系统中，可以说是一个类似于心脏的存在，是必不可少的一个部件。晶振的全名叫做晶体振荡器。它的主要作用是配合单片机内部单路一起,为单片机产生所必须的时钟周期频率，单片机的运行时必有有时钟周期的，时钟周期就由晶振产生。晶振的频率越高，运行速度就越快I。在通常情况下，单片机使用的晶振范围在1.2MHZ到40MHz,在本次设计中选择的振荡源是晶振频率为11.0592MHz的晶体振荡器。晶振电路连接示意图如图3.5所示。C211XTAL222PFGNrHhTXTALCl11XTALl22PF图3.5晶振电路连接示意图3
41、2 防火模块的分析与设计在我国，每年约发生五万起家庭火灾，这些火灾造成了不同程度的人身和财产的损害。在现代家庭中，由于置放一些木制家具、窗帘、沙发等易燃物品，在发生火灾时，这些物品迅速起火，快速传播开来，又由于现在的居民楼也十分紧凑，也易造成大面积火灾，损失更加惨重。因此，家庭防火至关重要。考虑到一般的住宅通常会存在火灾和有害气体泄漏的隐患，本次设计的防火模块采用灵敏度及可靠性均较高的温度传感器DS18B20以及烟雾气敏探测器MQ-2,实时监控住宅温度变化和烟雾、有害气体等的浓度。防火模块设计框图，如下图3.6所示。3.2.1 温度传感器DS18B20DS18B20是由美国DALLAS半导体
42、公司研制推出的一款单总线式智能温度传感器，其内部结构主要包含64位RoM、温度报警触发器TH和TL、温度传感器、配置寄存器等皿。DS18B20和传统的温度传感器相比，拥有更远的传输距离，更高的测温精度，更短的转换时间和更高的分辨率。除此以外DS18B20体积小，抗干扰能力强，性价比高，得到了广泛地应用。它在测温时，可以直接将所测得的温度用数字信号的形式表示出来，并可以根据用户需求通过程序将温度值转换成9到12位的数字读数方式，十分简洁方便。本设计所使用的温度探测模块接线图如图3.7所示。(BOrToM vuTd92 (DS!8B2O)NC)NC )NC )OND8-pn 1 90-mil SO
43、IC (DS18B2OZ)图3.7温度探测器连接示意图在温度探测模块中，DS18B20采用独立的带上拉电阻的电源供电方式，输出的信号经过P1.3口写入单片机中，单片机经过处理后输入至LCDI602液晶显示屏。1.DS18B20外形和内部结构DS18B20的外形及其管脚封装有两种，如下图3.8所示。DALLAS1SB2O图3.8DS18B20外形结构封装图其以三脚式封装最为常见，其中：（1） DQ端为数字信号输入/输出端；（2） GND端为电源地；（3） VDD端为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20内部结构框图如图3.9所示。图3.9 DS18B20内部结构框图8位C
44、RC生成器电源检测其内部结构介绍如下：（1）64位Re）M：在Rc）M中存放的是DS18B20的序列号，这个序列号可以看做是DS18B20的地址代码，这样一来当在一根总线上连接了多个DS18B20测温时,可以通过查序列号的方法识别数据来自于哪一个传感器；（2）温度敏感元件：用来检测温度，并将检测到的数据存放在两个寄存器中；（3）内部存储器：内部存储器中是一个高速暂存的RAM和一个E2PROM。这个E2PR0M是非易失性可擦除的，用来存放TH、TL和配置寄存器中的数据。2.DS18B20的主要特性（1）测温范围为-55+125,测量精度为0.5。（2）采用独特的单总线式结构接口，在与处理器之间传
45、输数据时，只需要一根线就可以实现双向通讯。（3）支持多点组网功能，多个DS18B20可并联在一根工作总线上，实现多点测温。（4）在使用中只需要一个传感器就可以完成供电、检测和数据传输，无需任何外围电路辅助。（5）可分辨温度最小为0.0625C,精度十分高。（6）具有良好的负压能力和保护电路，电源反接不会烧坏传感器。3.DS18B20工作原理与测温过程图3.10工作原理图如上图3.10所示，低温度系数的晶振振荡频率不怎么受温度影响，用来固定地为计数器传输脉冲。高温度系数的晶振对于温度变化较为敏感，其随着温度变化而产生的不用频率脉冲信号会作为减法计数器2的脉冲输入。除了这两个计数器以外，系统中海油
46、一个计数门，该计数门对低温度系数振荡器发出的时钟脉冲进行计数，从而完成温度的测量。斜率累加器用来补偿和修正计数中出现的非线性变化，用于修正预置值。3.2.2 烟雾探测器MQ-2对于家庭火灾来说，着火类型分为明火和阴燃两种情况。发生明火时，由于与氧气接触，并且家中有沙发、窗帘等易燃物品，所以火势蔓延较快，温度会迅速升高，有利于温度探测器的监测并及时报警。但当火势还处于阴燃状态时，例如在冬日门窗紧闭的家中，像西部地区常用的火箱，就极易发生被褥在火箱中阴燃的情况,此时由于空气不流通，无法燃起明火，初期只能产生大量烟雾，这时烟雾探测器就显得非常必要了。防火系统中加入烟雾探测器，可以有效并及时地探测出还未失控的火灾，挽回由火灾所造成的损失。本次设计中选择的烟雾探测器MQ-2不仅价格低廉、硬件抗腐蚀性强，灵敏度也十分高，能很快地探测出火灾初期的烟雾，不仅如此，它还能检测出甲烷、煤气等有害气体的泄漏，并及时输出报警信号，十分适用于家庭防火、防煤气泄漏检测。本设计所使用的烟雾探测模块接线图如下图3.11所示。在烟雾探测模块中，MQ-2的有效电平为低电平，输出的信号经过P1.2口写入单片机中，单片机经过处理后输入至LCD1602液晶显示屏。1. MQ-2的结构与外形M
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