基于单片机的GSM热释电红外多功能报警器(含烟雾、火宅报警)毕业论文.doc

本科生毕业论文本科生毕业论文 基于单片机的 gsm 短信多功能安防系统的研究 research of multifunctional security system of gsm message based on scm 学生姓名【本人毕设，绝对可行】 所在专业电子信息工程 所在班级电子* 申请学位* 指导教师职称 副指导教师职称 答辩时间2014 年 5 月 7 日 目 录 目目 录录 摘 要.i abstractii 1 绪论.- 1 - 2 功能实现与系统概述.- 2 - 2.1 功能实现.- 2 - 2.2 系统概述.- 2 - 2.2.1 stc89c52 单片机.- 2 - 2.2.2 gsm 模块.- 4 - 2.2.3 传感器.- 6 - 2.2.4 lcd1602 液晶显示屏.- 7 - 2.2.5 ds1302 实时时钟芯片- 7 - 3 硬件实现.- 8 - 3.1 原理框图.- 8 - 3.2 系统电源.- 8 - 3.3 pl2303 芯片 - 9 - 3.4 mcu 模块电路- 10 - 3.5 温湿度传感器电路.- 10 - 3.6 蜂鸣器电路.- 11 - 3.7 ds1302 时钟芯片电路- 11 - 3.8 传感器及 gsm 模块电路 - 12 - 4 软件的实现.- 13 - 4.1 程序流程图.- 13 - 4.2 各模块的编程.- 14 - 5 软硬件测试.- 16 - 5.1 硬件测试.- 16 - 5.2 软件测试.- 16 - 6 开发过程与调试心得.- 20 - 7 总结.- 22 - 致 谢.- 23 - 参考文献.- 24 - 附 录.- 25 - 摘 要 摘 要 在 21 世纪的今天，电子科学技术得到了飞速发展，主流的安防报警系统正 在从单一化、局部化向多功能和智能化转变。在众多安防设备中，家用安防系 统往往是人们尤为关注的一块，然而传统的单一报警系统（烟雾喷洒、燃气报 警）在实际使用中暴露了很多隐患，例如：在发生燃气泄漏或火宅的时候，因 为系统只是纯粹的响铃报警，在远处的屋主很难知道家里发生的警情，导致了 财产损失进一步加重。 本系统主要由 51 单片机、gsm 模块及各类传感器组成，系统凭借稳定、 成熟的 gsm 移动网络，以及最直观的中文短消息和电话形式，直接把屋子里 发生的警情反映到您的手机屏幕上。多元化的传感器选择让系统的预警功能得 到更大的提升，它采用热释电红外传感器进行人体检测，外加配备烟雾可燃气 传感器和火焰传感器，全面实现防盗、防火和防燃气泄漏的作用，并实时通知 到指定的手机上。 关键词：gsm 模块；单片机；传感器；多功能安防； 摘 要 i abstract nowadays, in the 21 century, science and technology are in rapid development. the prevailing security alert system has developed from the simplification and localization to multiple function and intellectualization. in numerous security devices, the home security system abstracts peoples particular attention to it. however, the traditional single-functional alert system( smoke spraying, gas alarm) exposes a lot of problems in application. for instance, when the accident of gas leaking or fire happens, people are difficult to know the situation in the house because the alert system only rings at that time, which will lead to more property losses. the system consists of 51 single-chip, gsm module and a variety of sensors. the situation of your house will be reflected to your phone screen, with the help of the stable and mature network as well as the most intuitive short messages in chinese and phone calls. the function of early warning has improved because of diversified selection of sensors. the system can know the human location by the pyroelectric infrared sensor, with the addition of the smoke gas sensor and the flame sensor, which can make the anti-theft, the fire prevention and the gas leaking prevention come true and the situation can be notified to the designated mobile phone the first time. key words: gsm module;single-chip;sensor;multifunctional security abstract i 基于单片机的 gsm 短信多功能安防系统的研究 电子信息工程，* 指导教师：* 1 绪论 人们的生活水平随着科技的发展正在不断地提高，大家对个人财产安全也 就更加重视起来了，安防已经成为众人关注的焦点之一；科学技术的进步更加 突显了传统安防的人防物防的弊端和局限性。家庭里的安防系统已经从外围布 防向内部防范发展，本地安防业逐渐向远程监控靠拢。具有舒适、便捷、安全 的生活环境才能算是一个理想的家庭生活环境，设计本安防系统的意义和目的 就是确保每一个家庭住户的生命和家庭财产安全。 远程的安防系统，使人们可以在任何地方都能够及时知晓布防空间所发生 的险情，因为现代家庭内部的家电越来越多样化和复杂化，导致室内发生火灾、 煤气泄漏等危险的概率越来越大，所以普通的监控等单一的安防系统已经满足 不了用户的需求和时代的发展了，安全防护设备应当不仅包括防盗功能，还应 具有监控煤气泄漏和火灾报警功能。 现在最常见的是利用互联网和固定电话作为信息传输途径的安防设备，这 一类系统必须通过有线连接才能实现，成本高、实效性低和灵活性差是有线安 防网络还需要改进的地方。本安防系统是通过 gsm 模块连接到现有的 gsm 网 络的，它没有地域限制，传输距离、保密性和灵活性都是有线安防所望尘莫及 的，而且将 gsm 网络作为智能安全控制系统现在并不是很普及，在众多的对 比优势下，其发展空间和需求量也将会日益增长。这也是以一种物联网的形式 去实现实时监控，我相信这个方向会有很大的开发价值与广阔的前景，希望可 以从本次课题中试着去接近、去熟知、去掌握这个领域的相关知识。 - 1 - 2 功能实现与系统概述 2.1 功能实现 根据市场需求分析和技术限制，本安防系统功能实现要求如下： 1. 可实现电子时钟和温湿度的实时显示。 2. 实现实时监控非法入侵的人、火灾警情、可燃气体泄漏的预警。 3. 当有警情发生的时候，能及时启动蜂鸣器响铃报警、同时 gsm 模块发送短 信到预设号码并拨打预设号码以较长时间提醒屋主。 4. 为了方便用户对系统的操作，要求能通过物理按键进入调节模式对预设电 子钟时间和预设号码进行修改保存。 5. 为了不干扰屋主正常生活，实现预设时段开启热释电红外报警功能，防止 误报警。 6. 通过 pl2303 实现单片机电路与电脑连接直接下载烧写程序。 2.2 系统概述 在本安防系统的设计中，我们采用了 lcd1602 液晶显示屏作为显示和人机 交互界面。当系统初始化时，以 ds1302 作为实时时钟芯片为准的时钟信息和 dht11 温湿度传感器采集的室内空气的温湿度，都会显示在 lcd1602 上。处 于这个界面时，我们按下不同按键，可以进入不同的功能参数调节模式，例如： 按 1 键为进入时间调试模式，按 2 键为进入预设时间段调试模式等。进入各个 调试模式后，可通过按键使光标左移或右移并对数值进行加减处理。 因为各个传感器模块遇到警情时的电平跳变都比较持久，所以主程序是通 过查询模式对火焰传感器、mq2 烟雾可燃气传感器和热释电红外传感器进行信 息数据采集（电平变化的判断）来推定是哪一种警情发生了，然后通过中央处 理器 stc89c52 单片机进行信息处理并通过串口通信控制 sim900a 的 gsm 模 块进行中文短信和拨打电话至预设手机号码上，并进行蜂鸣器响铃报警。 2.2.1 stc89c52 单片机 stc89c52 单片机是一款运行比较稳定、快速和消耗功率低的比较经典和 常见的 mcu，因为它的代码与 80c51 的编写方式一样，所以对于用户来说上 - 2 - 手比较快。stc89c52 有 40 个引脚，每个引脚的功能都比较简单明了，所有的 接口基本满足了我的设计系统所需要的功能，所以采用此款单片机作为这次安 防系统设计的主控制器。 stc89c52 主要由 cpu、ram、rom 和 4 个并行 i/o 口、还有一个全双 工串口和 5 个中断源。cpu 控制着单片机的各个接口根据指令代码进行一系列 有条不紊的工作。单片机引脚图见图 2-1。 stc89c52 的主要参数12： 1. 是 6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以供选择使用且指令代码完全兼 容传统的 80c51 的增强型 8051 单片机。 2. 有 8k 字节的应用程序储存空间。 3. 自身具有 eeprom。 4. 具有看门狗。 5. 芯片上已集成 512 字节的 ram。 6. 工作电压为 5.5v3.3v。 7. 工作频率范围在 040mhz 之间，实际的工作频率是可达到 48mhz。 8. 有 32 个通用 i/o 口，p0 口要加上上拉电阻才能作为普通的 i/o 口使用。 9. 适应多种编程软件对单片机进行编程，不需要特定的下载器对单片机进行 软件烧写。 10. 有定时器 t0、t1 和 t2、3 个 16 位定时器/计数器。 11. 可用下降沿或低电平触发外部中断电路。 - 3 - 图 2-1 stc89c52 引脚图 2.2.2 gsm 模块 gsm 模块作为用户手机和控制器之间数据交换的桥梁，在本系统中起着至 关重要的作用，本系统使用 sim900a gsm 模块。蜂窝通信引擎 sim900a 是 siemens 推出的一种无线通信模块，并且已经有国内的无线电设备入网证3。 sim900a 的的设计比较人性化，芯片总体是比较小巧的、消耗的功率也只有 0.6w 左右。是一款便携的无线通信模块，可以广泛的在遥感监测，远程通信 等设备中使用。在综合对比功能、价格等因素后选择使用此款 gsm 模块。具 体样式如图 2-2 所示。 图 2-2 gsm 模块样式 以 sim900a 作为主芯片的 gsm 模块主要有以下参数： 1. 通信接口：支持 at 指令控制、支持 rts/cts 硬件流控控制、支持从 1200bps115200bps 范围的通信波特率调节、rs232 串口和 lvttl 串口。 2. 工作频段：egsm900mhz/dcs1800mhz 自动搜索 2 个频段。 3. 发射功率：egsm900mhz 时 2w，dcs1800mhz 时 1w。 4. 工作温度：-40c+85c。 5. 短信（sms）：支持 mt/mo/cb/text 和 pdu 模式的短信，短信储存在 sim 卡里。 6. 电源供电：dc5-24v，本系统适配器为 12v，1a 为 gsm 模块单独供电。 - 4 - at 指令：指令： 系统主要用到的 at 指令有以下几种，见表 2-1： 表 2-1 系统用到的 at 指令 ta 指令操作ta 指令操作 at+ipr=480 0 修改 gsm 波特率为 4800 at+csmp=17,167 ,2,25 设置文本模式参数 at握手指令 at+cscs=“ucs2“ 设置为 ucs2 编 码字符集 atd10086；拨打 10086 at+cmgs xxx 发送中英文短信到 xxx at+cmgf=1 设置为文本模式 短消息工作模式：短消息工作模式： 发送短消息 gsm 模块常用到的模式有 text 和 pdu。text 模式实现起来很 简单，但是只能作为简单的英文短信发送模式，是不能收发中文短信的；然而 pdu 模式下不仅能发送英文短信，更重要的是能支持中文短信的发送。本设计 系统中使用 pdu 模式中的 ucs2 编码用于发送 unicode 字符。通过 文本与 unicode 字符相互转换的软件（见图 2-3） ，我们可以很轻松地得到文本的相关 unicode 码，并写入到单片机的指令代码中。 图 2-3 unicode 转换软件 gsm 模块与单片机通信方式：模块与单片机通信方式： 首先将模块的地线与单片机的地线相连接，接着将单片机的 rxd（串行口 输入端）和 txd（串行口输出端）分别与 gsm 模块上的 txd（串行口输出端） 和 rxd（串行口输入端）连接起来。硬件对接好后，为了使之能够实现通信， 需要软件设置好单片机和 gsm 模块的波特率，本系统均设置为 4800bps 的波特 - 5 - 率，然后用单片机的串口通信接口输出 at 指令码，对模块进行相应的参数修 改和操作。 2.2.3传感器 为了检测到不同类型的物理量，需要选择不同类型的传感器。我们可以从 各种各样的传感器中得到所需的开关量，当系统检测到这种开关信息的时候， 就可以做出相应的决策。 2.2.3.1 热释电红外传感器热释电红外传感器 热释电红外传感器不仅能鉴别出运动的生物与其它非生物，还能在不用直 接接触人体的情况下检测出由人体向外辐射出来的红外线，并能将这种人体红 外转变为高低电平信号。传感器上的一块光学滤光片是为了使模块对某一波长 范围的红外辐射具有较高的敏感度。它除了能允许某些波长范围的红外辐射通 过外，还能将阳光和灯光等这样的无检测价值的红外辐射隔离掉。热释电红外 结构图如图 2-4 所示。 图 2-4 热释电红外结构图和电路图 2.2.3.2 mq2 烟雾可燃气传感器烟雾可燃气传感器 mq-2 气体传感器所使用的是一种叫二氧化锡的气敏材料，该材料在清洁 空气中电导率是比较低的。传感器的电导率会随着空气中可燃气体浓度的增加 而增大。传感器可检测多种可燃性气体和部分烟雾颗粒，mq2 传感器对我们生 活中常见的液化石油气、天然气和氢气的检测比较精准，是一款适合多种场合 应用的低成本传感器。 2.2.3.3 火焰传感器火焰传感器 火焰传感器一般是由光敏二极管和转换电路组成的一种对火焰的红外线或 - 6 - 紫外线探测比较敏感的元器件，以红外敏感的火焰传感器为例，其主要用来检 测一些波长范围在 700nm1050nm 的热源，探测角度最大达 60 度，其中红外 光波长在 920 纳米附近时，改传感器灵敏度达到最大。当探测到火源时输出形 式为数字开关量输出（0 和 1） ，火焰传感器探头的工作温度为-25 摄氏度85 摄氏度，所以在使用过程中要注意被检测的火焰不能离传感器探头太近，以免 造成探头损坏。 2.2.3.4 dht11 温湿度传感器温湿度传感器 dht11 温湿度传感器是一款能同时检测空间温度和湿度的复合传感器，它 输出的是已校准的温湿度数字信号，模块采用了专用的数字模块采集技术和温 湿度传感技术，确保传感器具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。该产品具 有品质卓越、超小的体积、极低的功耗、超快响应、抗干扰能力强、性价比极 高等优点。单线数字信号输出接口把系统的集成变得更便捷。 2.2.4lcd1602 液晶显示屏 本系统选用的 1602 显示屏，它采用的是标准的 16 脚（带背光）接口字符 型液晶显示，它是一种比较典型的专门用于数字、符号和字母的点阵式 lcd， 模块的各引脚功能说明如图 2-5 所示。 图 2-5 lcd1602 引脚功能 2.2.5ds1302 实时时钟芯片 ds1302 是时钟芯片，能够作为一个系统的调时和计时用。ds1302 的三个 接口与单片机相连接，clk/en/date 三个接口分别是传输时钟频率，使能信 号和数据的。它还有两个电源，一个系统的电源接入，也称为主电源，是 ds1302 平时供电的主要来源，它常常还有一个备用纽扣电池，是在主板断电时 - 7 - 为 1302 提供电力支持，保证 1302 的正常计时。 3硬件实现 在前面的两个章节已经对课题背景将系统的基本组成部件做了简单的介绍， 在接下来的这一章里面我们将分模块对硬件电路里的具体硬件单元电路及各单 元电路的电气连接做详细的介绍和展示。将在此章节中把各模块在 altium designer 中设计好的电路进行理性的分析，最后将设计出的系统电路 pcb 导出， 制作成有良好可焊性的实物 pcb 电路板。 3.1 原理框图 系统硬件可分为几个模块，分别为 pl2303 串口模块、单片机控制模块、 gsm 模块、各类传感器及人机交互等外设器件。图 3-1 为系统的硬件原理框图。 图 3-1 硬件原理框图 由硬件系统框图可看出，整个系统是以单片机为中心，外围传感器和 gsm 等共同实现的。单片机通过 i/o 口与 lcd16202、按键及 ds1302 等进行连接， 通过 i/o 传输和接受这些外围器件的信息，各类传感器（烟雾、火焰、热释电 等）用杜邦线在主电路板上取得工作电压，均以单线的形式连接到单片机进行 高低电平的变化与单片机通信。 - 8 - 3.2 系统电源 供电是整个系统的基础，本安防系统分两个电源，一个是 gsm 自带适配 器（12v,1a），为 gsm 模块单独供电用。另一个系统电源就是用于单片机、 各个传感器及其它外围器件的供电。电源电路如图 3-2 所示，因为整个系统的 功耗和所需电流并不大，所以直接选用 5v，750ma 的电源适配器通过 usb 接 口为整个系统供电。图中电源电压由右下角 usb 接口进入系统，vcc 和 gnd 分别是系统的电源和接地标号。总电源指示灯 4 点亮，电压经过高低频滤波后， 设置了一个总开关，以方便系统电源的管控。uvcc 连接单片机供电系统，为 单片机提供电力支持。 3.3pl2303 芯片 pl2303 是一个 usb 与串口之间的一个接口转换器，它的高兼容性驱动在 大多数操作系统中都能够模拟成 com 端口，是主机与外设实现串口通信的理 想选择，在此系统中加入 pl2303 的典型应用电路，pl2303 的 txd 和 rxd 口 分别于单片机的 rxd（p3.0）和 txd(p3.1)口连接实现串口通信。主要的实 现的功能是可以使用主机通过 usb 与系统电路板连接后可直接下载程序进入单 片机，这样就省去了要随身携带下载器的繁琐，在 p1 引出的与 pl303 连接的 4 个排针引脚可以外接其它的设备的串口相连，并通过此板下载程序代码到外 接设备中，也就是起到了一个集成在电路板上的下载器的功能。 除了充当下载器，pl2303 还可以用做单片机与主机之间的串行通信接口， 亦可以充当其它外设与主机之间的通信接口。有了这个接口，调试双机通信或 者单片机与 gsm 模块之间的通信就方便了很多。 p7 和 p8 分别为接地的扩展接口和 5v 电压的扩展接口，主要是为外接的传 感器供电和为 gsm 模块提供共地端口。 - 9 - 图 3-2 电源及 pl2303 电路 3.4mcu 模块电路 mcu 模块电路如图 3-3 所示，单片机的典型系统电路都比较成熟了， p1、p2 接口是单片机 i/o 口的引脚，方便接入传感器。在电路设计中，需要注 意的是 p0 口的上拉电阻，因为 p0 口是集电极开路输出，这种结构是没有输出 高电平的能力的，需要接上拉电阻才能输出高电平。如 r2 上拉电阻就是为了 使 p0 口能够实现高电平而加入的，p0 口主要是与 lcd1602 的 db0-db7 进行 8 位 2 进制数据的传输，单片机的 p2.5-p2.7 三个接口分别连接 lcd 的数据和 读写选择等功能引脚上，实现指令的选择。的在系统中，我们用到的大部分是 单片机 i/o 口基本的输入输出功能，如 p2.0-p2.4 这 5 个引脚接着独立键盘， 可以用简单的代码实现物理键盘的操作。单片机晶振引脚 x1 和 x2 上的 12m 晶振匹配 4800bps 的波特率的误差最小，只有误差只有 0.16%。 - 10 - 图 3-3 mcu 模块电路 3.5温湿度传感器电路 dht11 温湿度传感器元器件有 4 个引脚，其中一个是 nc 脚（即不需要连 接），所以在电路实现的时候，只需要三个引脚就可以了，其信号输出为单路 数字信号输出，通过 p4 排针和杜邦线跳线，我们可以灵活地选择任意一个单片 机空闲的 i/o 口作为 dht11 的信号输入，输出口。见图 3-4. 图 3-4 温湿度传感器电路 3.6蜂鸣器电路 一般来说，5v 蜂鸣器的工作电流为 20 多 ma，但是 stc89c52 单片机的 i/o 口电流约为 4ma7ma，对于蜂鸣器来说，由于其工作电流比较大，以致于 单片机的 i/o 口是无法直接驱动蜂鸣器的，所以要利用含三极管的放大电路来 进行放大电流以驱动它。如图 3-5，当 p6 通过杜邦线连接到单片机任意空闲 - 11 - i/o 后，p6 输出低电平时，三极管呈放大状态，蜂鸣器响，当 p6 为高电平时， 三极管呈截止状态，蜂鸣器不发声。在本系统程序中，使用高低电平切换输入 让蜂鸣器能够发出“嘀嘀嘀”的声音的。 图 3-5 蜂鸣器电路 3.7ds1302 时钟芯片电路 时钟芯片的电路设计中，由于 ds1302 的 rst,i/o/sclk 三个功能接口对 i/o 没有什么特殊的要求，所以直接接入单片机三个相邻 i/o 口（p3.4-p3.6） ， 方便后期 pcb 电路板的布线，这里需要注意的是，芯片有两个电源接口， vcc2 为主电源接口，与系统的供电相连。vcc 则是备用电源（3.3v 纽扣电池） 接口，备用电源是为了防止系统掉电后，时钟错乱而设定的，也是 ds1302 经 常会用到的电源。其晶振引脚 x1，x2 接 32.768khz 的晶振，以给芯片提供时 钟频率。 图 3-6 ds1302 时钟芯片电路 3.8传感器及 gsm 模块电路 可燃气体、热释电红外和火焰三个传感器和 gsm 模块都是现成的模块， 外接到主电路板上实现功能，传感器的连接都比较简单，都是 1 个 5v，一个 - 12 - gnd，还有一个数字信号输出口，都是高低电平的开关量来表示检测状态的。 火焰、红外和可燃气体传感器与单片机 p1.3，p1.4，p1.6 三个接口相连。gsm 模块与主电路板的连接主要有 rxd（串行输入 p3.0）和 txd（串行输出 p3.1）口与单片机的串行口相连，再将 gsm 模块与主电路板共地即可。 4软件的实现 - 13 - 4.1程序流程图 图 4-1 程序流程图 4.2各模块的编程 当实现的功能较为复杂时，必须用模块化的方法来编写程序。模块化程序 =0 =1 =0 =1=0 =1 读红外传感 器开关量 读气敏传感 器开关量 读火焰传感 器开关量 关闭红外 传感器 y 打开红外传感器 n 读取时间和温湿度 开始 初始化 时钟时间是否在预设时间段内 屋内发声报警 有火灾灾情有可燃气有人进屋 - 14 - 设计具有明显的框架性，方便我们对程序的修改和功能扩充，还能增加程序的 可读性和可移植性。所以在对本安防系统的编程中，我选择了分模块的编程方 法，主要分为以下几个模块： main. .c( (主函数主函数) ) 主函数主要起到对所有子程序的调用和在子程序之间建立相互联系的一个 主要程序，没有在主程序中调用的函数不会被执行。 ds1302. .c( (实时时钟函数实时时钟函数) ) 在函数中已根据 ds1302 时钟芯片时序图编写好时钟芯片的初始化和读写 程序，通过 ds1302.h 头文件调用即可。 lcd1602. .c( (液晶显示函数液晶显示函数) ) 在此函数中，将液晶的初始化、指令读写和数据读写程序定义好，在其他 函数中包含 lcd1602.h 头文件后，直接调用即可。 key. .c( (按键函数按键函数) ) 在 key.c 模块中，主要定义的函数是对 5 个按键操作效果的定义和实现对 实时时钟日期时间的调节。 gsm. .c( (gsm 通信函数通信函数) ) 函数中定义了单片机控制 gsm 模块拨打电话和发送短信的函数，也将 at 指令和短信内容存放在系统的变量中，方便函数的调用。 naozhong. .c( (定时段调节函数定时段调节函数) ) 函数主要实现定时开关红外检测的功能，通过此函数可调整预设时间段的 时间并将时间与实时时钟时间进行对比后决定是否开启热释电红外。 callunm. .c( (预设号码修改函数预设号码修改函数) ) 此函数实现的功能是能够通过物理按键和显示屏对预设号码进行修改，以 方便用户更换号码后对系统的操作。 red. .c( (传感器触发函数传感器触发函数) ) 由于蜂鸣器、红外、可燃气和火焰传感器的触发条件比较简单，程序也比 较像相识。所以将三个传感器的程序放在同一个 c 文件中。此函数主要实现传 感器的信息读取和判断，并对判断后的警情做出相对应的措施。 wenshidu. .c( (温湿度读取函数温湿度读取函数) ) 温湿度的读取函数比较长，所以单独分开模块编写，此函数主要实现温湿 - 15 - 度的读取和在 lcd1602 液晶屏上的数字显示。 不同模块的程序实现不同功能，通过主函数和头文件调用将所有模块和接 口整合成一个整体，就能实现更多的功能，创造更大的价值，图 4-2 为在 keil 中程序编辑的界面和系统总程序实现的结果。 图 4-2 软件运行截图 - 16 - 5软硬件测试 5.1硬件测试 为了让系统按要求完成功能设定和保证系统的稳定运行，硬件电路和程序 软件测试和调试环节是必不可少的。硬件电路是软件实现的基础和载体，一个 良好的硬件环境很大程度保证了系统运行的稳定性，所以首先我们应该对电路 参数进行分析和调节。 手工电路板的布线在间隔空隙小的地方焊接元器件后可能会因为溅锡等出 现线路短路的情况，这种情况对电路本身的伤害比较大，如果未经过短路检测 就冒然接上电源，很可能会导致局部电流过高导致元器件的损坏或电解电容爆 炸等危险。在我们的检测中，先使用万用表的蜂鸣器档和直流电压档分别对电 路板进行短路和电压测试。 短路测试短路测试: :用万用表的蜂鸣器档检测相邻比较近或不能确定是否短路的电路， 若短路，则蜂鸣器响。 电压测试电压测试: :接上电源后，应不要急着把各部位的元器件都接到板子上，及时 用万用表直流电压档测量单片机电源口，lcd1602电源接口和扩展电压口的电 压等。若电压显示不在正常范围内，要排查问题后再测试。 5.2软件测试 实时时钟及温湿度界面：实时时钟及温湿度界面： 经不低于 10 次的重启系统，测试得此界面显示的实时时钟和温湿度信息均 有效，系统掉电重启后时钟芯片仍然计时准确。见图 5-1。 图 5-1 实时时钟及温湿度显示 - 17 - 修改时钟时间：修改时钟时间： 时钟显示模式下按下按键 1 进入修改时间，如图 5-2，经测试，按键 2 光 标循环左移、按键 3、4 的日期时间循环增减功能，均能顺利实现。 图 5-2 修改时钟界面 修改预设时间段：修改预设时间段： 时钟显示模式下按键 2 进入预设时间段修改模式，按键 1 光标循环左移， 按键 3、4 的时间循环增减功能均能实现，且经测试得时间段里开启红外在两个 时间为任意时间差上均可行。 （全天开启则两时间相同即可） 图 5-3 修改预设时间段界面 修改手机号码：修改手机号码： 时钟显示模式下按键 5 进入预设号码修改模式，按键 2 光标右移，按键 3、4 的数字增减功能均无异常。调试完毕重按按键 5 回到时钟显示模式。见图 5-4. - 18 - 图 5-4 修改手机号码界面 检测到可燃气体：检测到可燃气体： 当用打火机对着可燃气传感器喷气时，系统显示如图 5-5，此时蜂鸣器响 起，gsm 模块先发警报短信后拨打预设号码，经测试均可实现。 图 5-5 检测到可燃气体 检测到火焰：检测到火焰： 当用打火机点火后对着火焰传感器时，系统显示如图 5-6，此时蜂鸣器响 起，gsm 模块先发警报短信后拨打预设号码进行提醒，经测试其功能均可实现。 图 5-6 检测到火焰 检测到有人入室：检测到有人入室： 设置好预设时间段后，当实时时钟时间在预设时间内时，热释电红外传感 器检测到有人的时候，系统显示如图 5-7，此时蜂鸣器不会响起，以便不要惊 吓到盗窃者，防止其对设备的损害。经测试功能实现正常。 - 19 - 图 5-7 检测到有人入室 gsm 发送短信并打电话：发送短信并打电话： 当传感器检测到有人进屋、有火情或者是有可燃气体泄漏后，除了系统蜂 鸣器报警外，单片机还控制 gsm 模块发中文短信至预设号码，并在其后拨打 电话以提醒屋主（手机接收到短信时的响铃时间短，屋主不易察觉） 。图 5-8 与 为模拟屋主收到的短信内容。经测试，拨打电话和发短信的功能均能实现。 图 5-8 屋主收到的警报信息 - 20 - 6开发过程与调试心得 开发过程是一个磨练与提升自己的时间，在一开始的时候，一直在激发自 己的创造力和想象力去思考自己做的安防系统要实现什么样的功能，要有哪些 亮点和创新点展示给大家，这是一个头脑风暴般的过程，因为要确定好了功能 需求后才能根据功能区选择相应的元器件。 选择元器件也是一个纠结的过程，选择芯片的型号这些事情是比较麻烦的， 在对比过 at89c52 和 stc89c52 后，由于 stc 的性价比比较高，所以选择了 stc 的芯片作为主控芯片，在 lcd1602 和 lcd12864 之间，因为本安防系统的 显示内容预计完全可以在 lcd1602 上面实现，为了节省制作成本和节省空间最 后就选择了 1602 作为显示屏。选择 gsm 模块的时候也考虑过 lt35i 这个芯片， 在分析功能和稳定性后选择了 sim900a 作为系统短信收发芯片。传感器的选择 也并不省心，红外对管还是热释电红外呢？红外对管可设置在门窗处，在第一 时间就能知道盗窃者入侵了，但比较容易被人发现容易受到破坏。最后选择热 释电红外的原因是热释电红外的测量范围大、灵活性比较高，且隐蔽性也比较 强。烟雾传感器、火焰传感器和温湿度传感器都是选择了数字输出信号的现成 模块，这样更加有利于程序的编写。 在程序设计阶段和硬件设计阶段，不断会出现自己不懂或者遇到瓶颈的问 题，比如：gsm 的与单片机通信不了，最后查阅资料后得知 gsm 模块的波特 率需与单片机串口通信一致，而使用 12mhz 晶振的单片机的波特率最好设置在 4800bps,否则会引起传输错乱，修改 gsm 波特率为 4800bps 后问题得到了解决。 在类似的一系列问题得到解决的同时，新的创意点也不断涌向脑海。比如为了 方便屋主正常上下班时不会被热释电红外检测到引起误报警，就想出在预设时 间段定时关掉热释电红外的功能，这个功能就是在后期想出来并且融入到程序 里面去的。 在电路设计过程，很多电路都是根据资料数据手册上面的典型电路进行设 计的，有部分也是根据自己平时积累的电路知识设计的。电路板设计比较费时 - 21 - 的就是库文件的建立和 pcb 板的布局布线，因为很多元器件的封装和原理图器 件在系统自带的库文件里是没有的，所以需要自己建立库文件并且绘制 pcb 封 装和原理图器件。而 pcb 的布局和布线这是考验耐心和细心的时候，因为要考 虑跳线尽量少、版面美观和手工做板的可行性等要素。 调试过程中，硬件的测试比较简单的，花费时间最多的要数软件调试，不 仅要考虑参数和数组的类型，还要考虑程序的优化等。在程序运行的结果跟自 己预想的结果不一致的时候，有时候需要大幅度的改动模块程序或者需要改动 设计方案。在程序发生错误时，偶尔会很难看出问题所在，也许在经过苦思冥 想一个晚上后，你才发现原来是一个符号或者是一个数据类型的问题。 总的来说，产品功能最后的实现是基本完成了，可是还是存在一些需要改 进的地方，比如没有后备电源，后备电源在刚开始我也想过是否加上，系统板 的后备电源比较容易制作，可是 gsm 模块工作的电源为 12v/1a，这个在无 220v 交流电为基础的时候相对于我来讲是比较难实现的，所以最后就还是没把 后备电源加上。在系统完成阶段，发现可燃气传感器和系统板之间存在一些矛 盾，需要外加一个独立电源给可燃气传感器，才能使系统正常工作，这个问题 至今未获得解答。除了这些，程序上也还有很多需要改进和优化的地方，比如 开机初始化比较久，开机蜂鸣器鸣叫等问题