家庭防盗报警系统设计.doc

摘要摘 要随着科技的不断进步，特别是通信技术，计算机技术及嵌入式系统技术的迅猛发展，智能家居已经开始逐步进入寻常百姓的家庭之中。智能家居系统也逐步成为现代家庭必备的家用系统。智能家居从诞生之日起，到现在不过短短的二、三十年时间，其功能从单一的防盗报警，到现在已经扩展到了家电智能化，信息网络家电，网络通信，智能监控等领域。在不远的将来，智能家居系统会提供给人们更多地方便。现在的智能家居系统旨在为人们提供一个舒适，便捷，安全，环保的家居环境。本系统主要由单片机和GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网防盗窗为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用。关键词:单片机；GSM模块；传感器IIIAbstractAbstractWith the continuous progress of science and technology , especially the rapid development in communications technology , computer technology and embedded system technology , intelligent home is gradually used by ardinary people . the intelligent system has gradually become an essential for home system of modern family . It has been two or three decades from the birth of intelligent home and its function was continually updated from single alarm to intelligent home appliances , information network appliances , network communications , intelligent monitoring and other fields . the intelligent home system will provide more and more convenience in the near future . the modern intelligent home system is aimed at providing a comfortable , convenient , safe and environmental protective home .The system is made up of MCU and ASM Modern . It will display the alarm content in Chinese directly at your mobile screen with the help of the most reliable ASM mobile network . The system adopts initiative infrared sensor to detect and it twins the traditional alarm net and windows to immateriality , which is convenient for people to escape when meeting fire . Beside , the system is equipped with the smog sensor and leakiness sensor of gas and guards against fire and gas leakiness .keywords: MCU ; GSM modem ; sensor目录目 录摘 要IAbstractII1 引言12 单片机概述12.1 AT89S52的主要性能22.2 AT89S52的功能特性描述22.3 AT89S52各引脚功能介绍33 GSM 模块概述53.1 硬件电路及工作原理53.2 SMS53.3 AT指令63.4 软件仿真64 键盘显示74.1 HD7279A电特性及引脚说明见84.2 HD7279A的工作原理85 铁电存储器（FRAM）105.1 铁电存储器的特点105.2 FM24C16及其读写操作105.3 FM24C16与单片机接口115.4 二线制协议116 实时时钟126.1 DS12887功能与特点介绍126.2 时间、日历和定闹单元136.3 DS12887引脚排列及功能137 后备电源148 遥控器159 传感器169.1 红外传感器169.2 烟雾传感器179.3 气体泄漏传感器1710 家庭防盗报警系统的软件设计1810.1 主程序流程1810.2 外部中断0中断服务子程序流程图19结 论20参考文献21谢 辞22xxxxx届本科毕业毕业论文1 引言 近年来，随着生活水平的提高，家庭住宅面积不断扩大，居住环境越来越好，人们的居住质量有了明显的改善。同时，科技的日新月异带动了电子类产品的快速发展，尤其是家用电子类产品已经成为人们生活必不可少的一部分。为家庭和小区用户提供安防保障的家庭防盗报警系统也已走近人们的家庭。目前传统的机械式（防盗网、防盗窗）安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，例如：为其它没有安防盗窗的相近楼层形成被盗隐患、发生火灾时不易逃生等。然而随着电子技术的飞速发展，报警系统从原来的简单化、单一化向智能化、集成化发展。而各种防盗报警系统之间的主要区别是在于如何让分机与主机、分机与用户之间进行通讯。目前市场上常见的防盗报警系统的通信方式有固定电话拨号、以太网、集群系统等等。但它们有各自的缺点：固定电话拨号容易被盗贼在入室抢劫前切断电话线或恶意占线，使其在关键时刻失灵；以太网同样面临着线路被切断的隐患，且不易普及；集群系统功耗很大，网络架设和维护费用很高，而且需要 购买固定的频点1。针对以上通信方式的缺点，我设计了基于GSM短信模块的家庭无线防盗报警系统。此系统可解决固定电话拨号、以太网、集群系统的缺点，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息或电话形式，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。它采用主动式红外传感器进行检测，变有形的传统防盗网（窗）为无形，给火灾时的逃生提供方便。并配备烟雾传感器和燃气泄漏传感器，实现防火、防燃气泄漏的作用2。系统组成框图如图1.1所示： GSM模块红外传感器烟雾传感器燃气泄漏传感器遥控布、撤防备 用 电 源AT89S52图1.1 系统组成2 单片机概述AT89S52使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品完全兼容。AT89S52为普通51单片机在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。其接口简单，使用方便且功能强大，因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。2.1 AT89S52的主要性能(1) 与MCS-51单片机产品兼容(2) 拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash(3) 1000次擦写周期(4) 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）全静态操作：0Hz33Hz(5) 具可降至0Hz静态逻(6) 三级加密程序存储器(7) 内部数据存储器（RAM）为256字节(8) 32个可编程I/O口线(9) 三个16位定时器/计数器(10) 8个中断向量源(11) 一个6向量2级中断结构(12) 全双工UART串行通道(13) 低功耗空闲和掉电模式l(14) 定时器(15) 双数据指针(16) 掉电标识符2.2 AT89S52的功能特性描述图2.1 AT89S52管脚排列AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止4。2.3 AT89S52各引脚功能介绍（图2.1）VCCAT89S52电源正端输入，接+5V。VSS电源地端。XTAL1单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESETAT89S52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/VppEA为英文External Access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROGALE是英文Address Latch Enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S52可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用5。PSEN此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。PORT3（P3.0P3.7）端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能7。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。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。3 GSM 模块概述 GSM(Global System for Mobile Communications)模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。GSM网络当中的短消息服务(SMS，Short Messaging Service)适合于实时采集数据的传输。目前一条短消息的信息量限制为140个字节，短消息业务可以被认为是GSM系统中最为简单和方便的数据通讯方式，它无需附加庞大和昂贵的数据终端设备，仅使用GSM模块就可以达到互相进行通信的目的。再一个优点就是由于利用了现有的网络用户无需另外组网，所以节省了昂贵的组建网费用和维护费用，同时，对用户的数量没有任何限制8。3.1 硬件电路及工作原理单片机输出的TTL电平GSM模块串口123459876GSM模块采用WAVECoM公司推出的wism02c，支持AT指令。单片机采用AT89S52。GSM模块数据线是专为连接PC机9针串口而设计的，信号电平为标准的RS232电平，只要单片机的串口也转换为RS232电平，就可直接连接。9针串口的引脚定义是固定的，即2脚为TXD(GSM模块发送)、3脚为RXD(GSM模块接收)、5脚为GND。这样直接连接这几个线也可以。单片机输出的是TTL电平，即O+5v的电压，而RS232输出的是一20V20V的电压。所以不能直接连接，需要一个电压转换芯片MAX2329。如图3.1所示。单片机利用AT指令控制GSM模块，将数据传送出去。AT指令按照GSM模块支持的AT指令格式图3.1 单片机与GSMS模块信号之间的转化书写，通过单片机的串口发送出去。3.2 SMS短消息(Short Message，SM)是GSM网络系统的主要增值业务之一，短消息接收和发送的业务代码分别为T21和T22。申请了短消息服务的用户，在手机上设置短消息中心号码后即可发送短消息，接收短消息无需任何设置。一条短消息的最大长度可为160个英文字符(7位编码)或70个汉字(16位编码)。短消息是通过控制信道传输的，不占业务信道，在通话的同时也可以接收短消息10。按短消息发送的方式可分为：块模式(BlockMode)、文本模式(Text Mode)和pdu模式。3.2.1 块模式(BLoCK Mode)块模式是一个二进制协议，用于移动台和SMSC之间的短消息传输的PDU(Protocol Description Unit)封装。3.2.2 文本模式(TEXT Mode)文本模式是在为GSM修改的AT指令集的基础上定义的基于字符的协议。适合非智能终端或终端仿真器。应用软件把纯文本消息传给GSM模块，由GSM模块来构造TPDU(Transfer Protocol DataUnit，传输协议数据单元)。文本模式提供的功能比块模式和PDU模式提供的功能少。在文本模式下，短消息对扩展字符的能力是有限的。3.2.3 PDU模式(PDU Mode)PDU模式和文本模式很相似，主要的区别是它将组装短消息的任务留给应用系统完成。该模式使AT指令集能方便地组构更多复杂的PDU，例如既可以传递二进制数据又可以传送字符数据。这种模式给AT指令集带来了方便。本系统可发送文本模式和pdu模式的短消息11。3.3 AT指令AT命令集是J9kTE(Terminal Equipment，终端设备)或DTE(Data TerminalEquipment，数据终端设备)向TA(Terminal Adapter，终端适配器)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的。通过TA、TE发送AT命令来控制MS(Mobile Station，移动基站)的功能与GSM网络业务进行交互。短消息相关的主要AT指令有：AT+CMGF：选择短消息信息格式：0一PDU；1一文本AT+CMGS：发送短消息AT十CMGD：删除SIM卡内存的短消息AT+CMGR：读短消息以下是发送AT指令的步骤(发送的数据都应该采用AsCII码)：3.3.1选择短消息格式AT+CMGF一11为选择text mode；0为选择PDU mode；3.3.2 以文本模式发送短消息AT+CMGS一LF；例如：对方号码消息内容是：123，则AT指令串是：A，T，+，C，M，G，S，=，0X22，0X31，0X33，0X39，0X34，0X37，0X31，0X37，0X38，OX30，0X39，0X36，0X22，0XOD，OXOA，0x31，0x32，0x33，0xla3.3.3 以pdu模式发送短消息SMSC(短信中心)号码是-b8613800471500，对方号码消息内容是：“水位”。则手机发送的PDU串是08 91 68 31 08 40 17 05 F0 11 000D 91 68 31 49 17 87 90 F6 00 08 00 06 6C344F4D。3.4 软件仿真3.4.1 keilC与proteus的连接检测TCPIP(该协议一般没有问题，只要网络连接正确即可)。复制Proteus安装目录下MODELS文件夹里的vdm51dll到keilcc51BTN目录下。修改Keilc51TOOLS中c51的内容，添加：TDRV4=BINVDM51DLL(“PROTEUS VSM MONITOR 51 DRIVER”)。在keilC中选择proteus仿真器。在proteus中选择Debug下的Use Remote Debug Monitor。3.4.2 单片机串口通信单片机晶振频率为11.0592MHz，选择串行模式1，所以波特率为9600Kbits。单片机采用查询的方式发送数据，如果AT指令格式正确，GSM模块返回应答信息给单片机12。将程序绕录到单片机之前，可以利用超级终端和GSM模块的通信确定AT指令的格式。3.4.3 发送短信仿真图图3.2为用文本模式发送内容“123”到手机号仿真图。图3.3为用pdu模式发送短信“水位”到手机号仿真图。 图3.2 本模式短信发送仿真图 图3.3 pdu模式短信发送仿真图 单片机与GSM之间的通信调试成功。4 键盘显示为了实现系统发生警情时能够向指定的号码发送短信息的功能，则必须有键盘和LED显示，来对防盗报警系统进行电话号码的预设，本设计选用HD7279A作为键盘显示驱动13。图4.1 HD7279A引脚排列HD7279A采用DIP28塑封和SOIC28塑封两种封装。HD7279A是一片真正的单片LED数码管显示和键盘接口芯片，具有简单SPI串行接口的器件，可直接驱动8位共阴式数码管(或64个独立的LED)，管理多达64键键盘，单片即可完成LED显示和键盘接口的全部功能，大大简化电路设计，占用单片机资源极少(最少2线)，完全免调试，外围电路更简单，只需要外接少量的电阻等，即可构成完善的显示、键盘接口电路。而与CPU的接口采用SPI串行接口方式，使用方便。HD7279A内部含有译码器可直接接收BCD码或16进制码，也可不译码，并同时具有两种译码方式。其主要特点如下：无需外围电路，直接驱动数码管多种译码方式，具有多种控制指令，各显示位可分别控制译码方式段寻址功能，其段寻址能力可用于独立的LED显示或信息指示灯控制，便于使用独立LED具有左移、右移、闪烁、消隐等多种显示控制指令，显示控制方式灵活，键盘部分具有去抖动功能，按键有效指示输出。引脚排列见图4.1。4.1 HD7279A电特性及引脚说明见表4-1和表4-2。表4-1 HD7279电特性电特性（VCC=5.0V，R=1.5K，C=15pF，TA=25）：符号参数测试条件最小典型最大单位Vcc电源电压4.55.05.5VIcc工作电流不接LED35mAIcc工作电流LED全亮ISEG10mA60100mAVIH逻辑输入高电平2.05.5VVIL逻辑输入低电平00.8VTKEY按键响应时间含去抖动时间101840mSIKOKEY引脚输出电流7mAIKIKEY引脚吸入电流10mAT1从CS下降沿至CLK脉冲时间2550250uST2传送指令时CLK脉冲宽度58250uST3字节传送中CLK脉冲时间间隔58250uST4指令与数据时间间隔1525250uST5读键盘指令中指令与输出数据时间间隔1525250uST6输出键盘数据建立时间58-uST7读键盘数据时CLK脉冲宽度58250uST8读键盘数据完成后DATA转为输入状态5uS表4-2 HD7279A引脚说明引脚名称说明1,2VDD正电源3,5NC无连接4VSS接地6CS片选输入端，此引脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端，向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端，当芯片接收指令时，此引脚为输入端：当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端9KEY按键有效输出端，平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平10-16SG-SA段g-段a驱动输出17DP小数点驱动输出18-25DIG0-DIG7数字0数字7驱动输出26CLKO振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端4.2 HD7279A的工作原理HD7279A最显著的优点是与单片机的接口简单，最多只需5条连接线，分别是复位端RESET，片选输入端CS，同步时钟输入端CLK，数据输入输出端DATA和按键有效输出端KEY。在一般应用系统中，RESET可直接接电源，当应用系统中只有一片HD7279A器件时，CS也可以直接接地，此时只需占用3条单片机的IO端口线，如果应用系统中没有键盘，仅具有显示功能，或者即使有键盘，但单片机软件任务不复杂，均可不接KEY线，使用定时读取键盘键值代码的方法，则此时只需占用2条单片机的I/0端口线14。HD7279A接口电路见图4.2。图4.2 HD7279A接口电路HD7279A与单片机采用SPI串行接口方式连接，共有3种类型16条命令格式，即不带数据的纯指令，带数据的指令和读键盘键值代码指令。(1)复位(清除)指令A4H该指令清除所有显示，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也一并清除，实际上电和系统上电初始化后所处状态完全相同，相当于初始化命令。该指令为纯指令。(2)下载数据且按方式0译码指令该指令第一字节数据是命令，其中a2，al，a0是8位LED的某一位的二进制编码。第二字节数据(D0D7)的第D7位DP表示是否显示LED的小数点，DP=l显示，否则不显示；D6D7是X位，是无关位；D3D0分别为d3，d2，d1，dO，这4位按照方式0译码规则在该位LED显示某个数字(09)或符号(H，E，L，P，一，空)。(3)读键盘键值代码指令15H该指令读取键盘键值代码，第一字节数据D7D0是从单片机流向HD7279A的命令，第二字节数据D7D0是从HD7279A流向单片机的键值代码，其值的范围是OOH3FH：共64个，无有效按键时读出的键值代码是0FFH。其余指令均与上述3条指令类似。图4.3为SIP串行接口时序。1、 纯指令2、带数据指令3、读键盘指令图4.3 SPI串行接口时序5 铁电存储器（FRAM）为了实现对预设电话号码的存储和对报警信息的记录，本系统采用了能够保证掉电数据不丢失的铁电存储器。FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要象DRAM一样周期性刷新。铁电效应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，因此，FRAM存储器的内容不会受到外界条件如磁场因素的影响，具有很高的可靠性15。5.1 铁电存储器的特点 非易失性存储器FM24C16的特点：读写速度更快，写入速度要快10万次以上；存储器可以无限次擦写，即使每秒访问3000次，连续使用十年，使用寿命仍未终止；所需功耗远远低于其他非易失性存储器。5.2 FM24C16及其读写操作FM24C16是Ramtron公司提供的16kb(2k字节)串行FRAM。封装形式有8脚DIP、SOIC或TSSOP。FM24C16通过I2C总线接口进行读写操作，且通过对第7脚(WP)的电平控制，可实现写保护功能。当该引脚为低电平时，正常写操作；为高电平时，对FRAM部分存储区域提供硬件写保护功能，即对被保护区域只能读，不能写。 图5.1 总线启动条件SCLSDAFM24C16遵守I2C总线协议，在没有数据传输时，时钟线(SCL)和数据线(SDA)通过上拉电阻拉至高电平。“开始”和“停止”条件决定了数据传输的开始和停止。当时钟线为高时数据线发生下跳变为起始条件(S)；而当时钟线为高时数据线发生上跳变为停止条件(P)。如图5.1所示。根据I2C总线协议，每个从器件(在这里为FM24C16)都有一个器件地址，从器件地址的最低位作为读写控制位。“1”表示对从器件进行读操作，“0”表示对从器件进行写操作。在CPU发送起始信号和从器件地址字节后，FM24C16监视总线并当其地址与发送的地址相符时响应一个应答信号(通过SDA线)。然后在根据读写控制位(RW)的状态进行读或写操作。最后由CPU产生停止条件结束操作。综合起来，FM24C16读写操作过程可概括为：主器件(CPU)发送起始条件；主器件发送一字节的寻址FM24C16的地址信息；主器件接收FM24C16发出的确认信号；主器件发送字节地址，主器件接收FM24c16发出的另一个确认信号； 图5.2 FM24C16与单片机电路接口若为写操作，主器件发送数据到被寻址的单元， FM24CL6向主器件发送确认信号；若为读操作，主器件重新发送起始条件和FM24C16地址，此时RW位置 “1”，FM24C16发出确认信号后，输出一字节数据；主器件发送结束条件。5.3 FM24C16与单片机接口在某智能仪器中，需要对系统设定参数及测量数据进行保存。由于系统中部分数据要频繁刷新，加之系统硬件资源有限，所以选用了FM24C16串行FRAM16，电路连接如图5.2所示。5.4 二线制协议FM24C16使用二线制协议串行总线及其传输规约进行双向传输，这种方式占用脚位少，占用线路板空间小，图5.3描述了FM24C16在微处理器系统中的典型配置。MicrocontrollerSDA SCLFM24C16ASDA SCLOther Slave Device图5.3 FM24C16在微处理器系统中的典型配置二线制协议即是总线上的所有操作都是由SDA和SCL两个脚位的状态来确定的，共有四个状态：开始，停止，数据以及应答，图5.4状态的时序图：图5.4 序图 6 实时时钟为了实现对发生警情的时间进行记录，且保证系统的可靠运行，要求系统进行自检并定时上报系统运行状态，因此需要系统具有实时时钟功能。本设计选用了DS12887实时时钟芯片。6.1 DS12887功能与特点介绍DS12887采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。DS12887芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。其主要功能如下：（1）内含一个锂电池，断电情况运行十年以上不丢失数据。（2）计秒、分、时、天、星期、日、月、年，七种日历信息并带有闰年补偿功能。（3）二进制数码或BCD码表示时间、日历和定闹。（4）12小时或24小时制，12小时时钟模式带有PWM和AM指导，有夏令时功能。（5）可以应用于MOTOROLA5和INATAEL两种总线时序选择。（6）有128个RAM单元与软件音响器，其中14个作为字节时钟和控制寄存器，114字节为通用RAM，所有ARAM单元数据都具有掉电保护功能。（7）可编程方波信号输出。（8）具有定闹中断、周期性中断、时钟更新周期结束中断等，且三个中断源可分别由软件屏蔽。（9）数据/地址总线复用。6.2 时间、日历和定闹单元时间和日历信息通过读相应的内存字节来获取，时间、日历和定时闹钟通过写相应的内存字节设置或初始化，其字节内容可以是十进制或BCD形式。时间可选择12小时制或24小时制，当选择12小时制时，小时字节高位为逻辑“1”代表PM。时间、日历和定闹字节是双缓冲的，总是可访问的。每秒钟这10个字节走时1秒，检查一次定闹条件，如在更新时，读时间和日历可能引起错误。三个字节的定闹字节有两种使用方法。第一种，当定闹时间写入相应时、分、秒定闹单元，在定时允许、闹钟位置高电平的条件下，定闹中断每天准时起动一次。第二种，在三个定闹字节中插入一个或多个不关心码。不关心码是任意从C到FF的16进制数。当小时字节的不关心码位置位时，定闹为小时发生一次由于相线小时和分钟定闹字节置不关心位时，每分钟定闹一次；当三个字节都置不关心位时，每秒中断一次。图6.1 DS12887引脚排列6.3 DS12887引脚排列及功能（图6.1）上电/掉电当VCC高于4.25V200ms后，芯片可以被外部程序操作；当VCC低于4.25V时，芯片处于写保护状态（所有的输入均无效），同时所有输出呈高阻状态；当VCC低于3V时，芯片将自动把供电方式切换为由内部电池供电17。AD0AD7双向数据/地址复用总线；NC空脚;MOT(总线模式选择)当此脚接到VCC时，选用的是MOTOROLA总线时序；当它接到地或不接时，选用的是INTEL总线时序；SQW(方波输出)当VCC低于4.25V时没有作用；CS(片选输入)当VCC低于4.25V时，DS12887从内部禁止对外部CS的操作。此时，时钟和RAM都被保护起来；AS(地址锁存)ALE;R/W在INTEL总线下作为/WR；DS(Data Strobe or Read Input)RD当系统选择的是INTEL总线模式时，DS被称作RD。当它有效时表示DS12887正在往总线输出数据。RD信号线在存贮器芯片上被称作OE信号线；RESET (复位)复位脚对时钟、日历、RAM无效。系统上电时复位脚要保持低电平200ms以上DS12887才可以正常工作；IRQ(中断请求输出)当中断状态位和对应的中断允许位有效时，IRQ的输出保持为低。复位和读C寄存器都可以清除IRQ中断信号。没有中断时，IRQ呈高阻状态，其他中断源还可以挂接到中断总线上。由于IRQ是漏极输出，所以需要外接上拉电阻；VCC+5电源；GND电源地。7 后备电源为了防止窃贼在进入防区之前将系统的供电交流电源切断，系统必须能够在交流电源被切断后继续正常运行一段时间，本系统采用12V/7AH的铅酸蓄电池作为核心部件的后备电源，这就给系统设计提出了一个继续解决的问题：就是蓄电池的充电电源管理问题。图7.1 滞回比较器 DzPR1R2RUouI-+AUz由于铅酸蓄电池在过充情况下电解液会发生气化现象，导致蓄电池的寿命降低 ，蓄电池在充满电时，蓄电池的电压大概在13.6V左右，在欠压时电压大概在10.9V左右，而这个特性符合滞回比较器的传输特性，即将滞回比较器的上限阈值设为13.6V，下限阈值设定为10.9V，当充满电后，使滞回比较器控制继电器将充电限流电阻切换到较大的限流电阻上；当放电到10.9V时，滞回比较器控制继电器将限流电阻切换到较小的限流电阻上，并且保障系统正常工作电流要小于快充充电电路的电流，而大于慢充充电电路的电流。这样就能保证滞回比较器始终工作在10.9V13.6V的滞回带内，即保证蓄电池既不欠压又不过充。O图7.2 电压传输特性+uT-uT-uZ+uZuOuI滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因此也就具有一定的抗干扰能力。从反相输入端输入的滞回比较器电路如图7.1所示，电路中引入了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，uo=Uz。集成运放反相输入端电位，同相输，入端电位:uN=uI 根据“虚短”uN=uP,求出的uI就是阈值电压，因此得出: 当uI-UT, uN+UTuo=-Uz 。当uI+UT ,uNuP，因而uo=-Uz,所以up=-UT，uI-UT,uo=uz。可见，uo从+Uz跃变为-Uz和uo从-Uz跃变为+Uz的阈值电压是不同的，电压传输特性如图7.2所示。有了12V/7AH的铅酸蓄电池做为后备电源，就可以通过电压变换电路变换出各个元件合适的电压，提供给各部件使其能够正常工作。对于本系统设计中的传感器供电，为简化电路设计，可采用各自的独立电源供电。8 遥控器 为了使用户能够随时对系统的布.撤防状态进行改变，因此本设计选用了315M调幅遥控器，该遥控器具有以下优点：（1） 工作在业余频段，不用花钱购买频点；（2） 有效距离远，一般可达2001000米；（3） 有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的防盗报警布、撤防应用。315MHz发射模块：（1） 通讯方式：调幅AM（2） 工作频率：315MHZ（3） 频率稳定度：75KHZ（4） 发射功率：500MW（5） 静态电流：0.1UA（6） 发射电流：350MA（7） 工作电压：DC 312V 数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在2585度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。 发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。 DF数据模块具有较宽的工作电压范围312V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约2050米，发射功率较小，当电压5V时约100200米，当电压9V时约300500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的20甚至更少，这点需要在制作时注意考虑。 数据模块采用ASK方式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近DF数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。 发射发射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影晌。模块的传输距离与调制信号頻率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。在开阔区最大发射距离700800米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。9 传感器将实际中的力、声、光、温度、湿度等非电量转化为电量的媒介，也可以这么说传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。要实现防盗、防火、防燃气泄漏，相应的传感器是必不可少的，而无论是哪种传感器，其最终输出的都是开关量。9.1 红外传感器红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，对于防盗传感器，本系统采用主动式红外对射传感器，它相对于传统的被动式热释红外传感器有以下两个优点：（1）主动式对射红外传感器安装于门窗及一切需要设防的位置，采用多光束综合判断，当有一定体积的障碍物遮挡时，才被触发，极大的降低了传感器的误报；（2）由于其安装在门窗等位置，使夜间主人的正常活动不受限制，这给用户提供了极大的夜间布防的可能。 红外接收器的工作电压为1224伏直流或者交流电压，建议使用直流供电，电压不能超过26伏，否则会损坏红外接收器，推荐工作电压为12伏直流。当接收器接通工作电压后，发射板上的红色POMER电源指示二极管就会点亮。板上还有一个红色的输出状态指示LED，当接收器正常情况下收到红外发射器的红外信号时，输出状态指示LED熄灭，此时接收器的耗电只有5毫安（12伏直流工作电压），当红外信号被人或者物体遮挡时，输出状态指示LED立即点亮，此时接收器的耗电为15毫安，并且板上的