家庭智能防火防盗系统设计与实现毕业设计论文

1、 学校代码： 11059 学 号：0905070634hefei university毕业设计（论文）bachelor dissertation论文题目： 家庭智能防火防盗系统设计与实现 学位类别： 工 学 学 士 年级专业（班级）： 09 自 动 化 作者姓名： 导师姓名： 完成时间： 家庭智能防火防盗系统设计与实现中 文 摘 要随着社会的发展人们的生活质量越来越高,家用电器和厨房设施也随之增多,家庭存在的安全隐患相应增加,同时整个社会正处于转型期，家庭的安全问题也引起了人们的关注。传统的安全防范措施已无法适应现代化社会的需求。因此，将智能化引入住宅小区已成为一种趋势，并且在智能化住宅的家庭

2、智能管理系统中，对防火防盗报警进行监控，已经成为民用建筑领域，向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。家庭智能防火防盗报警系统已从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展，并可对家居的安全环境进行实时监控。基于将最新的通信技术融合到传统产业中的考虑，本文综合了单片机、无线数据通信、数据采集等技术，研究并设计了以stc12c5a60s2单片机基于gsm短信模块，的家庭无线防火防盗报警系统。此系统由单片机控制模块、液晶模块、gsm模块和各传感器模块等组成，可解决传统安防系统存在的隐患，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，以最直观的英文短

3、消息形式，直接把报警情况反映到用户的手机屏幕上。该系统具有用户投资小，运营费用少的优点，并且操作简单。关键词：单片机 ；gsm模块； lcd显示；报警family intelligent fire alarm system design and implementationabstractwiththedevelopmentofsociety,thelevelofpeopleslivesisincreasingandho-meappliancesandkitchenfacilitiesalsoincrease,andfamilieswithacorrespondingi-ncreaseinse

4、curityrisks.asthewholesocietyisintransition,thefamilyssecuritypro-blemshavearousedpeoplesattention.traditionalsecuritymeasureshavebeenunabletoadapttotheneedsofmodernsociety.therefore,theintroductionofintelligentresi-dentialdistricthasbecomeatrend,andintelligentmanagementsystemforfiresecurit-yalarmmo

5、nitoringofintelligentresidentialhomehasbecomethefieldofcivilconstru-ctiontoinformationtechnologyandnetworkdevelopmentisanimportantcomponent.familyintelligentfirealarmsystemhasbecomefromtheoriginalsimplistic,localizedtotheintelligent,integrateddevelopmentenvironmentavailableonthesafetyofhomereal-time

6、monitoring. based on the latest communication technology merging into traditional industries, this article sybthesizes the microcontroller, wireless data communications, data acquisition technology,researches and designs fire alarm system, stc12c5a60s2 microcontroller based on gsm sms module wireles

7、s fire alarm system. this system consists of single-chip control module, lcd module, gsm module and the sensor module and other components and can resolve the pitfalls of traditional security systems, which makes home security more timely and easier to use. it is no longer dependent on the implement

8、ation wired telephone alarm,but the most reliable, mature gsm mobile network in the most intuitive form of short message in english resulting ina direct reflection of the alarm condition to the users cell phone screen. the system has the advantaged of a small investment, low operating costs, and eas

9、y operation.key word: mcu；gsm module；lcd display；alarm目录第一章 前言51.1 课题研究背景51.2 智能家居的国内外现状及发展趋势61.2.1 国外发展现状61.2.2 国内发展现状71.2.3 智能家居系统的发展方向81.3 智能家居系统的设计原则8第二章 系统总体设计92.1 系统的基本工作过程与系统结构框图92.2 硬件设计102.3 软件设计102.4 系统总体实现功能11第三章 系统硬件设计113.1系统各模块设计113.1.1 主控机模块113.1.2 gsm模块tc35及sim卡143.1.3 lcd显示模块163.1.4

10、时钟模块173.1.5 红外遥控器模块193.1.6 报警模块203.1.7 传感器模块20第四章 系统软件设计234.1 系统程序设计234.2 系统主程序流程图234.3 时钟模块254.4 温湿度模块254.5 传感器模块264.6 tc35 gsm模块27第五章 软件调试及硬件测试295.1 软件调试工具295.2 硬件调试305.3 系统调试31总结33参考文献34致 谢36附 录37附录1：系统原理图37附录2：程序清单37第一章 前言1.1 课题研究背景当代家庭防范盗贼的主要方式是以安装防盗安全门、防盗锁为主,但是这些防盗设备主要是通过增加相应入室的难度来达到防盗目的。这种传统的

11、安防系统在实际使用时暴露出很多缺点,且防盗效果往往不尽如人意。这种防盗方式不仅影响房屋的美观,而且在发生火灾等事故时,住户难以逃生,威胁人们的生命安全1。因此,人们需要有新型的防盗系统。随着现代科技的快速发展，原来那些简单化、局部化的报警系统已向智能化、集成化的方向发展。当前市场上常规防盗报警系统主要的通信形式为家庭电话、以太网、集群系统等等。但是这些通信方式都存在各自的缺点。（1）盗贼在入室前比较容易切断固定电话线或者恶意占线，使其在关键时刻失灵。（2）以太网和固定电话一样都面临着线路被剪切的问题，且以太网不易被推广使用。（3）集群系统功耗相当大，其网络架设和管理维护费用很高，其正常使用需要

12、购买固定的频点2。1.2 智能家居的国内外现状及发展趋势智能家居与普通家居相比，智能家居不但具有正常的居住功能，提供安全舒适宜人的家庭生活空间；而且还能把原来的被动静止物体转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外界时时刻刻保持信息畅通，有效合理的安排人们的生活工作时间，提高家居生活的安全性、舒适性、甚至合理控制各种能源的使用。1.2.1 国外发展现状目前，世界上多家it、通信、家电行业的巨头纷纷认识到智能家居市场有着巨大的潜力，并相继进入这个空白的领域。目前已出现在市场上的智能型产品主要有：（1）x-10系统为美国公司推出的智能型系统，该系统主要是通过电力线作为网络平台

13、，采取集中控制方式实现多种功能。这套系统在国内极少应用，虽然这套系统有着相当强大的功能，但它在国内市场应用的条件尚未成熟。首先，它一开始的设计就是基于美国的电力环境，很难适应我国条件较为恶劣的电力线环境;其次，这套系统的设计是针对西方消费者习惯设计的，并未考虑到我国消费者的实际需求;最后，它的价格也是国内的房地产开发商和普通消费者难以承受的。（2）德国研发推出的eib系统，该系统是通过预埋总线及中央控制方式实现各种控制功能，当前在国内应用也依然极少。探其原因，首先，该系统的工程要求较为复杂、严格，不能存在任何问题;其次，由于该系统在施工的时候需要进行线路预埋，它较高的价格也是中国客户难以承受的

14、，所以一直无法打开国内市场推广使用该系统。（3）新加坡的8x系统，该系统采用预埋总线和集中控制方式实现各种功能，同时，利用的产品能够对系统进行扩展，目前该套系统在国内有少量应用。该系统存在的最大优势就是较为成熟，其成功应用的范例在国内及东南亚市场都可以找到。虽然说该系统比较成熟，但其在系统架构、适应性、产品价格等方面还难以做到客户的要求。首先，8x采用的预埋总线形式决定了它只能应用在新建的小区，对于旧房改造这一潜在的巨大市场它无能为力;其次该系统集中控制的形式，使用户的可选择性大大降低，且该系统前期投入成本较高 3。1.2.2 国内发展现状我国的智能家居和国外相比起步较晚，国家统一的标准尚未形

15、成，主要采用国外的技术和标准，但也有一些国内著名企业和科研单位推出了自己的产品，主要有:（1）清华同方的e-home数字家园。专门为国内普通家庭推出的智能家居控制系统，依据国际通用标准规范，运用嵌入式技术，提供网络、网络节点及末端设备等全系列家庭自动化产品。系统提供的功能主要有:智能调光、家电管理、远程控制、家政保安、环境设置和窗帘控制等。e-home 数字家园目前主要应用的领域是正在建设中的智能大厦和智能小区，其提供全套完整的解决方案，系统以功能模块开发为主，采用了国际上较为成熟的智能家居技术标准。（2）海尔的“e家庭”。 海尔在千禧年的时候提出了“e家庭”概念，并计划在未来的几年内相继推出

16、:家庭无线网络、掌上智能设备、整体卫浴、指纹/瞳孔识别系统、整体智能厨房、ebook、tabletpc、智能上网设备等“e家庭”产品。海尔“e家庭”的控制中心是海尔自己生产的pc电脑，终端设备是各样的网络家电，移动数字控制中心是运用海尔本公司自己生产的移动电话。技术方面，海尔集团与微软公司强强合作，利用微软的软件技术和海尔的家电技术，使“e 家庭”己具雏形，海尔目前己推出了网络空调、网络微波炉、网络洗衣机、网络热水器等一系列信息家电的产品。（3）科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”。科隆公司设计的“现代家居信息服务集散控制系统”，高效地远程互联网操作、远程家居故障维护、家电智能控制和家庭娱乐

17、等诸多功能3。以上介绍的智能家居系统，是我国不同企业和科研单位，从不同角度和立场理解智能家居的结果。由于智能家居系统到目前为止还缺乏明确的国际通用标准，因此很多公司推出的智能家居产品，使用的都是自己公司的相关技术和协议，有的核心技术由于是公司的专利并未公开，同时存在很多产品都是针对特殊的环境设计生产的，因此，在很大程度上限制了其使用的范围。虽然有的系统运用了几家大公司协定的技术，但相关的第三方产品比较缺乏，各个接入设备之间兼容性不强，相互操作的性能较差，用户扩充很不方便，这些因素进一步的制约了其发展。还有的系统价格太高，普通用户根本就没法去考虑这些产品，所以也就不能广泛的推广使用。因此设计一个

18、符合国情、符合国家规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。1.2.3 智能家居系统的发展方向依据目前电子技术的发展情况和人们的生活消费理念,智能家居系统有以下三个大方面的发展趋势：（1）向“一体化系统集成”方向发展。未来智能家居一体化需满足自动化管理、三表计量、安全防范监控、火灾自动报警、楼宇门禁、设备监控等六方面内容，把这六项功能集成，从而降低生产成本，是其未来发展的一个方向。（2）向网络化、仿人智能化、人性化方向发展。网络化是计算机技术和通信技术发展的必然趋势，而网络化是智能化的一个重要发展方向；仿人智能化是智能控制发展的趋势所在，它代表着

19、当代高科技技术和生物学技术的高度结合和升华。因此，仿人智能化是智能家居必然发展的方向之一；人性化体现了“以人为本”的设计思想，是科学技术发展的最终归宿。因此，也是智能家居未来的一个发展方向。（3）向规范化、标准化方向发展。我国智能家居起步较晚，新技术、新产品更新不断，统一的国家标准和规范还在制定当中。随着经济全球化的加剧还应考虑和国际接轨的问题；因此，国家统一制定的规范化、标准化是智能家居快速发展和走入国际市场的有力保证4。而在我国现今的生活环境下，普通百姓在家庭装潢时对于智能家居系统暂时还处于陌生和不接受的状态，其中主要原因为智能家居系统的高昂成本让智能家居难以走进普通百姓家庭。1.3 智能

20、家居系统的设计原则根据当前的大环境，智能家居系统的总体设计要求提供先进、可靠的功能，具有可扩展能力与升级能力。因此智能家居的设计有着下面几方面的要求：（l）稳定性和可靠性：稳定和可靠是系统的重要前提。在系统方案的最初设计、设备的选型、产品的研发以及操作使用中，都要优先考虑提供稳定可靠的系统。（2）可维护性和可扩展性:系统的总体结构合理，扩展灵活，即系统外设配置可灵活增加，系统规模容易扩展，方便和同类相关产品相互连接。（3）实用性和先进性:采用的技术及产品，都应具有实用、先进、成熟、稳定的特点。技术和产品具有开放性原则，具有灵活方便的连接及升级方案5。（4）经济适用性:产品在设计时应力争做到高性

21、价比。基于这些方面的要求考虑，本文设计了基于gsm短信模块的家庭无线防火防盗报警系统。此系统可解决这些隐患，让家庭防火防盗更及时、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，直接把报警地点的情况反映到您的手机屏幕上。该系统具有以下特点：（1）操作方便，通过手机短信可以知道家里的实际情况；（2）低成本方案，可定制性强，有利于实现商品化的特点，大大降低了成本，节能环保6。第二章 系统总体设计 2.1 系统的基本工作过程与系统结构框图该系统的设计是将传感器探测、单片机控制和通信技术相结合，从而形成一个可靠的防火防盗报警系统。系统总体构成包括时钟模块、信号采集与处理

22、模块、短信自动报警器、遥控器模块和lcd显示模块等。当用户离家时，把系统置于工作模式，防盗、防火探测器不断地进行采集，当在警戒范围内感应到人出现时、家中发生煤气泄漏或火灾时，信号处理电路向单片机输出信号，单片机与短信模块通信短信通知家主，同时启动本地声光报警，提起周围人的警惕。系统总体结构如图2.1 所示。图2.1 系统结构框图2.2 硬件设计硬件设计部分主要包括：mcu、时钟芯片、lcd显示、gsm模块、传感器、报警模块等芯片的选择；主控芯片电路设计、数据采集电路设计（人体红外传感器、烟雾传感器）、温湿度传感器电路、lcd显示电路、时钟电路、gsm模块电路、报警电路等功能模块电路设计。2.3

23、 软件设计软件运用模块化设计采用c语言编写。有初始化模块、数据采集与处理模块、显示模块、报警模块、时钟模块、gsm模块。数据采集和数据处理模块是完成人体红外和烟雾检测，并对其进行分析处理；显示模块将显示温湿度、布防或撤防等信息；时钟设置模块显示时间；报警模块是在工作模式下检测到有人出现或检测到烟雾时扬声器就会发出不同的警报声，同时gsm模块就会通过已设定好的短信通知用户家中发生的事情。2.4 系统总体实现功能家庭智能防火防盗系统分四个功能：(1) 时间部分：上电后ds1302时钟就会在lcd上显示时间信息，同时可以通过遥控器对时间信息进行修改。(2) 温湿度部分：单片机通过对dht11温湿度传

24、感器的数据读取，并在lcd上显示出相应的温度信息和湿度信息。(3) 防火部分：在工作模式下，烟雾传感器不断检测家中的烟雾浓度，家中的浓度当超过设定值时，控制器会自定的触发报警模块，同时发短信通知主人家中的情况。(4) 防盗部分：在工作模式下，一旦人体红外感应到有人存在，会自动的触发报警模块并打电话并发短信通知主人家中的情况。第三章 系统硬件设计3.1系统各模块设计3.1.1 主控机模块从价格、输入输出的执行速度、编程的灵活性、寻址能力、中断功能、直接存储访问能力、配套的外围电路芯片是否丰富以及开发系统是否具备等多方面进行综合考虑，决定选用8 位微处理器stc12c5a60s2, stc12c5

25、a60s2系列单片机是stc生产的单时钟/机器周期（1t）的单片机，是高速/低功耗/ 8051单片机是新的一代具有强抗干扰力的单片机，其特点为：（1）比较传统的8051也能完全兼容指令代码，其速度要快八到十二倍。（2）max810是它里面集成的复位电路。（3）工作电压为宽电压：3.5v-5.5v（5v单片机）。（4）工作的主要的频率：0至35兆赫兹,与普通8051的0至420兆赫兹相当。（5）用户应用程序为60k字节的空间，片上集成1280字节ram。（6）通用i/o口复位后为：准双向口/弱上拉（传统8051的 i/o口）能够有四个模式设置：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开

26、漏每个i/o口都能达到20ma的驱动能力,但是整个芯片输入的限额即120ma。（7）isp(系统上可编程)/iap（在应用编程），不用特别准备的编程器，也不需要专门的仿真器，配合pc端的控制程序，通过串口直接的对程序下载，几秒钟就可以下载成一片。（8）有eeprom功能，其大小为1k字节。（9）共四个16位定时器，其中两个域普通8051相互能兼容的计数器/定时器，16位计时器t0和t1，没有计时器2，还有独立的波特率发生器作为串行通讯的波特率发生器，内部有2个pca模块就能够实现2个16位的计时器。（10）外部中断i/o口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新支持上升沿中断的pca模块，

27、power down模式可由外部中断唤醒。（11）有10位精度adc共8路，转换速度可达250k/s（每秒钟25万次）。（12）通用全双工异步串行口（uart），可再用定时器或pca软件实现多串口。stc12c5a60s2系列单片机的内部结构框图如图3.1所示，包含中央处理器（cpu）、程序存储器（flash）、数据存储器（sram）、定时/计数器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d转换、spi接口、pca、看门狗及片内r/c震荡器和外部晶体震荡电路等模块。stc12c5a60s2系列单片机几乎包含了数据采集和控制的所有单元模块，可称得上一个片上系统7。图3.1 stc12c5a60

28、s2内部结构框图图3.2 主控芯片的最小系统3.1.2 gsm模块tc35及sim卡tc35模块介绍：目前,国内商品化的gsm模块有falcom 的a2d 系列、wavecome 的wm02 系列、西门子tc35系列、爱立信的dm10 /dm20 系列、中兴的zxgm18系列等,这些模块之间的用法没有多大差距。西门子的tc35 系列模块的性价比相较其他产品有着较高的优势,同时也有了我国的无线设备入网证。所以,该设计选用了西门子的tc358。tc35是siemens公司推出的gsm模块用于无线通信，也弄够实现系统中各种各样的比如数据，传真和短消息服务。3.3v5.5v是这个模块的主要工作电压，工

29、作频段可以在900m赫兹和1800m赫兹两个频段，当前的频率段的功率损耗分别是2w（900m）和1w（1800m）。而模块也含有at命令集的接口，不仅对文本模式支持也对pdu模式的短消息支持、同时在二类传真的第三组、以及2.4k，4.8k，9.6k的不透明模式9。此外，此模块还含有多方通话、通讯录，漫游的测试等功能，它们常用工作的模式一般还有省电模式、idle、talk等三种模式。经过特别的zif连接器，还有40个引脚，这样就体现了电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。它是经过zif连接器及50天线连接器，可分别连接sim卡支架和天线。 tc35模块主要由gsm基带处理器、gs

30、m射频模块、供电模块(asic)、闪存、zif连接器、天线接口六部分组成。作为tc35的核心，基带处理器主要处理gsm终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持fr、hr和efr语音信道编码。图3.3 tc35结构框图图3.4 tc35实物图sim卡sim卡是（subscriber identity module 客户识别模块）的缩写，也叫做身份的识别卡，在一般情况下gsm的数字的移动通话机，若不插上sim卡是不能正常通信的。sim卡主要是在特定的电脑上存上了使用电话机的用户信息，用户存储的电话簿信息，加密过的密钥，能够用于客户的

31、身份证明，能对客户通话的内容加密10。tc35使用外接式sim卡，zif的连接器上有6个引脚作为sim卡的借口，sim卡上也有6个引脚分别与它们相对应，如图3.5所示图3.5 sim引脚图图3.6 tc35与sim的电气连接图3.1.3 lcd显示模块鉴于对显示的需要，我们采用带中文字符的lcd12864液晶显示器，其显示内容丰富，接口相对简单。内部嵌入了国标一级、二级简体汉字库的液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ascii字符集。利用该模块较为灵活的接口方式和方便的操作指令，可以轻松做成全汉字的人机交互画面11。其不仅可以显示84行

32、1616点阵的汉字，也可完成图形显示，电压低，功耗低，是它的明显特点。这个模块的液晶显示的方案同同种类型的液晶显示方案相比，不仅在电路结构上要简洁许多，在程序上也要简洁不少，并且它的价格同别的相比也要便宜不少。由于对系统整体设计的需求，本设计采用12864并口模式，使用其并口模式，使显示速度更加的迅速，其具体管脚如表3.1所示：表3.1 12864串口接口管脚管脚号名称level功能1vss0v电源地2vdd+5v电源正（3.3v5.5v）3v0-对比度（亮度）调整4csh/l模组片选端，高电平有效5sidh/l串行数据输入端6clkh/l串行同步时钟，上升沿时读sid数据15psbll：串口

33、模式17/resth/l复位端，低电平有效19avdd背光源电压5v20kvss背光源电压负端0v其与单片机的电路接口如图所示：图3.7 lcd与单片机的连接图3.1.4 时钟模块当前比较常用的时钟芯片有很多，如ds1302、 ds1307、pcf8485等。这些芯片的接口比较简单、价格便宜、使用方便，在众多场合被广泛地采用。本文介绍的时钟芯片为ds1302，ds1302时钟芯片是达拉斯公司生产的一种高性能、低功耗、带ram的时钟电路，它能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，并且还具有闰年补偿功能，其有着宽泛的工作电压2.5v5.5v。芯片电路采用三线接口与mcu进行同步数据通信，通信时

34、采用突发模式可以一次传送多个字节数据。如图3.8是ds1302的引脚图，其中vcc1为后备电源，vcc2为主电源。在主电源关闭的情况下，只要后备电源有电就可以保持时钟的连续运行。ds1302由vcc1或vcc2两者中的较大者供电。x1和x2是振荡源，需要外接32.768k赫兹晶振。第五个引脚是复位/片选线，数据的传送是通过把rst置高电平来启动的。i/o为串行数据输入输出端(双向)，sclk始终是输入端12。图3.8 ds1302时钟芯片ds1302内部含有与日历、时钟相关的寄存器，寄存器中存放的数据是以bcd码形式存储的。此外，ds1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄

35、存器及与ram相关的寄存器等。其寄存器及其控制字见图3.9所示。图3.9 ds1302寄存器ds1302与cpu的连接需要三条线，即sclk、i/o、rst，所以在单片机系统中有着广泛的应用。如图3.10为ds1302与主控芯片的连接图。图3.10 ds1302与单片机的连接图3.1.5 红外遥控器模块红外线遥控是当前使用比较广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线遥控装置有着众多的优点：体积小、功耗低、功能强、成本低等，因此，继彩电、录影机之后，红外线遥控广泛应用在收音机、车载音响、空凋以及儿童玩具中。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电

36、气干扰12。红外遥控系统由两大部分组成：发射、接收，通过专用编/解码集成电路芯片进行控制操作。发射电路主要包括键盘矩阵、编码调制、led 红外发送器如图3.11；接收电路主要包括光、电转换放大器、解调、解码电路如图3.12。图3.11 遥控发射器的系统图图3.12 遥控接受器的系统图遥控接收器与单片机的电气连接如图3.13所示：图3.13 遥控接收器与单片机的连接图3.1.6 报警模块报警模块采用uln2003和两个继电器控制两个扬声器，发出不同的声音作为报警的声音，其与单片机的电气连接如图3.14所示：图3.14 报警模块与单片机的连接图3.1.7 传感器模块本传感器组共由温湿度传感器、烟雾

37、传感器和人体红外传感器组成。温湿度传感器:本设计中选用的温湿度传感器是dht11，dht11一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它采用专用的数字模块技术和温湿度传感技术，保证了本产品有极高的准确与卓越的稳定性，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个ntc测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此dht11传感器具有卓越的品质、稳定性能强、性价比极高等优点13。其与单片机的电气接口为如图3.15所示：图3.15 温湿度传感器与单片机的连接图烟雾传感器：烟雾传感器选用旁热式结构半导体式可燃气体敏感元件mq-2，mq-2可检测的气体有：液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等。该模块有

38、两种信号输出一个是ttl数字输出，ttl输出有效信号为低电平，一种是模拟量输出，模拟量输出05v电压，浓度越高电压越高14。本设计采用mq-2模块的模拟量输出，通过处理器自带的a/d转换能比较容易的进行烟雾的检测，其与单片机的电气接口如图3.16所示：图3.16 烟雾传感器与单片机的连接图人体红外传感器：人体红外传感器选用热释电红外传感器 hc-sr501，hc-sr501 是基于红外线技术的自动控制模块，采用原装进口lhi778 探头设计，有着超低电压工作、灵敏度高，可靠性强等一系列优点，在各类自动感应设备中有着及其广泛的应用。其只有数字输出即人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自

39、动延时关闭高电平，输出低电平。其与单片机的接口如图3.17所示：图3.17红外传感器与单片机的连接图第四章 系统软件设计4.1 系统程序设计对于嵌入式系统来说，软件部分的设计有两种模式：一种是前后台系统模式，一种是引入操作系统之后的多任务模式。第一种模式的一般做法是在主程序中写一个死循环，然后在主程序中查询每个事件是否发生，如果某个事件发生，就执行这个事件，这种在主程序查询的方式可以认为是后台程序。有了后台程序这个概念那么前台程序即为系统对中断的响应执行，中断的响应表示有事件发生，要马上去处理该事件。在中断服务子程序中，通常对某事件设置一个相应的标志位，然后回到后台程序来处理该事件。因此，后台

40、可以认为是任务级，前台认为中断级。采用这种模式的最大优点是编写程序较简单，同时亦能提高硬件执行的效率。第二种模式为在主控制器中嵌入操作系统，操作系统根据实时性的要求亦可以分为两大部分：硬实时的操作系统，如vxworks等；软实时操作系统，如windowsce等。采用操作系统的优点是其有着相当好的实时性，但缺点是操作系统会占用主控制器较大的内存空间15。本课题选用基于单片机的设计方案，通常不需要嵌入操作系统，故采取了前后台程序的设计模式。根据项目系统的工作原理、接口电路设计及主控芯片对各种模块控制的需求，系统主控芯片stc12c5a60s2的软件开发采用c语言进行程序设计，c 语言具有容易理解，

41、易于维护，模块化设计和功能扩展等特点，有效保证了软件的开发效率。用keil来编源程序，该软件具有友好的编辑界面和c语言关键字识别能力，同时具有良好的排版能力，有助于编写规整的代码，提高开发的效率和软件管理。系统的软件设计采用模块化设计方法，各模块之间相互独立。整个软件设计包括主程序、时钟子程序、传感器子程序、短消息子程序、显示与报警子程序和红外解码子程序等。4.2 系统主程序流程图软件设计主要任务是完成对传感器组进行循环监控、lcd显示、报警和tc35 gsm模块的控制。系统初始化主要完成定时器0、1初始化、外部中断0初始化、lcd显示初始化、时钟芯片ds1302初始化、人体红外传感器初始化、

42、烟雾传感器初始化、串口初始化等工作。图4.1 系统主程序流程图4.3 时钟模块1、ds1302模块主要是用于设置时间和与mcu通信。2、时钟模块操作流程图见图4.2。图4.2 时钟模块操作流程图4.4 温湿度模块1、温湿度模块主要是用于单片机读取温度数据和湿度数据。2、温湿度模块操作流程图见图4.3。图4.3 温湿度模块操作流程图4.5 传感器模块人体红外传感器流程图如图4.4所示：主要用于检测到人并触发报警装置。图4.4 人体红外模块操作流程图烟雾传感器流程图：主要用于检测当前空气中的烟雾浓度，转换为电压值并与设定好的电压时比较是否会触发报警装置。其流程图如图4.5所示：图4.5 烟雾传感器

43、模块操作流程图4.6 tc35 gsm模块在本设计中，对tc35 gsm模块进行有效的控制将是系统的关键所在。此款tc35 gsm模块的控制遵循at指令集，所以按照at指令集所列的指令格式编写软件将会变得很便捷。本文中 代表ascii中回车字符，值为0x0d；发送英文短信的at指令：at /握手指令at+cscs=”gsm” /设置为gsm 字符集at+cmgf=1 /设置为text格式at+csmp=17,167,0,0/设置短消息文本模式参数at+cmgs=xxxxxxxxxxx / 设置要接受短信的手机号接着马上就发送要发送的信息然后发送16进制的1a程序模块化后，大大简化了主程序的同时

44、，又增加了程序的可读性和移植性。第五章 软件调试及硬件测试5.1 软件调试工具软件调试工具采用keil uvision3集成开发环境（如图5.1所示）。keil c51是keil software公司出品的51系列兼容单片机语言的软件开发系统。uvision3 ide是一个基于window的开发平台包含一个强大的代码编辑器、一个高效的项目管理器和一个make工具。uvision3 能够支持所有的keil 8051工具，包括宏汇编器，c编译器，连接/定位器，源代码转为hex文件的转换器。图5.1 keil uvision3集成开发环境uvision3 有着以下的优势加快用户嵌入式系统的开发：拥有

45、功能强大的代码编辑器 器件库用来配置开发工具设置 项目的创建和维护可以通过项目管理器设置 集成的make工具可以汇编，编译和连接你的嵌入式应用 所有开发工具的配置都是通过对话框的 拥有的调试器可以对源代码进行准确的调试 高级gdi agdi接口用来在目标硬件上进行软件调试，以及和 monitor-51 进行通信16 图5.2 keil c51软件调试程序通过软件模块化的设计思想利用模块化调试，通过观察存储单元数据的变化，编译程序查找并解决程序的语法和逻辑错误，具体的调试步骤如下：（1）把系统的各个模块在仿真软件中逐个调试，如中断模块、显示模块、数据处理模块等。 （2）把各个模块组合起来，进行编

46、译，看看是否有错误，若无错误看程序是否能流畅运行。5.2 硬件调试该课题的硬件电路部分占了整个过程很大的比例。单片机系统电路、tc35电路、温湿度电路、各传感器电路、时钟模块电路是本次设计的主要硬件电路。下面主要介绍硬件焊接步骤。在最开始焊接板子的时候，先把各个器件在万能板上先布局一下，看看这样会不会很好走线，确定好布局后就开始焊接了。首先先焊接单片机最小系统，接着焊接lcd显示模块，这样焊接的好处就是若是哪里焊接出现了错误，比较容易发现，也比较容易发现单片机是否正常的工作。当焊接好单片机外围电路和显示电路之后，先对硬件仔细的进行排查一遍，首先在单片机和集成电路器件未插入电源之前，用万用表仔细

47、检查线路，查看连线是否连接正常，防止电源短路。在上述工作完成后，接通电源，看lcd显示的状态，如屏幕亮则表示lcd接线无误，否则需要进一步排查错误。当确认焊接无误后，就可以进行软件的检查。5.3 系统调试在确保焊接电路完好后，首先对显示电路进行软硬连调，观察液晶屏显示是否正常，正常显示后在此基础上对系统的其他模块进行调试，若不能正常显示，首先检查硬件是否焊接的有问题，确保硬件无问题后再接着调试软件直到lcd能正常显示，最后把调试完好的各个模块都添加到系统中。系统实物图如图5.2所示。图5.3 硬件电路实物图正面图5.4 硬件电路实物图反面图5.5 系统调试实物图总结课题的主要任务是开发一个基于

48、stc12c5a60s2单片机的家庭防火防盗系统。通过对硬件电路和软件程序的联调，验证了系统的可行性，能满足设计要求，达到设计的指标，能实现智能的家庭防火防盗报警。从确定毕业设计题目到查阅资料确定总体方案设计，总体方案论证，硬件电路的设计，硬件电路的优化，软件的设计，软件的优化，焊制硬件电路板，检验硬件电路，调试软件程序，到最后的软硬件联调，其中的每一个过程都是精心设计、仔细完成的。本次设计是对所学知识的一次综合性运用，其中包括对模拟电子技术基础、数字电子技术基础、传感器技术以及单片机等知识的运用，从而完成了本次设计。在设计的过程中发现了自身知识的不足，也发现我们除了需要具备专业基础知识外，还

49、要有很强的实践动手能力，才能成功的设计出一件合格的东西。本次毕业设计收获很多，体会也很深刻，并且对我们所学的东西进行了总结，比如单片机开发应用，软件系统开发，12864显示屏的使用，各种传感器的工作原理以及c语言程序等等。在设计过程中，也进一步熟悉了很多以前用过的东西，altium designer软件绘制电路原理图和keil的一些仿真软件的应用，最典型的就是硬件电路与keil软件的联合使用功能。当然最重要的是学到了关于基本电子设计的一些基本方法，同时也加深了对一些常用的电子元件的理解及其基本用法的掌握 参考文献1谢卫华等.家庭智能防火防盗系统j.自动化与仪表，2010，31(6)：70-71

50、. 2刘海斌等. 基于gprs 彩信模块的多功能家庭安防系统j.现代电子技术，2011，34(7)：138-141. 3 吕长飞. 智能小区管理控制系统的设计研究d.河北农业大学，2008.4 韩奎国. 基于嵌入式的远程家居监控系统的设计与实现d.重庆大学，2006.5 周文生中文系统定量包装控制器设计与研究d.合肥工业大学，2008.6 周洪智能家居控制系统m中国电力出版社，2006，1.7 宏晶科技.stc microcontroller handbook，2010.8 仲玉芳等. 基于gsm短消息的家居智能报警和遥控系统的设计j. 智能家居，2008（6）：16-20.9 1李艳华，陈慧

51、明单片机控制gsm手机的技术及应用j单片机与嵌入式系统应用，2005(2)：73-75.10 周江瑜. sim卡芯片的低功耗设计d. 大连理工大学，2005.11 楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导m，北京：北京航空航天大学出版社，2005.12刘建清.轻松玩转51单片机c语言:魔法入门实例解析开发揭秘全攻略m，北京：北京航空航天大学出版社，2011.13 倪天龙. 单总线传感器dht11在温湿度测控中的应用j. 单片机与嵌入式系统应用，2010(6):60-62.14 刘法治.常用电子元器件及典型芯片应用技术m.北京：机械工业出版社，2006.15 高东梅基于gprs的安全工器具信息管理系统

52、d，苏州大学，2011.16 郭天祥.51单片机c语言教程入门提高、开发、拓展全攻略m，北京：电子工业出版社，2009.17tc35 hardware interface description z./index0/tc35i/pdf/tc35i_hd_v0103_1073577.pdf.18 张洪润.传感器技术与应用教程m，北京：清华大学出版社，2005.19 谭浩强.c程序设计m北京：清华大学出版社，2005.致 谢本设计及论文是在我的导师丁健老师的精心指导和悉心关怀下完成的。从课题的选取、开题的撰写、工作的开展到论文的完成，每一个细节无不凝聚着丁老

53、师的辛劳。在此，我谨向丁老师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢。感谢电子系的领导和老师，感谢我的同寝室的室友，这学期以来，他们在学习和生活上给予了我很多的关心和帮助。感谢自动化（1）班同学在生活、工作中对我的大量帮助感谢我的家人对我的理解和支持，他们是我强大的支柱，正是他们的默默奉献和衷心的支持，才使得我顺利完成学业。谢聪2013-5-24附 录附录1：系统原理图附录1 系统原理图附录2：程序清单main.c文件#includeds1302.h#includelcd12864.h#includetime1.h#includedht11.h#includegsm.h#includeir.h#includehw.h#includead.hextern unsigned char riserviceflage ;/用在riservice();函数中 当按键处理时要停止lcd刷新显示extern unsigned char time1lcddisplayflage;/用在定时器1中断函数中 500ms数据改变一次extern unsigned char xdata hwlcddisplay;/人体红外扫描标志位unsi