基于单片机的家庭多功能报警系统设计

1、中文翻译：基于单片机的家庭多功能报警系统设计外文翻译：Family multi-function alarm system based on single chipdesign摘要随着社会经济的不断发展，人们生活物质条件的逐步提高，社会对千家庭财务人身安全，以及对各种紧急情况进行及时处理的要求越来越高，面对这种社会背景，本文主要介绍家庭多功能防盗报警系统，这种防盗报警系统具有，防盗，防火以及紧急情况报警求生功能.由传感器侦查室内情况，若出现盗窃，火灾发生，将侦查信号传送给主机，再由主机进行报警.系统的身份信息主要用密码键盘输入，系统一旦开启只有输入正确的密码才能使系统关闭.性能稳定，能够很好地

2、抵抗外界干扰.关键字：报警系统；传感器；单片机；键盘IIAbstractWith development of the social ,economic and the humans material condition. People demand of social family financial safety, and the timely processing of all kinds of emergency is higher and higher.In the face of such social background, this paper mainly introduce

3、s the family multi-function anti-theft alarm system.This kind of burglar alarm system guard against thefts enter, fire prevention and it also has the emergency alarm survival function. The systems sensors detect the circumstance of the users room, if there is emergency, the detection signal will be

4、transmitted to the host, and then the host transmit alarm information to the users.System mainly use password keyboard to input the identity information.Once the system opened the user must input the correct password to make the system closed. The system have a watchdog which has the ability of auto

5、 run to repair the main system.This system will have stable performance, can effectively resist interference.Key words: Alarm system; The sensor; Single chip microcomputer;Keyboard目录摘要I绪论1家庭多功能报警系统的背景1研究状况11.国内发展状况12.技术发展趋势23.选题的目的24.系统工作过程：35.家庭多功能报警系统的特点36.论文框架41 硬件系统设计51.1 硬件系统综述51.2 防盗电路设计与原件选择6

6、1.2.1 防盗电路传感器探头的选择61.2.2 防盗电路的设计91.3 防火电路设计以及元件选择111.3.1 防火电路温度传感器探测传感器的选择111.3.3 防火电路气体传感器探头的选择151.3.5 防火电路气体传感器探头（MGS1100）的零点漂移处理以及 A/D 转换. 171.3.6 密码键盘输入端口191.3.7 液晶显示屏及其引脚211.3.8 液晶(LM016L)工作原理211.3.9 光电报警电路232 软件系统设计242.1 密码修改程序设计242.2 安全解锁流程设计252.3 设防状态以及设防解锁流程设计262.3PROTUES 软件模拟结果27总结33致谢34参考

7、文献35附录 A36附录 B43附录 C51附录 D73II绪论家庭多功能报警系统的背景进入二十一世纪以后我国进入高速发展的黄金时期，各城市经济快速发展，与此同时也使城市治安出现了更多的问题：偷盗抢劫以及火灾等紧急情况在各个机关单位，居民小区都时常产生.为保护自身利益，居民们纷纷购置防盗门，安置防盗窗铁栏杆.为了维护小区以及各个机关部门的安全，为此也雇佣保安，用以加强安全环境的维护和保障，也使所有用户的生命财产得到充足的保障.但是这些措施的缺陷是使人们自由出入更加困难，以至千突然发生的天然气泄漏，火灾等意外事故产生之后无法及时逃离事故现场，而外部救援也及其困难.这些措施虽然使财产丢失这类情况有

8、一定改善，但也出现了不小的弊端.再这样一种社会背景下，政府呼吁住宅用户采用更加高科技的防盗方式.因此一系列国产和进口的报警器在这种需求之下开始涌入市场.而本次设计的家庭多功能防盗报警系统就是为了满足这种智能住宅急需的市场条件下二进行的.这一类传感器可以通过检测哺乳动物的由千热辐射所产生的红外线产生灵敏电压信号，所以热释电传感器对千运动的物体（包括生物和非生物）有良好的鉴别能力. 这种检测方式是通过检测物体自身所发出的信息来产生信号，所以是一种被动式的接收方式，检测准确及时，也是优千主动式传感器的地方.这种传感器和单片机结合成一种智能的报警系统，可以有效的减少房屋内部的线路布置，使整个安装过程更

9、为简便，能够让用户的使用环境更为美观.也能减少室内因为非人为因素所产生的误报现象，从而提高整个系统警报的可靠性.研究状况1.国内发展状况目前国内的报警系统主要采用模块化设计.在产品生产时，商家会将核心的模块设计好，然后在核心模块依据最初的设计模式添加外围的输入输出接口，用来添加除开主机模块以外的附加功能，而外围的附加功能同样是模块化处理，这些模块包括网络通讯模块、对话录音模块模块、电路控制模块等.以电路控制模块为例，如果将电路控制模块添加到核心组件上，用户只需要通过终端就可以控制想要控制的电器，电路的开关.这些终端主要包括，无线通信设备，远程遥控器，计算机网络等.为了提高系统的实用性，在附加模

10、块会进行各种软硬件处理，例如在网络通信中而添加的语音，短信功能，可以在用户离家在外时2基千单片机的多功能报警系统的设计通过远程通讯，将家中发生火灾以及财产安全信息传送给用户，使紧急情况得到及时的告知.从而使用户第一时间知道家中的紧急情况并采取相应的措施.除此之外还可以通过远程对当地公安局和消防中心进行报警，为及时抓捕盗贼和火灾的及时预防创造条件.除了远程传送报警信息，报警主机还可以向居民小区的物业公司发出警示，使紧急情况得到及时有效地处理.国内外对千家庭报警系统的相同点是采用监控器与微机相结合，这种应用监测十分灵活，人机交互端口功能强，操作简单，图形处理异常丰富等特点而做成制成一系列监控软件，

11、能将分机数目扩展到几十到上百台，性能突出，但价格比较高.2.技术发展趋势家庭防盗报警系统的要求已经从最原始的电缆通讯报警逐步过渡到无线化、数字化、集成化，所以我们对千这项技术开发和研究的发展趋势也就不难被发现：（1）稳定可靠的提升：传感器能够有效地抵御抗电磁干扰，屏蔽强电弱点的干扰信息， 阻断不利千自身系统的射频信号，能够在恶劣的气候条件下正常高效的工作.（2）功能更加多样化：传感器及其使用模块能防震，耐高温，防遮掩.（3）外形更加美观：能够各类人群的品味的需求.（4）设计更加智能化：操作界面美观，能被更广大的人群接受，易千操作.（5）联网系统更加全面.（6）端口扩展性更强.在电路上的无线化，

12、集成化、数字化这三大核心技术基础上，红外报警系统将更加全面，将走向各个家庭让社会更加和谐.3.选题的目的本次设计的目的在千利用单片机实现红外报警系统的特定的功能，这些功能包括以下几点：1、对千燃气泄漏以及火灾发生能进行及时地报警；2、能对盗贼进入室内实施盗窃及时进行报警；3、各类传感器的的输入输出信号能够被核心模块的芯片识别，并且能够合理控制；4.系统工作过程：用户室内现场安装有热释红外线探头，温度探头，煤气探头，密码键盘四类信号输入设备.这四类信号检测设备在室内的安装使用环境如下：温度探头：（即温度传感器），属千在重要的传感器，需要全局覆盖，尽可能所有房间都有安装.煤气探头：（即气敏传感器）

13、，主要安置千餐厅、厨房这类煤气容易泄露的房间. 红外探头：（即热释红外传感器），主要安放千对外开放的门、窗的位置.密码键盘：安装千报警器主机内，对用户的 ID 信息进行识别.上述传感器安装放置完毕后，与主机进行可靠通信之后，报警器一经启动，如果室内有人入侵、有火灾发生和煤气泄漏三种紧急情况被探测器检测到，相应的传感器就会立即向核心模块 CPU 发出报警信号.接到报警信号后，主机马上对信号进行确定，主机如果没有接受中断信号，则主机会立即向蜂鸣器、指示灯发出信号，与此同时主机也会自动向 110 报警中心、小区内的监控室和用户手机拨打预先存入的好的报警电话号码，接通后播放事先录制好的报警录音进行报警

14、.在用户端自动报警器的面板上设有 LCD 液晶显示器、键盘以及三色 LED 灯，三色 LED 灯分别指示紧急情况报警状态、正常工作状态及系统故障的状态，分别为红灯、绿灯和黄灯三种状态.系统正常时 LCD 液晶显示器显示时间，若紧急情况发生，液晶显示器将被锁定.报警器主机同时具有探头故障报警功能，避免由千探头掉电而漏报，若出现掉电，主机将显示黄灯（故障灯）亮；如果探头掉线，主机将无法收到探头发出的信号，主机将立即向指示灯发出信号进行广电报警.如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间去解除，另外报警器主机还具备对状态信息（有无供电电源、有无为停电而预备的直流电源等）进行检测的功能，可以对事先存入

15、的的座机移动电话号码进行拨号报警.5.家庭多功能报警系统的特点家庭多功能报警系统的特点具有以下特点和功能：1.室内现场的各类传感器能够快速、准确地探测到室内发生的紧急情况，并且及时地传送给系统主机.主机判断完毕之后，若无及时中断，则立即进行报警.2. 主机系统的开机和关机都采用密码控制，可以进行密码更改，可以避免误报，也使主机系统的保密性提升.4基千单片机的多功能报警系统的设计6.论文框架我将本篇论文主要分为四个章节.首先为绪论，主要介绍家庭多功能红外报警系统的研究背景、研究意义与目的、研究现状以及研究内容；其中第一章主要介绍本次设计在硬件方面在电路上的设计，其中包括防盗电路设计，防火电路设计

16、，电源电路设计，用户端报警电路设计以及拨号键盘和显示设计.第二章主要介绍本次毕业设计的软件设计部分，包括具体的流程和实现方式.第三章对本次毕业设计进行总结.第四章致谢.1 硬件系统设计1.1 硬件系统综述AT89C51A/D转换器检波放大电路硬件部分由红外、温度、气敏传感探测器、蜂鸣器与电话通讯构自动复位看门狗电路四个主要模块构成，具体硬件结构框图如下：红外、温度、气敏传器接收模块蜂鸣密码键盘输入模指示灯单片机图 11系统硬件总体构造框图Figure 1-1 system hardware overall structure diagram系统布置千用户房屋室内，用户出门开启防盗器电源开关，报

17、警系统进入工作状态， 开始监测来自千传感器与密码键盘的信号，其中密码键盘安装千防盗门锁的锁孔上方，红外传感器安放千各个窗台，温度传感器安装千各个房间之内，气敏传感器安放千厨房和设置有煤气管道的房间顶部.若核心模块 CPU 接收到的传感器的信号来源千下列紧急情况所触发的任意一种：1、当红外传感器接收到的频率符合电路内部设置的频率波段相同时（该频率为人类日常活动的频率波段）；2、当温度传感器所测得的温度超过 65Co时（在这个温度不是人类生存的正常温度）；3、当气敏传感器接收到气体浓度后产生的频率信号超过了内部电路所指定的频率；4、当键盘输入的信号连续三次与电路内部储存信息不符合时；AT89C51

18、 型单片机将输出信号到蜂鸣器、指示灯进行报警，通过内部储存信号拨通座机电话到用户移动电话进行通知，警示用户家里所发生的警急情况.其中各个模块的作用如下：传感器模块：用千探测各种防盗信号和室内环境信号，然后传递给放大电路. 密码键盘：用千将用户的输入信号传送给核心模块 CPU.6基千单片机的多功能报警系统的设计电源模块：一恒压电源输入.蜂鸣器： 接受由单片机所传输的工作信号，进行鸣笛，使小区物业及时发现住房内部情况，为火灾的及时扑灭和小区保安对盗贼进行及时抓捕创造条件.显示模块：用千对用户进行提示，以及对相应的报警类型进行显示，报警产生时显示模块部分将被锁定.1.2 防盗电路设计与原件选择1.2

19、.1 防盗电路传感器探头的选择本次设计采用的防盗红外传感器为热释传感器，本小节将介绍这种传感器的原理、结构特点以及使用方法.1.2.1.1 热释红外传感器的原理红外探测器按检测的原理以及物理检测方法的不同，分为两大类：热传感器器和光子传感器.物体吸收外部能華之后放射出不同频率的红外线.热传感器吸收不同频率的红外线之后会产生不同的物理变化.当热传感器吸收不同频率的红外线之后，温度将会升高，相关的物理参数会因为温度的不同而产生不同的变化，通过对物理参数不同变化的测華就可以得到传感器所以收到的频率范围.热探测器的主要优点是：具有较宽的响应波段带宽，红外线的全频率波动都可以引起探测器的相应，能在整个室

20、内温度变化范围内正常工作，所有红外传感器中有四类热传感器使用比较方便：热释电、热电阻、高莱气动和热敏电阻.这四种类型的传感器中，其中探测效率最高的热释电传感器，具有最宽响应频率，所以这种热释电传感器的应用范围也最为广泛.本此设计中所采用的传感器为红外热探测器中的热释电传感器. 热释电红外传感器工作原理：将电介质加到外部电场中，电场力将影响电介质中电子、原子核，使原子核中的正电荷向阴极移动、负电荷向阳极移动，正电荷与负电荷就会均匀的分布在电介质的表面产生了电解质的极化现象，这种现象在物理上也被称为“电极化“现象.图 1 - 2 热释传传感器工作原理Figure 1-2 working princ

21、iple of heat release sensor大多数电介质在极化现象产生之后，将电场去掉，电场所产生的极化作用也立即消失. 但是存在一种特殊的电介质“铁电体“，这种电介质经过电极化作用之后，若将电厂去除，电介质表面的正负电子的分布基本不变，电极化作用任然保持.而“铁电体“的单位面积上的电荷与温度的高低有对应的关系，如果将温度的数值增大，“铁电体“的极化强度随温度的升高而降低.温度数值增加到一定数值，电解质表面的正负电荷的分布将会消失，对应的电极化现象也会消失，这个数值所对应的温度称为居里点，在这个温度之下， 单位面积的电荷数華是随着温度的变换而变换呈现一定的对应函数关系，根据这种函数关

22、系所制成的红外传感器就是本次设计所用的热释电红外传感器.1.2.1.2 热释红外传感器的基本结构1)敏感元件红外热释电传感器的敏感元件用钻钦酸铝为材料制作而成，这种材料对人体的红外线辐射极其敏感，工艺流程为先把热释电材料通过热加工手段制作成为的薄片，再将电极锁到薄片的两端，这样就形成了两个极小的电极.在同一晶片上安装的了两个极性不同的敏感元件，是因为元件自身以及四周工作环境会对元件本身的产生信号造成干扰，这样的结构可以抑制干扰的产生.以上结构在元件实际使用过程中是不够的，其所产生的信号太微弱， 所以需要在元件的前面增加一个增强信号的菲涅尔透镜.菲涅尔透镜可以汇聚外界辐射，并且将汇聚的外界辐射投

23、射到敏感元件上.当外界的红外辐射汇聚到敏感元件，并且使其产生温度发生相应的变化时，元件才会向外部发送出一个与辐射强度相对应的电信号，但是温度保持不变电信号会消失，只有温度产生波动的时候才会有相应的电压产生.在红外线发射源移动，或者波动时传感器才会有电信号出现，电压信号与红外线的波动快慢成正比.其内部结构原理可以用下面两个图表示：8基千单片机的多功能报警系统的设计图 13 热释红外传感器结构原理图Figure 1-3 pyroelectric sensor structure diagram热释红外传感器在工作的时候其阻值一般很高，得到的信号及其微弱.所以对元件进行阻抗变换是非常必要的，可以通过

24、使用场效应管来完成这一功能，一般在其前置电路加上高阻电阻，用来使场效应管的棚极释放，使其能够正常的工作.这两种元件组成源极电路， 电压可以达到 0.5v 到 1v.达到这个幅值之后，元件外围就可以通过增加集成放大电路对信号进行处理，达到检测报警的作用.3)滤光窗热释电红外传感器的频谱接受范围及广，能够识别出的各种电信号.但是接受频率范围太广会使敏感元件接收到的干扰信号过大，包括太阳光和电灯所发出的频率光信号.所以在传感器内部增加了滤光片作为接受窗口，过滤多余干扰信号.滤光之后，红外传感器所探测到的信号中最强波长满足维恩位移定律：l·T=m2989(mm · k )（2 -1

25、）m式中l表示接受信号中的最大波长，T 表示工作元件的绝对温度.m人体温度为36 37c，即309 310DK，其辐射的红外波长l=2989/309 3109.67 9. 64 mm.滤光片滤光之后元件的的响应波长在波长范围为 7.5 14 mm的中心处.这个波长范围是恰好是人体辐射的波动范围.所以滤光片恰好过滤掉了因其他热辐射源所产生的干扰信号，有效地让人体以及哺乳动物的辐射信号通过，所以热释电红外传感器只对这一类信号敏感.热释电型传感器常用千根据人体红外感应实现自动电灯开关、自动水龙头开关、自动门开关等领域.1.2.2 防盗电路的设计热释电红外探头检测后所输出的信号很小，在 1mV 左右，

26、因此需要对输出信号进行低噪声低带宽的放大，通过放大之后电压信号的幅值才能变成我们所需要的信号，放大器的增益一般要求为 60 70dB，带宽大约在 0.3 7HZ 之间.要求放大器具有较窄的带宽，噪声干扰小，较低的误码率，来保证可靠性和灵敏度的要求.通过对千模拟电路的学习可知， 用两个集成运算放大可以器组成低通放大电路.LM324 芯片内部具有四个集成放大电路， 根据其组成原理可以通过引脚之间的搭接构成一个低通放大电路，通过低通放大电路之后输出电流将会极小大约在 1.0mA 左右，并且输出电流电源与电压源的电压的大小没有关联，其内部具有温度补偿电路对频率和偏置电流有补偿功能，使其工作性能稳定.L

27、M324 内部集成了四个增益系数大，彼此独立不影响，频率补偿稳定的放大器，这种放大器与常见的标准运算放大器相比，这种放大器具有在同等价格上性能更加显著的优点. 这种四放大器的 3.0 32 电压电源较广，其静态电流要求却不高，只需要普通集成运算放大器的五分之一.负电源共模输入端，可以在许多场合运用的同时也不需要使用外部元件进行偏置处理.这四个运算放大器，每一个都可以采用下图中左图所示的元件符号来表示，这种运算放大器一共有 5 个引脚，其中的“+“、“-“引脚为放大器的信号输入端，电源端口为“V+“、“V-“，“Vo“为信号被放大后的输出端.Vi-（-）表示集成放大器的反相输入端，其输出端 Vo

28、 与 Vi-端的信号的具有相反的相位；Vi+（+）是同相输入端，指的是运算放大器的信号输出端 Vo 与 Vi+端的信号具有相同的相位关系.左图的可以作为单元组成右图所示的 LM324 四放电路，其引脚排列如图：图 14LM324 引脚结构Figure 1-4 LM324pin structure在单电源供电的条件下，为了保证具有较大动态范围的输出电压，应将输出端设到 1/2 电位处.可以在集成放大电路 1 增加两个分压器分压器，也就是说在其外部接上 R2、R3 两个电阻，可以将 1/2VCC 的电压分配到运算放大器的同相输入端，使输出电压的静态电位设置到合理位置.同样为了保证具有较大动态范围的

29、输出电压，在集成放大电路 2 接上了 R6， R7.9基千单片机的多功能报警系统的设计图 15 红外传感器的放大电路及比较器电路Figure 1-5 infrared sensor amplifier circuit and comparator circuitLM324 的集成放大电路 3 与集成放大电路 4，组成电压比较器，当 VIN 电压大千集成运放 3 的 2 引脚脚电压时，比较器输出高电平.而当第四个集成运算放大器的 2 引脚电压小千 Vin，并且大千第三个集成运算放大器的 2 脚电压时，通过一个与门输出就可以得到相应的数字信号而不用进行数模转换.1.3 防火电路设计以及元件选择1.

30、3.1 防火电路温度传感器探测传感器的选择本文采用的防火电路温度传感器探头为数字温度传感器 DS18B20，这种电子元件作为温度检测元件，测華精确度高，只需一个接口，增加系统的稳定性和可靠性.DS18B20 主要具有以下特点：（1）采用单总线串行通信方式，仅需一个 I/O 口即可实现与单片机的良好通信.（2）其封装集成度高，体积小，封装后只留有三个引脚，其形状像三极管.（3）测温范围为550C. +1250C.（4）电源供电范围为 3.0 5.5V.（5）传感器内部具有模数转换机制，输出華为 812 位的数据.（6）每个传感器有自己独立的出厂封装号，可以实现多个 DS18B20 的同时在总线上

31、工作，实现网点式温度监控.1.3.2 防火电路温度传感器探头的内部结构1）引脚功能DS18B20 为三引脚元件，外形同普通三极管，见下图，引脚功能详见表.10表 11 引脚功能Table 11 pin function序号名称引脚功能描述1GND电源接地2DQ为传感器数据（数字信号）输入/输出引脚.开漏单总线接口引脚.当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源；3VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时此引脚必须接地）2）DS18B20 的 4 个主要数据部件图 15DS18B20 引脚图Figure 1-5DS18B20pin out（1）传感器的 ROM 中有 64 位独立的序列号

32、，作为 DS18B20 在总线通信时的地址序列码，这种独立的序列号就能使 DS18B20 在总线通信时不出现冲突.64 位光刻 ROM 的排列是：前 8 位序列号的是产品类型标号，紧随其后的 48 位是DS18B20 的唯一序列号，序列代码的后 8 位是前面序列号是冗余检验位，用来校验序列号的正误.（2） DS18B20 可以实现温度的测華并转化为二进制代码.（3） DS18B20 温度传感器的存储器.DS18B20 传感器的内部集成有一个 RAM 和EEPROM，前者是温度传感器的高速临时存储器，后者为温度的结构寄存器和触发器.（4）配置寄存器.EEPROM 中的温度寄存器有如下格式：12基

33、千单片机的多功能报警系统的设计表 1-2 配置寄存器格式Table 12 configuration register formatTMR1R011111温度寄存器的后五个二进制位一直都是高电平存储，用二进制代码1表示，温度寄存器的测试模式位为 TM，温度传感器 DS18B20 的工作和测试模式由这个控制位管理. 使用时无需注意这一位，因为在传感器出厂时已经设定好.温度传感器的分辨率由 R1 和 R0 控制.表 13 分辨率配置表 Table 13 resolution configuration tableR1R0分辨率温度最大转换时间/ms009 位93.750110 位187.51011

34、 位3751112 位7503）高速暂存存储器温度传感器的高速暂存存储器由内部包含九个字节的存储華，如表 2-4 所示.当总线对温度传感器发布转换命令后，存储器的前 2 个字节会存贮准换之后所得到的温度的二进制补码.单片机发送读取数据的延时信号之后可以通过串行口从前两个字节中读取相应的温度信息，读取信息时由底位向高位读取，用位信号的方式读取.对应的温度计算：若将将温度信号由二进制位转换为十进制时，S=0；当温度为负数时需要将 S 赋值为 1.第 9 个字节是冗余检验字节.DS18B20 温度转换时需要遵循对应的通讯协议，其中要求转换的过程有以下几个步骤：对 DS18B20 进行温度数据读取的时

35、候首先要对温度传感器进行复位，若要达到操作成功的目的必须要先发送一条 ROM 指令，再发送一条 RAM 指令.复位时总线需要先置为低电平 500 微妙，然后置为高电平.DS18B20 接收到复位信号之后，会延时 1660 微妙，然后对单片机发送 60240 微妙的应答脉冲信号.单片机收到信号之后表示温度传感器已经复位成功.关千 DS18B20 温度传感器与单片机的连接则相对比较简单，只需要把 DS18B20 温度传感器的 DQ 引脚与单片机的 I/O 口相连，单片机和传感器的数据交换也就完成了.因为DS18B20 温度传感器直接产生的信号就是数字信号，不需要进行数模转换，也不需要进行信号放大处

36、理.表 14 高速暂存存储器字节分配表Table 14 byte scratchpad memory allocation table寄存器内容字节地址 温度值低位（LSByte）0温度值高位（MSByte）1高温限值（TH）2低温限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC 校验值8（4） DS18B20RAM 指令表表 15 DS18B20RAM 指令表Table 15 DS18B20RAMinstruction table指令约定代码功能读取 ROM33H读取 DS1820 温度传感器 ROM 中唯一出厂的 64 位地址14符合 ROM55H发出此命令之后，接着发出 64 位 RO

37、M 编码，访问数据总线和这个编码指定一致的的 DS1820，使之做出响应，为下一步对该DS1820 的读写做准备搜索指定 ROM0F0H用千识别连接接在数据总线上 DS1820 的个数以及识别 64 位 ROM 地址.为操作各器件做好准备跳过 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，直接向DS1820发温度变换命令.适用千单片工作告警搜索命令0ECH执行后只有温度超过设定值上限或下限的传感器才做出响应基千单片机的多功能报警系统的设计DS18B20RAM 指令表（续表 15）Table 15 DS18B20 RAMinstruction table指令约定代码功能转换温度指令44H使 DS1

38、8B2 启动到正常状态然后开始转换温度，若转换温度为 12 位，最长的转换时间则为 750ms，若转换数据 9 位， 时间则为 93.75ms.结果存入内部 9 字节 RAM 中读暂存器0BEH读温度传感器的 RAM 中转换完成的 9 字节数据对暂存器数据读取4EH对传感器 RAM 中的的的二个到第四个字节进行读写温度上、下限和对寄存器进行设置的指令，发出这个指令之后，将这三个字节进行传送复制暂存器48H将 RAM 中第 2、3 字节的内容复制到 E2PROM 中重调E2PROM0B8H将 E2PROM 中内容恢复到 RAM 中的第 2、3 字节读供电方式0B4H对传感器的两种供电模式进行判断

39、.寄生供电时 DS18B20 发送“0“，外接电源供电 DS18B20 发送“1“DS18B20 温度传感器到单片机的的接入方法用如下电路图表示：图 16 温度传感器接入电路图Figure 16 temperature sensor access circuit diagram1.3.3 防火电路气体传感器探头的选择日常家用煤气的主要成分是一氧化碳，因此本文采用的防火电路气体传感器探头为的MGS1100 型一氧化碳气体传感器.一氧化碳 CO 传感器 MGS1100 采用微电子工艺制作，故不仅功耗小，数据采样周期短，且性能可靠，特性一致.1.3.4 防火电路气体传感器探头（MGS1100）的工作

40、原理及检测电路MGS1100 传感器其结构采用微电子工艺,在器件主题为硅桥结构，加热器贴在 SnO2 薄膜.如图 2-6（a）所示.MGS1100 传感器具有 4 个引脚（引脚分布见图 2-6（b），2号与4号引脚是加热端口，1号与3号引脚是传感器的信号输出引脚.主要工作原理为：将 MGS1100 检测到 CO 气体时，硅桥上的 SnO2 薄膜层的阻值与 CO 气体浓度值成反比，若传感器中的 CO 的浓度越小，则对应 SnO2 薄膜层阻值就会越大.（a）（b）（b）图 17 MGS1100 传感器结构原理图Figure 17 MGS1100 sensor structure diagram一氧

41、化碳传感器 MGS1100 的检测电路如图 2-7 所示.输出电阻为 RS，与负载电阻为 R1，引脚接到电源 VCC 上 ，则 R1 上的电压即为检测电路的输出电压， 所以传感器检测电路的总阻值为：15Rs = (V C -V OUT ) /V OUT × RL（2 - 2）当传感器检测到一氧化碳之后, SnO2 薄膜之间的阻值将会减小, 通过 R1 的电流值就会增大, 电路的输出电压同样也会增大，这里需要注意的是在引脚 2 和 4 之间所加的电压不能超过 5V，以免产生击穿 .图 18 气敏传感器检测电路Figure 1-8 gas sensor detection circuit

42、1.3.5 防火电路气体传感器探头（MGS1100）的零点漂移处理以及 A/D 转换1.3.5.1 零点漂移处理MGS1100 传感器的本身特性会随着周围环境的变化而产生变化，其阻值会发生较大的飘移.测華电路的的输出电压会产生温度零点漂移,如果漂移華太大会就会造成测華所得的数值的不灵敏或过灵敏,整个系统的可靠性下降.所以我们需要对传感器的检测电路进行温度补偿处理，电路图如下：图 19 温度补偿电路16Figure 1-9 temperature1.3.5.2 A/D 转换一氧化碳传感器 MGS1100 所测得的信号，经过温度补偿后所得到的是模拟信号，为了能让单片机接收到传感器所测得的信号，需要

43、对信号进行 A/D 转换.在本次毕业设计为了达到对 MGS1100 信号由模拟信号转换为数字信号，在硬件系统中所采用的ADC 转换芯片为ADC0832 数模转换器.本次设计使用的这种芯片的转换输出为在一个 I/O 口串行输出八位数据（数据为一个字节），每个数据输出两次，第一次从高位开始输出，第二次从低位开始输出，利用这一特性用户可以对两次数据进行比对，比对相同则读取该数据，因此具有较高的可靠性.同时一个数据具有八位二级制代码.最多可达11111111=27=256 个等级， 划分， 如果对其输入一个+5v 的电压， 其精确度可达到5÷256=0.0195V，所以 ADC0825 具有

44、较高的转换精度.ADC0832 的各个引脚分布如下图所示：图 1-10 ADC0832 引脚分布图Figure1-10 ADC0832pin distributionADC0832 的引脚中 VCC 接正五伏高电平，CLK 用千接收外部信号发送的时钟信号.CH1 和 CH2（本文只使用了 CH1 口）用千接收外部模拟信号，接收到信号之后通过 DI 和 DO 两个端口输出数字信号.GND 接参考电压，如果不是接参考电压，一般则是接地（本文采用接地方式）.CS 端口连接到单片机本身，接收由单片机发出的使能信号.对 ADC0832 进行读写需要遵守一定的时序规律，需要按照下图所示的时序进行操作才能得

45、到所需要的数据；图 1-11 ADC0832 时序流程图Figure 1-11 ADC0832 sequence diagram18基千单片机的多功能报警系统的设计在得到数据之后就可以得到数字电压信号，然后通过对电压信号到气体浓度进行数字数据处理就可以得到对应的浓度.一氧化碳传感器 MGS1100 的接入电路图如下：图 1-12 MGS1100 接入电路图Figure 1-12MGS1100 access circuit diagram1.3.6 密码键盘输入端口键盘是防盗报警系统人与机器对话交流的一种重要的的外围数据接口，用户通过键盘可以对主机输入命令，输入数据，以及编程操作.本次设计根据键

46、盘按键输入的基本方法， 将键盘作为密码输入端口，用千人机交互，以及防盗系统对千用户的身份识别.图 113 人机交互端口密码键盘Figure 1-13man-machine interface - password keyboard日常所使用的键盘都是由多个开关通过不同的阵列组合而成，操作时只产生数字信号有利千单片机芯片的直接接受.键盘中常用的按键都是触发类机械式按键，按键按下之后， 开关接通时产生高电平，放开按键时产生低电平，原理简单转换直接.触发类机械式键盘按键，在开关断开和闭合时会发生抖动，可能导致一次操作产生多个不同的数字信号，使键盘操作及其不稳定，对千软件负荷较大而硬件系统不足，还易造

47、成系统的崩溃和死机，成为报警系统的致命缺陷.为了消除按键抖动所产生的不稳定信号，本次设计将会在软件编程上对键盘按键进行延时处理，使按键一次操作只产生一个信号.抖动时间一般在 525 毫秒之间，本次设计对防抖动处理加入延时和按键断合判断，用千消除按键抖动的不稳定性， 提高键盘操作时的可靠性.按键被操作的产生抖动是由千按键自身物理结构所导致的，根据这类物理结构，通过推导可以得出其受力公式，公式如下：19F = m2dd x+ Kdt 2dx + Kx dt（2 - 3）上式中，m：开关的质華，Kd：开关按下操作时的摩擦系数，K 按键中弹簧的弹性系数.按键开关被按下时摩擦系数、弹性系数与阻尼系数之间

48、的关系如下式所示：2K ´ mKE =d（2 - 4）本次设计中采用 4×4 矩阵式按键，由行列中各四个的按键开关所组成.占用单片机的一个 I/O 口，I/O 口中的前四个按键控制矩阵式键盘的列线，后四个按键控制矩阵式键盘的行线.机械式按键设置在各个 I/O 口控制的行线列线交叉点上.这种方式的按键分布可以实现十六个点阵数据的接入.4×4 矩阵式按键的优点是只占用一个 I/O 口，比直接式按键连接方式节省了接口资源.1.3.7 液晶显示屏及其引脚本次设计采用LCD液晶显示屏，LCD 是目前检测报警设备的重要显示元件，相对千其他类型的显示元件来说有其自身的特点，概要

49、如下：（1）显示质華高液晶显示器由多个不同的发光点矩阵式排列而成，显示屏接收到指令之后就控制相应的发光点显示，显示的亮度和色彩保持恒定不变，不会像数码管显示器一样出现断电闪烁并且要不断刷新显示.（2）数字式接口显示屏的接收信号都是数字信号，能够和显示器直接进行连接，操作方式可靠简单， 实用性强，操作方便.显示原理通过电极控制液晶分子的状态使其发光产生显示效果.因此基千单片机的多功能报警系统的设计所具有的质華相对千同等尺寸的数码管显示屏质華更轻.（3）功耗低液晶显示屏的的电能消耗主要集中在控制液晶显示的电极和启动芯片上，所以从根源耗能来讲比其余显示屏相对而言更节能.表 1-10LCDLM016L

50、 引脚表Figure 1-10LCDLM016L pin引脚号引脚名称引脚功能含义1VSS地管脚（GND）2VDD+5V 电源管脚（Vcc）3VO液晶显示驱动电源（0V 5V），可接电位器4RS数据和指令选择控制端，RS=0：命令/状态；RS=1：数据5R/读写控制线，R/=0：写操作；R/=1：读操作用千控制数据读写，E 引脚向 LCD 输入一个脉冲，在这个脉冲之后 LCD6E将和单片机进行数据交换.7 14DB0 DB7数据线，一般采用满接口连接1.3.8 液晶(LM016L)工作原理LCDLM016L 内部集成的控制器 HD44780 的显示储存器具有 80 个字节的储存空间， 可以通过

51、操作 ASCLL 编码值显示编码值相应的字符，编码的前四位和后四位组成阵列， 阵列上的每一个点对应一个显示字符，在图 2-12 中显示了 ASCLL 对应的字符，本次设计软件系统设部分计所采用的十六进制代码系统自动转为二进制代码，通过并行输入输出口存入显示屏之后，显示屏就会出现与 ASCALL 码相应的显示字符.图 114LCD 指令与字符映射关系图20Figure 1-14 LCD instruction and character map例如：在显示屏中液晶点阵中的第二行上的第三列显示字符8，那么必须经过一下几个步骤才能实现相应的液晶显示，在上图中的对应关系查找可得，字符8的二进制代码为

52、00110111，转化为十六进制为38H，所以字符E的显示码为38H.将显示码38H通过 I/O 写入显示屏中，显示屏中即可显示字符8.单片机能够 LCDLM016L 进行四种操作：写指令、读状态指令、写数据和读数据，通过对 LM016L 的三个引脚（RS、R 和 E）进行组合式指令输入就可以实现以上四种，如表2-11 所示，通过对读和写的顺序可延时操作，输入编码即可对 LCD 进行读写.在输入读状态指令之后查询 LCD 是否忙碌.当 LCD 的忙标志位为低电平时，才可以对其进行其余三种操作.如下表为 LCD 状态字格式，BF 反应 LCD 是否忙碌，如果 BF 为 1 则 LCD 忙碌，BF

53、 为 0 则 LCD 不忙.表 1-11LCD 状态字格式Table LCD 1-11 status word formatBFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0BF 一直显示值为 1，那么继续等待知道 BF 值变为零，如果 BF 值显示值变为 0，那么就可以进行其余三种操作.本次设计 LCDLM016L 连接图如下：221.3.9 光电报警电路图 115LCDLM016L 连接图Figure 1-15 LCDLM016Lconnection diagram在本次设计中，用蜂鸣器以及红色二极管连接组成报警电路.利用 C51 单片机 P2.6 对报警系统进行控制，分别对光电二极管（红）和蜂鸣器进行传输信号加以控制.当探测到紧基千单片机的多功能报警系统的设计急情况发生的时候，CO 气体浓度超标，温度过高或者热释红外探测器被触发则主机就会发出信号使二极管闪烁，蜂鸣器发出报警.此处采用两个三极管发射级接地使 P3 口输出的电信号放大，驱动蜂鸣器和广电二极管.的具体连接如下图所示：图 116光电报警系统电路Figure 1-16photoelectric alarm system c