毕业论文-基于单片机的远程火灾监控和报警系统设计与实现

大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的远程火灾监控和报警系统设计与实现系所：电子工程系专业：电子信息工程（嵌入式系统工程方向）学生姓名：学生学号：指导教师：导师职称：副教授完成日期：2014年5月2日大连东软信息学院Dalian大连东软信息学院毕业设计（论文）摘要IV基于单片机的远程火灾监控和报警系统设计与实现摘要随着智能化家居概念的不断推广及电子信息产业快速向生活领域渗透，实现家居信息化，网络化，智能化已成为家居系统发展的新趋势。传统的机械模式安防系统在实际使用中暴露了很多隐患，如：没有安防盗窗的楼层造成被盗隐患、发生火灾时候不易逃生等等。家庭智能防盗报警系统已经从原来的简单化、局部化向智能化、集成化发展，可对家居的安全环境进行实时的监控，如防火、防盗等，一旦有安全事故发生，就会发出相应的报警信息，使用户能够及时对发生的事故进行处理。本文设计了用STC89C52单片机实现的基于TC35模块的家庭无线防盗报警系统。此系统由单片机控制模块，液晶显示模块，TC35模块，传感器模块组成，可解决系统安防所存在的隐患，让家庭防盗更及时更方便。它不在依赖有线电话执行报警，而是借助可靠的GPRS网络，以最直观的英文短消息的形式发送到用户的手机上。它采用人体红外式传感器进行检测，变有形的防盗窗为无形。该系统采用现有的电话网络，结合射频无线通信技术和单片机网络控制技术，具有自动化程度高、适用性强、电路设计可靠等优点，一般家庭都能够接受。关键词：防盗，STC89C52，TC35，传感器，防火大连东软信息学院毕业设计（论文）AbstractTheDesignandImplementationofRemoteFireMonitoringandAlarmSystemBasedonMCUAbstractWiththecontinuouspromotionoftheconceptofintelligenthomeelectronicinformationindustry,therapidpenetrationtotheareasoflife,homeinformationtechnology,networking,intelligencehasbecomeanewtrendofdevelopmentofthehomesystem.Inactualuse,thesecuritysystemofthetraditionalmechanicalmodeexposedalotofrisks,suchas:thefloorofthecausenotburglarproofwindowstolenhiddenwhenfireoccursandsoeasytoescape.Homeintelligentburglaralarmsystemhasgrownfromtheoriginalsimplistic,localizedtotheintelligent,integrateddevelopment,thesecurityenvironmentofthehomereal-timemonitoring,suchasfire,theft,securityincidents,itwillissuethecorrespondingalarminformation,allowinguserstoincidentsinatimelymannerforprocessing.ThispaperdesignsSTC89C52microcontrollerbasedonthefamilyoftheTC35modulewirelessburglaralarmsystem.Thissystemconsistsofsingle-chipcontrolmodule,LCDmoduleTC35module,sensormodule,solvethesystemsecurityrisksthatexist,sothathomesecurityismoretimelyandconvenient.Itisnotdependentonawiredphonealarm,butwiththeareliableGPRSnetwork,mostintuitiveEnglishformofshortmessagessenttotheuser'smobilephone.Itusesthehumanbodyinfraredsensortodetectthesecuritywindowsasintangiblebecomestangible.Thesystemusestheexistingtelephonenetwork,combinedwithradio-frequencywirelesscommunicationtechnologyandsingle-chipnetworkcontroltechnology,withahighdegreeofautomation,applicability,reliablecircuitdesign,theaveragefamilycanaccept.Keywords:Anti-theft,STC89C52,TC35,sensor,fireprevention大连东软信息学院毕业设计（论文）目录目录TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1课题研究背景与意义 11.2课题研究内容与方法 11.3课题研究现状 2第2章关键技术介绍 32.1单片机介绍 32.2红外传感器 3第3章系统需求分析 53.1系统设计目标 53.2系统功能需求 53.2.1单片机最小功能需求分析 53.2.2红外线传感器、烟雾传感器需求分析 53.2.3按键、LED指示灯需求功能 53.2.4TC35-GSM模块需求分析 63.2.5液晶显示及蜂鸣器模块需求分析 63.3系统任务的可行性分析 63.3.1技术可行性 63.3.2系统安全性分析 7第4章系统设计 84.1设计指导思想和原则 84.2系统体系设计 84.2.1系统硬件结构介绍 84.2.2硬件功能介绍 84.3硬件设计 94.3.1单片机基本功能介绍 94.3.2单片机最小系统组成 114.3.3LCD液晶显示屏的电路设计 124.3.4电源电路设计 124.4软件设计 134.4.1软件功能介绍 134.4.2软件设计流程 134.4.3主程序流程图 144.4.4主程序初始化流程图 154.4.5报警子程序 154.4.6键盘处理子程序 17第5章系统实现 185.1环境配置 185.2功能模块实现 18第6章系统测试 216.1测试方案 216.2测试结果 21第7章结论 23参考文献 24致谢 25大连东软信息学院毕业设计（论文）-第1章绪论1.1课题研究背景与意义随着时代的不断发展，智能家居系统已然成为了人们生活中必不可缺少的一部分，由于现代电子技术和通信技术的迅速发展，人们的家居生活正在变得越来越舒适便利。然而生活中总存在一些这样那样的安全隐患，如火灾、煤气中毒、匪盗等，这些都已经严重危害到了人们的家庭幸福。于是关于智能家居的概念应运而生，而其中家居安全报警系统就是智能家居的一个重要组成部分。本文设计的系统能够在家中没人的情况下对火灾和偷盗进行监测。我们所设计的系统可分为两种状态，一种是不监测状态，即家中有人的时候所使用的状态，另外一种是家中无人的时候的监测状态。当人在家中的时候，会对偷盗事件比较敏感，因此本文的不监测状态的时候只有烟雾传感器在工作，当屋子里面出现烟雾的时候，由烟雾传感器检测后，通过蜂鸣器发出报警信号，此时液晶显示器上会显示：“homefire”与此同时手机会收到一条信息，信息的内容为“homefire”这样在家中的人们很快的就会意识到发生火灾，并及时采取措施。在设计的过程中通过按键来调整监测与不监测的模式，监测模式的情况下则是人体红外传感器及烟雾传感器都进行工作，红外传感器检测到人体靠近的时候，便会发出报警信号，同时手机也会收到信息：“somebodybreakin”。本文设计的智能家居系统的信息传输是依靠GPRS系统来进行传输的，GPRS安全系统是基于移动通信网络的监控技术，它利用GPRS无线移动通讯网络短信息数据传输模式平台，真正实现了超远距离方便、灵活的无线报警处理及控制，解决了固定电话或有线宽带网络有线数据传输模式报警的局限性，真正做到全无线报警。1.2课题研究内容与方法早前的家庭安全报警系统都是针对某个具体的安全隐患进行设计的，如煤气报警器、红外线防盗报警器、火灾报警器等，这些报警装置基本能够满足一般的需求。然而它功能比较单一、无二次报警功能，性价比也不是很高。例如燃气泄漏致人昏迷后无进一步防范措施、或无人在家时发生匪盗或火情，单纯的警铃报警失去了意义，这显然不能很好的满足家庭综合报警的使用要求。而全智能家庭防盗报警采用的是ADT全球安防系统。它的特点是功能强大、技术成熟，但是价格昂贵，故没有被大量的普及使用。从中我们也可以看出随着互联网技术的不断发展，将家庭安全报警系统进行区域的联网，安全系数大大提高。GPRS报警系统采用工业级无线移动通讯网络及相关的数字处理技术，已逐步应用于技术安全防范领域，广泛应用于家庭、商用、小区物业、电力、交通、石油、煤炭、铁道、市政、公安等部门行业的安防装置，数据监测以及远程监控系统等等本系统就是利用GPRS来完成对检测区域的远程报警设计。本课题旨在设计一个家庭防盗防火的报警系统，实现当家中无人的时候，能够较好的监测家中的火灾以及偷盗等情况。由于人们不再家中的时候容易发生被盗的及火灾的，所以本设计选用人体红外传感器及烟雾传感器，分别通过感应陌生人及火灾发生时的烟雾来产生报警信号，并且将报警的信息通过GPRS网络发送到主人的手机上，以便主人做出及时的处理。这样便能够完成远程的家居控制。这个系统还有许多值得开发的功能，该系统应用非常广泛，并且商业价值巨大，很有开拓的空间潜力。将这个系统做好将会有一个非常巨大的市场。1.3课题研究现状从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助，同时这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后由于通信技术的发展，在这个行业中可以提供远程通信服务的公司也加入其中，信息报警系统得到了深远的发展，从简单的有限的短途的报警，是报警信息传输到更远的地方。但电报这种方式有他的局限性，无法普及，稍后就被电话理所当然地取代，电话成为报警通讯的主要手段。自动报警的自动拨号系统以及移动电话普及，更使得通过无线远程报警的方式得到了前所未有的发展。从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有很多特点值得我们借鉴。大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1单片机介绍单片微控制器简称单片机，是在一块集成了CPU中央处理器的芯片、ROM程序存储器、定时器/计数器、RAM数据存储器和多种功能的I/O输入/输出接口等一台微型计算机。其包含计算机所需要的基本功能部件。其可以完成各种功能和函数中复杂的运算、通信、逻辑控制等功能。单片机的最小系统是单片机运行的最低保障，简单说就是单片机能正常工作和实现功能所必须的组成部分。可解释为使用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。单片机的最小系统应该包括单片机、时钟电路、复位电路和输入/输出设备。本系统采用是深圳宏晶公司的STC89C52单片机，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚。该单片机采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术制造，与美国Intel公司生产的MCS—51系列单片机的指令和引脚设置兼容。其主要特征如下：STC89C52单片机是一个8位CPU，其内置4K字节Flash可重复编程Flash，擦写次数可重复1000次。可以完全静态操作：操作频率在0Hz~24Hz之间，可输出时钟信号。程序存储器可以进行三级加密，保证系统安全。片内有128B×8的数据存储器(RAM)。在所有引脚中有32根是可编程I/O线。系统内部集成了2个16位定时/计数器，并且包括有6个中断源的中断系统，可编为两个优先级。一个全双工可编程串行通道。可编程串行UART通道。具有闲置模式和掉电模式两种节能模式。2.2红外传感器红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能可分成五类，按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这项技术在现代科技、国防科技和工农业科技等领域得到了广泛的应用。红外传感系统的实质就是红外线为介质的测量系统，按照功能可分为四类：（1）热成像功能，使用传感器扑捉红外线分布，产生整个目标红外辐射的分布图像。设计出热成像系统。（2）红外测距和通信系统，通过红外线作为介质进行信号传输。（3）辐射测量计，收集红外线的强度，对辐射和光谱测量。（4）搜索和跟踪，对有红外目标使用设备进行搜索和跟踪，以此确定其空间位置并对它的运动进行跟踪。大连东软信息学院毕业设计（论文）第3章系统需求分析3.1系统设计目标本系统主要实现智能家居的火灾报警等功能。主要是通过自动报警系统进行远程报警。根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块，如图4.1所示。3.2系统功能需求3.2.1单片机最小功能需求分析单片机最小系统单片机系统中最基本的一个模块，它被叫做单片机最小系统，最可以体现出它的每一部分对单片机系统的重要性。单片机是单片机最小系统的核心，也是整个系统的核心。单片机的ROM中烧写核心控制程序，整个系统功能的实现都是靠着单片机的核心程序控制才能实现。硬件固然重要，没有软件控制也是无法实现功能。单片机最小系统中还包含晶振电路，如果说单片机是整个系统的大脑，那么晶振就是系统的心脏，它源源不断的向系统输送着“血液”—脉冲。它是系统运行、通信的介质和载体。有了它有了他以后，系统才能够正常的运行。复位电路也是必不可少的，它是系统能够安全运行的基本保障，不至于系统在运行中出现问题后无法运行后而导致的无法再次启动。由于系统在设计过程中，环境较好，而在实际运行过程中，并不是我们在设计时的那么理想。必然后有一些预想不到的问题。复位电路是保证系统安全所必须的。3.2.2红外线传感器、烟雾传感器需求分析红外线传感器是本系统使用的传感器，它承担着采集信息的重要责任，系统最后的核心功能是否实现，红外线电路是关键。红外线电路主要是能够有效的识别在监测状态时，是否有人入侵家中，可以很灵敏的将信息反馈给单片机处理。当家里被盗时，可以控制蜂鸣器、LCD、TC-35模块等做出相应的动作。烟雾传感器也是本系统中防火的重要组成部分，当监测区域有烟雾或者瓦斯的时候，可以敏感的接收到这些信息，出给单片机处理，并且通过蜂鸣器、LCD、TC-35模块做出相应的动作。3.2.3按键、LED指示灯需求功能按键和LED指示是给用户一个提示，并提高系统的可操作性。指示灯主要是显示各个模块的运行正常。主要有GSM系统和系统供电需要指示灯显示，在系统故障或者运行不正常的时候，使用者可以清晰的判断系统问题所在。3.2.4TC35-GSM模块需求分析TC35-GSM模块主要起到远程设备与用户的手机进行通讯。智能家居系统中报警是非常重要的，自动报警的功能才可以被称为智能系统。本系统TC-35模块是将住房内的险情在第一时间以短信的方式通知住户。3.2.5液晶显示及蜂鸣器模块需求分析显示模块是提高系统的友好程度，提高人机交互的友好程度。一个系统的显示功能的友好程度是一个系统提高档次很重要的手段。在系统需求的范围内，提供良好的显示功能，可以提高系统的可操作性。本系统的液晶显示模块主要是显示系统的启动状态，运行状态是否良好，各个模块是否正常运行。在系统运行的各个环节提示使用者操作步骤，有效的提高了系统的可操作性和可视性。蜂鸣器是报警系统必须的，对于处于研究阶段的报警系统，蜂鸣器是做好的选择。在实现功能的基础上，可以有效的降低成本。本系统的蜂鸣器模块是在发生火灾和有人使用非正常渠道进入房间以后立即报警使用的。一方面可以给非法人员予以警示，另一方面提示周围的人此处有险情。3.3系统任务的可行性分析3.3.1技术可行性本系统采用双控制模块化结构，分两部分进行控制。两部分又各自的单片机进行控制各自独立运行，互不影响。这样对于系统的安全更加有保障。在某个模块的出现问题的时候不会影响到整个系统的正常运行。本系统选用的单片机STC89C52是一种功耗很低、性能较高的8位微控制器，采用CMOS工艺的芯片。存储器采用的是Atmel公司的高密度非易失性技术制造，可以达到工业级别的水平，系统具有8K可编程Flash存储器，程序存储器可以在片上Flash系统上编程，可以适用于常规的编程器。STC89C52拥有灵巧的8位CPU和可以在系统上编程的Flash，使得STC89C52为嵌入式系统提供了高灵活、可用性高的解决方案。STC89C52具有下面这些标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，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，STC89C52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。在掉电保护的时候，RAM里面所存的内容回被保存，振荡器将被冻结，单片机上面一切工作的事情都被停止，直到产生下一个中断或者采取硬件复位动作。STC89C52采用40引脚的两列直插封装形式（DIP方式）。STC89C52具有丰富的资源，而且性价比很高，对于一个有市场意义的项目来说成本的控制是非常重要的。3.3.2系统安全性分析系统的安全性只要是指系统无论在什么情况下运行，都不会出现死机，无法启动的现象。并且不会在运行中无缘无故的出现死机或者功能无法实现的情况。系统主要是靠软件和硬件两部分保证系统的安全的运行。软件的安全性主要是按键的去抖，软件去抖功能与系统非常有必要，让用户准确的输入想要输入的信息，以免用户在输入错误导致系统运行的不正常。硬件电路的保证是复位电路，复位电路是是保证系统在出现不正常运行情况下，而且自己不能够正常停止或者重新启动系统。在软硬件同时对系统的安全进行维护的前提下，系统的运行和操作都有着很高的稳定性，保证产品在运行过程中的安全。大连东软信息学院毕业设计（论文）第4章系统设计4.1设计指导思想和原则（1）对单片机的智能家居火灾报警系统进行系统的分析与整理后，功能模块化，减少重复的软件和硬件程序，提高系统的开发、运行、维护效率。（2）基于STC89C52的智能家居火灾报警系统的首要目标是能够满足目前的业务功能需要，并确保系统运行稳定；通过参数配置等形式，实现灵活的配置系统的功能，并具有良好的可扩展性，提高软硬件模块功能的复用性。根据实际情况，纳入接口系统架构。（3）系统采用先进的系统管理模式，运行单片机自身的命令系统。同时便于系统的运维工作。4.2系统体系设计4.2.1系统硬件结构介绍本系统共由单片机、传感器和显示模块基本部分组成。主要是依靠传感器检测环境。根据环境的不同进行相应动作。系统设定的保护值，当环境中的条件达到了系统中的最低值活最高值系统进行保护和报警。图4.1系统体系结构4.2.2硬件功能介绍硬件电路主要负责的是电气性能连接，在设计的开题报告中明确了系统的功能。系统在实现功能过程中需要选择器件，器件的确定决定了系统功能。在确定器件后是将相应的器件按照一定的电气性能连接起来。本系统在硬件设计过程中主要围绕智能家居的火灾报警系统进行设计，火灾控制系统的环境、功能和控制方法进行设计。硬件系统主要分为单片机最小系统、蜂鸣器、TC35模块、红外检测模块和电源电路。各个电路之间相互协同相互配合，主要是靠单片机的协调。硬件电路的功能就是使用传感器检测到满足条件信号，将信号通过硬件电路传到给单片机。单片机这个控制核心就是在此时发挥作用。其只要检测到信号即通知相关的模块进行工作。保证尽可能快的、稳定的完成相应的工作。准确及时的实现相应的功能。4.3硬件设计图4.2远程火灾报警系统原理图4.3.1单片机基本功能介绍STC89C52是一种功耗很低、性能较高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。程序存储器可以在片上Flash上编程，可以适用于常规的编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、可用性高的解决方案。STC89C52具有下面这些标准的功能：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，STC89C52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，如果CPU停止工作，RAM、定时器/计数器、串口、中断这些器件可以继续工作。在掉电保护的时候，RAM里面的内容会被保存下来，振荡器会被冻结，单片机上面一切的工作都会被停止，直到下一个中断出现或着采取硬件复位动作为止。STC89C52采用40引脚的两列直插封装（DIP方式）。主电源的引脚分别是Vcc和Vss，Vcc（40脚）接＋5V电压，Vss（20脚）接地。接外部晶振的两个引脚XTAL1和XTAL2。XTAL1接外部晶振中的一个引脚。XTAL1引脚在单片机内部，它构成了单片机内振荡器的反相放大器的输入端口。当采用外部晶振产生时钟信号时，该引脚接收晶振产生的信号，可以把此信号直接接入到内部时钟发生器的输入端口。XTAL2接外部晶振的另一个引脚。XTAL2引脚在单片机内部，是上述晶振的反相放大器的输出端口。采用外部晶振产生信号时，此引脚应悬浮不连接。选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小范围为20pF～40pF。(1)EA/VPP引脚的功能和接法单片机的EA/VPP引脚的功能是选择内部或者外部程序存储器的。当单片机的EA引脚，保持高电平时。单片机会访问内部程序存储器。当EA保持低电平时，则单片机会选择访问外部存储器而忽略内部存储器。对于现今随着科技的发展，大部分单片机都是容量较大的flash存储器，基本上不需要外接程序存储器，系统可以直接使用单片机内部的存储器。把EA管脚接到了VCC上，这样可以使单片机只能使用内部的程序存储器。如果将EA管脚悬空，会导致程序执行不正常。在很多设计中会出现此类问题，必须特别注意此引脚的设计状态。(2)P0口外接上拉电阻单片机的P0端口的特点是开漏输出，在单片机的内部没有上拉电阻，将其选用为通用输入口使用，在通用I/O输出数据时需要先置高，即写入高电平，且必须是一个外部上拉电阻。另外，P0口避免输入上拉电阻器读取数据错误。简短的信号引脚的输入状态和从锁存器读取的原因大致相同，但也有例外。例如，当打开的端口线从内部总线输出低后锁存Q0，Q1场效应管V1低状态。不管外部信号的端口线是高或低，读引脚单片机的信号是低的，因此不能正确读入的信号在端口引脚。当从内部总线输出高电平后，Q1，Q0和V1的V2的锁是关闭的，外部引脚信号为低电平时，从引脚到读出到信号从锁存器读出的信号。因此，当P0口被用作一个通用的I/O接口输入，输入的数据应先写入的P0口，如一个较高的水平，也就是说，写“1”，那么Q端子的锁存为“0”，这样的输出电平场效应管V1，V2可以作为一个高阻抗输入。总之，以便使P0口输出驱动器的NMOS电路，避免了读出的数据输入错误，需要一个外部的上拉电阻这是必要的。在这个设计中，外加一个10K的排阻外，单片机的端口P0到P3的输入操作，以避免读错信号，应先锁存电路写“1”，使FET截止为“0”状态以避免单片机读取锁引脚被干扰。单片机的编程语言主要有C语言和汇编语言两种选择。本系统的设计采用C语言编程，在使用汇编语言开发的过程中，必须对寄存器进行操作，需要更熟悉的硬件和更了解硬件。汇编语言其执行效率高，但有可读性差的特点的缺点。而且汇编语言在不同的单片机程序之间不能通用。例如，我们学习51单片机汇编指令，就不能使用AVR等单片机上。对于面向过程的汇编语言的可读性和可移植性具有良好的效率。对于学习单片机这两种语言的新的人是一样的，但反映在未来的C语言的开发效率优势几乎完全移植发展的速度大大提高。4.3.2单片机最小系统组成单片机最小系统主要包括单片机、时钟电路、复位电路和JTAG电路，这是保证系统正常运行的根本。时钟电路设计，时钟电路是为系统提供时钟脉冲的，是系统电路中必不可少的一部分。时序是电路控制的一部分，数据的传输是以时钟脉冲为基础的。本系统中使用了11.0592MHz的晶振为系统提供时钟信号。在CAN通信网络中，11.0592MHz是典型的波特率选型，所有节点系统都采用11.0592MHz晶振。因为CAN通信中节点波特率必须相同。复位电路设计，外部复位电路是保证单片机电路的程序在不能正常运行时，可以从指定的程序开始运行。复位电路采用按键复位，这种方法简单且用以实现。当系统运行不正常或者出现死机的现象，只要按下复位键系统便可以在指定的程序的位置开始执行。由于系统电路和外部环境有不可预知性的问题，而导致系统不能正常运行。复位电路成为电路的必要作用就显现出来。在电路设计中，无论是在复杂电路设计还简单的电路设计复位电路都其重要组成部分。JTAG电路设计，STC89C52片内的JTAG调试电路允许对MCU进行非侵入式（不占用片内资源）、全速、在系统调试。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。JTAG通过提供对扫描链的I/O的访问，可以消除或者极大地减少电路板上的物理测试点的数量，这就会显著的降低设计成本。因为电路板布局简单了以后，电路板面积也会减小。也会减少电路中的系统测试耗时。标准的接口的使用，会使系统的上市时间更短。JTAG不但可以对电路板进行测试，还允许在PCB贴片之后进行边界扫描。JTAG可以对电路板上的大部分类型的CPLD和闪存进行编程，无论其尺寸或封装类型。4.3.3LCD液晶显示屏的电路设计LCD液晶显示屏在整个系统中起着显示发送/接受的数据，同时也起到提示发送/接受数据是否成功的作用。LCD液晶显示屏的电路设计直接关系到系统设计能否成功的关键因素之一。在设计LCD液晶显示屏的电路时，因为1602资源丰富，所以LCD液晶显示部分采用并行传输的方式进行数据传输。LCD的数据通信管脚分别接在单片机的32~39管脚上。本系统使用的1602LCD显示屏采用管脚封装。图4.3液晶显示电路4.3.4电源电路设计LM7805是一款三端可调稳压器集成电路。LM7805输出电压范围最低1.2V最高可达到37V，负载电流的最大值1.5A。它使用简单，两个外接电阻来设置输出电压。而且它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM7805有多种保护电路如：内置过载保护、安全区保护、输出短路保护、过流保护和过热保护等，并且可以调整安全工作区保护。其可调整输出电压最低可达到1.2V，可以保证输出电流为1.5A。LM7805封装为标准三端晶体管。LM7805有一系列固定的电压输出，在各种工业控制项目中的应用十分广泛。由于在其内部可以限制电流，以及拥有过热保护和安全工作区的保护这些特点，所以LM7805基本上不会损坏。可以通过外部接入适当的器件来使LM7805提供各种大小的电流和电压。前提条件是你需要接入足够的散热器件。图4.4电源电路图4.4软件设计4.4.1软件功能介绍软件是系统功能实现的基础，硬件电路将其一切功能的电路搭建完成后，单片机对各个电路的控制其核心是软件程序。假如将硬件电路比作是人体的四肢和身体，而软件就是人的思维活动。只不过是其思维方式已经设定完成，会根据人的思维进行进行动作。软件主要的功能是对传感器反馈的信号进行判断，判断其反馈的信号应该进行如何处理。本系统的软件系统是针对火灾的智能家居系统软件，针对现代家居存在的隐患进行监控和报警。监控是依靠传感器实现，火灾的监测使用的是烟雾传感器。当烟雾传感器有信号输入，单片机即判断反馈的信号，同时判定相应模块进行工作。系统中还针对人员的进度进行和监控，使用人体红外监控系统，有人通过非法途径企图进入房间，系统通过红外传感器可以检测到，并通过蜂鸣器进行报警。这些功能的实现主要是靠软件系统的运行来实现。软件是让系统各个模块相互配合，实现系统功能的关键。4.4.2软件设计流程程序设计就是用计算机所能接受的语言把所需解决问题的步骤逐一描述出来，也就是编制计算机的程序，在设计应用系统时，软件的编制是重要环节。软件的质量直接影响整个系统功能的实现。应用程序的设计因系统而异，但程序设计总是有共同特点及其规律的。在编写程序时，采取如下几个步骤：第一步，系统需求分析，明确系统所要完成的功能，将软件分成若干相对独立的部分。根据系统各个模块的功能和时序关系，设计出合理的软件总体架构。第二步，绘制系统框图和软件流程图，根据所选择的计算方法制定流程图，这是程序设计的一个非常重要组成部分，是决定一个系统是否的关键。第三步，分配系统资源，单片机资源的使用有一定的限制，需要进行合理分配，其中包括中断、定时器/计数器、堆栈等几部分。资源的合理分配后，进一步将程序框图绘制成详细的操作流程。第四步，根据程序的流程图和指令系统编写出程序，为了增强系统的可读性和重用性，在程序的有关位置处需要写上功能注释，提高程序的可读性。第五步，程序调试。通过编译代码，编辑出的源程序，必须使用编译程序汇编生成目标代码。如果发现源程序有语法错误，无法通过编译，就需要修改源文件后继续编译，直到程序通过编译为止，然后利用编译好的目标代码通过仿真器进行仿真，观察调试现象，排除设计和编程中的部分错误直到成功。第六步，程序功能优化。此项是将程序的质量的提高，主要为了增强程序可读性、可持续性，使各功能程序模块化，子程序化，缩短程序的长度，加快运算速度和节省数据存储空间，减少程序执行的时间。4.4.3主程序流程图主程序流程图如图4.5所示：Y开始初始化Y开始初始化传感器预热、故障检测键盘处理报警限设置报警子程序平均值法滤波线性化处理设置指示灯状态YN是否按下模式切换A/D转换N是否超过报警限报警显示图4.5主程序流程图为了使红外传感器测得的数据更加的精确，红外传感器的使用需要进行适当的预热，预热时间大概在1分钟左右。当预热效果达到以后，单片机系统可是运行。在运行过程中，单片机通过读取烟雾传感器和红外传感器的数据，与设定的数据进行对比。单片机读取的数据是通过A/D转换以后才能被单片机识别，在读取数据的同时，系统及开始将数据判断显示屏是否忙，显示屏不忙后，将数据显示到显示屏上。达到一个良好的人机交互界面。4.4.4主程序初始化流程图主程序初始化流程图如图4.6所示。为了完成功能需要将单片机、显示屏、寄存器、和中断进行初始化。初始化过程先设定定时器工作方式，然后开系统中断，以便响应中断定时，中断的作用是及时对气体浓度和温度进行采样。然后关闭蜂鸣器，开启绿灯，设置报警限初值。开始开始定时器初始化开中断关闭蜂鸣器，打开绿灯设定初值YN是否保持报警初值返回图4.6主程序初始化流程图4.4.5报警子程序当单片机烟雾浓度或温度值超过报警限设定值时，蜂鸣器即进行报警，红灯闪烁，以相关人员采取安全措施，系统会自动控制相关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故的发生。为防止系统的误报，在程序的设计上，对检测的烟雾浓度和温度进行快速重复检测，并进行了延时报警，以区别烟雾是否是由发生火灾引起的，是否是气体愿意产生的偶然烟雾，防止误报。报警子程序流程图如4.7所示。NNYNYY开始读取处理后的气体浓度值或温度值延迟20秒后采集一组数据YN是否烟雾浓度≥0.06％或温度≥100℃传感器故障自诊断传感器有问题返回启动故障报警复位键是否按下烟雾浓度≥0.06％或温度≥100℃温度≥100℃N启动火灾报警图4.7报警子程序流程图4.4.6键盘处理子程序按键处理子程序流程图如图4.8所示。开始开始扫描键值是否有键按下延时10ms消抖是否有键按下提取键值调用键盘处理子程序结束NNYYY图4.8键盘处理子程序流程图大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统实现5.1环境配置本系统使用编程软件是美国KeilSoftware公司出品的KILE，主要是针对以C51为核心的单片机的编程设计。比系统使用C语言进行编程，和汇编语言相比，C语言在功能、结构性、可读性和可维护性都有着明显的优势。KEIL软件可以提供完整的内核共编程使用，并且可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。系统通过编译形成hex文件，此文件是单片机可读语言，利用烧写器将HEX文件烧写到单片机中，即可实现单片机在上电的运作。5.2功能模块实现（1）主函数实现voidmain(){ init_mcu(); LCMInit();//LCM初始化 init_TC35(); display_welcome(); Delay(30000);//延时等待传感器模块初始化 while(1) { LED_G=0; LED_R=1;//打开绿灯，关闭红灯，为不监视状态 if(MQ==0) { beep=0; DisplayListChar(0,0,"HomeFire"); DisplayListChar(0,1,"PressK3Cancel"); } if(key3==0) { beep=1; display_welcome(); } if(key1==0) { Delay(2); if(key1==0) while(key1==0); jianshi();//按键1按下，切换到监视状态 } if(key4==0) { Delay(2); if(key4==0) while(key4==0); sendmsg(telnum,sms_test); display_welcome(); } } }（2）定时器函数实现voidinit_mcu(){ TMOD=0x20;//定时器1工作方式3 TH1=0xfd; //bit=9600 TL1=0xfd; TR1=1;//定时器1开始计时 REN=1; //允许接受 SM0=0;//SM0=0，SM1=1表示串行通讯工作方式1 SM1=1; EA=1;//开总中断 ES=1; //开串口中断 LED_R=0; LED_G=0; //打开红绿灯 beep=1;//关闭蜂鸣器 IR=1;//人体红外传感器读取置一，准备读取 MQ=1;//烟雾触感器读取位置一，准备读取}（3）SIM卡验证函数实现voidcreg_init()//发送AT指令CREG初始化验证检验SIM卡是否入网{ ucharstate=0,error_count=0; ClrRsBuf(RsBuf,sizeof(RsBuf)); RsPoint=0; while((state!='5')&&(state!='1')) { Send_com(CREG); Delay(500); state=RsBuf[20]; //DisplayOneChar(0,1,state); error_count++; if(error_count>=20) { DisplayListChar(0,0,"GSMNotConnect!"); error_count=0; } } }voidSend_AT()//发送AT指令，验证模块是否正常工作{ ucharstate=0,error_count=0; ClrRsBuf(RsBuf,sizeof(RsBuf)); RsPoint=0; while(!(state==0x4f)) { Send_com(AT); Delay(500); state=RsBuf[5]; //DisplayOneChar(0,1,state); error_count++; if(error_count>=20) { //WriteCommandLCM(0x01,1);//显示清屏 DisplayListChar(0,0,"GSMNotConnect!"); error_count=0; } } } }}大连东软信息学院毕业设计（论文）第6章系统测试软件测试是一项非常重要而且复杂化的步骤。软件测试在软件的整个生存期中起着重要的作用，能够验证软件的存在的不足和问题，对于软件的质量保证是不可缺少的一部分。本系统测试以下几个方面。6.1测试方案软件测试：使用Keil软件分别单步运行程序和全速运行，都无错误报告。程序软件仿真通过。硬件测试：电路板焊接完成以后，根据原理图使用电压表在电路板上进行点测试，检查导线连接的焊盘是否有短路和短路现象。测试结果为电路中焊点部分有虚焊现象存在，有点烙铁进行简单修补后电路板导线全部通过测试。没有短路和断路现象存在。硬件仿真测试：使用伟福仿真器对单片机进行仿真，首先进行单步运行，可以观察查看相应寄存器中的数据变化，根据观察寄存器中的数据变化与预想的相同。系统运行正常，可以实现预期设计的各项功能。EDA仿真软件：仿真软件使用Proteus，它是英国Labcenterelectronics公司研发的EDA仿真软件。它以强大的功能和良好的仿真效果而闻名。Proteus仿真基本步骤：第一步是将电路图的硬件及连线布置在Proteus中，Proteus的数据库非常丰富。基本的电子器件都包含在内，所以电路布置简单。而且电路布置没有特殊的参数要求。第二步将代码和电路连接起来。即将代码和硬件电路进行连接，以实现控制。点击开始，即可仿真。仿真结果基本完成了显示系统的基本功能，可以对通信的数据及时准确的显示。6.2测试结果只开了电源，没有开TC35模块的电源，系统会进行自检测，会提示TC35模块有问题，可以方便使用者排查故障。测试GSM模块：在使用前可以测试sim卡是否好用，按下4号键，有表6.1中响应。表6.1测试GSM模块响应触发事件蜂鸣器绿灯红灯短信LCD显示按下按键4不监测状态：使用者在家，不需要红外传感器启动，只需要监测烟雾瓦斯，在事件被触发，有表6.2中响应，按下3号键解除报警。表6.2不检测状态报警响应触发事件蜂鸣器绿灯红灯短信LCD显示烟雾瓦斯监测状态：家里没人的时候，按下1号键就会启动监测状态，如果有入室盗窃或者火灾就会触发事件，有表6.3中响应，按下2号键解除报警。表6.3监测状态报警响应触发事件蜂鸣器绿灯红灯短信LCD显示烟雾瓦斯人体红外大连东软信息学院毕业设计（论文）第7章结论火灾报警器可保障生产与生活的安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生，它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器，具有广阔的市场空间与发展前景。本论文是在对烟雾、温度传感器和报警技术进行深入研究的基础上，全面比较国内外同类产品的技术特点，合理地确定系统的设计方案，并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标。本系统通过设计一个以STC89C52单片机为核心的火灾和防盗报警器可以实现声音和LCD显示报警、故障自诊断、可设置报警上限、可以报警延时等功能。是一种设计简单、性能比较稳定、可用性高、价格低廉、智能化很高的火灾和防盗报警器，具有一定的科研和实用的价值。本报警器的电路结构很简单、维护很简单。由于实现了对日常生活环境中烟雾浓度和温度的实时监控和预警，并且可以通过短信及时的通知到相关的人员，能广泛应用于居民家庭、企事业单位等多方面的安全防范。但是也存在不少的不足。由于电源的波动，传感器的电气特性等问题，使得A/D转换结果有时波动很大，这样就可能出现误报警。由于时间的关系，系统中本应具有的串行通信的功能没有实现，而只是实现了烟雾浓度、温度监测及按键控制。由于上述缺点的存在，此系统不是很完善，还有待进一步改进。通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，对本专业的认识也更加深入，使自己对本专业更加的热爱，对本科阶段四年的学习做了进一步的总结，更加明确了自己学习的目标和方向。在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。大连东软信息学院毕业设计（论文）参考文献[1]李华．MCU-51系列单片机实用接口技术[M]，北京航空航天大学出版社，2006，3[2]许育诚．软件测试与质量管理[J]海事大学，2007，6，14-42[3]景新梅