基于51单片机老人防跌倒体温检测GSM短信设计说明

..摘要目前,随着当今社会老龄化进程的逐步加剧,我们在新闻中经常能看到老人跌倒了,无人扶,进而导致老人的死亡。对于这种悲剧,我们也很无奈,因为怕扶了老人,可能会被讹,老年人跌倒造成的致病、住院率和死亡率急速提高,带来了严重的社会经济负担。因此,在不影响老年人正常活动的前提下,通过科学的手段监测老年人的活动,在检测到跌倒后迅速报警求助,可以有效地减少老年人跌倒带来的健康伤害和医疗开支。在分析比较国内外跌倒检测相关技术研究后,本文提出了一种基于ADXL345倾角传感器的跌倒检测与报警系统。通过ADXL345倾角传感器实时采集老人在日常活动中产生的倾角数据,然后将数据送到单片机STC89C52进行处理,并判断老年人的运动状态,另外运用DS18B20实时检测人体温度。当系统检测到跌倒发生时,发出报警声音提醒老人和周围的人,并且能够将报警短信发送到相关人员手机上。关键词：老人防跌倒；ADXL345；STC89C52；GSM；DS18B20目录TOC\o"1-3"\h\u18967第一章绪论3274281.1课题背景及其意义3285281.2

国内外的研究状况

377141.3本文的主要研究内容及论文结构安排418812第二章方案的设计与论证588422.1控制方案的确定5168312.2控制方式的选择5291712.2.1单片机芯片的选择5207452.2.2声音报警电路方案的选择5228172.2.3倾角传感器的选择6131832.2.4无线遥控模块的选择6257002.2.5温度采集模块的选择72533第三章硬件电路的设计9185003.1系统的功能分析及体系结构设计9148953.1.1系统功能分析9287443.1.2系统总体结构9127073.2模块电路的设计927915STC89C52单片机核心系统电路设计9320263.2.25V电源电路设计1310343.2.3LED信号指示灯电路设计1441183.2.4GSM_SIM800A模块电路设计14304103.2.5按键电路设计1866083.2.6蜂鸣器报警电路〔低电平有效设计1810993.2.7ADXL345倾角传感器模块电路设计19326153.2.8DS18B20温度传感器模块电路设计2132475第四章系统软件设计2432864.1编程语言选择24250364.2单片机程序开发环境24149484.3KeiluVision4软件开发流程25280624.4STC-ISP-15xx-v6.85p程序烧录软件介绍2647654.5PL2303串口程序烧写模块介绍27180634.6程序流程图2825883第五章系统焊接与调试30124775.1电路焊接3052975.2系统调试3177375.2.1系统程序调试319365.2.2硬件测试3299095.3实物测试3230515致谢3432187参考文献35绪论1.1课题背景及其意义21世纪被称为"银发世纪",人口老龄化是当今社会面临的重大挑战之一。通常认为65岁以上的比率超过总人口的7%,就称为"老龄化社会",而超过14%就称为"老龄社会"。目前,世界上所有发达国家都已经进入老龄社会,许多发展中国家正在或即将进入老龄社会。截至20XX底,我国65岁以上人口10956万人,占全国总人口的8.3%。中国作为世界上人口最多的发展中国家,人口老龄化的趋势加速发展,预计到2030年中国将进入深度老龄化,并超过日本成为全国人口老龄化程度最高的国家。随着全球人口老龄化的到来,跌倒已经成为老年人致残和致死的重要原因之一。据世界卫生报告,"20XX全球有39.1万人死于跌倒,其中60岁以上的占50%以上,70岁以上的占40%。许多发达国家对居住在社区的65岁及以上的老年人研究发现,其中28%~35%在一年中发生过跌倒,80岁以上的则达到了50%。大约40%~70%的跌倒会造成伤害。"对于住在医院里的老年人,跌倒的发生率则会更高。跌倒会严重影响老年人的健康水平和生活质量,也会到来沉重的经济负担。因此,采取适当的措施为老年人提供救助十分重要。随着计算机、通信等技术的发展,电子设备的智能化、小型化,我们希望设计出一种针对老年人跌倒的检测器,在检测到老年人跌倒后能够及时发出求救信号通知其家人或医护人员,使老年人能够得到及时的救助,从而降低伤害,提高老年人的生活质量。1.2

国内外的研究状况

目前,国内外对跌到检测系统的研究很多,主要方法可分为以下几种：

〔1基于视频的跌倒检测系统

此种方法要求在用户可能活动的地方安装摄像头,来捕捉人体运动的画面,经过图像处理判断用户是否存在跌倒的图像特征。该方法不需要用户穿戴任何装备,不影响日常生活,但是监测的范围有限。

例如加拿大的Caroline

Rougier通过摄像头采集老年人跌倒时的画面,将运动过程和人体的形态相结合,判断老人是否跌倒。

〔2基于地板震动的跌倒检测系统

此种方法是根据人体跌倒在木地板上的声音或人体跌倒时与地板的冲击来判断使用者是否跌倒。但该方法只适用于室内,且不同质地的地板得到的震动信息也不同,应用范围较小。

例如弗吉尼亚大学的MARC研究中心通过检测不同物体落地时地板的震动方式来检测人体跌倒。

〔3基于可穿戴技术的跌倒检测系统

此种方法将传感器嵌入到可穿戴的设备,可以实时监测人体的活动,并在检测到跌倒时进行及时的报警。该方法不受地点的限制,使用范围广,且设备便于携带。

基于可穿戴跌到检测系统,目前国内外的研究很多,基本上都是通过各种传感器采集人体的活动数据,并通过一定的算法判断老人是否跌倒。这是目前主流检测方法。1.3本文的主要研究内容及论文结构安排.主要介绍本设计的课题背景及国内外研究状况；.主要说明系统方案的选择；第3章.主要介绍硬件电路的组成及使用方法；第4章.主要介绍软件设计；第5章.主要介绍硬件调试。第二章方案的设计与论证2.1控制方案的确定本设计由STC89C52单片机电路+ADXL345加速度传感器电路+按键电路+蜂鸣器报警电路+DS18B20温度传感器电路+LED灯电路+GSM模块电路+电源电路组成。2.2控制方式的选择2.2.1单片机芯片的选择方案一采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器,CPLD可以实现各种复杂的功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能,对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用及经济的角度考虑,最终放弃了此方案。方案二采用ST公司的STC89C52单片机作为主控制器,STC89S52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。该单片机功耗低、接口丰富,成本低廉,完全能满足本设计要求。方案三采用单片机芯片控制MSP430单片机是美国XX仪器〔TI推出的一种16位超低功耗的混合信号处理器〔MixedSignalProcessor,主要是针对实际应用需求,把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供"单片"混合信号处理的解决方案。MSP430F149是一个16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机,具有可靠性高、功耗低、扩展灵活、体积小、价格低和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表、专用设备智能化管理及过程控制等领域,有效地提高了控制质量与经济效益,已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。然而其成本太高,故舍弃。故选择方案二。2.2.2声音报警电路方案的选择方案一采用语音集成芯片ISD4004报警,由于ISD4004需要扩充喇叭驱动电路且其本身控制比较繁琐、电路比较复杂,稳定性差。基于以上考虑,所以放弃了此方案。方案二通过蜂鸣器实现报警电路,具有电路简单,性能可靠、稳定等优点,最重要的是低成本,故选择方案二。方案三采用音乐片作为本系统门铃的音乐模块,音乐芯片是一种比较简单的语音电路,它通过内部的振荡电路,再外接小量分立元件,就能产生各种音乐信号,音乐芯片是语音集成电路的一个重要分支,目前广泛用于音乐卡、电子玩具、电子钟、电子门铃、家用电器等场合。其具有电路简单,成本低廉等优点。故选择方案二。2.2.3倾角传感器的选择方案一采用陀螺仪来检测老人的位置信息,陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置,该模块精度高,稳定性强,但控制复杂。方案二：采用基于ADI公司的倾角传感器ADXL345模块来检测老人的位置信息,adxl345功能很强大,内置很多寄存器,而且成本低,易于控制。故选择方案二。2.2.4无线遥控模块的选择方案一采用红外遥控模块系统进行无线控制,红外载波频率：38KHz,其理论遥控范围为8-10米,遥控范围内,电路简单,成本极低。中间有无障碍物等因素会影响到遥控距离,实际遥控距离可能更短,丧失了遥测的有用性。方案二采用315M无线模块对系统进行无线控制,其广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测等方面,数据模块具有较宽的工作电压范围3～12V,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20～50米,发射功率较小,当电压5V时约100～200米,当电压9V时约300～500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700～800米,发射功率约500毫瓦。其遥控距离要比红外遥控远得多。然而315M无线模块只能传输简单的数据,且距离较近,故舍弃。方案三使用WIFI模块进行本系统数据的无线传输。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备〔如PDA、手机等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟<Wi-FiAlliance>所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。Wi-Fi主要是用于替代工作场所一般局域网接入中使用的高速线缆的。这类应用有时也称作无线局域网〔WLAN。其覆盖性强,传输距离远。但是其安全性不高,很容易被黑客窜改数据。方案四使用蓝牙模块进行本系统数据的无线传输。蓝牙可以替代很多应用场景中的便携式设备的线缆,在能够应用于一些固定场所,如智能家庭能源管理〔如恒温器等。其数据传输为10米,完全满足本设计要求,而且其数据传输的安全性非常高。由于蓝牙模块传输距离较近,故舍弃。方案五使用GSM模块SIM800A作为信息传输的媒介,只需要插上移动卡,即可在全球有移动网络的地方接收到信号。由于本设计考虑远距离监控,故选择方案五。2.2.5温度采集模块的选择方案一采用PT100铂电阻温度传感器,此传感器属于电阻式传感器,它的电阻随着温度的变化而变化。这种温度传感器有零度电阻值和电阻变化率,它性能比较稳定,测量范围达到-200℃~850℃,但是使用它要复杂的转换关系,要清楚的知道电阻和温度之间的关系。其采集电路主要采用的是电阻分压网络,在电阻分压网络的设计上,由于定值电阻随着测量环境温度变化时,其阻值会有所变化,这就会给系统带来误差,使系统采集的温度值产生偏差,并且其电压值要进行AD转换,增加了系统的复杂程度。PT100自身体积较大,温度变化时,反应速度会优先减慢,如果环境变化温度较快时,将会有部分的中间温度会被直接过滤掉,使实时温度信息不准,实时性较差。方案二采用AD590,AD590是现在温度测量较为常见的温度传感器,测量精度高、温度范围宽,但是成本很高,一般的廉价应用上不会使用。AD590是电流型温度传感器,在检测温度变化时,其两端的输出电流会有相应的改变。应用方法,一般是采用在输出端接一个定值电阻<当然这也要温漂较低的电阻>,在测量电阻两端的电压〔电压值=AD590输出电流×定值电阻阻值,这与PT100的测量方式相同,使用AD转换器,将模拟电压值转换为数字量。当然AD590的体积也稍大,也会有高速温度变化时产生出滤波效果,实时性降低。方案三采用DS18B20,DS18B20是数字式的温度传感器,测量的温度范围较广,精度高,成本低,稳定性较好。DS18B20采用单总线通信,减少了I/O的占用数量,减少了外围电路,通信简单。DS18B20的集成度高,体积较小。因为其体积小,可以测量到的温度值变化快,实时性就好。故选择方案二。硬件电路的设计3.1系统的功能分析及体系结构设计3.1.1系统功能分析本设计由STC89C52单片机电路+ADXL345加速度传感器电路+按键电路+蜂鸣器报警电路+DS18B20温度传感器电路+LED灯电路+GSM模块电路+电源电路组成。1、板子竖直放置的时候,蜂鸣器不报警,板子歪倒一定角度,则蜂鸣器鸣叫报警。一段时间约15s未回复正确状态,GSM发送报警信息给手机：Helpme!!。2、如果温度超过38度,蜂鸣器报警,持续温度过高约15s左右,同时短信报警：hasacold3、设计带有误报警按键,蜂鸣器报警的时候,如果老人认为是误报警,则按键按下,蜂鸣器停止报警,如果持续问题存在还会报警。4、短信处理过程有指示灯显示。5、GSM模块是SIM800A,该模块和SIM900A电路程序完全兼容外观外形一模一样。3.1.2系统总体结构本系统具体框图如下图所示：系统原理框图3.2模块电路的设计STC89C52单片机核心系统电路设计STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核,但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。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、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KBEEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构〔兼容传统51的5向量2级中断结构,全双工串行口。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。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。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。一、STC89C52主要特性如下：〔18K字节程序存储空间；〔2512字节数据存储空间；〔3内带4K字节EEPROM存储空间;〔4可直接使用串口下载。二、STC89C52主要参数如下：〔1增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051；〔2工作电压：5.5V～3.3V〔5V单片机/3.8V～2.0V〔3V单片机；〔3工作频率范围：0～40MHz,相当于普通8051的0～80MHz,实际工作频率可达48MHz；〔4用户应用程序空间为8K字节；〔5片上集成512字节RAM；〔6通用I/O口〔32个,复位后为：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻；〔7ISP〔在系统可编程/IAP〔在应用可编程,无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口〔RxD/P3.0,TxD/P3.1直接下载用户程序,数秒即可完成一片；〔8具有EEPROM功能；〔9共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；〔10外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；〔11通用异步串行口〔UART,还可用定时器软件实现多个UART；〔12工作温度范围：-40～+85℃〔工业级/0～75℃〔商业级；〔13PDIP封装。三、STC89C52单片机相关引脚说明：〔1VCC：供电电压。〔2GND：接地。〔3P3.0RXD〔串行输入口〔4P3.1TXD〔串行输出口〔5P3.2/INT0〔外部中断0〔6P3.3/INT1〔外部中断1〔7P3.4T0〔记时器0外部输入〔8P3.5T1〔记时器1外部输入〔9P3.6/WR〔外部数据存储器写选通〔10P3.7/RD〔外部数据存储器读选通〔11RST：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。〔12ALE/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。〔13/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。〔14/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。〔15XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。〔16XTAL2：来自反向振荡器的输出。单片机引脚图如下图所示：STC89C52单片机引脚图四、STC89C52单片机最小系统说明：STC89C52单片机最小系统电路由复位电路、时钟电路和电源电路。拥有这三部分电路后,单片机即可正常工作。单片机最小系统原理图如下图所示。单片机最小系统原理图VCC和GND为单片机的电源引脚,为单片机提供电源：复位电路由按键S1、电解电容EC1和电阻R1组成。具有手动按键复位和上电自动复位功能。系统上电复位按键接口采集到两个高端信号后进行手动复位,就是非自动的按键复位；系统检测到的电压由低电平上升到高电平的一段时间后,在这段时间过后,系统通过电阻与接地之间形成一条通路,然后自动把高电平进行拉低,使得单片机从高电位变为低电位,从而就是给单片机自动进行复位即上电复位。时钟电路由晶振Y1、瓷片电容C1和C2组成。有控制芯片的数字电路正常工作是少不了TIME<时钟>电路的,我们需要时钟电路自动发出系统时间,让控制芯片正常工作。给控制芯片正常工作的时钟信号,一般把这种工作方式称为"拍",以至于让整个控制系统能正常工作,由于要保证控制系统能正常工作,提高他的工作能力,我们经常用11.0592MHZ晶振和30PF的电容进行组合,电容为了帮助晶振起振的,满足了数字控制器上电以后可以正常工作。JD1为单片机的下载接口。3.2.25V电源电路设计本系统选择5V直流电源作为系统总电源,为整个系统供电,电路简单、稳定。DC为电源的DC插座,可以直接接USB电源线,一端插在DC插座上,另外一端可以插在5V电源上,如电脑USB、充电宝、手机充电器等等。LED为红色LED灯,作为系统是否有点的指示灯,电阻为1K电阻,起到限流作用,保护LED灯,以防电流过大烧坏LED灯。SW为自锁开关,开关按下后,红灯亮,此时系统电源5V直流输出。开关再次按下后,红灯灭,此时系统电源无5V电源输出。5V电源电路原理图3.2.3LED信号指示灯电路设计LED灯即发光二极管,它是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。在电路中,电阻的作用是限流,保护LED灯。只要单片机的控制引脚拉低,则LED灯亮,否则,LED灯不亮。其具体电路原理图如下图所示。LED灯指示电路原理图3.2.4GSM_SIM800A模块电路设计GSM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模块具有发送SMS短信,语音通话,GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的所有基本功能。简单来讲,GSM模块加上键盘、显示屏和电池,就是一部手机。SIM800A是SIMCOM公司推出的一款高性能工业级GSM/GPRS模块,该模块具有极高的性价比,在双频的市场中占据极大份额。GSM_SIM800A模块采用高性能工业级GSM/GPRS模块：SIM800A,工作频段:GSM900/1800MHz。硬件设计在官方设计上加以优化,采用高效开关电源供电,SIM卡采用主流的卡座,质量更坚固。GSM_SIM800A模块在外围硬件的设计上参考了SIM800A模块的硬件设计指南,对板子的电源、保护和抗干扰上做足了功夫。电源采用开关电源模块供电,电源利用效率高。模块应用领域：远程监控、远程智能抄表、智能家居和车载设备等远程通讯设备。SIM800A是一款两频GSM/GPRS模块,为SMT封装。其性能稳定,外观小巧,性价比高,能满足客户的多种需求。SIM800A工作频率为GSM/GPRS900/1800MHz,可以低功耗实现语音、SMS和数据信息的传输。SIM800A尺寸为24*24*3mm,能适用于各种紧凑型产品设计需求。一、主要特性〔1两频900/1800MHz〔2GPRSmulti-slotclass12/10〔3GPRSmobilestationclassB〔4满足GSM2/2+标准–Class4<2W900MHz>–Class1<1W1800MHz>〔5尺寸：24*24*3mm〔6重量：3.1g〔7通过AT命令控制〔GSM07.07,07.05andSIMCOM增强AT命令集〔8SIM应用工具包〔9供应电压范围：3.4~4.4V〔10低功耗〔11操作温度范围：-40℃~85℃〔12数据传输GPRSclass12：最大85.6kbps〔下行速率〔13CSD达14.4kbps〔14140USSD〔15非透传二、在短信应用方面有如下特点〔1点对点MOandMT〔2短信广播〔3文本和PDU模式三、模块接口说明〔15V接5V〔2GND接GND〔3R串口接收端,与模块通信用的〔4T串口发送端,与模块通信用的四、模块使用说明〔1开机异常或自动关机如果发生如下现象：a、上电后,看到绿灯开始闪烁,很快又灭了,关机了；b、开机正常后,发送短信进行数据传输时突然就关机了；以上现象在保证SIM卡正常时,一般都是供电不足造成的。电源请保证以下几点：a、电压为5V,电压过低,模块会不工作。b、电流需保证能提供2A的峰值。开机和数据传输过程电流较大,输出电流不够会造成电压跌落,而关机。c、电源电流纹波不要过大,电压波动大,模块也会关机。模块接口原理图如下图所示。传感器接口电路原理图模块内部具体原理图如下图所示。传感器传感器电路原理图模块实物图如下图所示。模块实物图3.2.5按键电路设计轻触按键是按键产品下属的一款分类产品,它其实相当于是一种电子开关,只要轻轻的按下按键就可以是开关接通,松开时是开关就断开连接,实现原理主要是通过轻触按键内部的金属弹片受力弹动来实现接通和断开的。在本系统中,按键作为系统的输入,起到了人机交互的枢纽作用。按键的单片机控制引脚默认为高电平,当按键按下后,单片机的相关引脚则变成低电平。进而实现对系统的手动输入。其电路原理图如下图所示。按键电路原理图3.2.6蜂鸣器报警电路〔低电平有效设计有源蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。本系统所采用的报警模块为5V有源蜂鸣器模块,电路中采用三极管9012来驱动,只要单片机控制引脚为低电平,蜂鸣器就会鸣叫报警,反之则不鸣叫,可以通过控制单片机引脚方波输出形式控制蜂鸣器的鸣叫方式。电阻为限流电阻,保护作用。蜂鸣器报警电路原理图3.2.7ADXL345倾角传感器模块电路设计本设计选择倾角传感器ADXL345模块实时检测相关的状态信息。ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计,分辨率高<13位>,测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式,可通过SPI<3线或4线>或I2C数字接口访问。ADXL345非常适合移动设备应用。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度,还可以测量运动或冲击导致的动态加速度。其高分辨率<3.9mg/LSB>,能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。该器件提供多种特殊检测功能。活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生。敲击检测功能可以检测任意方向的单振和双振动作。自由落体检测功能可以检测器件是否正在掉落。这些功能可以独立映射到两个中断输出引脚中的一个。正在申请专利的集成式存储器管理系统采用一个32级先进先出<FIFO>缓冲器,可用于存储数据,从而将主机处理器负荷降至最低,并降低整体系统功耗。低功耗模式支持基于运动的智能电源管理,从而以极低的功耗进行阈值感测和运动加速度测量。ADXL345模块接口图如下图所示。ADXL345模块接口图ADXL345模块内部电路图如下图所示。U2即为稳压芯片,实现5V直流电转化为3.3V直流电,C1-C4为滤波电容。R2、R3为上拉电阻,让信号输入更加稳定。D1为电源指示灯,R1为限流电阻,来保护LED灯D1。图6ADXL345模块电路图ADXL345模块实物图如下图所示。ADXL345模块实物图3.2.8DS18B20温度传感器模块电路设计DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20技术参数〔1独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。〔2测温范围－55℃～+125℃,固有测温误差〔注意,不是分辨率,这里之前是错误的1℃。〔3支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,最多只能并联8个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。〔4工作电源:3.0~5.5V/DC〔可以数据线寄生电源〔5在使用中不需要任何外围元件〔6测量结果以9~12位数字量方式串行传送DS18B20温度传感器可编程的分辨率为9~12位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒,用户可定义的非易失性温度报警设置,应用范围包括恒温控制、工业系统、消费电子产品温度计、或任何热敏感系统。试验证明DS18B20温度传感器满足本设计要求。DS18B20温度传感器封装一般有2种,使用上都是一样的。可以根据使用环境随意选择。第一种是直接是裸露的芯片,主要用于空气温度检测。第2种是不锈钢钢管封装好的,防水,一般用于水温灯液体温度检测。实物图如下：DS18B20传感器实物图〔裸露DS18B20传感器实物图〔防水DS18B20温度传感器原理图如下。10K电阻为上拉电阻,保证DS18B20传感器数据读取更稳定。DS18B20温度传感器原理图DS18B20温度传感器PCB封装图如下：DS18B20温度传感器PCB封装图系统软件设计完整的控制系统由硬件系统和软件系统组成,前一章主要阐述了系统的硬件电路的设计方案,若要充分发挥系统的设计功能,则需要支持硬件平台的软件程序,即烧写到单片机内部的程序。4.1编程语言选择由于整个程序比较复杂,且计算量较大,用到了较多的浮点数计算,所以程序的编写采用了C语言。对于大多数51系列的单片机,使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:不需要了解处理器的指令集,也不必了解存储器结构。寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理,编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。与使用汇编语言相比,程序的开发和调试时间大大缩短。C语言的库文件提供了许多标准的例程。通过C语言可实现模块化编程技术,从而可将已编制好的程序加到新程序中。C语言可移植性好且非常普及,C语言编译器几乎适用于所有的目标系统,己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势,易学易用。4.2单片机程序开发环境本设计中单片机开发环境是KeiluVision4,KeiluVision4开发软件是目前51系列单片机系统的主流程序开发软件,KeiluVision4是STC公司推出最新一代关于51系列单片机处理器的编译、连接和调试集成环境。可以降低开发周期,从而减少很多成本。KeiluVision4不仅提供了完整的Windows开发环境界面,支持C/C++语言开发,而且其C语言编辑效率很高,能够使开发者非常容易地使用C语言进行程序编程。其中KeiluVision4有以下特点：〔1KeiluVision4软件同时支持WINXP和WIN7等多种操作系统,提供了丰富的库函数和功能强大的开发工具。〔2KeiluVision4可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。〔3KeiluVision4C51在KeilC51的基础上,增加了很多新的功能。如KeiluVision4更加增强了对内核微控制器的开发支持,并对KeilC51的开发形式和开发界面进行相应的改进。KeiluVision4软件界面如下图所示。KeiluVision4开发界面图4.3KeiluVision4软件开发流程首先,需要建立"Project"工程,点击KeiluVision4界面中菜单中"Project",选择"NewuVisionProject",为新建的工程命名后点击保存；然后选择开发单片机芯片的型号,本工程选择"STC89C52",这样就完成了"Project"的建立；当工程建立完毕后,点击"SourceGroup",可以往里面添加.c文件,点击Add就可以编辑了该文件了,也可以把常用的.c文件拷贝到建立的"Project"目录下面,最后一个完成的工程软件就建立完毕了。具体开发流程如图所示。KeiluVision4软件开发流程图4.4STC-ISP-15xx-v6.85p程序烧录软件介绍在KeiluVision4开发环境下,STC89C52RC芯片程序烧写软件使用的是stc-isp-15xx-v6.85p烧录软件,它是一款集成了代码下载,在线仿真和串口查看于一起软件备,在51系列智能产品研发过程中得到了广泛使用,性能高,是目前51系列单片机控制系统研发中不可缺少的一部分。在KeiluVision4开发环境中,需要进行一定的配置才能使用,当把下载器〔即PL2303串口烧写模块、设备和PC连接好,首先需要在软件中选择单片机型号和串口号,并把波特率设置和程序软件一致。然后选在项目程序"hex"文件所在的地址,最后就可以点击程序下载按钮了。具体下载界面如下图所示。烧录软件对话框4.5PL2303串口程序烧写模块介绍本设计通过PL2303串口烧写模块实现对单片机程序的烧写。PL2303串口烧写模块使用USB接口,十分方便的解决了笔记本电脑用户对STC系列单片机的程序烧写问题,本下载器低价格、高性能,是开发STC系列单片机的首选优秀工具。一、PL2303串口烧写模块特点：支持USB1.1或USB2.0通信；全面支持WIN98、WINME、WIN2000、WINXP、VISTA、WIN7等操作系统；采用USB口供电；在对芯片编程时可以使用目标系统本身电源,也可以使用编程器从USB口取电供给目标板,但应保证目标板电流不大于500mA,以免不能正常编程；编程完成不影响目标板的程序运行；支持STC全系列芯片烧录；编程器提供3.3V与5V的电压输出接口；速度比并口编程更快更稳定,更方便笔记本电脑用户使用；采用进口原装芯片,能进行高速稳定编程；模块如下图所示。PL2303串口烧写模块二、PL2303串口烧写模块引脚说明+5V5V输出,如果电路板有外接5V供电,则此引脚可不接。GND接GND。RXD接单片机的RXD引脚。TXD接单片机的RXD引脚。3V33.3V输出。三、PL2303串口烧写模块与单片机的具体接线图如下图所示。PL2303串口烧写模块与单片机接线图4.6程序流程图本系统设计主要采用KeiluVision4软件编写与调试程序,程序语言采取易读性和移植性更高的C语言编写。系统运行流程图如下图所示。系统运行流程图系统焊接与调试5.1电路焊接手工焊接是常用原始的焊接方法,目前大量工厂焊接的生产基本上不采用原始方法了,但是普通元器件的修理、系统测试中经常使用原始的手工焊接。重要的是如焊接本质上出现问题,则会影响到整个控制系统的,可以这么说,焊接的会导致这个控制系统可不可以用的。手工焊接主要有如下四步组成的：第一步开始焊接：需要把需要焊接的地方打扫干净,主要去处油迹和灰尘,然后把需要焊接的元器件的两个角向一定的方向掰一掰,注意不能把元器件的脚相交在一起了,这样会影响焊接的。接下来让电烙铁头碰到需要焊接的元器件脚下,放上焊锡丝。此处需要注意的是,不能让烙铁头碰到其它元器件的脚了,要不然会把两个元器件焊接在一起了。第二步给焊接升温：当在完成第一步以后,接下来就是加热焊锡丝了,主要是将烧热的电烙铁放在器件管脚旁边,慢慢融化焊锡丝,需要注意电洛铁的温度和加热时间,若时间过长,很有可能焊坏面包板焊盘的,一般建议电洛铁温度调整在400℃左右,加热2秒钟左右,例外也要根据器件种类作出具体区别的。在焊接过程中,当需要把焊接好的元器件卸下来,则也需要给焊接处进行加热的,主要操作是首先在焊接处补好焊锡丝,使焊点是圆润的,然后用电洛铁在焊接处进行加热,在加热的过程中就可以直接把元器件卸下来了,此时一定要主要时间,要不然也会损坏焊盘的第三部清理焊接面：当在完成第二步时,有的时候会观察到焊接的不完美或者担心出现虚焊情况,这时候需要进行修改的。主要是两种情况的,第一种是焊锡不够,焊接点不圆润,这时需要给焊接处补焊锡,此时需要注意的是焊锡量不能补多,要不然容易连接到其它期间的引脚的。第二种是焊锡过多,这时候可以用电洛铁放在焊接处来回的滑动,会把多余的焊锡带走的,若不行,只能使用吸锡器了。第四部检查焊点：当完成以上三步了,最后就需要整体观察了,主要是观看焊接点是不是圆满、亮度好、紧固,有没有与其它管脚相连在一起了。5.2系统调试整体系统上电调试前,大概观察下焊接的系统还存在问题,例如还有很显眼的断裂,正负极接反以及相连、虚焊、等问题,然后用万用表检测一下,电源正负极之间是否短路等严重的电源问题,最终保证系统焊接没有问题。在搭建调试平台后,需要对软件程序进行调试,若程序调试没有问题,接下来开始验证系统功能是否满足要求,若功能有问题,需要继续调试程序,反复进行,直到所有功能都满足为止。5.2.1系统程序调试软件调试步骤如下：<1>在Keil4软件中先创建一个工程：单击菜单栏中的"工程",输入新建工程名"基于单片机的煤气报警器设计与实现",并保存；然后器件选择""目录下的""。〔2新建用户源文件：在新建的空白文本中编写程序源代码,编码完成保存文件并文件拓展名"基于单片机的煤气报警器设计与实现.c",新文件创建完成。〔3程序编译和调试：单击编译按钮,系统会对文件进行运行,在输出窗口中可看到提示信息,如果提示信息中有error信息,则须按提示找出错误并改正,直到提示没有错误为止,如图5.3所示。提示信息无错误〔4若程序编译无错误后,则通过PL2303串口烧写模块烧写程序,开始验证系统功能是否满足要求,若功能有问题,需要继续调试程序,反复进行,直到所有功能都满足为止。5.2.2硬件测试最后一步就是硬件整体测试了,主要运用万用表、直流电源或示波器对焊接好的板子进行整体调试,主要检查每一个器件是不是都正常工作了,主要分为两个环节动态调试和静态调试。一、静态调试,其中静态调试主要分为以下四种：〔1肉眼观察。主要观看焊接点是否饱满,以及相连器件之间是否相连或者器件管脚没有焊接好,出现短路现象。〔2使用万用表调试。首先查看电源是否短路,然后测量管脚是否连接正确,有没有接线错误。〔3上电检查。在完成第一步和第二步都没有问题,接下来就可以上电了,上电以后观看每个器件是否正常工作,然后在逐一测试功能。〔4综合检查测试。这种测试方法只适合单片机开发板开发的系统才能使用这种方法,本文不适宜用这种方法测试。二、动态调试：动态调试主要是静态调试没有任何问题,做最后一步检查,就是每个器件能否正常工作,能否满足我系统开发的功能,防止器件内部损坏,影响系统性能。5.3实物测试经过测试,系统测试正常,如下图所示。系统测试图致谢四年的艰苦跋涉,四个月的精心准备,毕业设计终于到了划句号的时候,心头如释重负,在本论文即将完成之际,谨此向我的指导老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！整个毕业设计的过程都是在常老师的悉心指导下完成的,从资料的收集、方案的论证、联板调试以及毕业论文的撰写,何老师、