家庭智能防火防盗系统设计与实现毕业设计论文

学校代码：11059学号：0905070634Hefei毕业设计（论文）BACHELORDISSERTATION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,家庭存在的平安隐患相应增加,同时整个社会正处于转型期，家庭的平安问题也引起了人们的关注。传统的平安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洁化、局部化向智能化、集成化发展，并可对家居的平安环境进行实时监控。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，探讨并设计了以STC12C5A60S2单片机基于GSM短信模块，的家庭无线防火防盗报警系统。此系统由单片机限制模块、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，让家庭防盗更刚好、运用更便利。它不再依靠有线电话执行报警，而是借助最牢靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的英文短消息形式，干脆把报警状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，并且操作简洁。关键词：单片机；GSM模块；LCD显示；报警FamilyintelligentfirealarmsystemdesignandimplementationABSTRACTWith

the

development

of

society

,the

level

of

people's

lives

is

increasing

and

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appliances

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also

increase,

and

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with

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in

security

risks.As

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whole

society

is

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transition,

the

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security

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.

Traditional

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to

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of

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society.

Therefore,

the

introduction

of

intelligent

resi-dential

district

has

become

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trend,

and

intelligent

management

system

for

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intelligent

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civil

constru-ction

to

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and

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is

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Family

intelligent

fire

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system

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the

intelligent,

integrated

development

environment

available

on

the

safety

of

home

real-time

monitoring.Basedonthelatestcommunicationtechnologymergingintotraditionalindustries,thisarticlesybthesizesthemicrocontroller,wirelessdatacommunications,dataacquisitiontechnology,researchesanddesignsfirealarmsystem,STC12C5A60S2microcontrollerbasedonGSMSMSmodulewirelessfirealarmsystem.Thissystemconsistsofsingle-chipcontrolmodule,LCDmodule,GSMmoduleandthesensormoduleandothercomponentsandcanresolvethepitfallsoftraditionalsecuritysystems,whichmakeshomesecuritymoretimelyandeasiertouse.Itisnolongerdependentontheimplementationwiredtelephonealarm,butthemostreliable,matureGSMmobilenetworkinthemostintuitiveformofshortmessageinEnglishresultinginadirectreflectionofthealarmconditiontotheuser'scellphonescreen.Thesystemhastheadvantagedofasmallinvestment,lowKEYWORD:MCU；GSMmodule；LCDDisplay；Alarm书目第一章前言 51.1课题探讨背景 51.2智能家居的国内外现状及发展趋势 61.2.1国外发呈现状 61.2.2国内发呈现状 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其次章系统总体设计 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 113.1.2GSM模块TC35及SIM卡 143.1.3LCD显示模块 163.1.4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 264.6TC35GSM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课题探讨背景当代家庭防范盗贼的主要方式是以安装防盗平安门、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。这种传统的安防系统在实际运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,住户难以逃命,威逼人们的生命平安[1]。因此,人们须要有新型的防盗系统。随着现代科技的快速发展，原来那些简洁化、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）盗贼在入室前比较简洁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运用。（3）集群系统功耗相当大，其网络架设和管理维护费用很高，其正常运用须要购买固定的频点[2]。1.2智能家居的国内外现状及发展趋势智能家居与一般家居相比，智能家居不但具有正常的居住功能，供应平安舒相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才智的工具，供应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，有效合理的支配人们的生活工作时间，提高家居生活的平安性、舒适性、甚至合理限制各种能源的运用。国外发呈现状目前，世界上多家IT、通信、家电行业的巨头纷纷相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，实行集中限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，它一起先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;最终，它的价格也是国内的房地产开发商和一般消费者难以承受的。（2）德国研发推出的EIB系统，该系统是通过预埋总线及中心限制方式实现各种限制功能，当前在国内应用也依旧极少。探其缘由，首先，该系统的工程要求较为困难、严格，不能存在任何问题;其次，由于该系统在施工的时候须要进行线路预埋，它较高的价格也是中国客户难以承受的，所以始终无法打开国内市场推广运用该系统。（3）新加坡的8X系统，该系统采纳预埋总线和集中限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，其胜利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采纳的预埋总线形式确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;其次该系统集中限制的形式，运用户的可选择性大大降低，且该系统前期投入成本较高[3]。国内发呈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成，主要采纳国外的技术和标准，但也有一些国内闻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。特地为国内一般家庭推出的智能家居限制系统，依据国际通用标准规范，运用嵌入式技术，供应网络、网络节点及末端设备等全系列家庭自动化产品。系统供应的功能主要有:智能调光、家电管理、远程限制、家政保安、环境设置和窗帘限制等。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，其供应全套完整的解决方案，系统以功能模块开发为主，采纳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，并支配在将来的几年内相继推出: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”的限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，移动数字限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限制系统”。科隆公司设计的“现代家居信息服务集散限制系统”，高效地远程互联网操作、远程家居故障维护、家电智能限制和家庭消遣等诸多功能[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，运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运用的范围。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，用户扩充很不便利，这些因素进一步的制约了其发展。还有的系统价格太高，一般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运用。因此设计一个符合国情、符合国家规范的集远程限制和本地限制为一体的智能家居限制系统具有特别重要的现实意义和深远的历史意义。智能家居系统的发展方向依据目前电子技术的发展状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。将来智能家居一体化需满意自动化管理、三表计量、平安防范监控、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，是其将来发展的一个方向。（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定趋势，而网络化是智能化的一个重要发展方向；仿人智能化是智能限制发展的趋势所在，它代表着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定发展的方向之一；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，也是智能家居将来的一个发展方向。（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，一般百姓在家庭装潢时对于智能家居系统短暂还处于生疏和不接受的状态，其中主要缘由为智能家居系统的昂扬成本让智能家居难以走进一般百姓家庭。1.3智能家居系统的设计原则依据当前的大环境，智能家居系统的总体设计要求供应先进、牢靠的功能，具有可扩展实力与升级实力。因此智能家居的设计有着下面几方面的要求：（l）稳定性和牢靠性：稳定和牢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运用中，都要优先考虑供应稳定牢靠的系统。（2）可维护性和可扩展性:系统的总体结构合理，扩展敏捷，即系统外设配置可敏捷增加，系统规模简洁扩展，便利和同类相关产品相互连接。（3）好用性和先进性:采纳的技术及产品，都应具有好用、先进、成熟、稳定的特点。技术和产品具有开放性原则，具有敏捷便利的连接及升级方案[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，让家庭防火防盗更刚好、运用更便利。它不再依靠有线电话执行报警，而是借助最牢靠、最成熟的GSM移动网络，干脆把报警地点的状况反映到您的手机屏幕上。该系统具有以下特点：（1）操作便利，通过手机短信可以知道家里的实际状况；（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]。其次章系统总体设计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、单片机限制和通信技术相结合，从而形成一个牢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，提起四周人的警惕。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软件设计软件运用模块化设计采纳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，限制器会自定的触发报警模块，同时发短信通知主子家中的状况。(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子家中的状况。第三章系统硬件设计3.1系统各模块设计主控机模块从价格、输入输出的执行速度、编程的敏捷性、寻址实力、中断功能、干脆存储访问实力、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，确定选用8位微处理器STC12C5A60S2,STC12C5A60S2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,与一般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，开漏每个I/O口都能达到20mA的驱动实力,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），不用特殊打算的编程器，也不须要特地的仿真器，协作PC端的限制程序，通过串口干脆的对程序下载，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，其中两个域一般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，PowerDown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，包含中心处理器（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限制的全部单元模块，可称得上一个片上系统[7图3.1STC12C5A60S2内部结构框图图3.2主控芯片的最小系统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TC35[8]。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。3.3V－5.5V是这个模块的主要工作电压，工作频段可以在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吩咐集的接口，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的不透亮模式[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。经过特殊的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、及限制信号的双向传输。它是经过ZIF连接器及50Ω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、GSM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全部的模拟和数字功能。在不须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3.3TC35结构框图图3.4TC35实物图SIM卡SIM卡是（SubscriberIdentityModule客户识别模块）的缩写，也叫做身份的识别卡，在一般状况下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运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，能够用于客户的身份证明，能对客户通话的内容加密[10]。TC35运用外接式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3.5SIM引脚图图3.6TC35与SIM的电气连接图LCD显示模块鉴于对显示的须要，我们采纳带中文字符的LCD12864液晶显示器，其显示内容丰富，接口相对简洁。内部嵌入了国标一级、二级简体汉字库的液晶显示模块；其显示辨别率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块较为敏捷的接口方式和便利的操作指令，可以轻松做成全汉字的人机交互画面[11]。其不仅可以显示8×4行16×16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很多，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，本设计采纳128×64并口模式，运用其并口模式，使显示速度更加的快速，其详细管脚如表3.1所示：表3.1128×64串口接口管脚管脚号名称LEVEL功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正（3..3V～5.5V）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3.7LCD与单片机的连接图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洁、价格便宜、运用便利，在众多场合被广泛地采纳。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2.5V～5.5V。芯片电路采纳三线接口与MCU进行同步数据通信，通信时采纳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。在主电源关闭的状况下，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，须要外接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3.8DS1302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、限制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。其寄存器及其限制字见图3.9所示。图3.9DS1302寄存器DS1302与CPU的连接须要三条线，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3.10DS1302与单片机的连接图红外遥控器模块红外线遥控是当前运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，采纳红外线遥控不仅完全牢靠而且能有效地隔离电气干扰[12]。红外遥控系统由两大部分组成：放射、接收，通过专用编/解码集成电路芯片进行限制操作。放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遥控放射器的系统图图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报警模块报警模块采纳ULN2003和两个继电器限制两个扬声器，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。它采纳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精确与卓越的稳定性，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0~5V电压，浓度越高电压越高[14]。本设计采纳MQ-2模块的模拟量输出，通过处理器自带的A/D转换能比较简洁的进行烟雾的检测，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限制模块，采纳原装进口LHI778探头设计，有着超低电压工作、灵敏度高，牢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务是否发生，假如某个事务发生，就执行这个事务，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务发生，要立刻去处理该事务。在中断服务子程序中，通常对某事务设置一个相应的标记位，然后回到后台程序来处理该事务。因此，后台可以认为是任务级，前台认为中断级。采纳这种模式的最大优点是编写程序较简洁，同时亦能提高硬件执行的效率。其次种模式为在主限制器中嵌入操作系统，操作系统依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。采纳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限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，通常不须要嵌入操作系统，故实行了前后台程序的设计模式。依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限制的需求，系统主控芯片STC12C5A60S2的软件开发采纳C语言进行程序设计，C语言具有简洁理解，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语言关键字识别实力，同时具有良好的排版实力，有助于编写规整的代码，提高开发的效率和软件管理。系统的软件设计采纳模块化设计方法，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TC35GSM模块的限制。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、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烟雾传感器模块操作流程图4.6TC35GSM模块在本设计中，对TC35GSM模块进行有效的限制将是系统的关键所在。此款TC35GSM模块的限制遵循AT指令集，所以依据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<CR>代表ASCII中回车字符，值为0X0D；发送英文短信的AT指令：AT<CR>//握手指令AT+CSCS=”GSM”<CR>//设置为gsm字符集AT+CMGF=1<CR>//设置为text格式AT+CSMP=17,167,0,0<CR>//设置短消息文本模式参数AT+CMGS=\"xxxxxxxxxxx\"<CR>//设置要接受短信的手机号接着立刻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，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纳KeiluVision3集成开发环境（如图5.1所示）。Keilc51是KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机语言的软件开发系统。uVision3IDE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能够支持全部的KEIL8051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5.1KeiluVision3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

◆全部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精确的调试

◆高级GDIAGDI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5.2KeilC51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，通过视察存储单元数据的变更，编译程序查找并解决程序的语法和逻辑错误，详细的调试步骤如下：（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。在最起先焊接板子的时候，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，确定好布局后就起先焊接了。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，比较简洁发觉，也比较简洁发觉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，先对硬件细致的进行排查一遍，首先在单片机和集成电路器件未插入电源之前，用万用表细致检查线路，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，否则须要进一步排查错误。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，视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，最终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，能满意设计要求，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，到最终的软硬件联调，其中的每一个过程都是细心设计、细致完成的。本次设计是对所学学问的一次综合性运用，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学问的运用，从而完成了本次设计。在设计的过程中发觉了自身学问的不足，也发觉我们除了须要具备专业基础学问外，还要有很强的实践动手实力，才能胜利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显示屏的运用，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，也进一步熟识了很多以前用过的东西，AltiumDesigner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软件的联合运用功能。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驾驭参考文献[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.[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.智能小区管理限制系统的设计探讨[D].河北农业高校，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].重庆高校，2006.[5]周文生．中文系统定量包装限制器设计与探讨[D].合肥工业高校，2008.[6]周洪．智能家居限制系统[M]．中国电力出版社，2006，1.[7]宏晶科技.STCMicrocontrollerHandbook，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，陈慧明．单片机限制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].大连理工高校，2005.[11]楼然苗，李光飞.单片机课程设计指导[M]，北京：北京航空航天高校出版社，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：北京航空航天高校出版社，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的平安工器具信息管理系统[D]，苏州高校，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.[17]TC35hardwareInterfaceDescription[Z]..[18]张洪润.传感器技术与应用教程[M]，北京：清华高校出版社，2005.[19]谭浩强.C程序设计[M]．北京：清华高校出版社，2005.致谢本设计及论文是在我的导师丁健老师的细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，每一个细微环节无不凝合着丁老师的辛苦。在此，我谨向丁老师致以最真诚的敬意和诚心的感谢。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赐予了我很多的关切和帮助。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，正是他们的静默奉献和诚心的支持，才使得我顺当完成学业。谢聪2013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#include"DS1302.h"#include"LCD12864.h"#include"time1.h"#include"dht11.h"#include"GSM.h"#include"IR.h"#include"HW.h"#include"AD.h"externunsignedcharRIServiceFlage; //用在RIService();函数中当按键处理时要停止LCD刷新显示externunsignedcharTime1LCDDisplayFlage;//用在定时器1中断函数中500MS数据变更一次externunsignedcharxdataHWLCDDisplay;//人体红外扫描标记位unsignedcharGSMFlage=0;unsignedcharYWFlage=0;unsignedcharYWEngFlage=0;externunsignedcharYGLCDDisplay;//烟感主函数扫描标记位unsignedintStringFlage=0; //字符串刷新标记位externunsignedcharGSMEngFlage;//定时器1中断标记位初始值为0externunsignedcharGSMEng;externunsignedcharYWEng;voidmain(){ SP=0X80; //堆栈 Time0Init();//定时器0初始化方式二 Exter0Init();//外部中断0初始化 LCDInit();//LCD显示初始化 DS1302SetTime();//设定DS1302的初始值 LCDDisplayString();//显示字符串 LCDDisplayCheFang();//显示“撤防” LCDDisplayCheYanGan(); //显示“撤烟感” Time1Init();//定时器1的初始化 定时1ms HWInit();//人体红外初始化 ADInit();//AD转换初始化 UARTInit(); //UART初始化波特率为9600 while(1) { if((RIServiceFlage==1)&&(Time1LCDDisplayFlage==0XFF))//500MS刷新一次 { LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 LCDTempDisplay();//LCD中显示温湿度数据 Time1LCDDisplayFlage=0; StringFlage++; } if(StringFlage==450) //3分钟刷新一次字符串 { LCDDisplayString();//显示字符串 LCDLockDisplay(); LCDTempDisplay();//LCD中显示温湿度数据 StringFlage=0;//清零 } RIFenLi();//解码函数把解出来的操作码存放在RISection变量中 RIService();//红外服务函数 处理相应的按键指令 DHTGetData();//测量温湿度的值 if(HWLCDDisplay==1)//人体红外检测标记位 { HWReport(); //人体红外报警函数 } if(GSMFlage==1) //GSM发短信标记位 { // GSMTextMessage(0);//GSM发送英文短信 GSM_Call(); //打电话 GSMFlage=0; GSMEngFlage=1; } if(GSMEng==1) //发送一个英文短信 { GSMTextMessage(0); //发送“people!!” } if(YGLCDDisplay==1) //烟雾检测标记位 { if(ADShift()>1.3) //烟雾AD转换值得推断 { Bell119=0; //烟雾报警 YWFlage=1; } } if(YWFlage==1) { GSM_Call(); //打电话 YWFlage=0; YWEngFlage=1; } if(YWEng==1) { GSMTextMessage(1); //发送“fire!!” } }}GSM.h文件#ifndef_GSM_H_#define_GSM_H_#include<STC12C5AS.h>voidUARTInit();//UART初始化波特率9600voidGSMTextMessage(unsignedchardat);//发送一个英文短信voidGSM_Call();//打电话#endifGSM.c文件#include"LCD12864.h"#include"GSM.h"#include"myfun.h"#include<string.h>#include<stdio.h>//unsignedcharxdataUartBuffer[10]; //定义从串口中断接受数据的缓冲数组unsignedcharGSMStep=1;unsignedintGSMTimeCount=0;externunsignedcharGSMEng;externunsignedcharYWEng;charcodenum[]="";//定义要拨打的电话号码，拨打其它电话在这时修改//发送一个英文短信charcodestr1[]="AT\n";//定义字符串1 AT<CR>charcodestr2[]="AT+CSCS=\"GSM\"\n";//定义字符串2设置GSM字符集charcodestr3[]="AT+CMGF=1\n";//定义字符串3设置为text格式charcodestr4[]="AT+CSMP=17,167,0,0\n";//定义字符串4 设置短消息文本模式参数charcodestr6[]="people!!";//定义字符串6要发送的信息charcodestr7[]="fire!!";//定义字符串6要发送的信息charcodestr8[]="\x1a"; //发送16进制1AvoidUARTInit(){ SCON=0X40;//SM0=0SM1=1REN=0; 串口工作在方式1不允许接受 PCON|=0X00;//波特率不加倍 AUXR|=0X15;//设置独立波特率发生器工作在1T模式下 BRT=0XB8;//设置波特率为9600 EA=1; //打开总中断 ES=0; //BU允许串口中断 }voidGSMTextMessage(unsignedchardat){ ET1=0; switch(GSMStep) { case1: TI=1; printf("%s",str1); GSMStep++; break; case2: GSMTimeCount++; LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 if(GSMTimeCount==500) { GSMTimeCount=0; GSMStep++; } break; case3: TI=1; printf("%s",str2); GSMStep++; break; case4: GSMTimeCount++; LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 if(GSMTimeCount==500) { GSMTimeCount=0; GSMStep++; } break; case5: TI=1; printf("%s",str3); GSMStep++; break; case6: GSMTimeCount++; LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 if(GSMTimeCount==500) { GSMTimeCount=0; GSMStep++; } break; case7: TI=1; printf("%s",str4); GSMStep++; break; case8: GSMTimeCount++; LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 if(GSMTimeCount==500) { GSMTimeCount=0; GSMStep++; } break; case9: TI=1; printf("%s",str5); GSMStep++; break; case10: GSMTimeCount++; LCDLockDisplay();//LCD中显示时钟数据 if(GSMTimeCount==500) { GSMTimeCount=0; GSMStep++; } break; case11: TI=1; if(dat==0) { printf("%s",str6); //发送“people!!” } else printf("%s",str7); //发送“fire!!” delay(300); printf("%s\n",str8); GSMStep++; break; case12: GSMStep=1; GSMEng=0; YWEng=0; break; default: break; } ET1=1;}voidGSM_Call(){ TI=1; ET1=0; printf("ATD"); printf("%s;\n",num); ET1=1;}LCD12864.h文件#ifndef_LCD12864_H_#define_LCD12864_H_#include<STC12C5AS.h>sbitLCD_RS=P2^7; //并行模式时，1为数据寄存器，0为指令寄存器sbitLCD_RW=P2^6; //并行模式的读写sbitLCD_EN=P2^5; //使能端口voidLCDWriteData(unsignedchardat); //LCD写数据voidLCDWriteCommand(unsignedcharcmd); //LCD写吩咐voidLCDInit();//LCD显示初始化voidLCDCoordinate(unsignedcharX,unsignedcharY);//设置显示坐标位置voidLCDLockDisplay(); //LCD中显示时钟数据voidLCDTempDisplay();//LCD中显示温湿度数据voidLCDDisplayString();//LCD显示字符串voidLCDDisplaySheFang();//显示“设防”voidLCDDisplayCheFang();//显示“撤防”voidLCDDisplaySheYanGan(); //显示“设烟感”voidLCDDisplayCheYanGan();//显示“撤烟感”#endifLCD12864.c文件#include"LCD12864.h"#include"myfun.h"#include"DS1302.h"#include"dht11.h"#include<intrins.h>unsignedcharcodeLCDString1[]={"时间::"};unsignedcharcodeLCDString2[]={"温度C"};unsignedcharcodeLCDString3[]={"湿度%"};unsignedcharcodeLCDString4[]={"设防"};unsignedcharcodeLCDString5[]={"撤防"};unsignedcharcodeLCDString6[]={"设烟感"};unsignedcharcodeLCDString7[]={"撤烟感"};unsignedcharcodeLCDString8[]={"合肥学院09自动化"};externstructtimeTime;//外部声明externstructDHTDataDHTTemp;//定义一个存储温湿度数据的变量dht11.c中的变量存储温湿度数据voidLCDWriteData(unsignedchardat) //LCD写数据{ unsignedchartemp;//读LCD的状态是否为忙读状态时 RS=L,RW=H LCD_RS=0; //读状态时LCD_RS应为0 LCD_RW=1; //读LCD的状态 do { LCD_EN=1; //读状态使能 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); temp=P0; //读取P0口的数据 delay(100);//延迟40us LCD_EN=0; //锁存读到的数据 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); }while(temp&0x80);//推断LCD是否为忙的状态//写数据到LCD中 LCD_RS=1; //写数据 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); LCD_RW=0; //向LCD中写 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); P0=dat; //把要写的数据送到P0口 delay(100);//延迟200us LCD_EN=1; //写数据使能 delay(100);//延迟200us LCD_EN=0;//下降沿保存数据到LCD中}voidLCDWriteCommand(unsignedcharcmd) //LCD写吩咐{ unsignedchartemp;//读LCD的状态是否为忙读状态时 RS=L,RW=H, LCD_RS=0; //读状态时LCD_RS应为0 LCD_RW=1; //读LCD的状态 do { LCD_EN=1; //读状态使能 temp=P0; //读取P0口的数据 delay(100);//延迟40us LCD_EN=0; //锁存数据 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); }while(temp&0x80);//推断LCD是否为忙的状态//写吩咐到LCD中 LCD_RW=0; //向LCD中写 _nop_();//延迟 _nop_(); _nop_(); P0=cmd; //把要写的吩咐送到P0口 delay(100);//延迟40us LCD_EN=1; //写吩咐使能 delay(100);//延迟40us LCD_EN=0;//下降沿保存数据到LCD中}voidLCDInit()//LCD显示初始化{ LCDWriteCommand(0x30);//基本指令集 delay(1000);//延迟200us LCDWriteCommand(0x0C);//Z整体显示光标关 delay(1000);//延迟200us LCDWriteCommand(0x01);//清除LCD的显示内容 delay(13000);//延迟5.2ms} voidLCDCoordinate(unsignedcharX,unsignedcharY)//设置显示坐标位置{ unsignedcharcoor; if(X==0) { X=0X80;//第一行的地址 } elseif(X==1) { X=0X90;//其次行的地址 } elseif(X==2) { X=0X88;//第三行的地址 } elseif(X==3) { X=0X98;//第四行的地址 } coor=X+Y; LCDWriteCommand(coor);//选择地址即为显示的位置}voidLCDLockDisplay() //LCD中显示时钟数据 { DS1302ReadTime(); //读取1302的时间数据 LCDCoordinate(0,2);//设置显示坐标位置 LCDWriteData((Time.hour)/10+0X30); //显示小时 LCDWriteData((Time.hour)%10+0X30); LCDCoordinate(0,4);//设置显示坐标位置 LCDWriteData((Time.minute)/10+0X30);//显示分钟 LCDWriteData((Time.minute)%10+0X30); LCDCoordinate(0,6);//设置显示坐标位置 LCDWriteData((Time.second)/10+0X30); //显示秒 LCDWriteData((Time.second)%10+0X30); }voidLCDTempDisplay(){ LCDCoordinate(1,2); LCDWriteData(((char*)&DHTTemp)[1]/10+'0'); //温度 LCDWriteData(((char*)&DHTTemp)[1]%10+'0'); LCDCoordinate(1,6); LCDWriteData(((char*)&DHTTemp)[0]/10+'0'); //湿度 LCDWriteData(((char*)&DHTTemp)[0]%10+'0');}voidLCDDisplayString(){ unsignedchari=0; LCDCoordinate(3,0);//设置显示坐标位置 while(LCDString8[i]!='\0') { LCDWriteData(LCDString8[i]); i++; } i=0; LCDCoordinate(0,0);//设置显示坐标位置 while(LCDString1[i]!='\0') { LCDWriteData(LCDString1[i]); i++; } i=0; LCDCoordinate(1,0);//设置显示坐标位置 while(LCDString2[i]!='\0') { LCDWriteData(LCDString2[i]); i++; } i=0; LCDCoordinate(1,4);//设置显示坐标位置 while(LCDString3[i]!='\0') { LCDWriteData(LCDString3[i]); i++; }}voidLCDDisplaySheFang(){ unsignedchari=0; LCDCoordinate(2,0);//设置显示坐标位置 while(LCDString4[i]!='\0') { LCDWriteData(LCDString4[i]); i++; }}voidLCDDisplayCheFang(){