【基于单片机的室内安全报警系统设计与实现4900字（论文）】

第第III基于单片机的室内安全报警系统设计与实现目录TOC\o"1-2"\h\u32096基于单片机的室内安全报警系统设计 1173701引言 1205822室内安全报警系统控制方案设计 2126772.1室内安全报警系统设计功能 2178752.2控制系统方案框图设计 215900图1系统框图 2248513系统硬件电路设计 347083.1单片机控制电路 3140183.2显示电路设计 4194283.3按键电路设计 4174643.4传感器接口电路设计 5145293.5报警电路接口设计 6298363.6AD转换电路接口设计 679804系统软件设计与仿真 7181014.1程序设计 7218964.2Proteus软件程序仿真 10260365全文工作总结 1222643参考文献： 13摘要：本文设计的室内安全报警系统是以STC89C52单片机为核心控制器，通过烟雾、红外、火焰等传感器等进行数据检测，具有防火防盗防煤气中毒等室内安全防护报警功能。本文对整个系统的硬件电路和软件程序进行了设计开发，其中硬件电路包括控制电路、显示电路、传感器接口电路等，软件程序包括主程序、显示子程序、检测子程序等。具有很好实用价值。关键词：单片机，传感器，数据检测1引言中华人民共和国成立之后，邓小平在1976年带领中国人民实现改革开放，我国的经济发展水平得到了显著提升，人们的生活水平也越来越高。这不仅仅体现在我们的消费水平的提高，还有关于我们生活中一些其他的需求，像我们对于我们所居住的房子的周边环境，交通便利性，其舒适程度以及安全问题等各方面的指标都提出了更高的指标，在这些我们对住宅的需求之中，其中安全问题是我们所必要考虑的重要方面。通过智能和自动控制的模式来对我们的住宅进行安全监测，包含火灾和煤气泄露的房屋隐患问题采取及时报警的措施。通过我们对室内火灾和煤气安全系数的设定，传感器检测到的室内的温度烟雾数据超过或达到设定值时即可报警。除此之外，关于室内防盗的问题，我们对它的要求也逐年变高。从一开始的非自动的防盗铁门，防盗锁到现在我们的智能与自动化的全新防盗锁的广泛应用，这使得我们在外面也能很好的掌控家中的实际情况。我们通过自动化智能报警器来取代原来被动的安保从而更有效，即时的来维护我们的生命和财产安全，智能化的主动监控是新型防盗系统的一大优势[1]。通过研究室内安全报警系统，可以使我们现实生活的家庭安全得到有力的保障，我们的财产和安全问题便得到了有力的解决，使我们的生活越来越幸福美好。2室内安全报警系统控制方案设计2.1室内安全报警系统设计功能室内安全报警系统是一种可以保护室内安全的智能装置，它具有火灾报警，煤气泄露报警以及起到室内防盗的作用的家庭安全保障系统。我们可以通过报警系统及时的对家庭各项意外状况了如指掌，它是通过采用红外传感器检测是否有人入侵，火焰传感器检测是否有火情发生，煤气传感器模块对煤气的泄漏进行检测，温度传感器检测室内的温度，检测的数据由单片机进行读取并通过显示屏进行显示，通过按键完成限值参数的设置，检测数据与设定限值比较，超过范围有蜂鸣器进行报警，从而达到家庭各项安全指数报警的效果[2]。2.2控制系统方案框图设计图1系统框图控制系统有以下几个模块组成，首先单片机是设备系统核心，协调系统模块工作以及中心数据的运算处理；显示电路是显示系统的采集数据以及设置的参数数据；报警模块是当出现异常时起到报警的作用；温度模块用来采集环境的实时温度值；按键电路来进行参数的修改；红外模块来检测外部入侵；烟雾模块是可以采集环境的烟雾浓度；火焰模块来检测室内的明火；ADC模块则是对烟雾浓度的模拟与数字的转化。3系统硬件电路设计3.1单片机控制电路电源采用USB电源接口电源供电，由于系统本身不需要太大的功率，所以对于弱电系统来说，USB是十分理想的供电电源。单片机根据不同程序代码的控制在逻辑上进行不同的输出或者输入形式，完成设计的功能控制，但是因为它不能单独工作，所以需要配合外围电路构成一个最小工作系统，才具有智能工作的能力。本文设计使用的单片机型号为STC89C52，其最小系统由复位电路、晶振电路以及电源电路组成。单片机的引脚如下图2电路所示。图2STC89C52单片机电路从图中就可以知道单片机的最小系统，分别由9脚连接0.1uF的电容和4.7K电阻构成的复位电路，由18脚、19脚连接的晶振和30pF的瓷片电容构成的晶振电路，再加上40引脚的正电源和20引脚的GND，这三部分就组成了单片机的最小系统电路[5]。。3.2显示电路设计本次设计采用液晶显示屏为LCD1602，它分为上下两行显示，通过轮询的方式将其显示，本身拥有字库芯片，可以直接显示ASCII码中的任何字符。在程序设计的时候需要对显示屏的内部存储器输入命令，同时应用并口引脚输入不同的高低电平，让其显示不同的内容。原理图如图3所示。3.3按键电路设计按键电路作为输入信号接入系统，一般的情况下主要负责控制输出模块的命令按钮和系统设置参数的功能按钮，本质是实现对高低电平的信号检测。本次设计的是独立按键功能[8]，按键电路的硬件电路如下图4所示。图3显示电路图4按键电路3.4传感器接口电路设计（1）烟雾传感器检测电路接口设计选用MQ-2作为本次设计的烟雾传感器，当检测到气体时，它会燃烧自己的本身材质从而达到内阻并同过模拟输出电压信号来进行放大至5V以下，再由单片机进行感应并收集[6]。电路原理图如图5所示。（2）温度传感器检测电路接口设计DS18B20温度传感器能自己采集温度，并能够转换数字量，存储在存储单元中。采用单总线协议很大程度节约了单片机的引脚资源，传感器具有3个引脚来实现温度数据采集，数据引脚向外输出，单片机进行数据的读取的功能，电路如图5所示。（3）红外传感器检测电路接口设计红外模块可以对人进行精准的监测，当有人在时，单片机会检测红外模块的电平变化来进行整体的逻辑处理与运算，达到检测是否有人的效果[7]，电路原理图如图5所示。（4）火焰传感器检测电路接口设计本次设计的火焰传感器采用的是火焰接收探头模块，他可以通过探头接收火焰中760nm-1100nm之间的火焰波源，再其模块内部采用LM393进行电压放大，可以进行电平输出，探测角度大约在60度左右，模块的反应非常灵敏，通过电位器调节电平信号输出的阈值，电路原理图如图5所示。图5传感器接口电路设计3.5报警电路接口设计报警通过蜂鸣器内部的震动膜片在电磁感应线圈的磁场的作用下从而发出声响来达到报警的效果。依据三极管来给蜂鸣器提供相应的电流来实现驱动，其原理图如图6所示[8]。3.6AD转换电路接口设计ADC0832模数芯片作用是实现模拟量到数字量的转换，其具有两个模拟通道，可同时实现两路模拟量到数字量的转换，通过转换的电压值将以数值量的形式通过IIC协议与单片机进行数据传输，AD电路的连接如图7所示。图6报警电路图7AD转换电路4系统软件设计与仿真本次程序设计采用的编程语言是C语言，C语言具有简单易懂，逻辑判断能力突出等特点，编写程序的开发软件是Keil软件，在设计中，首先完成的是主函数的框架结构，在框架结构中布置各个子程序的分区功能，根据逻辑的执行确定子程序的先后执行顺序，主函数框架编写完成之后，开始进行子函数功能编写，根据每一个的功能实现代码设计，每完成一个子程序就可以进行Keil软件编译，编译成功将HEX文件下载到单片机运行，运行成功后进行下一个子函数编写，直到全部功能调试完毕。4.1程序设计4.1.1主程序设计系统的程序分为主程序和子程序，这也是模块化编程的基本思路，所有的子程序都需要围绕主函数展开，可以说主函数是整个系统的核心，主函数对系统的功能进行分层处理，架构起系统编程的框架，在框架下运行每一个子程序，通过顺序执行子函数完成系统的功能设计。具体的主程序流程如图8所示。NY图8主程序流程图NY单片机端口配置完毕。启动红外传感器和火焰传感器，之后采集温度数据、采集烟雾浓度数据，之后程序进行单片机将采集的温度或者烟雾与程序内部设定的温度或烟雾进行比较，温度或烟雾大于设定值时，单片机控制蜂鸣器进行报警，同时红外入侵和火焰检测检测是否有意外入侵和明火发生，进行蜂鸣器报警。4.1.2液晶显示子程序设计LCD的主要作用就显示数据和显示参数，实现人机对话，通过观察数据了解当先的运行情况。LCD显示流程图如图4.2所示，执行LCD子程序之后，首先完成的是LCD显示屏的初始化工作，之后会对显示屏发送指令，之后进行显示数据的发送，最终进行信息的显示，如图9所示。图9LCD显示流程图4.1.3按键子程序设计按键的工作是通过单片机检测按键引脚的电平变化实现按键动作的确定，按键在闭合与断开的过程中实现的是电平的翻转，单片机对电平信号检测，根据按键引脚的不同，执行响应的功能，按键模块的流程图程序图如10所示。图10按键读取流程图4.1.4AD子程序设计烟雾采集是通过烟雾传感器输出模拟电压，通过ADC0832进行数字量的转化，将烟雾传感器的模拟量转换为数字量[7]。A/D转换程序流程如图11所示。图11AD转换流程图4.1.5温度采集子程序设计温度传感器初始化之后，等待单片机寻址命令，命令不识别则一直等待，命令识别后，开始读取温度，放入内存单元中。温度程序流程如图12所示。4.2Proteus软件程序仿真我们在进行单片机仿真时需要对所需软件进行了解，Proteus是一种包含单片机仿真的功能强大的EDA工具软件。在本款软件器件库内编辑了上万种器件，对于设计调试工作非常方便，因此受到广大的老师、学生、单片机设计工作者的喜爱[9]，我们在软件中将所需器件用线接好如图13所示。当我们将图画好之后，然后将程序下载到单片机中，将温度设置为38度，烟雾浓度为61ppm,如图14所示。图12温度读取流程图图13仿真接线图通过设置键，加、减按键来改变自己对温度和烟雾浓度的设定值，当温度超过设定值时，此时按下模拟火焰按键，蜂鸣器报警，处于正常值及以下无报警效果，按下模拟红外按键，此时蜂鸣器报警说明有人入侵了，当烟雾浓度超过设定值时，此时通过变阻器阻值的变大来转化成电压的变大信号此时蜂鸣器报警即表示烟雾浓度过高。图14温度烟雾仿真运行图5全文工作总结本次设计以单片机为核心实现智能化的检测功能与控制功能，通过对传感器的数据的采集，在单片机内部进行运算和逻辑处理，完成控制输出功能，在硬件设计和软件设计的综合应用的情况下，实现智能化系统设计功能要求。在本次的设计中，首先对本次的设计背景进行了描述与分析，以及未来的应用场合和市场的前景进行了概述，明确了设计的功能，对于所应用关键技术部分进行深入的讨论，其次描述了设计的总体思路，在总体设计思路的指导下选择功能器件，并且通过器件型号的对比分析，择优选取，在本文的第三部分中，对硬件电路的设计进行全面的展开阐述，从核心的单片机到所应用传感器部件分别进行了具体的介绍，从器件的功能到最后的引脚连接全面进行了说明。在第四部分中介绍的软件设计的功能，通过程序流程图的绘制，总体剖析软件设计的总体过程，对各个子程序的流程图设计，展示子程序功能实现的过程，最后对于本次设计产品进行综合的调试，在调试过程中发现问题、解决问题。调试中，根据设计思路和运行逻辑进行分部测试，最终呈现设计的功能。设计产品调试运行之后，在单片机的智能控制之下，利用传感器对外部的环境进行采集，实现单片机的智能控制，通过人为的方式改变环境的因素，产品可以合理的分析判断，并且控制输出能够响应及时，总体来说本次设计是成功的。总体来说，本次设计是一个知识综合运用的过程，在设计的过程中，出现了不可预料困难，对于知识的掌握程度有了一个清晰的了解，还存在着不够扎实的情况，对于本次设计而言，仅仅是基本的了解，细节方面还没有做到深入，今后会努力提升自己的知识体系，为今后的工作打下坚实的基础。参考文献：[1]刘海锋，基于GSM的远程报警系统[J]，鄂州大学学报，2009(05)。[2]朱亮，孔德尉，基于单片机的室内安全报警系统的设计与实现[J]，数码世界,2016(12):119。[3]亓浩名,王利,武毅,张磊,黄德宇，基于单片机的GSM短信收发模块设计[J]，电子测试，2012(03)。[4]陈赫,赵丹梅，基于单片机的智能家居远程控制系统的设计与实现[J]，电子技术与软件工程，2018(22)。[5]张毅刚，单片机原理及接口技术[M]，北京，人民邮电出版社，2015。[6]罗莹，家庭煤气泄漏检测报警及控制装置[D]，福建，福建农林大学，2012。[7]何希才，传感器及其应用[M]，北京，国防工业出版社，2001。[8