【基于单片机的某福利院安全防范系统设计与实现12000字（论文）】

-32-基于单片机的某福利院安全防范系统设计与实现摘要社会福利院（养老）是国家、社会及团体为了维护处于困难之中的老年人在生活方面的基本权利而设立的。随着我国社会经济的飞速发展和人民素质的接连提高，全国出现了各种形式的社会福利服务。因此对养老院的安全保障及全面有效的管理能对我国社会的稳定，经济的健康发展起到积极的作用。在本系统设计中将会采用高效率的STC89C52单片机作为控制器，该单片机适用于C51型编程语言，系统结合多种传感器实现多传感器融合智能检测的作用，设计出功能完善的安防系统。本系统在设计中结合了目前的新技术，涵盖多个模块，包括：STC89C52控制模块、显示模块、蜂鸣器报警模块、DS18B20温度采集模块、带有键盘装置的密码锁、MQ-2烟雾传感器等部分，共同组成一种自动控制的智能安防系统。本系统包括硬件设计和软件设计两部分，共同组成了安防系统，达到智能安防的作用。关键词：安防系统；单片机；数据采集；目录摘要 I引言 -1-1绪论 -2-1.1课题背景及其意义 -2-1.2国内外文献综述 -2-1.3设计结构安排 -3-1.4本章小结 -3-2智能安防系统的方案选择和设计 -4-2.1设计基本原则 -4-2.2控制方式的选择 -4-2.2.1控制处理模块对比与选择 -4-2.2.2显示模块方案的对比与选择 -5-2.2.3温度采集模块方案的对比与选择 -6-2.2.4烟雾传感器方案的对比与选择 -6-2.2.5报警模块方案的对比与选择 -7-2.3系统总体的功能实现与总体结构 -7-2.4本章小结 -8-3硬件电路的设计 -9-3.1STC89C52单片机控制处理模块 -9-3.1.1复位电路的设计 -10-3.1.2晶振电路的设计 -11-3.2DS18B20温度采集模块 -11-3.3LCD1602液晶显示模块 -12-3.4蜂鸣器报警模块 -13-3.5MQ-2传感电路设计 -14-3.6光电检测电路设计 -14-3.7密码锁电路设计 -15-3.8本章小结 -16-4系统软件设计 -17-4.1编程语言选择 -17-4.2编程软件选择 -17-4.3软件设计 -18-4.3.1主程序设计 -18-4.3.2温度采集子程序设计 -18-4.3.3光电检测子程序设计 -19-4.3.4蜂鸣器报警子程序设计 -19-4.3.5密码锁子程序设计 -21-4.3.6烟雾传感器子程序设计 -22-4.4系统调试与仿真 -22-4.5本章小结 -23-结论与展望 -24-引言随着计算机技术和电子科技的发展，单片机在各个领域的应用不断扩展，通过单片机制造出各种智能化电子设备，为电子市场带来了较好的经济效益。怎样将智能化技术和安全防护进行结合，是目前建设福利院最迫切需要解决的问题。本系统所需要设计的智能安防系统，对于目前福利院大量新建的背景下产生的安防问题有着极大的帮助，所以本文所设计的系统需求是实现智能化、高精度和稳定性好的安防设施。此次课题中采用的是STC89C52单片机当作核心控制模块，并连接外围不同硬件，完成整个系统的设计。为了实现对智能安防系统的控制，在软件方面采用算法和包括单片机在内的各个硬件之间相互配合来完成。在安防方面，门禁系统通过安装带有键盘装置的密码锁来实现一个相对简单的功能；还原性气体的检测由MQ-2烟雾传感器来完成；对指定区域内的情况进行监管由激光来实现；温度测量由DS18B20温度传感器执行，测量的温度显示在LCD1602液晶显示器上。并在警报电路上安装蜂鸣器，一旦系统检测到异常情况，蜂鸣器将开始发出警告。

1绪论1.1课题背景及其意义社会福利院（养老）是国家、社会及团体为了维护处于困难之中的老年人在生活方面的基本权利而设立的。随着我国社会经济的飞速发展和人民素质的接连提高，全国出现了各种形式的社会福利服务。。因此对养老院的安全保障及全面有效的管理能对我国社会的稳定，经济的健康发展起到积极的作用。可以将智能安全系统简单地概括为一个技术系统，该系统具有针对图像传输，图像识别，信息储存以及信息处理的功能模块实现系统安防效果。一般运行时，功能完善的智能安全系统应具有访问控制，警报和监视功能。智能安全与传统安全之间的主要区别在于智能。当前，我国安全行业的发展和普及相对较快。与智能安全相比，传统安全取决于个人判断，需要更多的人力。但是，智能安全使用大量的机器智能判断而不是个人判断，这可以减少对人员的依赖，同时还要可以符合人们的生活需求。所以，为了提高人们安全防护的高效性，采用智能技术实现安防是十分重要的。1.2国内外文献综述智能安全系统，由于采用了先进的计算机控制技术，传感器输出信号调理是智能的，其智能性得到了极大的提高。检测电路的输出形状采用模拟量，其灵敏度可以通过软件进行设置和调整。对于检测电路的周遭情况的参数变化很大的地方，灵敏度应置于较低的地方。对于周遭情况更加平稳以及要紧的地方，灵敏度应置于较高的位置。该功用可以提高系统的稳定性和可靠性，并减少误报。外国已经开始研究应用于家居生活的消防安全系统，比如说常见的火灾、天然气泄露、强入民宅等事件。为了降低安全隐患，政府投资大量资本用于基础安全设施建设、消防人员培训以及设施维护等工作。部分西方发达国家使用计算机连接至消费者所安装的传感器中，以实时监视火灾，非法入侵和漏气自动警报设备并远程传输故障信息。例如：德国，西班牙，瑞士，比利时，新西兰等国家/地区都有成功的经验，可以为城市火灾和煤气泄漏自动报警监控系统的建设和应用提供参考。他们使用自动火灾和煤气泄漏警报作为连接到监视系统的公共警报方法，并且已经有效了很多年，因此消防指挥中心可以快速，准确地确定危险的位置和类型，并将消防队派往现场。自动报警监控系统从这里开始，效果很好。此外，这些国家在监控系统管理方面相对标准化。他们建立了一个监视服务组织。该组织的职责是确保火势，非法入侵和漏气警报数据的顺利通信，为用户服务，对用户负责并向相关方提供可靠的传输。该部门的主要职责是对此类服务组织进行资格审查，监督和管理。这种管理和运作方式取得了良好的效果。1.3设计结构安排本系统的控制器采用的是单片机，结合多种传感器设计出智能安防系统。利用芯片技术与软件编程实现智能化控制的方式，根据传感器的检测和控制器的处理达到各种功能需求。本文的研究进程是先根据需求设计整体方案，再分别对硬件部分和软件部分进行设计，最后软硬件结合建立系统并调试系统功能。下面将简要介绍系统结构：方案设计：结合安防系统的研究背景和技术方案，整合人们的生活需求，考虑到经济性、功能性以及实用性，选择一个符合需求的方案。硬件设计：根据上述分析结果确定功能模块，选用传感器等元器件，建立功能模块，设计电路连接图，并将硬件的设计的方法进行介绍。软件设计：结合硬件设计工作，通过程序编写和软件设计实现其功能模块的作用，并对编程语言和编程方法进行介绍。1.4本章小结本章的主要内容是根据文献资料的综述总结设计方案，选择合适的方法设计智能安防系统。对现有的技术进行总结，然后介绍了本文的设计特点，以及后续的研究工作安排。

2智能安防系统的方案选择和设计2.1设计基本原则（1）可靠性：对智能安防的要求是要在运行中尽可能准确可靠，该系统的设计前提是要求所有功能都能稳定运行，若后续设计无法满足可靠性需求，那么该设计就是不完善的。所以在本文的设计过程中要结合功能和需求，尽可能达到预期目标，保证后期的功能实现都是可靠的，特别是硬件电路部分要保证一定的稳定性，（2）便于排查：系统设计完成后要对所用的功能进行检测，检测包括硬件测试和软件测试两部分，其中硬件测试的目的是保证电路连接可靠，而硬件测试通常较为复杂。为了便于提高用户满意度，要设计出便于检测的提醒模块，向使用者反馈硬件系统的状态信息。而软件设计的目的则是要保证系统可正常运行，软件设计中要增加操作界面提醒，当用户操作错误时显示出错误的原因，便于使用者排查故障。（3）指数达标：由于控制器的飞速发展，市场上各种类型的控制器层出不穷，控制器的结构、功能和处理效率都各不相同。本文以系统需求为主要方向，结合设计成本选用合适的元器件，以简洁高效的电路连接方式建立硬件系统，编程方面也尽可能清晰简单。由于该系统相关的研究已经具有较多的成果，所以本文以较低的成本实现功能的开发，这是本系统竞争力的体现。2.2控制方式的选择2.2.1控制处理模块对比与选择方案一：52单片机可以运行Intel8031指令系统，该系列单片机是从Intel的8031单片机改造得到，而且随着flashROM技术的研究和开发，8bit单片机中应用最广泛的就是8031单片机，一直都不断地朝着新方向进步，比如ATMEL公司的AT89系列单片机就属于比较出名的一种该类型的单片机。方案二：STM32单片机[2]则是意法半导体(ST)公司生产的32bit系列的单片机，该单片机的核心cortex-M是由arm公司生产，该单片机拥有的内部资源远高于其他单片机，与电脑CPU十分相似，广泛应用于手机、路由器等设备。方案三：采用ATMEL公司研发并生产的AVR单片机，该单片机的前身是AT90，随着科技的不断发展进步，AT90单片机转变成了另外两种系列的单片机，AVR单片机有一个突出优点，就是它的指令非常简单可行，在同样是8位MCU的震荡频率下，该型号单片机的执行速度是最快的一种。本次设计要求操作多种传感器和外设，STC89C52单片机较其它单片机有低功耗、高性能的特点，更快计算处理得到的数据和信号，并进行相应的操作，根据实验条件故采用方案1STC89C52单片机。2.2.2显示模块方案的对比与选择方案一：数码管显示，数码管价格低廉且结构简单，对不同管脚输入相对应的电流就能发亮，还能用数字显示出各类参数值，比如温度、时间、日期等能用数字表现的数据输入进去就能利用数码管显示出来。它在家电电器以及工业电器上非常普遍，比如热水器、电冰箱、显示屏、空调等等都能发现它的身影。LED数码管是由多个发光二极管组成的数码管器件，内部有比较完备的引线，还会有单独的笔划和公用电极就能完成一个封装。数码管是由7个发光管组成的8字型，分段用字母a,b,c,d,e,f,g,dp（dp表示点）来表示。把各个分段通入电压就能使其发光，之后显示在显示屏上；二极管的阳极与电源正极连接称为共阳数码管，而阴极相接的则叫做共阴数码管，数码管仅能呈现出极少的信息，如果信息比较多，那么就要把数码管进行级联，这样就直接导致硬件之间的连接变的很复杂。动态扫描的过程还需要LS164移位寄存器来帮助移动位置，这也增加了电路连接的难度。方案二：采用字符型液晶显示模块LCD，该系列产品中较为经典的就是LCD1602，其工作电压在3.5V~5V，同时在内部设置了复位的部分，能够实现光标操作和清理屏幕等。形成的亮度能够使用连接外部的电位装置来实现调整。同时其控制器为HD44780，能显示非常多常见的字符，比如字母、数字、片假名等。里面还附带了存储的设备能够进行数据的保存。它还能与控制核心进行直接的连接，并经过它内部器件屏幕上内容的显示控制。本设计选用方案二，除了液晶显示模块体积小之外还因其显示功能强大的特点，可以满足设计需求显示大量文字，接口线较多但给调试带来方便。2.2.3温度采集模块方案的对比与选择方案一选择模拟型温度传感器，型号为TMP235。模拟量的传感器一般是通过温度对电路中电压值或电流值的影响，将传感器采集到的模拟量输入到控制系统中。这种传感器的优点是功能消耗低且能保持较高的检测精度。模拟温度传感器其不需要补偿电路、查找表和校准，因此易于设计、简单易用。但若要将温度数值传输到单片机上，需要额外的转换器，改变数据的类型，才能成为单片机可识别的数据类型。方案二选择数字型温度传感器，型号是DS18B20。这是一种包含了数字化校核信号导出的温度感应装置，它收取到的数据是十分精确的。DS18B20温度传感器采用单总线双线串行通信协议，采集的过程中首先是STC89C52单片机发起开始信号，通过I/O引脚发送给DS18B20温度传感器，之后DS18B20温度传感器反向单片机发送响应，并将采集到的数据按照40位数据帧格式输出，最高位在前，数据格式为：温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验位，温度小数部分默认为0，即单片机采集的数据都是整数，校验位为4个字节的数据相加取结果的低8位数据作为校验和，单片机将检测到的数据解析，得出温度的具体数值，最终显示在液晶屏上。根据上述两种方案的优缺点对比后，结合本文的设计需求，最终选用第二种温度传感器方案，原因是该传感器结构简单，数据处理方便，更适合于本系统简洁高效的需求。2.2.4烟雾传感器方案的对比与选择方案一若采用离子式烟雾传感器（HD-DY02）。该传感器的烟雾探测器件为离子室，如果没有检测到烟雾，那么传感器处于待机状态，离子流处于平衡的状态，它的点位基准点较为恒定。如果环境中存在烟雾，那么传感器的离子流将会由于烟雾的存在而产生变化，表现为电路中的电位值上升或下降。根据这个原理，传感器中的离子室把物理量转化成电子量，并能通过传感器转化为控制器可识别的语言。当电位值高于一定界限时，传感器将会认为烟雾达到了火灾的标准，此时传感器将会展现出火灾提醒警告，并将信号传递到控制器，控制器对信号进行处理传递火灾警告。方案二若采用气敏式烟雾传感器（MQ-2）。传感器把外界环境中气体的类型以及还原性气体在外界环境中所占的分量等情况变更成电流。根据这些电流的强度，能够得到与外界环境中所检测的成分相关的情报。对上述两种方案的优缺点进行对比，本系统设计需要检测火灾产生的烟雾及还原性气体，且实物制作需要简单，故在本系统设计选择方案二。2.2.5报警模块方案的对比与选择方案一采用ISD4003芯片设计报警模块。该芯片能实现多种功能，芯片内置多个国家的语言，然而该芯片的不足之处在于其结构复杂，功能运行程序也繁多，并且和其他系统的兼容性不佳，导致应用过程中容易产生不稳定的状况。方案二采用蜂鸣器实现报警作用。由于蜂鸣器的结构形式简单，易于连接到电路中，控制方式也非常简单，蜂鸣器工作过程能产生较大的声音，并且在电路中运行稳定不易出错，在系统中应用蜂鸣器可降低开发成本。根据两种方案的对比来看，结合本系统需求可知应当选择可以接收到传感器发出的异常信号并报警的模块，无需繁杂的功能。并且报警模块的作用是为系统的安全性提供保障，所以要求该模块的稳定性强，不会产生误报的情况，在电路中连接蜂鸣器时操作简单，因此本文选用第二种报警模块方案。2.3系统总体的功能实现与总体结构根据上述方案选择结果可知，本系统选用了STC89C52单片机作为控制器、DS18B20传感器作为温度采集模块、LCD1602液晶显示器作为显示模块、蜂鸣器以及MQ-2型烟雾传感器，通过这些模块实现检测和报警的功能，建立安防系统的硬件部分设计。（1）系统上电后开始启动运行，控制器将各个接口数据初始化处理。（2）带有按键输入装置的密码锁，按键是具有输入和设置密码功能的矩形阵列，可以通过呼叫用户来打开门（3）MQ-2烟雾传感器检测还原性气体，并在检测到还原性气体时发出警报。（4）在指定区域设置激光器，一旦发现异常，立即报警。（5）通过在警报电路上安装蜂鸣器，接收到密码锁及传感器发出的异常信号时进行报警。综上所述可以得出本系统设计框图2-1：图2-1智能安防系统框架图2.4本章小结本章首先进行整体方案的对比，选择适合本文需求的方案，然后通过各种电子元器件和模块的选择实现系统功能，陈述系统功能实现方法，最后结合前面的设计形成整体运行方案，建立系统框架图。本系统的电气原理如附录A所示。

3硬件电路的设计该智能安防系统包括控制处理模块，温度采集模块、液晶显示模块、蜂报警模块、密码锁模块、烟雾传感器模块、光电检测模块构成，通过硬件与软件的配合及时的发现异常情况，可以能够智能的进行安防。下面将对本系统的硬件设计部分进行详细介绍：3.1STC89C52单片机控制处理模块（1）概述STC89C52是台湾宏晶科技公司生产的增强型51单片机，该单片机可以通过编程芯片从而获得各种性能，工作频率最高可达80，存储器内存4KBytes，能够反复擦写1000次。STC89C52是最新代的8052单片机系列，拥有8位中央处理器，该器件的基本功能与普通的51单片机完全兼容。（2）主要功能、性能参数1.标准51内核2.运行周期:强化型6时钟，一般型12时钟

3.工频范围:0~40赫兹，实际工频最高48赫兹

4.额定电压:5.5-3.3V5.定时器\计数器:2个16位（T0,T1）

6.Flash程序存储器:4K

7.中断源:5个8.输入输出端:32个 9.ISP芯片，无需专用编程器

10.片上集成1280字节或512字节RAM11.看门狗，在溢出时能使单片机能够强制复位，程序便能再次执行。（3）STC89C51RC单片机各脚作用双列直插式封装单片机，各引脚功能如下：①主电源引脚VCC：接＋5V电源正端，40脚；GND：接＋5V电源地端，20脚；②控制信号线RESET（9脚）：重置信息的输入口。ALE（30脚）：地址信息存入，脉冲信息输入，ALE从P0端输出地址信息。PSEN（29脚）:外端设备缓存器读入低电平信号EA（31脚）:能够使外端存储器或者程序读入信息。EA低电平，存储器信息读入；EA高电平，往存储器写入信息。③外部晶体、振荡器接口XTAL1（19脚）：与晶振接口相连接。就单片机系统内部架构而言，是反相放大器的输入口。振荡器通入电源，该接口与地面相连。XTAL2（18脚）：与外部晶振接口相连接。单片机连接反相放大器的I/O口。振荡器通入电源后，该接口与其输出口互相连接。④I/O口引脚STC89C51单片机的四组输入/输出口是P3、P2、P1、P0，各口的功能为：P3口（10～17脚）：使用第一功能时，与P1口相同作为标准I/O口；使用第二功能时，每一位都有特定用途，其特殊用途如表3.1所示；P2口（21～28）：P2端有上拉电阻，可作为I/O端与高8位地址信息(A8~A15)。当该接口是I/O时，P2为8位双流端；P1口（1～8脚）：是标准输入输出端；P0口（32～39脚）：P0口可以作为I/O和A/D共用总线。当其是I/O端时，是8位双流端，上电重置后是模式转换；由于P0口无上拉电阻，此时要与上拉电阻外接，才能够做输入输出端。当其是I/O端时，低8位为地址信息[A0-A7]或者数据线[D0-D7]，无需与上拉电阻相连。在本设计中P0口外接上拉电阻R1之后当做普通I/O口使用。表3-SEQ表2-\*ARABIC1P3口第二用途端口引脚第二功能注释P3.0RXD串口1数据接收端P3.1TXD串口1数据发送端P3.2INT0外部中断0，下降沿中断或低电平中断P3.3INT1外部中断1，下降沿中断或低电平中断P3.4T0定时/计数器0外部输入P3.5T1定时/计数器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写脉冲P3.7RD外部数据存储器读脉冲图3-图3-1单片机最小系统电路3.1.1复位电路的设计对于整个复位电路的设计，主要是自动和手动两种方式。当接上电源的时候，电容的负极和RESET相连，电阻有电压通过，当RESET的一端输入高电平的时候，芯片的运动坐标回到原点。在后续芯片的进程中，随着电源信号输入的不断增加，电压的变化与之相反，电压在不断逼近于初始状态，从图中获得的信息还包括复位按键是并联的连接方式，如果出现复位按键的损坏，就会导致系统回路无法正常工作。当高电平信号表现于RST管脚时，表示需要启动复位程序，进行人为按键启动，需要按下按键。正常情况而言，在芯片运作无误的前提下，电平上升到10ms这一节点，导致复位键被强制性的激活，整体回路可以流通。若在单片机的RST引脚上有一个连续的高电平输入就可以将单片机复原，可以通过计算来计算出持续高电平所需的时间。可以通过单片机的时钟频率来计算振荡周期的时间。两个机器周期后，微处理器将复位。此方法可用于计算重置所需的时间。3.1.2晶振电路的设计时钟电路对单片机而言就如同心脏一样重要，在该电路中，XTAL1和XTAL2作为整体回路的输入输出端口，其中由内及里的信息传递由时钟电路进行优化，在系统回路的输入和输出上进行定时元器件的安装，在振荡回路的作用下其内部的频率有所改变，随着频率的不断上升，所需的能量也随之增加。一般情况下，振荡的频率的单位为MHz，一般情况下能够保持在[1.2，12]这一区间，在系统超调后可达到最大限制值的两倍。其包含有指纹识别功能由AS608进行运行，利用串口的途径进行信息的反馈。在晶振选择方面，多方数据表明11.0592MHz晶振在波特率限制较少的同时，能够保证系统误差值的最小化，故在本次实验中选用这一晶振进行系统的设计。3.2DS18B20温度采集模块温度采集电路图见3-2：本系统选用的DS18B20型温度传感器的连接方式是单线型，能实现多位置的同时检测，传感器采集模拟量信号后转化为数字量信号，所以数据传输的准确度较高。传感器的电路结构和三极管相似，包括三个引脚，其中1和3是电源的正负极接线端，2是信号传输端口，将传感器采集到的信号传递到控制器。该传感器和外界相连时要接入10K的电阻，然后通过控制器接收传出的信号，传感器的检测准确度较高。不足之处在于信号采集时间较长且频率要控制在一定范围内才能保证检测精度。图3-2温度采集电路DS18B20和控制器的连接布置方式如图3-2所示，将一个10K的电阻串联在1和2之间，再接到单片机的电源端和P1.0接口。由于该传感器是单总线的连接方式，所以电路连接简单，而软件编程的难度较高，需要进行归零和调试后才能使用。3.3LCD1602液晶显示模块研究中主要使用液晶LCD1602进行显示，用途就是对时钟信息、温度等进行显示。①LCD1602介绍LCD1602的工作电压在3.5V~5V，它在内部设置了复位的部分，能够实现光标操作和清理屏幕等。形成的亮度能够使用连接外部的电位装置来实现调整。里面还附带了存储的设备能够进行数据的保存。它还能与控制核心进行直接的连接，并经过它内部器件屏幕上内容的显示控制。②液晶显示器各种图形的显示原理:显示线段个显示单元相互连接和配合，组成点阵图形式的液晶，当显示屏有64行，不同行均对应128列，因此每8列与1个字节的8位相对应，且不同行均对应16字节，故共有个点组成，将屏上个显示单元与显示区1024字节相互对比，当二者相互对应时，则字节内容与显示屏对应位置的亮度保持一致。一般情况下，液晶显示屏的第一行的亮度与区的的16字节相对应，内容保持一致，当时，显示屏的左上方会出现对应的亮度，长度为8个点；当时，显示屏的右下方会出现对应的亮度；当，，，……，时，显示屏的会显示多条虚线，且亮暗相间，由此可知LCD显示的基本内容与原理。字符的显示在LCD中显示字符具有显著的复杂性，一般情况下，由6×8或8×8点阵共同组成一个字符，要在显示屏幕的具体位置明确区的8字节，同时让每字节的不同位为“1”，并根据具体内容，进行判断确定是否点亮，进而实现字符的组成和显示。但是内带字符发生器的控制器，较为简单和便捷，所以控制器可以在文字方式上运行。上显示的是行列号，然后按每一行的列数选择RAM的地址，设置光标并发送代码。下面介绍各个引脚的作用：表3.2LCD1602操作指令对应的引脚电平读状态写指令读数据写数据输入RS=Ｌ，R／W=Ｈ，Ｅ=ＨRS=Ｌ，R／W=Ｌ，Ｄ０-Ｄ７=指令码，Ｅ=高脉冲RS=Ｌ，R／W=Ｈ，Ｅ=ＨRS=Ｌ，R／W=Ｌ，Ｄ０-Ｄ７=数据，Ｅ=高脉冲输出Ｄ０-Ｄ７=状态无Ｄ０-Ｄ７=数据无LCD1602液晶显示电路如下图3-3所示：图3-图3-3液晶显示电路3.4蜂鸣器报警模块蜂鸣器报警模块电路如图3-4所示图3-4蜂鸣器电路图蜂鸣器在电路中主要起到发出警报的作用。用普通的I/O口直接连接蜂鸣器的两端，不能够使蜂鸣器进行工作。因此应当使用放大电路来对电流进行放大，再连接至蜂鸣器的两端以驱动蜂鸣器。当烟雾传感器检测到还原性气体时蜂鸣器会叫；当设定的区域有人经过时，蜂鸣器也会鸣叫。3.5MQ-2传感电路设计如图3-5所示，由模拟线路图可以发现，主要包括两部分内容，主要用于检测环境中的二氧化碳含量，并判断是否超标，及时获取数据并传输至，在实际工作过程，按照模拟信号转换为数字信号最后流转至单片机，经过对应的数据处理后在屏幕上显示。当传感器感测到烟雾的存在时，如果通过这些气体调节了晶粒所处的屏障，则表面电导率也将相应地发生变化。因此，我们可以检测周围的环境中有没有待检测的气体，若该气体的浓度很高，就会使电阻值变小。根据该特性，设计的电路如图3-5所示。图3-5烟雾检测电路3.6光电检测电路设计由于激光具有测量范围广，响应速度快且其精度极高的优点，因此把它吸纳到智能安防系统中，并与光敏电阻配合形成光电检测电路，使智能安全系统增添安全防御功能。激光在各种空气介质中都具有良好的穿透性，和控制器连接时电路中要连接一个三极管用于控制传感器。如果有人在门口通过时，此人便会挡住激光，由于光敏阻值上升导致电流值降低，引脚P1.6将电流信号反馈到控制器中，报警器产生蜂鸣。当没有物体阻挡激光束时，激光将对通。此时，P1.6会恢复到较高的水平。发射电路和接收电路如图3-6所示。图3-6光电检测电路3.7密码锁电路设计密码锁结构图如图3-7所示。这种设计在养老院院中尤其具有人性化的设计。按钮模块具有呼叫养老院房间号的功能，账户登录功能和信息修改功能。这些功能的控制可以同时显示在1602LCD屏幕上，为使用者提供便利。算法逻辑如下：账户登录功能，密码锁的初始密码是123456。在启动微控制器电源时，液晶显示器上存在“CODECALLRESET”三种显示。然后显示器将会提醒已经输入密码的位数。现在您可以按数字键0到9，所按的值将实时显示在1602上。输入密码后，单击“确定”按钮。如果输入的密码正确，显示屏将显示unlockSuccssful。但是，如果您输入的密码错误，则显示屏将显示codeerror。输入密码的机会只有三次，加入三次输入的密码全部错误，将不能够再次输入密码。通话功能，非常人性化。例如，您是201房间的客人，并且希望主人为您打开门。首先，选择呼叫按钮，输入您要呼叫的房间号码，然后再次按确认按钮。显示屏将显示等待。经过3秒，屏幕界面返回调试界面，可以重新进行设置。密码更改功能有助于增强登录安全性。这样，很简单就能防止密码泄露。首先，点击密码更改按键，显示显示出更改页面。密码更改前需要将原始密码正确输入后才能启动密码更改操作。再将新的密码输入到页面中，然后按“确认”按钮成功。图3-7密码锁电路图3.8本章小结本章详细介绍了各个模块的电路原理图，并介绍了各模块和控制连接的方式。本系统的功能是通过方案设计和硬件设计共同完成的。4系统软件设计4.1编程语言选择对于本系统的控制器选择方面，单片机一般的编程语言是C语言或者是汇编语言，由于本次选用了STC89C52型单片机，而该单片机应用C语言能够更方便的编程和调试。C语言是在1972年由美国计算机科学家DennisM.Ritchie开发的软件开发语言，C语言不仅可以做为开发的脚本语言，又可以做为一种高级交互语言。该语言由于兼容性好、稳定性强、逻辑结构层次清楚、简单易上手等特点使得一经推出便受到众多软件开发者的欢迎。在应用平台方面，语言也被应用在大、中、小甚至微型机系统上，在程序开发方面，C语言由于高度抽象性，使用户避免与复杂的计算机硬件进行交互，极大地提高了软件开发的效率。在科研方面，C语言不仅可以做为数据辅助分析的工具，还能用来开发单片机系统。因此此次课题中选用它作为编程语言。4.2编程软件选择美国公司推出了可用语言搭建单片机系统的语言兼容性好、稳定性强、层次清楚、简单易上手，相较于汇编语言有明显的优势。系统可以将多种模块如编译器、宏汇编等组合在一起，创建出一个合适的集成开发环境来用于单片机的研发。，而且还更易于理解。我们本次的编程语言为C语言，因此Keil单片机是我们的的不二之选，选用Keil单片可以极大的提升我们的工作效率，起到事半功倍的效果。如果不用C语言只用汇编语言编程，Keil单片也是我们的首选。4.3软件设计4.3.1主程序设计该程序流程图如图4-1所示：图4-图4-SEQ图4-\*ARABIC1主程序流程图主程序设计的目的是建立程序运行框架，实现安全防护系统的功能。本课题的设计目的是：若系统能开始正常启动，各模块开始工作。通过安装带有键盘装置的密码锁来实现一个相对简单的门禁系统；在硬件电路中设计了键盘输入设备，能通过键盘实现密码登录系统访问工作。MQ-2烟雾传感器的作用是对气体状况进行检测，当检测到还原性气体时发出警报。用激光监控指定区域的情况，进行监督，一旦发现报警，便会报警；DS18B20温度传感器用于实时检测温度，LCD1602液晶显示器用于显示温度。警报电路装有蜂鸣器，以警报检测到的情况。4.3.2温度采集子程序设计该子程序流程图如下图4-2所示：该程序的目的是达到检测温度、并将数据传递到控制器的作用。本系统选DS18B20型温度传感器，当系统开始通电，该传感器先实现初始化功能，然后再和控制器进行数据交换。传感器采集信息会储存到寄存器里，最后返回温度值以供函数调用。图4-图4-SEQ图4-\*ARABIC2温度采集流程图4.3.3光电检测子程序设计此程序主要作用是用于控制激光进行数据的收集，当系统开始运行后，激光在程序的控制下开始进行工作，当在指定的区域内有人经过，会使光敏电阻的阻值发生变化，从而产生一个电信号，进而触发报警。程序流程图如图4-3所示4.3.4蜂鸣器报警子程序设计本程序的目的是实现事故报警的作用。本系统选用蜂鸣器作为报警模块，如果检测地点反馈出安全问题就会及时启动蜂鸣器报警功能，若光电检测在指定区域内检测到人员经过，烟雾传感器检测到还原性气体，密码锁多次输入错误密码，将会触发报警。当系统通电后，I/O口初始化，若从其他模块接受到异常信号，则触发报警。程序流程图如图4-4所示：图4-图4-SEQ图4-\*ARABIC3