家庭安防、火灾自动报警系统毕业设计论文

家庭安防、火灾自动报警系统毕业设计论文内容摘要：

火灾自动报警系统硬件设计 10 图 3— 3 晶振电路与复位电路 前端信号采集电路设计 可燃气体检测传感器信号采集电路 由于传感器发出的模拟信号比较微弱，因此需要将信号进行放大处理，并滤除杂波的干扰，将最后得到的信号输入单片机的 AD 转换接口，下图为信号放大和滤波电路。 图 34 可燃气体信号采集电路 烟雾传感器信号采集电路 我们采用的烟雾传感器为一体式烟雾传感器，输出为 5V 电压信号，所以无需放大第三章 火灾自动报警系统硬件设计 11 处理，只需做个简单的滤波，将干扰信号滤除即可给单片机的输入口，有烟或无烟将产生高低两种电平。 图 35 烟雾传感器信号采集电路 短信模块与单片机接口电路设计 短信模块工作原理 模块要求 12V/500mA 供电，与计算机或单片机通过串口通信，波特率 9600bps，通过 SIM 卡座来安装 SIM 卡。 GSM 模块主要有已下几大功能 通 过给 GSM发送 AT指令来实现所有的功能，例如用单片机给其发送 AT将会返回 OK，代表单片机可以和 GSM 模块进行下一步的通信，发送 AT+CMGF=1，返回 OK 时将短信发送模式设置为英文模式，发送 AT+CMGS=” +8615822857040” \r 将会给 15822857040 的手机发送短信。 常见指令表如下： AT+CSMS 选择消息业务 AT+CPMS 选择短消息存储区 AT+CMGF 选择消息格式 AT+CNMI 新消息提示 AT+CMGR 读取短消息 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 12 AT+CMGL 列举短消息 AT+CMGS 发送短消息 AT+CMGW 向内存写入消息 AT+CMGD删除短消息 AT+CSCA设置短消息中心地址 AT+CSCB 选择广播消息类型 TTL 转 RS232 电路 GSM 模块含有一个标准的 RS232 接口，与单片机进行通信， RS232 的低电平范围为3V~15V 高电平的范围为 3V~15V，而 TTL 输出低电平小于 高电平大于 ，二者电平并不匹配，因此需要做 TTL 转 232，采用 MAX232 电平转换芯片 [4]，电路如图 36所示。 图 36 TTL 和 232 转换电路 GSM模块与单片机连接方 式如图 37所示， 此时 GSM模块 开发板的九针串口 2 3 5 与MCU 开发板九针串口的 3 2 5 连接 ： 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 13 图 37 GSM 与单片机串口连接图 声光报警及手动报警部分硬件设计 现场声光报警器的选择及与单片机的接口电路 声光报警器主要起火灾发生或者可燃气体泄露时的提示和现场报警作用，根据不同情况（火灾，可燃气体泄露，故障）可发出不同的声光信号。 由于蜂鸣器的工作电流比较大而单片机 I/O 口的拉电流相对较小，直接驱动将会对单片机的 I/O 造成损害，所以采用三极管作为开关，间接驱动方式。 蜂鸣器报警电路由单片机的 PD6 口控制，当 PD6 口输出高电平时三极管截止，蜂鸣器不导通，当 PD6 口输出低电平时三极管饱和导通，蜂鸣器发出警报声音，电路如图 38 所示：图中 R7 为上拉电阻，使三极管的基极在正常情况下为高电平。 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 14 图 3— 8 蜂鸣器驱动电路 状态指示灯及控制键电路 设置 4 个状态指示灯和四个控制按键，四个指示灯 D1~D4 可选四种不同颜色（红，黄，绿，蓝），绿色表示正常运行，黄色表示故障状态或断电状态（可由太阳能电池应急），红色闪烁为火灾报警，蓝色闪烁为可 燃气体泄露，风别由单片机的 PA0~PA3 口控制，四个按键 S1~S4，分别控制风机的开启关断、窗户的打开关闭和手动报警，风别由单片机的 PA4~PA7 口控制。 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 15 图 3— 9 按键和指示灯连接电路 液晶显示硬件电路设计 液晶显示器选用 1602,1602 显示器可显示两行 16 个字符的英文字母，主要为开发方便所考虑，其主要功能为监测程序运行状态，短信模块收发是否正常，和火灾或可燃气体泄露状态的显示。 1602 与单片机的连接如图 310 所示： 图 3— 10 1602 连接电路图 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 16 排烟风机与窗磁的驱动电路设计 排烟风机用两个直流电机所代替，窗户连杆的带动考虑到需精确控制，选用步进电机作为动力源。 排烟风机及直流电机驱动 直流电机的驱动采用 PWM 控制技术，通过调节占空比来调节直流电机的转速，驱动芯片选用 L298N。 此芯片可以驱动两个小功率的直流电机。 驱动电路如图所示， APWM 和BPWM 分别接单片机的 PWM 输出口。 OUT1~OUT4 接两台直流电机 [14]。 图 3— 11 直流电机驱动电路 窗户步进电机驱动电路 步进 电机的驱动同样选用 L298N 作为驱动芯片， IN1~IN4 为信号输入， OUT1~OUT4接步进电机的四个控制端， IN1~IN4 由单片机给指定的时序脉冲即可实现正反转控制 [2]。 第三章 火灾自动报警系统硬件设计 17 图 3— 12 步进电机驱动电路 转换技术说明 HT66FU50 单片机自带一个多通道的 A/D 转换器，可以直接接入外部模拟信号并直接将这些模拟信号转换成 12 位的数字量，所以无需外加 AD 转换芯片和 AD 转换电路，只需做软件编程即可实现模拟量的处理。 AD转换内部结构和相关的 AD寄存器祥见图 313。 图 3— 13 AD 转换结构图 C11 0 0 n FC22 2 u FC31 0 0 n FC42 2 u FC 2 ( 1 )C 4 ( 1 )C51 0 0 n FC61 0 0 n FD11 N 4 0 0 1D21 N 4 0 0 1D31 N 4 0 0 1D41 N 4 0 0 1D51 N 4 0 0 1D61 N 4 0 0 1D71 N 4 0 0 1D81 N 4 0 0 1A+B+ABA+ B+I N 15I N 27E N A6O U T 12O U T 23E N B11O U T 313O U T 414I N 310I N 412S E N S A1S E N S B15G N D8VS4V C C9 U1L 2 9 8+ 8 8 . 8A B第四章 软件部分设计 18 第四章 软件部分设计 为了方便程序的编写和调试以及系统的维护，采用了模块画的程序设计，即每个模块含有一个子程序，在主程序里面调用各子程序，例如： 1602 显示子程序，需要 1602显示时调用改子程序的显示子函数，由其他服务子函数提供 1602 的读写状态和显示位置等。 本系统共有串口驱动子程序， 1602 显示子程序，键盘检测子程序， AD 转换子程序，PWM 脉冲发生子程序，步进电机驱动子程序，等 6大服务子程序组成。 主程序流程图 图 4— 1 主程序流程图 液晶显示器 1602 软件部分设计 显示器编程原理 1602LCM 有 16 个引脚，其中包含 8条数据线、 3 条控制线（读写选择、寄存器选择、第四章 软件部分设计 19 使能信号端）和 3 条电源线，两条 LED 背光电源，通过单片机写入模块的命令和数据，就可对显示地址和显示内容做出选择。 RS 位为 1 时为数据寄存器， RS 为 0时为命令 /状态寄存器， R/W 为 1时为读数据、 0时为写数据 [3]。 图 4— 2 1602 写数据时序图 图 4— 3 1602 读数据时序图 第四章 软件部分设计 20 程序流程图 图 4— 4 1602 显示程序流程图 初始化程序 void lcd_1602_init(void) //初始化 1602 液晶 { lcd1_602_wr_cmd(0x06)。 //输入模式为，字符不动，光标右移 (设置输入模式 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x38)。 //设定两列 (功能设置 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x0c)。 //开启显示屏，不显示光标，光标所在 (显示开 /关控制 ) Lcd_1602_wr_cmd(0x01)。 //清屏的指令应该在液 晶初始化最后面一行 (清显示 ) } 第四章 软件部分设计 21 步进电机工作原理及程序设计 步进电机工作原理 步进电机由脉冲控制，给它发出一定的脉冲顺序就可以使其转动，改变脉冲顺序，改变转动方向，步进电机正反转驱动时序脉冲如表 41 所示： 表 4— 1 步进电机脉冲时序表 步进电机驱动子程序 char count=0,i=0。 unsigned char code1[4]={0x01,0x02,0x04,0x08}。 unsigned char code2[4]={0x03,0x06,0x0c,0x09}。 unsigned char code3[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}。 void main() { MCU_init()。 led_flashing_t = 1000。 timer0_init()。 _emi = 1。 while(1)。 } void timer0_interrupt（ void） { _emi = 0。 IN1 IN2 IN3 IN4 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 第四章 软件部分设计 22 _t0af = 0。 if(count==10) { count=0。 PA=code1[i]。 if(++i3)i=0。 } _emi = 1。 } PWM 波形发生子程序的设计 void main(void) { _acerl = 0。 //屏蔽 pa7pa0 的 A/D 输入功能 _cp0c = 0。 //屏蔽 pa0、 pa pa3 三个 I/O 口的比较器 0 输入和出功能 _cp1c = 0。 //屏蔽 pa pc pc3 三个 I/O 口的比较器 1 输入和出功能 _prm2 = 0x02。 //设置 TP00PS:0 TP0_0 on PA0(屏蔽 PA0 的 I/O 功能 ) _tmpc0 = 0x03。 //使能 TP0_0(TM0，即 PWM 输出功能 ) _tmpc1 = 0。 //屏蔽其余的 TPm_n 功能 _tm0c0 = 0x04。 //选择 512 个 TM0 时钟周期 _tm0c1 = 0xac。 //设置 CCRA 初始值为 80H(128) _tm0al = 0x80。 //简易型 TM(TM0 CCRA 低字节寄存器 )先写低字节 _tm0ah = 0x00。 //简易型 TM(TM0 CCRA 高字节寄存器 )先读高字节，再读低字节 _t0on = 1。 //启动定时器 0(TM0C0 寄存器的 bit3 位 ) _t0ae = 1。 //定时器 0 比较 器 A匹配中断控制位 (MFI0 寄存器 bit1 位 ) _mf0e = 1。 //允许多功能中断 0，多功能中断包括 TM中断 (INTC1 寄存器 bit1 位 ) _emi = 1。 //开总中断 (INTC0 寄存器 bit0 位 ) } AD 转换软件设计思路 因 HT66FU50单片机内部含有 AD转换模块，直接从 AD输入引脚输入模拟量数据即可，通过编写 AD转换程序即可实现 AD转换功能。 AD转换时序图如下所示： 第四章 软件部分设计 23 图 4— 5 AD 转换时序图 A/D 转换步骤 ADCR1中 的 ADCK2— ADCK0位，选择所需 A/D转换的。