多功能家庭报警器概要.docx

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多功能家庭报警器概要

引言

随着社会的发展，越来越多的家庭开始安装使用家庭报警，所以对于家庭报警系统的多功能、高性能、稳定性的需求越来越高。

家庭报警器是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。

报警主机是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。

一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使其迅速采取应急措施。

家庭防盗器广泛应用在城市安防、银行、电信、电力、司法、交通、小区、工厂、公司、学校、医院、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、实时视频监控系统等众多领域。

目前，市场上对于普通家庭购买最多的家庭报警器主要有热释电红外传感器和无线接发收模块组成。

在功能上只有当人靠近时才能检测到信号，不能很好的实现报警功能。

有时会出现误操作，功能单一，性能不稳定，但是价格还较贵。

随着单片机和报警技术的持续发展，要求报警器能快速反应，多功能，性能稳定，价格低廉。

因此，需要多种传感器（红外对管、烟雾传感器、震动传感器、瓦斯泄漏探测器、门磁探测器）协调共同完善报警器的功能。

多功能家庭报警器

一、基于C51单片机的家庭报警的设计方案

1.1．方案设计思想

此次设计主要解决目前家庭报警器的功能单一，性能不稳定和价格昂贵等问题。

在本系统中使用温度传感器实时检测卧室的温度，通过与按键设置的温度相比较，当实时温度高于设置温度时，开启风扇（或空调）降温。

当实时温度低于设置温度时，启动电热器（或空调）升温，目的是维持室内温度。

将红外对管放到窗户、阳台、门上用于检测是否有人经过，如果有人经过，启动报警电路通知主人。

把烟雾传感器安装到厨房，用于检测烟雾和煤气，当检测到烟雾和煤气时发出警报并启动排气扇进行通风换气。

使用霍尔元件检测门是否关闭和检测门是否正常开启，如果非正常开启，发出警报声。

1.2.系统总框架图

由上述方案设计思想，以下为系统总框架图，如图1所示

图1系统总框架图

二、系统的硬件和软件设计

2.1主控电路的设计

硬件设计中最核心的器件是单片机AT89C52，一方面接收各个传感器的信号，处理信号并产生相应的信号控制其它电路。

另一方面驱动七段数码管的显示。

整个系统的软件编程通过C语言对单片机AT89C52实现其控制功能。

2.1.180C51系列

80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成。

多年来的应用实践已经证明，80C51的系统结构合理，技术成熟，许多单片机芯片倾力于提高80C51系列产品的综合功能，从而形成了80C51的主流产品的地位，今年来推出的与80C51兼容的主要产品有：

ATMEL公司融入flash存储器技术推出的AT89系列单片机；

Philips公司推出的80C51、80C552系列高性能单片机；

华邦公司提出的W78C51、W77C51系列高速低价单片机；

ADI公司推出的AduC8xx系列高精度ADC单片机；

Cygnal公司推出的C8051f系列高速单片机；

由此可见，80C51已经成为事实上的单片机主流系列，所以，本次设计选择80C51单片机。

2.1.280C51单片机基本结构

80C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的80C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。

89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1．主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

.寿命：

1000写/擦循环

多功能家庭报警器

·数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

2.1.380C51单片机管脚说明

图280C51单片机的封装和引脚

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT80C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/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。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

/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。

多功能家庭报警器

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.1.480C51特性简介

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

其余输入由内部时钟信号，通过一个二分频触发器控制，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT80C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM、定时器、计数器、串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

5.结构特点：

8位CPU

片内振荡器和时钟电路

32根I/O线

外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K

2个16位的定时器/计数器

5个中断源，两个中断优先级

全双工串行口

布尔处理器

2.2外围电路的设计

2.2.1温度报警电路的设计

在设计中我们选择DS18B20温度传感器检测实时温度。

DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。

以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

1.DS18B20的结构

DS18B20内部结构如图1所示，主要由四部分组成：

64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端，在寄生电源接线方式时接地，见图3。

图3DS18B20的内部结构

图4DS18B20连接方式

ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。

64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。

ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。

2.特性及参数

独特的单线接口，只要1个接口引脚即可同信

多点能力使分布式温度检测应用得以简化

不需要外部元件

多功能家庭报警器

可用数据线供电

不需要备份电源

测量范围-55°C至125°C.增量值为0.5°C

以9为数字值方式读出温度

在1秒内把温度变化为数字

告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件

应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计获任何热敏系统

2.2.2温度显示电路的设计

由于只显示实时温度，采用七段数码管已远远达到设计要求。

本系统需要显示两位数据，所以选择两片两位扫描数码管。

由于AT89C52引脚资源有限，所以选用74HC5958位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器驱动。

1．74HC595简介

74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。

移位寄存器和存储器是分别的时钟。

数据在SHCP的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。

如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。

移位寄存器有一个串行移位输入（DS），和一个串行输出（Q7’），和一个异步的低电平复位（MR），存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。

74HC595引脚排布如图4所示，引脚功能见表1。

图574HC595引脚图表174HC595引脚功能

2.设计原理

本设计采用LPC2103自带的硬件SPI接口与74HC595进行数据传输。

74HC595将LPC2103发送过来的8位串行数据转换成8位并行数据，用以驱动数码管。

本设计中采用共阳数码管。

原理图如图5所示。

图6原理图

2.2.3光敏电阻电路

光敏电阻选用p2101-04，光敏电阻在无光照时，其暗阻值一般大于1500kΩ，在有光时其阻值为几千欧，两者相差较大。

根据以上原理可通过调节可调电阻RP，可设定光敏电阻检测外界环