李睿智

學(xué)號19021211293

【嵌牛導(dǎo)讀】本系統(tǒng)可分為溫濕度檢測與煙霧檢測和人體檢測部分。溫濕度檢測部分，是通過利用單總線型數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具有測溫濕度誤差小、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。煙霧檢測電路，利用氣體傳感器MQ-2與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)基本功能。通過這些傳感器和芯片，當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度或有毒氣體等發(fā)生變化時系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)的燈光報警信號和聲音報警信號，以此來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報警，智能化提示。人體檢測部分，是通過HC-SR501模塊實(shí)現(xiàn)，模塊主要功能就是熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到入侵者的紅外熱輻射，將其轉(zhuǎn)換成超低頻信號，經(jīng)電路放大、輸出。檢測器是利用紅外人體檢測探頭檢測預(yù)先設(shè)定好的范圍內(nèi)的情況，一旦有危險便向單片機(jī)發(fā)出信號，再經(jīng)單片機(jī)處理，然后控制蜂鳴器和LED點(diǎn)亮發(fā)出警告，本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于家居防盜、倉庫防盜等多種防盜場合，具有很強(qiáng)的實(shí)用價值和良好的市場前景。

【嵌牛鼻子】溫濕度檢測、煙霧檢測、模數(shù)轉(zhuǎn)換、智能化、報警提示

【嵌牛提問】隨著科技的高速發(fā)展，智能化時代的到來，智能家居越來越引起人們的關(guān)注，那智能家居如何應(yīng)用到我們的日常生活中呢？

【嵌牛正文】

1 緒論

1.1 課題背景

當(dāng)今世界，隨著科技的不斷發(fā)展，智能環(huán)境監(jiān)測成了人類關(guān)注的話題。智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、火災(zāi)檢測系統(tǒng)、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)，報警控制等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、智能溫濕度調(diào)節(jié)、室內(nèi)外遙控、防盜報警以及環(huán)境監(jiān)測等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，而且提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。

1.2 概述及功能介紹

1.2.1?功能概述

本次設(shè)計主要分五個個功能，分別為測溫濕度，煙霧及紅外感應(yīng)和報警，顯示信息和報警信息。將這幾個個功能巧妙的與家居結(jié)合，我們已經(jīng)知道五個單獨(dú)功能如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在要將五個功能通過單片機(jī)系統(tǒng)化反饋，以達(dá)到能實(shí)現(xiàn)綜合五種功能的智能家居。

設(shè)計涉及主硬件為：STC89C52RC單片機(jī)，DHT11溫濕度傳感器，人體紅外感應(yīng)器，MQ-2煙霧傳感器，按鍵設(shè)置與LCD1602液晶顯示模塊，蜂鳴器報警電路，以及超標(biāo)指示顯示模塊組成。

1.2.2??功能介紹

(1)通過DHT11溫濕度采集數(shù)據(jù)將信息顯示于LCD1602上面，如果溫濕度超出設(shè)定的預(yù)警值，指示燈有提示并蜂鳴器報警；待到壞境溫濕度降到低于預(yù)警值的時候，報警自動關(guān)閉。

(2)采用煙霧探頭傳感器來檢測我們周圍環(huán)境的煙霧，可對煤氣甲烷，以及我們周圍著火的煙霧，或是抽煙的濃度等實(shí)時監(jiān)測，如有超標(biāo)，蜂鳴器報警，并有指示燈動作來提醒你解決當(dāng)前的問題，解決之后，這些顯示和指示指標(biāo)自動關(guān)閉，所以能給您帶來一定的安全感。

(3)人體紅外檢測電路能夠根據(jù)外界移動人體進(jìn)行判斷，如果在布防狀態(tài)并且有人時，指示燈有提示并蜂鳴器報警，來警告入侵者，直至手動撤防才可以解除報警。而且具有掉電保存的功能，即使人為關(guān)閉電源再開機(jī)也能繼續(xù)報警，這樣更加智能。

1.3?主要工作

主要完成工作如下：

（1）電路原理圖繪制；

（2） 電路的調(diào)試；

（3） 控制程序的編寫；

（4） 軟件調(diào)試；

（5） 單片機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)整機(jī)測試。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

設(shè)計涉及主硬件為：STC89C52RC單片機(jī)，DHT11溫濕度傳感器，人體紅外感應(yīng)器，MQ-2煙霧傳感器，按鍵設(shè)置與LCD1602液晶顯示模塊，蜂鳴器報警電路，以及超標(biāo)指示顯示模塊組成。本研究設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方框圖

3 硬件的設(shè)計

3.1 主控電路

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

?圖2? STC89C52 DIP封裝圖

3.2 溫濕度檢測

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。

圖3　DHT11傳感器實(shí)物圖

建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。如下圖4所示：

圖4　DHT11典型應(yīng)用電路

3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。

3.4 MQ-2煙霧檢測電路

MQ-2型氣體傳感器用于以氫氣為主要成分的城市煤氣、天然氣、液化石油的測量，而且它抗干擾能力強(qiáng)，水蒸氣、煙等干擾氣體對它的影響小。

MQ-2型氣敏元件具有以下特點(diǎn)：

(1) 采用燒結(jié)半導(dǎo)體所形成的敏感燒結(jié)體，具有穩(wěn)定的R (即器件在純潔空氣中的阻抗)阻值，從而保證了長期工作的穩(wěn)定性。

(2) 單電源供電，其功耗僅0.7W左右。

(3) 對所測試的氣體有極高的靈敏度和信噪比。

MQ-2型氣敏元件有兩種型號。MQ-2A型適用于天然氣、城市煤氣、石油液化氣、丙丁烷及氫氣等;MQ-2型適用于煙霧等減光型有害氣體。

圖5? MQK-2型元件外形結(jié)構(gòu)圖

3.5 報警電路

3.5.1 燈光報警電路

圖6 燈光報警電路

3.5.2 聲音報警電路

圖7 聲音報警電路

3.6 LCD1602夜晶顯示電路

圖8 液晶顯示電路設(shè)計

3.7 人體檢測模塊

在自然界，任何高于絕對溫度（-273度）時物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。

?在被動紅外探測器中有兩個關(guān)鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8一12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度的差異。

3.8 按鍵電路

本設(shè)計采用按鍵接低的方式來讀取按鍵，單片機(jī)初始時，因?yàn)闉楦唠娖?，?dāng)按鍵按下的時候，會給單片機(jī)一個低電平，單片機(jī)對信號進(jìn)行處理

圖9 按鍵電路

4 軟件的設(shè)計

4.1 軟件介紹

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。?? Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹Keil C51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。Keil_c軟件界面如圖

圖10 Keil_c軟件界面

Protel99SE的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面，如圖所示，包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。

圖11 Prtel99SE軟件界面

4.2 系統(tǒng)程序流程圖

圖12 系統(tǒng)程序流程圖

5測試結(jié)果

5.1 調(diào)試

??? 調(diào)試過程中首先要檢測的就是硬件電路的設(shè)計原理是否正確、能否達(dá)到預(yù)期效果以及實(shí)現(xiàn)方法是否簡便等等；其次在焊接好難有線電路之后，認(rèn)真檢查電路的焊接情況。這次采用的是分塊調(diào)試的方法，煙霧探測電路，報警電路以及單片機(jī)控制電路進(jìn)行調(diào)試。在對每個模塊的進(jìn)行調(diào)試過程中又采用了由局部到整體，由簡單到復(fù)雜的調(diào)試方法，最后再將各個模塊總和成一個整體。在調(diào)試過程中遇到的問題有：

(1) 由于在焊電路之前沒有認(rèn)真的查看STC89C52的管腳，使得管腳的順序全部焊錯了，最后只好重新買器件重焊；

(2) ]煙霧值一直顯示很高，經(jīng)過查閱資料和換元件測試發(fā)現(xiàn)，煙霧傳感器初次使用得通電幾小時以上才可以正常使用，要做老化試驗(yàn)。

(3) 在解碼程序的編寫過程中，隨著理解的深入也作了相應(yīng)的修改。

(4)? 比如說這次用到的液晶顯示，剛開始用的是P0口，程序沒有錯誤和警告，但是液晶卻無法顯示字符，通過多番測試才知道P0口的驅(qū)動不足，所以更換IO口后，便能正確顯示。

(5) 如由于這次程序用的比較多，但是RAM空間又小，所以程序中的變量定義，必須改為idata（就是全部RAM區(qū)）型的，包括數(shù)組，否則變量隨意分配會引發(fā)意想不到的后果。