1、精選優質文檔-傾情為你奉上前言21世紀，電子技術飛速發展，有力地推動和促進了社會生產力的發展和社會信息化的提高，電子技術的應用已經滲透到人類生活的各個方面。從計算機到手機，從數字電話到數字電視，從家用電器到軍用設備，從工業自動化到航天技術，都盡可能采用了電子技術。隨著經濟的發展，生活水平的日益提高，人們對居住環境的要求也日漸提高，希望建筑不僅更便利、舒適而且更安全。家庭防火、防盜、煤氣安全等問題就成為人們極為關心的問題。近年來，家庭智能控制裝置已成為銀行、商店、辦公室、居民區、賓館、庫房、住宅等場所普遍應用的設備，為維護社會治安、保障國家財產和群眾的安全發揮了重要作用。但是由于經濟、技術的各種

2、原因，目前家庭智能控制系統設計不盡合理的情況比較普遍，在信號檢測、信號處理上面還存在一定問題，致使一些系統經常出現誤報或者漏報。報警系統不動作、誤動作率比較高。正是基于目前這種現狀，本設計方案提出一種基于多傳感器檢測單片機處理綜合應用的新型家庭智能控制報警系統的設計思想。該系統是以煙霧傳感器、溫度傳感器、光電火焰檢測器、濕度傳感器、警情信號檢測器、電使用安全檢測器、水位安全檢測器和CO傳感器為檢測元件，以80C51單片機為控制核心，組成的一種家庭智能控制系統。它可以通過多種方式自動進行報警和預警，并借助電話等現代化通訊手段進行信息傳遞。系統有兩種報警類型，即火災報警和非法侵入報警（盜情）。系統

3、采用多傳感器電路檢測火災的發生和非法侵入，一旦出現火災或是出現非法侵入，傳感器檢測電路發出信號，單片機響應中斷后，啟動自動撥號電路，根據報警類型的不同撥打不同的電話號碼，發送不同的報警信息。比如，到發生非法侵入的時候，系統自動撥打110；發生火災的時候，系統自動撥打119。系統還可以根據主人設計好的原則對家中的電器設備進行自動化控制。在論文的編寫過程中，得到的老師的指導與幫助，才使我們的設計報告非常圓滿的完成，在此表示感謝。因時間倉促及編者水平有限，書中難免存在錯誤，懇請讀者批評指正。目錄前言.摘要關鍵詞設計要求第1章 方案的選擇和確定1.1 延時的方案選擇1.2 信息傳遞的方案選擇1.3 鍵

4、盤與單片機連接方式第2章 家庭智能系統的系統概述第3章 單元模塊設計3.1帶傳感器檢測信號的輸出和輸入模3.2以單片機為核心的控制裝置3.3單片機時鐘與復位電路模塊3.4電平轉換裝置3.5 語音提示及秒燈電路3.6 鍵盤接口模塊3.7 LCD液晶顯示模塊3.8家庭應用模塊39 計算機接口模塊第4章 鳴謝第5章 元件使用表第6章 結束語參考文獻收獲和體會家庭智能控制系統摘要根據目前家庭智能控制系統現狀以及所存在的主要問題，設計了一種基于各種傳感器及單片機的家庭智能控制系統。系統采用煙霧傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光電火焰檢測器、警情信號檢測器、電使用安全檢測器、水位安全檢測器和CO傳感器為檢

5、測元件，以單片機作為控制核心，利用電話等現代化通訊手段進行信息傳遞。多傳感器的綜合使用實現了低誤報率，增強了系統的可靠性。關鍵詞：防火、防盜、傳感器、報警系統設計要求：一、 任務以單片機為核心，設計一個小型的家庭控制系統。此控制系統可智能地對家庭的各種環境（如溫度、濕度、防盜情況、煤氣安全等）進行檢測，并能根據主人設計好的原則對家中的電器設備進行自動化控制。二、 要求1、 基本要求（1） 以一種單片機作為主處理器，包括外圍開關量的輸入輸出控制。（2） 有8路開關量輸入，輸入電壓為24v，有指示燈；（3） 有8路開關量輸出，端口的輸出功率為24v/50mA，有指示燈；（4） 有液晶顯示屏，在顯示

6、屏上顯示時間，并可通過鍵盤修改時間。2、 發揮部分（1） 增加4路開關量輸出，并可通過鍵盤設置此4路中每一路在何時輸出有效信號及時間長度；（2） 可通過鍵盤任意修改基本要求中的輸入和輸出的對應關系，使輸入輸出具有一定的邏輯關系。方案的選擇與確定家庭智能系統的系統概述家庭智能控制系統硬件主要由九部分組成：帶傳感器檢測信號的輸出和輸入模塊，以單片機為核心的控制裝置，單片機時鐘電路模塊，電平轉換裝置，語音提示及電路秒燈模塊，鍵盤接口模塊，LCD液晶顯示模塊，家庭應用模塊，計算機接口模塊。該系統采用開關量模擬檢測信號，經調節、控制、顯示、報警等儀器設備和很大部分的人工操作智能，并通過較高復雜度的計算方

7、法和處理方法使受控對象的動態過程按規定的方式和技術運行來實現家庭智能控制。單元模塊的設計1、延時的方案選擇方案一：硬件延時即利用555構成的單穩態觸發器來完成方案二：軟件延時即利用單片機編程來完成論證與選擇：雖然用硬件來實現在設計是比較簡單，但考慮到成本尤其是系統的穩定性。所以選擇方案二。2、信息傳遞的方案選擇方案一：都利用光信號如液晶顯示器、LED傳遞信息，無需多余接口，節約成本且滿足要求方案二：加揚聲器，傳遞出聲音信號論證與選擇：考慮到如今已進入到多媒體時代，絕大多數電子智能產品都是聲音和顯示器的結合，為了適應時代的要求，本設計選擇方案二，雖然增加了系統的成本以及編程，焊接的復雜程度，但認

8、為這是必要的。如鬧鈴功能模塊，不僅有開關量的輸出，而且還會放一段主人設計好的鈴聲，這更符合人性化。3、鍵盤與單片機連接方式方案一：查詢方式設定一個時間間隔，每隔這段時間，對鍵盤掃描一遍，當單片機檢測到有按鍵按下時，開始工作，無需另接芯片，電路簡單。方案二：中斷方式利用MM74C922連接到單片機外部中斷輸入引腳（P3.2）。采用中斷方式可以大大節省CPU的時間，當轉換結束后，主動發送一個脈沖向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷請求，都外部中斷服務依序讀取數據。論證與選擇：雖然中斷方式較復雜，但是由于我們的專業對單片機相關知識的要求很高，還有查詢方式對速度會產生影響，所以我們采用方案二。家庭智能

9、系統的系統概述軟件流程圖如下所示圖 系統軟件流程圖數據處理結束標志位=1？標志位=1？標志位=1？標志位=1？標志位=1？火災對應輸出端及自動噴淋端響應防盜對應輸出端響應電安全對應輸出端響應水控制對應輸出端響應溫度對應輸出端響應濕度對應輸出端響應LCD第二行顯示“water“1S喇叭響1SLCD第二行顯示“humidity“1S喇叭響0.5SLCD第二行顯示“thief“1S喇叭響1.5SLCD第二行顯示“temperature“1S，喇叭響0.5SLCD第二行顯示“fire“1S喇叭響2SLCD第二行顯示“electricity “1S喇叭響2.5SLCD第二行顯示“gas“1S，喇叭響3S

10、煤氣對應輸出端響應PB=？PB=？PB=？PB=？PB=？PB=？PB=？數據處理子程序對應輸出端LED滅LCD第二行顯示“close curtain “1S對應輸出端LED亮LCD第二行顯示“open curtain “1S對應輸出端LED滅LCD第二行顯示“close heating“1S對應輸出端LED亮LCD第二行顯示“open heating “1S對應輸出端LED滅LCD第二行顯示“close boiling “1S對應輸出端LED滅揚聲器放一段音樂定時處理結束對應輸出端LED亮LCD第二行顯示“open boiling “1SLCD第二行顯示“alarm clock“1S對應輸出

11、端LED亮窗簾關時間到沒？暖氣開時間到沒？窗簾開時間到沒？暖氣關時間到沒？睡前燒水關時間到沒？睡前燒水開時間到沒？鬧鐘時間到沒？定時處理子程序NNNNNN 圖 定時子程序流程圖本系統以80C51單片機為核心，以4×4接盤，LCD模塊為人機接口，并利用可編程的并行8255接口芯片擴展并口。系統框圖如下圖所示圖 系統框圖系統功能說明如下圖 所示圖 八路輸入輸出功能說明圖 四路家庭應用功能說明功能說明：本次設計的家庭智能控制系統可智能地對家庭的各種環境進行監測，并可根據主人設計好的原則對家中的電器設備進行自動化控制。當家庭環境濕度發生大幅度改變或者超過一定限制，濕度傳感器會發出有效的信號，

12、在經系統綜合分析處理后繼續發出信號給集中式空調處理系統，由集中式空調系統對環境濕度度進行調節使環境濕度達到令人舒適的值。當住宅內衛生間發生嚴重水滿溢出事故時，水位安全傳感器同樣會發出有效信號，經本系統處理分析后發出有效控制信號使水安全控制中心處理該事故。CO傳感器通過檢測泄漏的一氧化碳氣體濃度來作為報警信號，一旦發生煤氣泄漏，主人可以接收到報警信號，方便主人及時做好相關的避免煤氣中毒工作。 家庭住宅一旦搶劫、盜竊等意外事件，警情檢測裝置發出信號后，防盜報警器立即工作，在第一時間通過防盜系統的電話通訊裝置通知主人。警報既可對竊賊產生威懾作用也會通知周圍人員及時做好相關保護協助工作。一旦家庭住宅內

13、發生火災，室內的溫度傳感器、光電火焰檢測器、煙霧傳感器同時發出信號，促使火災自動報警系統啟動，該系統會及時地發出警報同時開啟噴淋滅火系統進行滅火，系統還以根據具體情況關斷電源，以防發生其他如短路、觸電等事故。當家庭環境溫度發生大幅度改變或者超過一定限制，溫度傳感器會發出有效的信號，在經系統綜合分析處理后繼續發出信號給集中式空調處理系統，由集中式空調系統對環境溫度進行調節使環境溫度達到令人舒適的值。家庭發生電安全事故時，系統也會做出相應的動作來防止人員的傷亡。如一旦發生電短路或過載系統可以及時控制家庭住宅相應區域的電源開與關。該系統除了以上家庭環境監測與控制功能外，還具有其他四種常用功能。系統帶

14、有鬧鐘功能，可以按照主人的需要設定鬧鐘；主人可以設定自動燒水時間，可以節約時間而且無安全之憂；主人還可以根據自己的習慣與天氣情況設定暖氣的自動開與關的時間，既節約電能又可省去親自開關暖氣的時間；最后主人可以根據自己的作息時間設定窗簾開關時間，這樣可以保護主人的隱私。 該系統還有另一大特點，系統中帶有液晶顯示屏，液晶顯示屏可以顯示時間而且無論系統工作在任何一種工作模式下均有在液晶顯示屏中之指示。使得該系統更加智能更加人性化。一 帶傳感器檢測信號的輸出和輸入模塊 此模塊采用開關量模擬輸入輸出信號。八路開關量輸入分別代表八路傳感器檢測到得有效信號。八路開關量輸出分別代表八被控對象或者電氣設備。在輸入

15、開關量中，其與輸入端口對應關系如下所示：PB0、濕度傳感器PB1、水位安全檢測器PB2、CO傳感器PB3、警情信號檢測器PB4、煙霧傳感器PB5、光電火焰檢測器PB6、電使用安全檢測器PB7、溫度傳感器在輸出開關量中，其與輸出端口對應關系如下所示： PA0集中式空氣調節系統溫度調節、PA1、給排水控制PA2、煤氣報警器PA3、防盜報警器PA4、自動噴淋滅火系統PA5、火災自動報警器PA6、電能安全控制裝置PA7、集中式空氣調節系統濕度調節八路輸入開關量與八路輸出開關量的系統連接圖如圖主要被控對象或者系統的簡述火災自動報警系統是由觸發裝置、火災報警裝置、以及具有其它輔助功能裝置組成的，它具有能在

16、火災初期，將燃燒產生的煙霧、熱量、火焰等物理量，通過火災探測器變成電信號，傳輸到火災報警控制器，并同時顯示出火災發生的部位、時間等，使人們能夠及時發規火災，并及時采取有效措施，撲滅初期火災，最大限度的減少因火災造成的生命和財產的損失，是人們同火災做斗爭的有力工具。有關資料統計表明：凡是安裝了火災自動報警系統的場所，發生了火災一股地說都能及早報警，不會釀成重大火災.家用防盜報警器是用物理方法或電子技術，自動探測發生在布防監測區域內的侵入行為，產生報警信號，并提示值班人員發生報警的區域部位，顯示可能采取對策的系統。報警主機是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發生突發事件，就能通過聲光報警信號

17、在安保控制中心準確顯示出事地點，使于迅速采取應急措施。防盜報警主機與出入口控制系統、閉路電視監控系統、訪客對講系統和電子巡更系統等一起構成了安全防范系統。煤氣報警器一般是通過檢測泄漏的一氧化碳氣體濃度來作為報警判斷的；燃氣報警器一般通過檢測泄漏的烷烴、烯烴、芳烴等可燃氣體濃度作為報警判斷，這類氣體泄漏達到爆炸極限時，遇火種（打火機、電器開關、靜電、高頻信號等）則發生瓦斯爆炸，造成很大傷害。二 以單片機為核心的控制裝置 該模塊以單片機為核心，與8255芯片連接。 如圖3所示為單片機80C51芯片與8255的一種連接電路。8255的數據總線D0D7與單片機的P0口相連，用P2.7作為8255的片選

18、。8255的地址線A1,A0與單片機的地址總線的最低兩位相連（地址鎖存器74LS373的輸出Q1,Q0)。8255的讀/寫控制RD與WR分別與單片機的RD和WR相連。在應用系統中，通常8255的復位控制端RESET可以與單片機的復位端相連，也可以采用單獨的上電復位電路。 圖 38255芯片的內部結構與引腳介紹1、8255內部（1）PA,PB,PC口PA,PB和PC均為8位I/O數據口，但結構上略有差別：PA口由一個8位的數據輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數據輸入緩沖/鎖存器組成；PB口由一個8位的數據輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數據輸入緩沖器組成，無鎖存功能；PC口由一個數據輸出鎖存器和一個8位

19、的數據輸入緩沖器組成。三個端口都可以和外設相連，分別傳送外設的輸入/輸出數據或控制信息。（2）工作方式控制電路這是兩組根據CPU的命令字控制8255工作方式的電路。控制電路分為A組工作方式和B組工作方式控制電路。A和B兩組共用控制命令寄存器，用來接受CPU的控制字（命令），根據控制字決定兩端口的工作方式，也可以用控制字實現PC口按位清0或按位置1。A組控制PA口(PA7PA0)及PC口的高4位(PC7PC4)，B組控制PB口(PB7PB0)及PC口的低4位(PC3PC0)。（3）數據緩沖器這是一個雙向三態8位的驅動口，作為8255與系統總線之間的接口，用來傳送數據，控制命令和狀態信息。（4）讀

20、/寫控制邏輯電路讀/寫控制邏輯電路接收CPU發來的控制信號RD,WR,RESET,CS和地址信號A1，A0等，然后根據控制信號的要求，將指定端口數據送往CPU或將CPU送來的數據寫入指定端口。2、8255的引腳（1）數據線D0D7為數據總線，用于傳送CPU和8255之間的數據、命令和狀態字。（2）控制線和尋址線RESET：復位信號，輸入高電平有效。復位后，8255所有內部寄存器清0，所有口都為輸入方式。RD/WR： 讀/寫信號線，輸入，低電平有效。當RD/WR為0時，所選的8255處于讀/寫狀態。CS：片選線，輸入，低電平有效。A0、A1：地址輸入線。當CS為0時，芯片被選中時，這兩位的4種組

21、合00、01、10、11分別用于選擇PA、PB、PC口和控制寄存器。（3）I/O口線(24條)PA0PA7、PB0PB7、PC0PC7為24條雙向三態I/O總線，用于8255和外設之間傳送數據。（4）電源：VCC為+5 V，GND為地線。圖 8255引腳圖圖 8255方式選擇控制字寄存器的定義圖圖 8255內部結構圖單片機80C51芯片的管腳說明（1）、電源引腳：VCC：外接+5V；GND：電源地線。（2）、時鐘引腳XTAL1、XTAL2為內部振蕩器的兩條引出線（3）、控制引腳ALE/PROG：地址鎖存控制信號編程脈沖輸入端ALE：在系統擴展時，ALE用于控制P0口輸出的低8位地址鎖存，以實現

22、低8為地址和數據的隔離。PROG：在EEPROM或EPROM編程期間，該引腳用來輸入一個編程脈沖。PSEN：片外程序存儲器讀選通有效信號 在CPU向片外程序存儲器讀取指令和常數時，每個機器周期PSEN兩次低電平有效。（4）EA/VPP：訪問程序存儲器控制信號/編程電源輸入端 EA=0時，只訪問片外程序存儲器。 EA=1時，單片機訪問片內程序存儲器。（5）RST/VPD：復位/掉電保護信號輸入端 RST為復位信號輸入端。當RST保持兩個機器周期的高電平 時，可對單片機實現復位操作。VPD為該引腳的第二功能，是作為內部備用電源的輸入端。（6）、I/O引腳 P0口（P0.0P0.7）：8位雙向并行I

23、/O接口。擴展外部存儲器或I/O口時，作為低8位地址總線和8位數據線的分時復用接口，為雙向三態。P1口（P1.0P1.7） ：8位準雙向并行I/O接口。 P2口（P2.0P2.7） ：8位準雙向并行I/O接口。擴展外部數據、程序存儲器時，作為高8位地址輸出端口。 P3口（P3.0P3.7） ：8位準雙向并行I/O接口。 P3口除了具有通用I/O口的功能外，同時它的每一個引腳還具有第二功能單片機80C51管腳圖三 單片機時鐘與復位電路模塊內部方式實現單片機的時鐘電路時，利用單片機芯片上提供的反相放大器電路，在XTAL1和XTAL2引腳之間外接振蕩源（晶體振蕩器或陶瓷振蕩器）構成一個自激振蕩器，自

24、激振蕩器與單片機內部的時鐘發生器構成單片機的時鐘電路，如圖所示。在圖中，由振蕩源OSC和電容C1和C2構成了并聯諧振回路作為定時元件，振蕩源OSC可選用晶體振蕩器，頻率為12MHz，電容C1，C2為30pF，起頻率微調作用。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器的穩定性和可靠性，晶振和電容盡可能靠近單片機芯片安裝四 電平轉換裝置 該系統中輸入輸出端口均要進行電平轉換，在五 語音提示及秒燈電路圖 語音提示及秒燈電路六 鍵盤接口模塊該系統中使用鍵盤接口電路，該電路的存在大大的提高了本次設計的家庭智能系統的人性化與智能化，控制系統不僅可智能得對家庭的各種環境進行監測，還可以根據主人的個人習慣設定各種系統

25、模式對家中的電器設備進行自動監控。鍵盤可以自由設定時間、設定鬧鐘，可以根據具體的家庭情況更改自動監控的工作狀態。比如發生一些主人有意識的緊急情況，主人可以通過鍵盤設定，具體可看鍵盤功能說明圖。鍵盤接口電路如圖 圖 鍵盤接口電路鍵盤功能說明如下圖所示表 4×4鍵盤功能說明時間調整鍵（SET1）加1鍵（AD）減1鍵（DC）鬧鐘調整鍵（SET）暖氣開調整鍵（SET2）洗澡前燒水開時間調整鍵（SET3）關窗簾時間調整鍵（SET4）暖氣關時間調整鍵（SET5）洗澡前燒水關時間調整鍵（SET6）開窗簾時間調整鍵（SET7）火災自動報警調整鍵（SET8）防盜報警調整鍵（SET9）自動噴淋滅火調整鍵

26、（SET10）給排水控制調整鍵（SET11）集中式空氣調節系統溫度調節調整鍵（SET12）集中式空氣調節系統濕度調節調整鍵（SET13）七 LCD液晶顯示模塊 該系統中1、液晶顯示器顯示時間XX : XX: XX，即分別顯示小時十位、小時個位、分十位、分個位、秒十位、秒個位。2、設置3個功能按鍵：調整鍵（SET1）、加1鍵（AD）和減1鍵（DC），實現時間可調。上電后，顯示時間00 : 00: 00，并開始走時。按下1次（SET1）時，秒個位走時停止，秒十位閃亮，此時按下（AD），該位數值加1，若按下（DC），則該位數值減1；繼續按下（SET1）時，分個位、分十位、小時個位、小時十位依次閃亮，

27、并可按上述方法進行時間調整。（SET1）按下第6次時，時間調整結束，時鐘在調整后的時間上重新開始走時。3、計時以24小時制進行，最大計時及設置時間為23 : 59: 59。要求用T0用于1秒時間計時，T1用于指示時間調整時相應位的閃亮，在時間調整時，每過0.4s，將對應單元的顯示數據換成“熄滅符”數據，使對應調整單元的顯示數據間隔閃亮。八 家庭應用模塊 家庭智能控制系統家庭應用模塊為4路LED代表4路有效輸出量。其中，D1、D2、D3、D4四路分別代表鬧鐘鬧鈴、暖氣自動開關系統、自動燒水設備、窗簾自動開關裝置的有效控制信號。此模塊的有效信號可以通過鍵盤設定各種工作模式及有效時間長度，并且在液晶

28、顯示屏中可以顯示各種工作模式的工作狀態。九 計算機接口模塊利用RS-232C實現單片機與PC的串口通信圖 RS-232C接口圖 RS-232C接口定義(9芯)針腳 定義 符號1 載波檢測 DCD2 接收數據 RXD3 發送數據 TXD4 數據終端準備好 DTR5 信號地 SG6 數據準備好 DSR7 請求發送 RTS8 清除發送 CTS9 振鈴提示 RI 鳴謝非常感謝老師百忙之中給我們耐心的指導，同學們給我們熱心的幫助和父母在遠方的支持，以及長安大學圖書館給我們提供的豐富的參考資源，在此一并表示真摯的謝意!結束語：經過十多天的查閱手冊和參考文獻資料，將所學的單片機知識加以鞏固和應用，學會使用單

29、片機進行數據傳輸和處理，液晶顯示器的應用。我們終于將初步設計報告完整的寫出來了。本設計在滿足設計要求的前提下，還增加了揚聲器以提供聲音信號，鬧鐘的時候可以放一段音樂，貼近實際。而且在八路輸出開關量信號的同時還可以在液晶顯示器顯示對應的說明，以及揚聲器發出設計好的聲音，很人性化。 當然在設計過程中也遇到很多思路的堵塞，方案難以決策，但是最終還是一一攻克了，通過本次課程設計學到了很多許多書本上沒有的東西。 本設計有待改進的地方有很多，但最亟待改進的地方是解決還有就是顯示系統有待改進， 參考文獻【1】林濤主編，數字電子技術基礎.北京：清華大學出版社，2006【2】林濤主編，模擬電子技術基礎.重慶：重慶大學出版社，2002【3】姜書艷主編，數字邏輯設計及應用.北京：清華大學出版社，2007【4】趙光編著，常見表面貼封裝分立器件與集成電路手冊.北京：電子工業出版社，2008【5】劉浩斌主編，數字電路與邏輯設計.北京：電子工業出版社，2007【6】全國大學生電子設計競賽組委會編，全國大學生電子