-32-基于單片機的某福利院安全防范系統設計與實現摘要社會福利院（養老）是國家、社會及團體為了維護處于困難之中的老年人在生活方面的基本權利而設立的。隨著我國社會經濟的飛速發展和人民素質的接連提高，全國出現了各種形式的社會福利服務。因此對養老院的安全保障及全面有效的管理能對我國社會的穩定，經濟的健康發展起到積極的作用。在本系統設計中將會采用高效率的STC89C52單片機作為控制器，該單片機適用于C51型編程語言，系統結合多種傳感器實現多傳感器融合智能檢測的作用，設計出功能完善的安防系統。本系統在設計中結合了目前的新技術，涵蓋多個模塊，包括：STC89C52控制模塊、顯示模塊、蜂鳴器報警模塊、DS18B20溫度采集模塊、帶有鍵盤裝置的密碼鎖、MQ-2煙霧傳感器等部分，共同組成一種自動控制的智能安防系統。本系統包括硬件設計和軟件設計兩部分，共同組成了安防系統，達到智能安防的作用。關鍵詞：安防系統；單片機；數據采集；目錄摘要 I引言 -1-1緒論 -2-1.1課題背景及其意義 -2-1.2國內外文獻綜述 -2-1.3設計結構安排 -3-1.4本章小結 -3-2智能安防系統的方案選擇和設計 -4-2.1設計基本原則 -4-2.2控制方式的選擇 -4-2.2.1控制處理模塊對比與選擇 -4-2.2.2顯示模塊方案的對比與選擇 -5-2.2.3溫度采集模塊方案的對比與選擇 -6-2.2.4煙霧傳感器方案的對比與選擇 -6-2.2.5報警模塊方案的對比與選擇 -7-2.3系統總體的功能實現與總體結構 -7-2.4本章小結 -8-3硬件電路的設計 -9-3.1STC89C52單片機控制處理模塊 -9-3.1.1復位電路的設計 -10-3.1.2晶振電路的設計 -11-3.2DS18B20溫度采集模塊 -11-3.3LCD1602液晶顯示模塊 -12-3.4蜂鳴器報警模塊 -13-3.5MQ-2傳感電路設計 -14-3.6光電檢測電路設計 -14-3.7密碼鎖電路設計 -15-3.8本章小結 -16-4系統軟件設計 -17-4.1編程語言選擇 -17-4.2編程軟件選擇 -17-4.3軟件設計 -18-4.3.1主程序設計 -18-4.3.2溫度采集子程序設計 -18-4.3.3光電檢測子程序設計 -19-4.3.4蜂鳴器報警子程序設計 -19-4.3.5密碼鎖子程序設計 -21-4.3.6煙霧傳感器子程序設計 -22-4.4系統調試與仿真 -22-4.5本章小結 -23-結論與展望 -24-引言隨著計算機技術和電子科技的發展，單片機在各個領域的應用不斷擴展，通過單片機制造出各種智能化電子設備，為電子市場帶來了較好的經濟效益。怎樣將智能化技術和安全防護進行結合，是目前建設福利院最迫切需要解決的問題。本系統所需要設計的智能安防系統，對于目前福利院大量新建的背景下產生的安防問題有著極大的幫助，所以本文所設計的系統需求是實現智能化、高精度和穩定性好的安防設施。此次課題中采用的是STC89C52單片機當作核心控制模塊，并連接外圍不同硬件，完成整個系統的設計。為了實現對智能安防系統的控制，在軟件方面采用算法和包括單片機在內的各個硬件之間相互配合來完成。在安防方面，門禁系統通過安裝帶有鍵盤裝置的密碼鎖來實現一個相對簡單的功能；還原性氣體的檢測由MQ-2煙霧傳感器來完成；對指定區域內的情況進行監管由激光來實現；溫度測量由DS18B20溫度傳感器執行，測量的溫度顯示在LCD1602液晶顯示器上。并在警報電路上安裝蜂鳴器，一旦系統檢測到異常情況，蜂鳴器將開始發出警告。

1緒論1.1課題背景及其意義社會福利院（養老）是國家、社會及團體為了維護處于困難之中的老年人在生活方面的基本權利而設立的。隨著我國社會經濟的飛速發展和人民素質的接連提高，全國出現了各種形式的社會福利服務。。因此對養老院的安全保障及全面有效的管理能對我國社會的穩定，經濟的健康發展起到積極的作用。可以將智能安全系統簡單地概括為一個技術系統，該系統具有針對圖像傳輸，圖像識別，信息儲存以及信息處理的功能模塊實現系統安防效果。一般運行時，功能完善的智能安全系統應具有訪問控制，警報和監視功能。智能安全與傳統安全之間的主要區別在于智能。當前，我國安全行業的發展和普及相對較快。與智能安全相比，傳統安全取決于個人判斷，需要更多的人力。但是，智能安全使用大量的機器智能判斷而不是個人判斷，這可以減少對人員的依賴，同時還要可以符合人們的生活需求。所以，為了提高人們安全防護的高效性，采用智能技術實現安防是十分重要的。1.2國內外文獻綜述智能安全系統，由于采用了先進的計算機控制技術，傳感器輸出信號調理是智能的，其智能性得到了極大的提高。檢測電路的輸出形狀采用模擬量，其靈敏度可以通過軟件進行設置和調整。對于檢測電路的周遭情況的參數變化很大的地方，靈敏度應置于較低的地方。對于周遭情況更加平穩以及要緊的地方，靈敏度應置于較高的位置。該功用可以提高系統的穩定性和可靠性，并減少誤報。外國已經開始研究應用于家居生活的消防安全系統，比如說常見的火災、天然氣泄露、強入民宅等事件。為了降低安全隱患，政府投資大量資本用于基礎安全設施建設、消防人員培訓以及設施維護等工作。部分西方發達國家使用計算機連接至消費者所安裝的傳感器中，以實時監視火災，非法入侵和漏氣自動警報設備并遠程傳輸故障信息。例如：德國，西班牙，瑞士，比利時，新西蘭等國家/地區都有成功的經驗，可以為城市火災和煤氣泄漏自動報警監控系統的建設和應用提供參考。他們使用自動火災和煤氣泄漏警報作為連接到監視系統的公共警報方法，并且已經有效了很多年，因此消防指揮中心可以快速，準確地確定危險的位置和類型，并將消防隊派往現場。自動報警監控系統從這里開始，效果很好。此外，這些國家在監控系統管理方面相對標準化。他們建立了一個監視服務組織。該組織的職責是確保火勢，非法入侵和漏氣警報數據的順利通信，為用戶服務，對用戶負責并向相關方提供可靠的傳輸。該部門的主要職責是對此類服務組織進行資格審查，監督和管理。這種管理和運作方式取得了良好的效果。1.3設計結構安排本系統的控制器采用的是單片機，結合多種傳感器設計出智能安防系統。利用芯片技術與軟件編程實現智能化控制的方式，根據傳感器的檢測和控制器的處理達到各種功能需求。本文的研究進程是先根據需求設計整體方案，再分別對硬件部分和軟件部分進行設計，最后軟硬件結合建立系統并調試系統功能。下面將簡要介紹系統結構：方案設計：結合安防系統的研究背景和技術方案，整合人們的生活需求，考慮到經濟性、功能性以及實用性，選擇一個符合需求的方案。硬件設計：根據上述分析結果確定功能模塊，選用傳感器等元器件，建立功能模塊，設計電路連接圖，并將硬件的設計的方法進行介紹。軟件設計：結合硬件設計工作，通過程序編寫和軟件設計實現其功能模塊的作用，并對編程語言和編程方法進行介紹。1.4本章小結本章的主要內容是根據文獻資料的綜述總結設計方案，選擇合適的方法設計智能安防系統。對現有的技術進行總結，然后介紹了本文的設計特點，以及后續的研究工作安排。

2智能安防系統的方案選擇和設計2.1設計基本原則（1）可靠性：對智能安防的要求是要在運行中盡可能準確可靠，該系統的設計前提是要求所有功能都能穩定運行，若后續設計無法滿足可靠性需求，那么該設計就是不完善的。所以在本文的設計過程中要結合功能和需求，盡可能達到預期目標，保證后期的功能實現都是可靠的，特別是硬件電路部分要保證一定的穩定性，（2）便于排查：系統設計完成后要對所用的功能進行檢測，檢測包括硬件測試和軟件測試兩部分，其中硬件測試的目的是保證電路連接可靠，而硬件測試通常較為復雜。為了便于提高用戶滿意度，要設計出便于檢測的提醒模塊，向使用者反饋硬件系統的狀態信息。而軟件設計的目的則是要保證系統可正常運行，軟件設計中要增加操作界面提醒，當用戶操作錯誤時顯示出錯誤的原因，便于使用者排查故障。（3）指數達標：由于控制器的飛速發展，市場上各種類型的控制器層出不窮，控制器的結構、功能和處理效率都各不相同。本文以系統需求為主要方向，結合設計成本選用合適的元器件，以簡潔高效的電路連接方式建立硬件系統，編程方面也盡可能清晰簡單。由于該系統相關的研究已經具有較多的成果，所以本文以較低的成本實現功能的開發，這是本系統競爭力的體現。2.2控制方式的選擇2.2.1控制處理模塊對比與選擇方案一：52單片機可以運行Intel8031指令系統，該系列單片機是從Intel的8031單片機改造得到，而且隨著flashROM技術的研究和開發，8bit單片機中應用最廣泛的就是8031單片機，一直都不斷地朝著新方向進步，比如ATMEL公司的AT89系列單片機就屬于比較出名的一種該類型的單片機。方案二：STM32單片機[2]則是意法半導體(ST)公司生產的32bit系列的單片機，該單片機的核心cortex-M是由arm公司生產，該單片機擁有的內部資源遠高于其他單片機，與電腦CPU十分相似，廣泛應用于手機、路由器等設備。方案三：采用ATMEL公司研發并生產的AVR單片機，該單片機的前身是AT90，隨著科技的不斷發展進步，AT90單片機轉變成了另外兩種系列的單片機，AVR單片機有一個突出優點，就是它的指令非常簡單可行，在同樣是8位MCU的震蕩頻率下，該型號單片機的執行速度是最快的一種。本次設計要求操作多種傳感器和外設，STC89C52單片機較其它單片機有低功耗、高性能的特點，更快計算處理得到的數據和信號，并進行相應的操作，根據實驗條件故采用方案1STC89C52單片機。2.2.2顯示模塊方案的對比與選擇方案一：數碼管顯示，數碼管價格低廉且結構簡單，對不同管腳輸入相對應的電流就能發亮，還能用數字顯示出各類參數值，比如溫度、時間、日期等能用數字表現的數據輸入進去就能利用數碼管顯示出來。它在家電電器以及工業電器上非常普遍，比如熱水器、電冰箱、顯示屏、空調等等都能發現它的身影。LED數碼管是由多個發光二極管組成的數碼管器件，內部有比較完備的引線，還會有單獨的筆劃和公用電極就能完成一個封裝。數碼管是由7個發光管組成的8字型，分段用字母a,b,c,d,e,f,g,dp（dp表示點）來表示。把各個分段通入電壓就能使其發光，之后顯示在顯示屏上；二極管的陽極與電源正極連接稱為共陽數碼管，而陰極相接的則叫做共陰數碼管，數碼管僅能呈現出極少的信息，如果信息比較多，那么就要把數碼管進行級聯，這樣就直接導致硬件之間的連接變的很復雜。動態掃描的過程還需要LS164移位寄存器來幫助移動位置，這也增加了電路連接的難度。方案二：采用字符型液晶顯示模塊LCD，該系列產品中較為經典的就是LCD1602，其工作電壓在3.5V~5V，同時在內部設置了復位的部分，能夠實現光標操作和清理屏幕等。形成的亮度能夠使用連接外部的電位裝置來實現調整。同時其控制器為HD44780，能顯示非常多常見的字符，比如字母、數字、片假名等。里面還附帶了存儲的設備能夠進行數據的保存。它還能與控制核心進行直接的連接，并經過它內部器件屏幕上內容的顯示控制。本設計選用方案二，除了液晶顯示模塊體積小之外還因其顯示功能強大的特點，可以滿足設計需求顯示大量文字，接口線較多但給調試帶來方便。2.2.3溫度采集模塊方案的對比與選擇方案一選擇模擬型溫度傳感器，型號為TMP235。模擬量的傳感器一般是通過溫度對電路中電壓值或電流值的影響，將傳感器采集到的模擬量輸入到控制系統中。這種傳感器的優點是功能消耗低且能保持較高的檢測精度。模擬溫度傳感器其不需要補償電路、查找表和校準，因此易于設計、簡單易用。但若要將溫度數值傳輸到單片機上，需要額外的轉換器，改變數據的類型，才能成為單片機可識別的數據類型。方案二選擇數字型溫度傳感器，型號是DS18B20。這是一種包含了數字化校核信號導出的溫度感應裝置，它收取到的數據是十分精確的。DS18B20溫度傳感器采用單總線雙線串行通信協議，采集的過程中首先是STC89C52單片機發起開始信號，通過I/O引腳發送給DS18B20溫度傳感器，之后DS18B20溫度傳感器反向單片機發送響應，并將采集到的數據按照40位數據幀格式輸出，最高位在前，數據格式為：溫度整數數據+8bit溫度小數數據+8bit校驗位，溫度小數部分默認為0，即單片機采集的數據都是整數，校驗位為4個字節的數據相加取結果的低8位數據作為校驗和，單片機將檢測到的數據解析，得出溫度的具體數值，最終顯示在液晶屏上。根據上述兩種方案的優缺點對比后，結合本文的設計需求，最終選用第二種溫度傳感器方案，原因是該傳感器結構簡單，數據處理方便，更適合于本系統簡潔高效的需求。2.2.4煙霧傳感器方案的對比與選擇方案一若采用離子式煙霧傳感器（HD-DY02）。該傳感器的煙霧探測器件為離子室，如果沒有檢測到煙霧，那么傳感器處于待機狀態，離子流處于平衡的狀態，它的點位基準點較為恒定。如果環境中存在煙霧，那么傳感器的離子流將會由于煙霧的存在而產生變化，表現為電路中的電位值上升或下降。根據這個原理，傳感器中的離子室把物理量轉化成電子量，并能通過傳感器轉化為控制器可識別的語言。當電位值高于一定界限時，傳感器將會認為煙霧達到了火災的標準，此時傳感器將會展現出火災提醒警告，并將信號傳遞到控制器，控制器對信號進行處理傳遞火災警告。方案二若采用氣敏式煙霧傳感器（MQ-2）。傳感器把外界環境中氣體的類型以及還原性氣體在外界環境中所占的分量等情況變更成電流。根據這些電流的強度，能夠得到與外界環境中所檢測的成分相關的情報。對上述兩種方案的優缺點進行對比，本系統設計需要檢測火災產生的煙霧及還原性氣體，且實物制作需要簡單，故在本系統設計選擇方案二。2.2.5報警模塊方案的對比與選擇方案一采用ISD4003芯片設計報警模塊。該芯片能實現多種功能，芯片內置多個國家的語言，然而該芯片的不足之處在于其結構復雜，功能運行程序也繁多，并且和其他系統的兼容性不佳，導致應用過程中容易產生不穩定的狀況。方案二采用蜂鳴器實現報警作用。由于蜂鳴器的結構形式簡單，易于連接到電路中，控制方式也非常簡單，蜂鳴器工作過程能產生較大的聲音，并且在電路中運行穩定不易出錯，在系統中應用蜂鳴器可降低開發成本。根據兩種方案的對比來看，結合本系統需求可知應當選擇可以接收到傳感器發出的異常信號并報警的模塊，無需繁雜的功能。并且報警模塊的作用是為系統的安全性提供保障，所以要求該模塊的穩定性強，不會產生誤報的情況，在電路中連接蜂鳴器時操作簡單，因此本文選用第二種報警模塊方案。2.3系統總體的功能實現與總體結構根據上述方案選擇結果可知，本系統選用了STC89C52單片機作為控制器、DS18B20傳感器作為溫度采集模塊、LCD1602液晶顯示器作為顯示模塊、蜂鳴器以及MQ-2型煙霧傳感器，通過這些模塊實現檢測和報警的功能，建立安防系統的硬件部分設計。（1）系統上電后開始啟動運行，控制器將各個接口數據初始化處理。（2）帶有按鍵輸入裝置的密碼鎖，按鍵是具有輸入和設置密碼功能的矩形陣列，可以通過呼叫用戶來打開門（3）MQ-2煙霧傳感器檢測還原性氣體，并在檢測到還原性氣體時發出警報。（4）在指定區域設置激光器，一旦發現異常，立即報警。（5）通過在警報電路上安裝蜂鳴器，接收到密碼鎖及傳感器發出的異常信號時進行報警。綜上所述可以得出本系統設計框圖2-1：圖2-1智能安防系統框架圖2.4本章小結本章首先進行整體方案的對比，選擇適合本文需求的方案，然后通過各種電子元器件和模塊的選擇實現系統功能，陳述系統功能實現方法，最后結合前面的設計形成整體運行方案，建立系統框架圖。本系統的電氣原理如附錄A所示。

3硬件電路的設計該智能安防系統包括控制處理模塊，溫度采集模塊、液晶顯示模塊、蜂報警模塊、密碼鎖模塊、煙霧傳感器模塊、光電檢測模塊構成，通過硬件與軟件的配合及時的發現異常情況，可以能夠智能的進行安防。下面將對本系統的硬件設計部分進行詳細介紹：3.1STC89C52單片機控制處理模塊（1）概述STC89C52是臺灣宏晶科技公司生產的增強型51單片機，該單片機可以通過編程芯片從而獲得各種性能，工作頻率最高可達80，存儲器內存4KBytes，能夠反復擦寫1000次。STC89C52是最新代的8052單片機系列，擁有8位中央處理器，該器件的基本功能與普通的51單片機完全兼容。（2）主要功能、性能參數1.標準51內核2.運行周期:強化型6時鐘，一般型12時鐘

3.工頻范圍:0~40赫茲，實際工頻最高48赫茲

4.額定電壓:5.5-3.3V5.定時器\計數器:2個16位（T0,T1）

6.Flash程序存儲器:4K

7.中斷源:5個8.輸入輸出端:32個 9.ISP芯片，無需專用編程器

10.片上集成1280字節或512字節RAM11.看門狗，在溢出時能使單片機能夠強制復位，程序便能再次執行。（3）STC89C51RC單片機各腳作用雙列直插式封裝單片機，各引腳功能如下：①主電源引腳VCC：接＋5V電源正端，40腳；GND：接＋5V電源地端，20腳；②控制信號線RESET（9腳）：重置信息的輸入口。ALE（30腳）：地址信息存入，脈沖信息輸入，ALE從P0端輸出地址信息。PSEN（29腳）:外端設備緩存器讀入低電平信號EA（31腳）:能夠使外端存儲器或者程序讀入信息。EA低電平，存儲器信息讀入；EA高電平，往存儲器寫入信息。③外部晶體、振蕩器接口XTAL1（19腳）：與晶振接口相連接。就單片機系統內部架構而言，是反相放大器的輸入口。振蕩器通入電源，該接口與地面相連。XTAL2（18腳）：與外部晶振接口相連接。單片機連接反相放大器的I/O口。振蕩器通入電源后，該接口與其輸出口互相連接。④I/O口引腳STC89C51單片機的四組輸入/輸出口是P3、P2、P1、P0，各口的功能為：P3口（10～17腳）：使用第一功能時，與P1口相同作為標準I/O口；使用第二功能時，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端有上拉電阻，可作為I/O端與高8位地址信息(A8~A15)。當該接口是I/O時，P2為8位雙流端；P1口（1～8腳）：是標準輸入輸出端；P0口（32～39腳）：P0口可以作為I/O和A/D共用總線。當其是I/O端時，是8位雙流端，上電重置后是模式轉換；由于P0口無上拉電阻，此時要與上拉電阻外接，才能夠做輸入輸出端。當其是I/O端時，低8位為地址信息[A0-A7]或者數據線[D0-D7]，無需與上拉電阻相連。在本設計中P0口外接上拉電阻R1之后當做普通I/O口使用。表3-SEQ表2-\*ARABIC1P3口第二用途端口引腳第二功能注釋P3.0RXD串口1數據接收端P3.1TXD串口1數據發送端P3.2INT0外部中斷0，下降沿中斷或低電平中斷P3.3INT1外部中斷1，下降沿中斷或低電平中斷P3.4T0定時/計數器0外部輸入P3.5T1定時/計數器1外部輸入P3.6WR外部數據存儲器寫脈沖P3.7RD外部數據存儲器讀脈沖圖3-圖3-1單片機最小系統電路3.1.1復位電路的設計對于整個復位電路的設計，主要是自動和手動兩種方式。當接上電源的時候，電容的負極和RESET相連，電阻有電壓通過，當RESET的一端輸入高電平的時候，芯片的運動坐標回到原點。在后續芯片的進程中，隨著電源信號輸入的不斷增加，電壓的變化與之相反，電壓在不斷逼近于初始狀態，從圖中獲得的信息還包括復位按鍵是并聯的連接方式，如果出現復位按鍵的損壞，就會導致系統回路無法正常工作。當高電平信號表現于RST管腳時，表示需要啟動復位程序，進行人為按鍵啟動，需要按下按鍵。正常情況而言，在芯片運作無誤的前提下，電平上升到10ms這一節點，導致復位鍵被強制性的激活，整體回路可以流通。若在單片機的RST引腳上有一個連續的高電平輸入就可以將單片機復原，可以通過計算來計算出持續高電平所需的時間。可以通過單片機的時鐘頻率來計算振蕩周期的時間。兩個機器周期后，微處理器將復位。此方法可用于計算重置所需的時間。3.1.2晶振電路的設計時鐘電路對單片機而言就如同心臟一樣重要，在該電路中，XTAL1和XTAL2作為整體回路的輸入輸出端口，其中由內及里的信息傳遞由時鐘電路進行優化，在系統回路的輸入和輸出上進行定時元器件的安裝，在振蕩回路的作用下其內部的頻率有所改變，隨著頻率的不斷上升，所需的能量也隨之增加。一般情況下，振蕩的頻率的單位為MHz，一般情況下能夠保持在[1.2，12]這一區間，在系統超調后可達到最大限制值的兩倍。其包含有指紋識別功能由AS608進行運行，利用串口的途徑進行信息的反饋。在晶振選擇方面，多方數據表明11.0592MHz晶振在波特率限制較少的同時，能夠保證系統誤差值的最小化，故在本次實驗中選用這一晶振進行系統的設計。3.2DS18B20溫度采集模塊溫度采集電路圖見3-2：本系統選用的DS18B20型溫度傳感器的連接方式是單線型，能實現多位置的同時檢測，傳感器采集模擬量信號后轉化為數字量信號，所以數據傳輸的準確度較高。傳感器的電路結構和三極管相似，包括三個引腳，其中1和3是電源的正負極接線端，2是信號傳輸端口，將傳感器采集到的信號傳遞到控制器。該傳感器和外界相連時要接入10K的電阻，然后通過控制器接收傳出的信號，傳感器的檢測準確度較高。不足之處在于信號采集時間較長且頻率要控制在一定范圍內才能保證檢測精度。圖3-2溫度采集電路DS18B20和控制器的連接布置方式如圖3-2所示，將一個10K的電阻串聯在1和2之間，再接到單片機的電源端和P1.0接口。由于該傳感器是單總線的連接方式，所以電路連接簡單，而軟件編程的難度較高，需要進行歸零和調試后才能使用。3.3LCD1602液晶顯示模塊研究中主要使用液晶LCD1602進行顯示，用途就是對時鐘信息、溫度等進行顯示。①LCD1602介紹LCD1602的工作電壓在3.5V~5V，它在內部設置了復位的部分，能夠實現光標操作和清理屏幕等。形成的亮度能夠使用連接外部的電位裝置來實現調整。里面還附帶了存儲的設備能夠進行數據的保存。它還能與控制核心進行直接的連接，并經過它內部器件屏幕上內容的顯示控制。②液晶顯示器各種圖形的顯示原理:顯示線段個顯示單元相互連接和配合，組成點陣圖形式的液晶，當顯示屏有64行，不同行均對應128列，因此每8列與1個字節的8位相對應，且不同行均對應16字節，故共有個點組成，將屏上個顯示單元與顯示區1024字節相互對比，當二者相互對應時，則字節內容與顯示屏對應位置的亮度保持一致。一般情況下，液晶顯示屏的第一行的亮度與區的的16字節相對應，內容保持一致，當時，顯示屏的左上方會出現對應的亮度，長度為8個點；當時，顯示屏的右下方會出現對應的亮度；當，，，……，時，顯示屏的會顯示多條虛線，且亮暗相間，由此可知LCD顯示的基本內容與原理。字符的顯示在LCD中顯示字符具有顯著的復雜性，一般情況下，由6×8或8×8點陣共同組成一個字符，要在顯示屏幕的具體位置明確區的8字節，同時讓每字節的不同位為“1”，并根據具體內容，進行判斷確定是否點亮，進而實現字符的組成和顯示。但是內帶字符發生器的控制器，較為簡單和便捷，所以控制器可以在文字方式上運行。上顯示的是行列號，然后按每一行的列數選擇RAM的地址，設置光標并發送代碼。下面介紹各個引腳的作用：表3.2LCD1602操作指令對應的引腳電平讀狀態寫指令讀數據寫數據輸入RS=Ｌ，R／W=Ｈ，Ｅ=ＨRS=Ｌ，R／W=Ｌ，Ｄ０-Ｄ７=指令碼，Ｅ=高脈沖RS=Ｌ，R／W=Ｈ，Ｅ=ＨRS=Ｌ，R／W=Ｌ，Ｄ０-Ｄ７=數據，Ｅ=高脈沖輸出Ｄ０-Ｄ７=狀態無Ｄ０-Ｄ７=數據無LCD1602液晶顯示電路如下圖3-3所示：圖3-圖3-3液晶顯示電路3.4蜂鳴器報警模塊蜂鳴器報警模塊電路如圖3-4所示圖3-4蜂鳴器電路圖蜂鳴器在電路中主要起到發出警報的作用。用普通的I/O口直接連接蜂鳴器的兩端，不能夠使蜂鳴器進行工作。因此應當使用放大電路來對電流進行放大，再連接至蜂鳴器的兩端以驅動蜂鳴器。當煙霧傳感器檢測到還原性氣體時蜂鳴器會叫；當設定的區域有人經過時，蜂鳴器也會鳴叫。3.5MQ-2傳感電路設計如圖3-5所示，由模擬線路圖可以發現，主要包括兩部分內容，主要用于檢測環境中的二氧化碳含量，并判斷是否超標，及時獲取數據并傳輸至，在實際工作過程，按照模擬信號轉換為數字信號最后流轉至單片機，經過對應的數據處理后在屏幕上顯示。當傳感器感測到煙霧的存在時，如果通過這些氣體調節了晶粒所處的屏障，則表面電導率也將相應地發生變化。因此，我們可以檢測周圍的環境中有沒有待檢測的氣體，若該氣體的濃度很高，就會使電阻值變小。根據該特性，設計的電路如圖3-5所示。圖3-5煙霧檢測電路3.6光電檢測電路設計由于激光具有測量范圍廣，響應速度快且其精度極高的優點，因此把它吸納到智能安防系統中，并與光敏電阻配合形成光電檢測電路，使智能安全系統增添安全防御功能。激光在各種空氣介質中都具有良好的穿透性，和控制器連接時電路中要連接一個三極管用于控制傳感器。如果有人在門口通過時，此人便會擋住激光，由于光敏阻值上升導致電流值降低，引腳P1.6將電流信號反饋到控制器中，報警器產生蜂鳴。當沒有物體阻擋激光束時，激光將對通。此時，P1.6會恢復到較高的水平。發射電路和接收電路如圖3-6所示。圖3-6光電檢測電路3.7密碼鎖電路設計密碼鎖結構圖如圖3-7所示。這種設計在養老院院中尤其具有人性化的設計。按鈕模塊具有呼叫養老院房間號的功能，賬戶登錄功能和信息修改功能。這些功能的控制可以同時顯示在1602LCD屏幕上，為使用者提供便利。算法邏輯如下：賬戶登錄功能，密碼鎖的初始密碼是123456。在啟動微控制器電源時，液晶顯示器上存在“CODECALLRESET”三種顯示。然后顯示器將會提醒已經輸入密碼的位數。現在您可以按數字鍵0到9，所按的值將實時顯示在1602上。輸入密碼后，單擊“確定”按鈕。如果輸入的密碼正確，顯示屏將顯示unlockSuccssful。但是，如果您輸入的密碼錯誤，則顯示屏將顯示codeerror。輸入密碼的機會只有三次，加入三次輸入的密碼全部錯誤，將不能夠再次輸入密碼。通話功能，非常人性化。例如，您是201房間的客人，并且希望主人為您打開門。首先，選擇呼叫按鈕，輸入您要呼叫的房間號碼，然后再次按確認按鈕。顯示屏將顯示等待。經過3秒，屏幕界面返回調試界面，可以重新進行設置。密碼更改功能有助于增強登錄安全性。這樣，很簡單就能防止密碼泄露。首先，點擊密碼更改按鍵，顯示顯示出更改頁面。密碼更改前需要將原始密碼正確輸入后才能啟動密碼更改操作。再將新的密碼輸入到頁面中，然后按“確認”按鈕成功。圖3-7密碼鎖電路圖3.8本章小結本章詳細介紹了各個模塊的電路原理圖，并介紹了各模塊和控制連接的方式。本系統的功能是通過方案設計和硬件設計共同完成的。4系統軟件設計4.1編程語言選擇對于本系統的控制器選擇方面，單片機一般的編程語言是C語言或者是匯編語言，由于本次選用了STC89C52型單片機，而該單片機應用C語言能夠更方便的編程和調試。C語言是在1972年由美國計算機科學家DennisM.Ritchie開發的軟件開發語言，C語言不僅可以做為開發的腳本語言，又可以做為一種高級交互語言。該語言由于兼容性好、穩定性強、邏輯結構層次清楚、簡單易上手等特點使得一經推出便受到眾多軟件開發者的歡迎。在應用平臺方面，語言也被應用在大、中、小甚至微型機系統上，在程序開發方面，C語言由于高度抽象性，使用戶避免與復雜的計算機硬件進行交互，極大地提高了軟件開發的效率。在科研方面，C語言不僅可以做為數據輔助分析的工具，還能用來開發單片機系統。因此此次課題中選用它作為編程語言。4.2編程軟件選擇美國公司推出了可用語言搭建單片機系統的語言兼容性好、穩定性強、層次清楚、簡單易上手，相較于匯編語言有明顯的優勢。系統可以將多種模塊如編譯器、宏匯編等組合在一起，創建出一個合適的集成開發環境來用于單片機的研發。，而且還更易于理解。我們本次的編程語言為C語言，因此Keil單片機是我們的的不二之選，選用Keil單片可以極大的提升我們的工作效率，起到事半功倍的效果。如果不用C語言只用匯編語言編程，Keil單片也是我們的首選。4.3軟件設計4.3.1主程序設計該程序流程圖如圖4-1所示：圖4-圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1主程序流程圖主程序設計的目的是建立程序運行框架，實現安全防護系統的功能。本課題的設計目的是：若系統能開始正常啟動，各模塊開始工作。通過安裝帶有鍵盤裝置的密碼鎖來實現一個相對簡單的門禁系統；在硬件電路中設計了鍵盤輸入設備，能通過鍵盤實現密碼登錄系統訪問工作。MQ-2煙霧傳感器的作用是對氣體狀況進行檢測，當檢測到還原性氣體時發出警報。用激光監控指定區域的情況，進行監督，一旦發現報警，便會報警；DS18B20溫度傳感器用于實時檢測溫度，LCD1602液晶顯示器用于顯示溫度。警報電路裝有蜂鳴器，以警報檢測到的情況。4.3.2溫度采集子程序設計該子程序流程圖如下圖4-2所示：該程序的目的是達到檢測溫度、并將數據傳遞到控制器的作用。本系統選DS18B20型溫度傳感器，當系統開始通電，該傳感器先實現初始化功能，然后再和控制器進行數據交換。傳感器采集信息會儲存到寄存器里，最后返回溫度值以供函數調用。圖4-圖4-SEQ圖4-\*ARABIC2溫度采集流程圖4.3.3光電檢測子程序設計此程序主要作用是用于控制激光進行數據的收集，當系統開始運行后，激光在程序的控制下開始進行工作，當在指定的區域內有人經過，會使光敏電阻的阻值發生變化，從而產生一個電信號，進而觸發報警。程序流程圖如圖4-3所示4.3.4蜂鳴器報警子程序設計本程序的目的是實現事故報警的作用。本系統選用蜂鳴器作為報警模塊，如果檢測地點反饋出安全問題就會及時啟動蜂鳴器報警功能，若光電檢測在指定區域內檢測到人員經過，煙霧傳感器檢測到還原性氣體，密碼鎖多次輸入錯誤密碼，將會觸發報警。當系統通電后，I/O口初始化，若從其他模塊接受到異常信號，則觸發報警。程序流程圖如圖4-4所示：圖4-圖4-SEQ圖4-\*ARABIC3