基于單片機的火災防盜監控系統的設計與仿真-資料下載頁

【導讀】給予了越來越多的重視。目前，家庭災情主要體現在火災和盜竊兩個方面，因此，對于這兩種狀況的預防和監控成為了家庭防災的重點。本文就是基于這一社會現象。設計了一種簡單的防火防盜系統。另一部分為基于AT89C51單片機的，集傳感器檢測技術、智能控制和無。線電技術于一體的防盜報警系統。本文對這兩部分分別行進硬件電路搭建，軟件程。序設計，最后對軟件進行測試，運用Protues軟件對主要模塊進行仿真。氣體傳感器的選擇.....

　　

【正文】 能會遇到尖峰脈沖干擾的現象，這種干擾通常只影響個別采樣點的數據，得到的數據與其他采樣點的數據相差比較大，所以要進行處理。如果采用一般的平均值法，則干擾信號將被 ―平均 ‖到計算結果上去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾 而引起的煙霧濃度采樣值的偏差。因此，我們提出去極值平均濾波法，即先對N 個采樣數據進行比較，去掉其中的最大值和最小值，然后計算余下的 N–2 個數據的算術平均值。這種方法既可濾去脈沖干擾又可濾去小型的隨機干擾，以保證報警器檢測煙霧濃度的準確性，減小誤報、錯報的可能。 操作流程如下圖所示，首先設定采樣次數，調用 A/D 采樣子程序進行采樣，每次采樣完采樣次數自增 1，當達到采樣達到提前設定的采樣次數后對采樣值進行處理，即先排序，去掉第一個個最后一個最大最小值，將剩余的第 2 到第 9 個采樣值累加求和，再求平均，最后將處理后的數 據送入寄存器存儲。 Y N 開始 定時器初始化 開 中 斷 關閉蜂鳴器，打開綠燈 設定初值 是否保持報警初值 返回 第 26 頁 共 61 頁 圖 濾波子程序流程圖 （ 3）線性化子程序 本論文報警器使用的 TGS202 型傳感器的電阻是隨著可燃氣體濃度值的升高而降低的，因此輸入單片機的電壓也是隨之降低的。電壓值與氣體濃度之間是非線性的關系，為了實時顯示煙霧濃度需要對其進行線性化處理。在誤差許可范圍內，根據標定曲線形狀，以及單片機處理能力，把曲線分成若干小段，對每小段分別線性化根據分段線性插值法求輸入單片機的某一電壓值對應的煙霧濃度的 公式如下： () 式中， N 為所分區間個數， f(x)為實際煙霧檢測濃度， x為實際氣體檢測濃度對應的電壓值， xi 是區間的下限濃度對應電壓值， xi+1 是區間的上限濃度對應電壓值， f(xi)為Y N 調用 A/D 采樣 將采樣值排序 求第二個到第九個采樣值的累加和 將累加和求平均值 送入寄存器 開 始 設定采樣次數 已達到設定次數到設定次數 第 27 頁 共 61 頁 區間下限煙霧濃度值， f(xi+1)為區間上限煙霧濃度值。分段插值法線性化程序流程圖如圖 所示： 圖 線性化子程序流程圖 （ 4）報警子程序 當煙霧濃度或溫度值超過報警限設定值時，單片機會接收信號控制蜂鳴器發聲，對應指示燈會閃亮以提示操作人員采取安全對策或自動控制相關安全裝置，從而保障生產安全，避免火災和爆炸事故的發生。 為防止誤報，在程序設計上，對煙霧濃度和溫度進行快速重復檢測和延時報警，以區別出時管道中煙霧的泄露，還是由于暫時打開閥門產生的可燃煙霧的微量散失，防止誤報。報警子程序流程圖如下圖 45 所示，將溫度設置為 100℃ ，煙霧濃度設置的是 開 始 讀取濾波電壓 X 返 回 差別并確 定 X 所在的電壓區間 求電壓值 X 與所在區間下限差 Xm=XXi 求 X 所在區間的上下限濃度值的差 Z=f(Xi+1)f(Xi) 求上下限電壓值的差 Xd=Xi+1Xi 求 Z 與 Xd 的比值 K=Z/Xd 求 K與 X 的和 S=K*Xm 求 f(X)=f(Xi)+S 保存濃度值 第 28 頁 共 61 頁 ％，第一次采集完再延遲 20s 采集，分析判斷兩次采集到的數據，若一致則發出信號指示并啟動報警，若不一致則需要檢測，進行故障診斷。 圖 報警子程序流程圖 防盜監控模塊主要程序 N Y N Y Y N N Y 開始 讀取處理后的氣體濃度值或溫度值 煙霧濃度≥ ％ 或溫度≥ 100℃ 煙霧濃度≥ ％ 或溫度≥ 100℃ 延遲 20 秒后采集一組數 傳感器故障自診斷 啟動火災報警器 啟動 故障 報警 傳感器有問題 復位鍵是否按下 返 回 第 29 頁 共 61 頁 防盜門控主程序 主程序首先對系統進行初始化，包括單片機內部寄存器，外部管腳設置，以及所接的傳感器的配置。然后顯示模塊顯示初值，并等待按鍵事件，若有按鍵按下則進行相應的按鍵處理，處理完按鍵事件后繼續等待下一次按鍵，如圖 所示。其中的詳細模塊設計如 下文所示： 圖 門控主程序流程圖 門控模塊子程序 （ 1）數字按鍵處理子程序 數字按鍵處理子程序是來進行修改或輸入密碼的，分為兩個大部分，一個是輸入密碼，一個是修改密碼。其設計流程圖如圖 所示： 首先它會進行判斷是否輸入密碼，若輸入密碼，則保存輸入的密碼以及密碼位數，初始化 顯示處理 鍵掃、求鍵號 鍵處理 有鍵按下否 ? 輸入鍵處理 確認鍵處理 修改密碼鍵處理 數字鍵處理 開始 N Y 第 30 頁 共 61 頁 若非輸入密碼則判斷是否需要修改密碼，同樣，調用修改密碼程序并保存修改后的密碼及密碼位數。 圖 數字鍵處理子程序流程圖 （ 2）確認鍵處理子程序 輸入或修改密碼時進行確認操作，程序流程圖如 。當確認輸入完成時，若正在執行的是輸入密碼的操作，則會調用密碼對比的子程序；若正在執行的是修改密碼操作，按下后執行密碼擦除以及重寫操作 。 Y N 數字鍵處理子程序 輸入密碼否？ 修改密碼否？ 輸入 4~6 位密碼并保存密碼及密碼位數 返回 輸入 4~6 位密碼并保 存密碼及密碼位數 Y N Y N 確認鍵處理子程序 輸入密碼否？ 修改密碼否？ 清 改 密 標 志 返回 調用密碼比較子程序并清除輸入標志 Y N 第 31 頁 共 61 頁 圖 確認鍵處理子程序流程圖 （ 3）密碼判斷子程序 輸入密碼并按下確認鍵后，啟動密碼判斷子程序，將從鍵盤獲取到的數字串與EEPROM 中存的密碼進行比較，并返回是否成功的呃標志。程序流程圖如圖 所示。 圖 密碼判斷子程序流程圖 （ 4）密碼修改子程序 密碼判斷程序入口 輸入位數 [51H]=密碼位數 [50H]？ 原始密碼指針 R0、輸入密碼指針R比較次數 R7 初始化 輸入值 @R1=密碼@R0？ R71=0? 開鎖，點亮指示燈，置鎖狀態標志位 02H 返回 錯誤次數 53H加 1，置鎖狀態 02H為 0 錯誤次數大于 3 否？ 報警，顯示出錯，延時 5分鐘后使系統復位 Y Y Y N N N N Y 修改指針 第 32 頁 共 61 頁 進行密碼修改任務，首先判斷們是否打開，即之前密碼是否正確，然后獲取新的密碼，確認后執行擦除和從寫。程序流程圖如圖 所示。 圖 密碼修改子程序流程圖 （ 5）顯示處理子程序 顯示模塊要實時的顯示當前的操作內容，本系統是通過 HD7279 來統一控制的，程序中只需要發送相應的操作碼即可，程序流程圖如圖 所示： N N Y Y 鎖是否開？ 修改密碼否？ 改密程序入口 輸入密碼位數送 R指針初始化 輸入 4~6 位新密碼并保存密碼 新密碼 @R1 覆蓋原始密碼 @R0 修改指針 循環次數 R71=0？ 返回 N Y 第 33 頁 共 61 頁 圖 411 顯示處理子程序流程圖 圖 顯示子程序流程圖 （ 6）電機驅動子程序 單片機獲取到指令后控制電機驅動對步進電機進行控制，電機連著鎖芯，從而達到門的鎖定和解鎖狀態。程序流程圖如圖 所示。 圖 電機驅動子程序流程圖 Y 顯示程序入口 顯緩指針 R0、顯示碼 R循環次數 R6 初始化 返 回 置 CS 為低電平，并延時 50us 發顯示碼到 7279，并延時 25us @R0 單元內容查表，將得到的字形碼發送至 7279 延時 8us，去除片選信號，修改 R0 和 R1 R61=0？ N 電機驅動子程序 電機正轉 電機反轉 延時 5 秒 延時 5 秒 電機停止 電機停止 返 回 第 34 頁 共 61 頁 （ 7）鍵盤處理子程序 HD7279 與單片機通信來相應按鍵操作，單片機只需檢測和比對 HD7279 發送來的代碼即可。子程序的流程圖如圖 所示。 圖 鍵盤處理子程序 （ 8）門磁檢測及聲光報警子程序 門磁傳感器檢測到信號后將獲取到的數據經過放大濾波后通過 A/D 然后傳給單片機并產生中斷單片機處理獲取到的數據，若超出限制，則將聲光報警系統的使能端拉高，從而開啟聲光報警系統。程序流程圖如圖 所示。 鍵盤處理入口 置 7279 的 CS 有效，并延時 50us 發送讀鍵指令碼 15H 到7279，并延時 12us 接收鍵值存于 A 中，CS 信號 置鍵標志 00H A 為 FFH 否 清鍵標志 00H 由鍵值查鍵號 返回 N Y 第 35 頁 共 61 頁 圖 聲光報警及門磁傳感器子程序流程圖 （ 9）無線通信子程序 圖 無線通信子程序流程圖 無線通信 模塊正常時在休眠當有信號來的時候啟動并接收，就收到數據后產生中斷，并將數據傳給單片機，單片機將獲取到的數據進行比對，然后執行相應的操作。流程圖如圖 所示。 聲光報警子程序 門磁檢測子程序 返回 中斷返回 555 芯片使能置 1驅動聲光報警 聲光報警 單片機外部中斷檢測到門磁信號 N Y Y N Y 接 收信號，開中斷 是否撤防 鎖開否？ 調用開鎖子程序 是否布防 鎖開否？ 調用上鎖子程序 中斷返回 N N Y 第 36 頁 共 61 頁 5 系統調試 單片機應用系統的開發中除了必要的硬件外，同樣也離不開軟件，能夠直接被單片機執行的是機器語言，但是機器與不便于讀寫和編寫。早期在研制單片機應用系統時，大多以匯編語言作為軟件工具，而后期廣泛采用的是 C 語言，這是因為 C 語言是一種結構化的程序設計語言，可讀性和可移植性都非常好，采用 C 語言編寫單片機應用程序的周期短，而且調試和排錯也比較 簡單。所以常用的單片機編程語言是匯編語言和 C 語言。本文用到的 AT89C52 單片機支持匯編語言、 C 語言或者二者的混合語言編寫程序。為了提高編寫程序的效率，改善程序的可讀性和可移植性，我們采用 C 語言作為開發軟件。 調試工具 1）單片機編程工具 本系統軟件編程使用 KeilμVision 4軟件來完成， Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。 Keil提供了包括 C 編 譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、WIN20xx、 WINXP 等操作系統。如果你使用 C 語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語