毕业设计（论文）基于GSM家庭防盗系统设计.doc

目 录1.前言12.总体方案设计22.1方案比较22.1.1方案一22.1.2方案二22.2方案的论证与选择33.单元模块设计43.1 GSM模块设计43.1.1 GSM MODEM 的主要功能43.1.2 GSM通信原理43.1.3 GSM系统的网络结构43.1.4 GSM系统信道分类53.1.5 315MHZ调幅遥控器63.2 单片机模块设计73.3时钟芯片模块设计93. 4传感器模块设计123.5电源模块设计194.软件设计214.1 软件开发环境214.1.1 Proteus仿真软件简介214.1.2 keil编译及调试软件简介224.1.3 主程序流程框图244.2 SM短信模块编程254.2.1常见 AT 指令及使用方法254.2.2短消息的编码方式264.2.3短消息发送程序设计304.3 LCD显示325.系统仿真336.致谢347.参考文献358.附录：36附录1：设计原理图：36附录2：程序37附录3：外文翻译资料441.前言随着科学技术的不断发展,目前日常生活中出现了各种各样的防盗报警器。但是,其中绝大多数,要么是设计比较繁杂,要么是制造工序复杂,要么是成本很高,不适合生产和人们的消费需求,不能在一般居民的日常生活中得到广泛应用。但有一种红外报警器却摆脱了这种种缺点。该红外报警器原理易于理解,外形美观而且结构简单,所用器件数目少,比较常见而且成本较低。因此该红外报警器在制造工序上比其他报警器简单,在制造成本上远远低于其他类型的报警器。更为重要的是,此类报警器防盗的安全指数非常高,几乎不会出现不报或误报。可以有效地预防和打击违法犯罪的盗窃行为,为人们的生命财产安全提供了强有力的保障,为社会的安全稳定发挥了巨大的作用,尤其是在一些住宅小区更是令人叫好。这种红外报警器也因此被人们誉为"忠诚的卫士"或"人性化看门狗。随着生活素质的改善，人们对家居的财产、人身的安全的要求也越来越高，安防系统不再只限于防盗，而且能做到防劫、防火，以及即时解决突发事件。原始的家居安防模式是由铁门、铁链、铁栏杆等组成，称为被动式防盗，这是安防系统的雏型。这种被动式安防系统已不能满足人们的要求，于是出现了由电子探测器、探头等报警终端通过有形的通信线路，如双绞线、电缆等连接报警中心所组成的安防系统，这种方式称为主动防盗。这种主动安防较之被动安防有很大的进步。无论是从结构简洁，还是成本低廉，甚至是美观上都优于被动式安防系统。所以，这种主动式安防系统已不仅仅用于防盗，在其他领域都起到了安全防范的作用。但是，科学技术的不断进步，电子技术的日趋成熟，通信和集成电路技术的交叉发展，这种有线的安防系统显然也已落伍了。采用有线的方式连接报警探头和报警主机，由于受传输距离、环境、可变性等多种因素的制约，局域性很强，而且这种安防系统存在着很大的漏洞，例如一个采用电话线连接的电话报警系统，入侵者只要割断电话线就可以让整个系统形同虚设，不能工作。此时，人们把传感技术和无线通信技术引入安防领域，为安防系统向无线发展提供了强有力的技术支持。基于GSM模块的家庭防盗报警系统利用无线报警探头或传感器等作为报警终端，免去了电缆的束缚,改善了屋内的环境，对于系统的施工也提供了很大的方便。基于GSM模块的家庭防盗报警系统，可以实现一点与多点之间的信息交流，系统特别利用无线信息发送、接收的方式使整个报警过程更加隐蔽，更加可靠。基于GSM模块的家庭防盗报警系统概念一经提出，就得到了迅速的发展，不仅在居家安全领域，在其他领域，如医疗监护、工业生产、商业活动，甚至是在科学实验等领域都得到很好的应用，所以，未来的安防研究方向将是：基于GSM模块的家庭防盗报警系统。2.总体方案设计 防盗报警系统设计防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心(硬件加软件)组成。它的最简形式是本地(家庭、单位等)报警系统,它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器,以及声光报警器。2.1方案比较2.1.1方案一利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示，监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）警力分布，及时调动警力作出快速处理。方案一流程框图：门磁监控主机固定电话布、撤防电源图2.1 方案一系统框图2.1.2方案二通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制GSM系统向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了温度传感器和气体泄漏传感器来检测烟雾和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，同时配备了315MHZ调幅遥控器来实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变。方案二流程框图：GSM模块红外传感器温度传感器燃气泄漏传感器MCU遥控布、撤防 电 源图2.2 方案二系统框图2.2方案的论证与选择方案一选用门磁报及固定电话实现防盗报警，具有很强的时效性、可靠性。当窃贼退了开门时，门磁与此提也同时产生唯一，电波信号即可发射给主机，主机鸣响报警声并拨打6组预设的电话号码。然而门磁存在的缺陷也是显而易见的，如：1.门磁与主机之间不能距离过长2.门磁与主机之间不能有钢筋混泥土及电器3.发射器易受震动而脱落方案二采用AT89C51单片机作为主控制芯片，通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制GSM系统向预先设定好的手机号码发送报警信号，在设计的报警系统中，不仅可以通过防盗传感器发送防盗报警信号，也添加了温度传感器和气体泄漏传感器来检测温度和气体信号，实现防火、防燃气泄漏的作用，能够有效地达到实时控制和分布式，非常适用于比较复杂的生产环境。经过上面两个方案的分析，第二个方案的可行性高、可靠性与及时性强，且较符合实时快捷的要求，所以我选择第二个方案做为设计方案。3.单元模块设计3.1 GSM模块设计随着电子技术与网络技术的飞速发展，手机通讯工具基本上是人人必备的，基于这一点，本文设计了基于GSM短信模块的家庭安全报警系统，而由于HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM Cellular Engine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信标准解析和调试中解脱出来，使用方便，而且公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定、可靠等特点。因此本设计选用HRH GSM Modem来进行通信。3.1.1 GSM MODEM 的主要功能1.收发短信；2.借助短信实现远程小批量数据传输；3.语音通话（GSM 电话）；4.数传模式实现无线实时数据通信；5.无线上网（自动应答型）。3.1.2 GSM通信原理gsm900和dsc1800即我们通常说的双频网，他们是GSM标准。系统功能都相同，主要与不同的频率，gsm900工作在900mhz，dsc1800工作在1800mhz。中国最早使用的是gsm900，与网络规模和用户数量的迅速发展，原有的gsm900网络频率变得越来越紧张，为了更好的满足客户的需求，我国最近推出的一个dcs1800，和使用的是基于GSM 900网络，dcs1800网络被添加到网络，由移动/ dcs1800双频网，以缓解高流量地区局势日益紧张的无线信道。只要用户使用双频手机，你可以切换它们之间在GSM 900dcs1800，自动选择最佳的信道的呼叫，即使移动电话也可在网络之间自动切换移动电话用户通知，并选择最好的通道，然后通过率增加。为适应这一趋势，抢占更多的市场份额，摩托罗拉，诺基亚，爱立信等世界著名的移动电话设备制造商开发并推出多频带移动电话。3.1.3 GSM系统的网络结构gsm900和dsc1800即我们通常说的双频网，他们是GSM标准。系统功能都相同，主要与不同的频率，gsm900工作在900mhz，dsc1800工作在1800mhz。中国最早使用的是gsm900，与网络规模和用户数量的迅速发展，原有的gsm900网络频率变得越来越紧张，为了更好的满足客户的需求，我国最近推出的一个dcs1800，和使用的是基于GSM 900网络，dcs1800网络被添加到网络，由移动/ dcs1800双频网，以缓解高流量地区局势日益紧张的无线信道。只要用户使用双频手机，你可以切换它们之间在GSM 900dcs1800，自动选择最佳的信道的呼叫，即使移动电话也可在网络之间自动切换移动电话用户通知，并选择最好的通道，然后通过率增加。为适应这一趋势，抢占更多的市场份额，摩托罗拉，诺基亚，爱立信等世界著名的移动电话设备制造商开发并推出多频带移动电话。3.1.4 GSM系统信道分类蜂窝通信系统需要传输的不同类型的信息，包括业务信息和控制信息，因此在物理信道设置相应的逻辑通道。一些这些逻辑信道的呼叫连接阶段，一些用于通信，也有一些用于系统运行的所有时间。(l)业务信道(TCH)传输话音和数据话音信道根据不同，可分为全速率话务信道半速率语音业务信道。同样，数据业务信道根据不同，又分为全速率数据业务信道和半速率业务信道半速率数据和数据业务信道（数字9.6,4.8和2.4表示数据速率 单位：千字节/秒）。(2)控制信道(CCH)传输各种信令信息控制信道分为三类:1) 广播信息（BCH），一种“点对多点”单方向控制通道，基站向移动站所有电台和公共信息。内容传输的移动台接入网络和呼叫建立所有必要的信息。2)公共控制信道(CCCH)，一种“一点对多点”的双向控制信道，其用途是传输链路连接所需要的控制信令与信息。它分为:寻呼信道(PCH):传输基站寻呼移动台的信息;随机接入信道(RACH):移动控制台入网时，向基站发送入网请求信息;准许接入信道(AGCH):基站在呼叫接续时，从移动台发送分配控制信道的信令。3)专用控制信道(DCCH)，一种“点对点”的双向控制信道，作用是在呼叫接续阶段和在通信过程中，从移动控制台与基站间传送所需的控制信息。其中又分为:独立控制信道(SDCCH):传输移动控制台与基站相连接和信道所分配的及时信令;慢速辅助控制信道 (SACCH):处于移动控制台和基站之间，以周期传输一些特定的有用信息，也是安排在业务通讯信道和有关的基本控制信道中，是一种复接传输信息的方式。快速辅助控制信道(FACCH):传送与SDCCH相同的有用信息。使用时必须中断业务信息(4帧)，及时将FACCH插入，在没有分配SDCCH的状况下，才用这种控制信道。由此可见，GSM通信系统在传输所需的各种信令的同时，预设了多种专用的控制信道。3.1.5 315MHZ调幅遥控器1.发射、接收电路为了实现用户在进入防区前或离开防区后能对系统的布、撤防状态进行改变，本设计选用了315MHZ调幅遥控器，该遥控器具有以下优点：1.1工作在业余频段，不用花钱购买频点；1.2有效距离远，一般可达2001000米；1.3有丰富的地址码供用户选择。由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选择，足以满足小区内所有用户的防盗报警布、撤防应用。发射、接收电路电路图分别图3.1.1和3.1.2所示：图3.1.1 发射电路图3.1.2 接收电路2.GSM模块与单片机的链接HRH GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM引擎（GSM Cellular Engine）和51单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议，与单片机通过串口连接，由于HRH GSM模块有9个外接引脚针，经过变换放大与单片机的串行通信口连接，以半双工的工作方式，来进行通信和控制。3.2 单片机模块设计1AT89C51的主要性能本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，可以选用带EPROM的单片机，由于应用程序不大，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。INTEL公司的8051和8751都可使用，在这里选用AT89C51单片机，其特点为：1.与MCS-51兼容2.4K字节可编程FLASH存储器3.寿命：1000写/擦循环4.数据保留时间：10年5.全静态工作：0Hz-24MHz6.三级程序存储器锁定7.128×8位内部RAM8.32可编程I/O线9.两个16位定时器/计数器10.5个中断源11.可编程串行通道12.低功耗的闲置和掉电模式13.片内振荡器和时钟电路2、AT89C51的引脚结构AT89C51的引脚如图3.1.4所示:图3.2.1 AT89C51的引脚其引脚功能如下·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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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（ILL）这是由于上拉的缘故。·RST：复位输入。当振荡器复位器件时，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。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。·/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。·/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。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。·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。3.3时钟芯片模块设计1.时钟芯片DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的内部结构如图3.3.1所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。图3.3.1 DS1302的内部结构时钟芯片DS1302的外部引脚分配如图3.3.2所示：图3.3.2 DS1302的外部引脚分配各引脚的功能为：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电；当Vcc2<Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟，输入；I/O：三线接口时的双向数据线；CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。DS1302有下列几组寄存器：.DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器（读时81h8Dh，写时80h8Ch），存放的数据格式为BCD码形式，如表3.3.1所示：表3.3.1 小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是 ，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个10小时位。秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。.DS1302有关RAM的地址DS1302中附加31字节静态RAM的地址如表3.3.2所示。表3.3.2DS1302的工作模式寄存器所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。突发模式寄存器如表3.3.3所示：表3.3.3工作模式寄存器读寄存器写寄存器时钟突发模式寄存器CLOCKBFhBEhRAM突发模式寄存器RAM BURSTFFhFEh此外，DS1302还有充电寄存器等。2.读写时序说明DS1302是SPI总线驱动方式。它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。DS1302的控制字如图3.3.3：图3.3.3 控制字（即地址及命令字节）控制字的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6：如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4A0）：指示操作单元的地址；位0（最低有效位）：如为0，表示要进行写操作，为1表示进行读操作。控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从最低位（0位）开始。同样，在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出的数据也是从最低位到最高位。数据读写时序如图3.3.4：图3.3.4 数据读写时序3. 4传感器模块设计1DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器提供9位（二进制）温度读数，指示器件温度，所以无需A/D转换。信息经过单线接口送入DS18B20 或从DS18B20送出，因此从主机CPU到DS18B20仅需一条线连接，而且DS18B20的电源可由数据线本身提供（相对于外部电源，转换时间要延长）。因此每一个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号因此从理论上说任意多个DS18B20可以连接在一条单线总线上。DS18B20的测量范围从-55到+125，增量为0.5（最高精度可达0.1），转换速度小于1s。由于DS18B20只有一根数据线。因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89C51有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DC18B20必须遵循如下协议：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均从序列开始。主机发送（Tx）-复位脉冲（最短为480s的低电平信号）。接着主机便释放此线并进入接收方式（Rx）。总线经过4.7K的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到I/O引脚上的上升沿之后，DS18B20等待15-60s,并且接着发送脉冲（60-240s的低电平信号）。然后以存在复位脉冲表示DS18B20已经准备好发送或接收，然后给出正确的ROM命令和存储操作命令的数据。DS18B20通过使用时间片来读出和写入数据，时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。写时间片：当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时，产生写时间片。有两种类型的写时间片：写1时间片和写0时间片。所有时间片必须有60微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。读时间片：从DS18B20读数据时，使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在时间下降沿之后的15微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态，主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时，I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平，所有读时间片的最短持续期为60微秒，包括两个读周期间至少1s的恢复时间。一旦主机检测到DS18B20的存在，它便可以发送一个器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均为8位长。DS18B20的光刻ROM中存有64位序列号，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20拥有惟一的地址序列码，以确保在一根总线上挂接多个DS18B20。所有的串行通讯，读写每一个bit位数据都必须严格遵守器件的时序逻辑来编程，同时还必须遵守总线命令序列，对单总线的DS18B20芯片来说，访问每个器件都要遵守下列命令序列：首先是初始化；其次执行ROM命令；最后就是执行功能命令(ROM命令和功能命令后面以表格形式给出)。如果出现序列混乱，则单总线器件不会响应主机。当然，搜索ROM命令和报警搜索命令，在执行两者中任何一条命令之后，要返回初始化。基于单总线上的所有传输过程都是以初始化开始的，初始化过程由主机发出的复位脉冲和从机响应的应答脉冲组成。应答脉冲使主机知道，总线上有从机，且准备就绪。在主机检测到应答脉冲后，就可以发出ROM命令。这些命令与各个从机设备的唯一64 位ROM代码相关。在主机发出ROM命令，以访问某个指定的DS18B20，接着就可以发出DS18B20支持的某个功能命令。这些命令允许主机写入或读出DS18B20便笺式RAM、启动温度转换。软件实现DS18B20的工作严格遵守单总线协议：(1)主机首先发出一个复位脉冲，信号线上的DS18B20器件被复位。(2)接着主机发送ROM命令，程序开始读取单个在线的芯片ROM编码并保存在单片机数据存储器中，把用到的DS18B20的ROM编码离线读出，最后用一个二维数组保存ROM编码，数据保存在X25043中。(3)系统工作时，把读取了编码的DS18B20挂在总线上。发温度转换命令，再总线复位。(4)然后就可以从刚才的二维数组匹配在线的温度传感器，随后发温度读取命令就可以获得对应的温度值了。在主机初始化过程，主机通过拉低单总线至少480us，来产生复位脉冲。接着，主机释放总线，并进入接收模式。当总线被释放后，上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后，延时1560us，接着通过拉低总线60-240us，以产生应答脉冲。写时序均起始于主机拉低总线，产生写1时序的方式：主机在拉低总线后，接着必须在15us之内释放总线。产生写0时序的方式：在主机拉低总线后，只需在整个时序期间保持低电平即可(至少60us)。在写字节程序中的写一个bit位的时候，没有按照通常的分别写0时序和写1时序，而是把两者结合起来，当主机拉低总线后在15us之内将要写的位c给DO：如果c是高电平满足15us内释放总线的要求，如果c是低电平，则DOc这条语句仍然是把总线拉在低电平，最后都通过延时58us完成一个写时序(写时序0或写时序1)过程。每个读时隙都由主机发起，至少拉低总线1us，在主机发起读时序之后，单总线器件才开始在总线上发送0或1。所有读时序至少需要60us。单片机通过命令实现对DS18B20的控制，其支持的主要命令及其功能如表3.4.1所示：表3.4.1 命令码功能说明命令码功能说明33H读ROM中的64位地址序列码BEH读9字节暂存寄存器55H只有地址码匹配的DS18B2才能接收后续的命令4EH写入温度上/下限，紧随其后是2字节数据，对应上限和下限值F0H锁定总线上DS18B20的个数和识别其ROM中的64位地址序列码48H将9字节暂存寄存器的第3和4字节复制到EEPROM中ECH只有温度超过上限或下限的DS18B20才做出响应B8H将EEPROM的内容恢复到暂存寄存器的第3和4字节44H启动DS18B20进行温度转换，结果存入9字节的暂存寄存器B4H读供电模式，寄生供电时DS18B20发送0，外接电源时DS18B20发送1CCH忽略地址序列码，适合单片DS18B202 BISS0001红外传感器（一）BISS0001的特点BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。1.CMOS工艺2.数模混合3.具有独立的高输入阻抗运算放大器4.内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰5.内设延迟时间定时器和封锁时间定时器6.采用16脚DIP封装（二）方框图与引出端功能BISS0001的方框图如图3.4.1所示：图3.4.1 BISS0001的方框图 （三）BISS0001的管脚图说明BISS0001管脚图如图3.4.2所示 图3.4.2 BISS0001的管脚图管脚说明如表3.4.2所示：表3.4.2引脚名称I/O功能1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VoO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当Vc<VR时禁止触发；当Vc>VR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端（四）BISS0001的工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0。5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0。7VDD、VL0。3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压Vc<VR(0。2VDD)时，COP3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号Vs向下级传递；而当Vc>VR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。BISS0001的应用电路如图3.4.4所示：图3.4.4 BISS0001的热释电红外开关应用电路图上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。上图中，R3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0。1U。说明 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。、上述特性指标是在源极电阻R2=47K条件下测定的，用户使用传感器时，可根据自己的需要调整R2的大小。、注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计。、所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标。平衡度B中的EA和EB分别表示两个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值。2、TGS308燃气传感器在出现可燃性气体时TGS308型气体传感器的电导增加，通过电位器RP滑动点取出电压，其值从正常的3V有效值增加到20V。此升高的电压经二极管和4.7K电阻加至晶体管VT1，使之导通，VT1导通使双向晶体管2N6070A导通，使之输出一个高电平，来使单片机控制工作。在检测烟雾信号时，为了简单电路，我选用了与TGS308工作原理相近的8224烟雾传感器。同样，在8224周围气体浓度增加时，它的电导也会增加，通过这个电路也可以实现向单片机发送开关信号，来控制报警信号。其电路图如图3.4.5所示：图 3.4.5 燃气传感器电路复位电路如图3.4.6所示图3.4.6 复位电路该部分电路完成AT89C51的复位，采用按键复位的方式，它与单片机的RST引脚相连，当单片机出现死机或希望它复位的情况下，该电路就会起作用，同时它也具有上电复位的功能。其电阻R1为200欧姆，R2为1K欧姆，电容为22uF。3.5电源模块设计单片机电源如图3.5.1所示：图3.5.1 单片机电源由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，所以一般需要单独设计电源电路，单片机要求电源中应尽量较少纹波,电压要恒定,且单片机复位电路要稳定、可靠,考故需要设计一个直流稳压电源给单片机供电，先经变压器转为9伏的交流电，再通过桥堆2W10对输入的9伏的交流电进行整流，然后通过电容滤波，稳压器进行稳压，使后续电路的电压稳定为 +5伏，电源指示灯亮，说明该模块能正常工作。4.软件设计4.1 软件开发环境4.1.1 Proteus仿真软件简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。Proteus主要用于绘制原理图并可进行电路仿真，Proteus ARES 主要用于PCB 设计。ISIS的主界面主要包括：1 是电路图概览区、2 是元器件列表区