基于单片机的安防监控系统研究

**单片机设计介绍

概要

  近些年来，科技不断地发展，许多家庭已经进入了智能化时代。不管是在家中，还是在办公室，只要在手机上操作，就能够控制所有的电器，这种想法不再是天马行空了。智能化时代，利用声学通信，光学通信等技术手段相结合，根据人们的日常喜好，能将电器智能化，极大地方便了人们的生活。
  智能化时代，电的使用不可谓不重要，某些大功率电器的使用，使得发生电路故障的几率增大，从而引发一系列问题甚至是火灾，新闻报道中也不缺乏这类型的消息。对于这一现象，本设计主要对火灾报警系统进行了研究，通过使用STC89C52系列芯片，还有烟雾传感器，温度传感器等元器件，设计了一个主要能实现火灾监控的装置。它能够监控空气中异常气体的浓度判断是否有火灾的发生，并将一些异常情况反馈给操作者。市面上类似的装置较少，并且该系统实用性强，毫无疑问，它具有较大的市场需求。
关键词：STC89C52；温度传感器；气体传感器；安防系统

一、系统硬件方案选择

  随着近年来各个国家对智能化技术的深入研究，在不久的将来，社会上将会到处见到智能化技术的产品。而智能化电器则会得到更大的普及，它会被安装在家家户户中，到时候家里所有的电器都会通过一定的技术手段连接在一起，操作者可以通过手机远程遥控它们，获取家里的一些实时动态，例如人们出门忘记带钥匙了，那么他就可以通过发送命令来开门。对于目前阶段来说，这系列的技术虽然还没得到普及，但是在一些富裕的人的家里已经开始实行了，这不是人们对未来的幻想。
  因此，引申出来的问题就是：随着电器的增加，功率不断增加，那么发生火灾的几率也将提高。曾经有人做过这方面的调查，他发现发生在家庭里的火灾几乎都是因为短路引起的，而造成更严重的损失都是因为处理不恰当。很显然，因为很多家用电器需要长期使用或者是处于休眠状态的，因为线路老化或者过载，都是极有可能造成短路现象的。但是我们可以做到的就是在发生灾害后立刻处理，从而把损失最小化。如果你细心留意，你会发现所有的商场，医院等很多公共场所，都是具有完美的消防设备的。当有火灾发生，设备会立马感知到，并且通知人来将火苗扑灭，若是此时发现灾情较晚了，别人也可以马上通知消防队们前来灭火，不会导致火势蔓延从而让其扩散，造成更大的伤亡。只是在市面上，这种设备很少，甚至能用在家庭里的，就更是寥寥无几。对此，研究出一款家用的设备，及时的控制灾害，具有重大的研究价值，总之，无论是在白天还是在夜晚，你离家出门或是在睡觉，安防监控系统都能够尽忠尽职地工作，时刻留意家中状况，这正是能为家人、家庭、财产所做的最有效的安全保护措施。

二、系统设计方案分析

  安防监控系统一般是由控制器，报警装置，监控器件等元器件组成，其中最重要的毫无疑问就是监控器件，其类型和功能也各不相同，又分为烟雾检测，温度检测等多种方式[1]。根据一些人的反馈，结合了该产品的市场情况，得知这类型系统普遍存在的问题如下：
  1质量问题：市面上的安防监控系统五花八门，行外人士对此了解甚少，并且一般家庭也不会考虑安装和使用安防监控系统。而该系统最重要的功能就是能都正确地监控火灾的发生，有些系统却会因为天气过热或是一些特殊情况产生误报的现象，这是很严重的弊端。
  2寿命问题：市面上很多的安防监控系统出自不同公司，这使得它们没有统一的标准，而且安防监控系统的正常工作与否极其重要，它必须在一定的时间间隔接受系统维护与升级相关事项，这就给系统维护带来了一定程度上的困难。
  针对以上两点需求，结合自己的实际能力，设计了一种安防监控系统。这个系统可以通过检测空气中某种气体浓度和温度来判断异常情况的发生，以传感器为核心，将异常情况反馈给操作者。由于该系统一般是裸露地安装在墙上的，出于实用与美观的方向考虑，该系统需要在不影响其他功能实现的情况下做到体积尽可能小。

图2.1 系统框架图

三、系统设计

1 STC89C52单片机系统设计

   STC89C52是一种微计算器，它的功耗很低，而且性能很高，运行频率峰值是35MHZ。
它是STC公司生产的，具有8K字节系统可编程Flash存储器。而且 STC89C52 还可以降至0Hz 静态逻辑操作，它支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，此时RAM内容将会被保存，振荡器将会被冻结，单片机的所有工作将会停止，直到下一个中断或硬件复位为止[2]。
STC89C52主要参数如下：
它是增强型8051单片机，指令代码能够完全兼容传统8051；
5.5V～3.3V是它的工作电压；
工频范围是0MHZ到40MHz，实际最多可达48MHz；
用户应用程序空间是8K字节；
片上集成512 字节RAM；
它有32个通用的输入输出口，复位后为： 准双向口/弱上拉是P1/P2/P3，漏极开路输出是P0口。它们也可作总线扩展使用；
ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）就可以下载程序，只需要几秒钟时间即可完成编译；
具有带电可擦可编程只读功能；
有3个16 位的定时器/计数器，T0、T1和T2；
外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，在掉电模式下可以通过外部中断低电平触发中断方式来进行唤醒；
通用UART（通用异步收发传输器），还可使用定时器软件来实现多个UART；
商业级的工作温度范围是0到75℃；
采用PDIP（塑料双列直插式封装）[3]

2 代码简介

图4.4（a）
在图4.4（a）中的代码所展示的是检测有人靠近时指示灯亮和异常气体报警的功能。先将引脚定义好，并且设置定时器计数，再把系统检测到异常气体后要接收警报信息的手机号设置好。提前对后面需要调用函数进行声明，就进入主函数。先是让定时器0初始化，输入低电平使得状态指示灯处于打开状态，设置一段短暂的延时，这是为了让GSM的工作状态稳定下来，此时，状态指示灯会熄灭掉。接下来进入主循环。系统会检测是否发送过短信到先前设定好的手机号码，然后判断是否有人靠近，若有人靠近，则会使状态指示灯亮起来。再设置一段比之前设置过的更长的短暂延时让GSM达到稳定，后清空计数，给状态指示灯高电平，使其关断。

图4.4（b）

图4.4（c）
如图4.4（b）和4.4（c）所示，这里调用了先前声明过的定时器函数，定时器使用的是16位的，使用模式1。重新赋值20毫秒，令总中断，定时器中断和定时器开关处于打开的状态。这个中断函数的意思就是定时器在计数到20毫秒之后检测到人就继续执行先前的操作不改变，否则关闭指示灯，并且检测到了异常气体一秒后就发送短信上报。

图4.5 异常气体检测流程图

图4.6 人体检测流程图

四、效果图

五、 文章目录

目 录

1 前言 1
1.1研究背景 1
1.2研究现状 1
1.3研究目的及其意义 2
1.4应解决的问题 2
2 系统设计方案分析 2
3 系统硬件设计 3
3.1 STC89C52单片机系统设计 3
3.2 LED信号指示灯电路设计 8
3.3 气体传感器模块设计 9
3.4 人体热释感应模块HC-SR505设计 10
3.5 GSM_SIM800系列模块电路设计 11
3.6 实物展示及说明 13
4 系统软件设计 14
4.1编写语言的选择 14
4.2 Keil程序开发环境 14
4.3 STC-ISP程序烧录软件 16
4.4 CH340串口程序烧写模块介绍 16
4.5 代码简介 17
5系统可靠性设计 21
5.1 系统抗干扰性设计 21
5.1.1硬件抗干扰措施 22
5.1.2软件抗干扰措施 22
5.2 提高元器件的可靠性 23
6 系统测试 23
6.1焊接 23
6.2 调试过程中发现的问题及解决方法 23
7 总结与展望 24
8 参考文献 25
谢 辞 26
附录 27
附录1 27
附录2 28
附录3 29
附录4 30
附录5 31