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關(guān)于STC89C52單片機(jī)的宿舍智能防火報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
該智能防火系統(tǒng)以STC89C52 單片機(jī)為核心模塊進(jìn)行智能控制。該系統(tǒng)的總體構(gòu)成主要包括以下幾個(gè)部分:1 主控的STC89C52 單片機(jī)2GSM 移動(dòng)通信模塊3 無(wú)線傳輸模塊的設(shè)計(jì)4實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路5 防火信息采集與處理模塊6 溫濕度檢測(cè)模塊與鍵盤(pán)顯示模塊。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心, 并將其與通信技術(shù)和電子檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合, 從而形成一個(gè)穩(wěn)定的智能化的防火報(bào)警系統(tǒng)。
GSM 移動(dòng)通信模塊主要提供無(wú)線短信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋TC89C52 單片機(jī)通過(guò)依照GSM 通信模塊的通信協(xié)議對(duì)其進(jìn)行通信并控制, 從而進(jìn)行短信智能收發(fā)。本系統(tǒng)以STC89C52 單片機(jī)電路為核心, 控制連接在各子模塊上。通過(guò)STC89C52 單片機(jī), 可監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度, 濕度, 以及室內(nèi)可燃?xì)怏w和煙霧的濃度, 在數(shù)據(jù)異常時(shí), 可通過(guò)控制GSM 移動(dòng)通信模塊, 向預(yù)留的號(hào)碼進(jìn)行短信報(bào)警。
在學(xué)生宿舍內(nèi)部安裝信息采集分析模塊。當(dāng)宿舍發(fā)生火災(zāi)時(shí), 與之相對(duì)應(yīng)的防火報(bào)警探測(cè)器無(wú)線發(fā)射電路啟動(dòng)發(fā)射無(wú)線接收模塊在接收到無(wú)線信號(hào)后, 向主控單片機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求。主控單片機(jī)響應(yīng)中斷后, 讀出發(fā)送信號(hào)的報(bào)警器編碼比確定是哪個(gè)報(bào)警器發(fā)生異常, 由GSM 通信模塊對(duì)預(yù)先設(shè)定好的號(hào)碼進(jìn)行短信報(bào)警, 短信內(nèi)容也可預(yù)先設(shè)定, 說(shuō)明具體的地址及聯(lián)系人信息等。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
(1)STC89C52 單片機(jī)的說(shuō)明
STC89C52 是一種帶8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8 的微處理器。STC89C52 主要功能包括兼容MCS51 指令系統(tǒng),8K 可反復(fù)擦寫(xiě)FlashROM,32個(gè)雙向I/O 口,256x8bit 內(nèi)部RAM,3 個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,6 個(gè)中斷源, 其中直接提供外部中斷處理可使用P3.2(INT0)或P3.3(INT1);1 個(gè)全雙工可編程標(biāo)準(zhǔn)串行口， 其引腳為P3.0(RXD) 和P3.1(TXD);時(shí)鐘頻率0-24MHz2 個(gè)串行中斷, 可編程UART 串行通道,3 級(jí)加密位, 低功耗空閑和掉電模式, 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能等。該單片機(jī)對(duì)于程序燒寫(xiě)輸入非常方便,故用其作為主控系統(tǒng)。
(2)GSM 短信模塊的簡(jiǎn)介
GSM 短信的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng), 能夠接收遠(yuǎn)端預(yù)定義的短信息指令來(lái)控制8 路控制開(kāi)關(guān), 同時(shí)檢測(cè)4 路按鍵開(kāi)關(guān)量并通過(guò)單片機(jī)譯碼, 由GSM 短信模塊傳送到遠(yuǎn)端。鄭凌燕. 葛萬(wàn)成(2006)針對(duì)GSM 具有實(shí)時(shí), 方便, 快捷等優(yōu)點(diǎn)對(duì)GSM 短信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行了描述。當(dāng)單片機(jī)向GSM 短信模塊發(fā)送信息時(shí), 由4 路按鍵開(kāi)關(guān)輸入信息, 由單片機(jī)將單片機(jī)指令轉(zhuǎn)換成AT 指令后傳輸給GSM 短信模塊, 由GSM 短信模塊將信息發(fā)送給預(yù)留號(hào)碼, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸控制的目的。本系統(tǒng)電路主要由四部分組成:GSM 短信模塊, 單片機(jī), 控制電路, 顯示窗口。
(3) 無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)
避開(kāi)傳統(tǒng)有線連接系統(tǒng)的局限弊端, 本系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸方式。無(wú)線模塊是利用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)囊环N模塊，主要由發(fā)射器，接收器和控制器組成。它的工作頻率：315MHZ/433MHZ( 本設(shè)計(jì)選用315MHZ), 其發(fā)射功率：≤ 500MW, 靜態(tài)電流：≤ 0.1UA, 發(fā)射電流：3 ～ 50MA, 它的工作電壓：DC3 ～ 12V。當(dāng)工作電壓為3V 時(shí), 在空曠地傳輸時(shí)距離約40 至50M, 當(dāng)工作電壓為12V 時(shí), 達(dá)到最優(yōu)工作電壓, 空曠地傳輸距離約700-800M。除開(kāi)無(wú)線發(fā)射模塊外, 還有無(wú)線接收模塊。平時(shí)未接收到發(fā)射出的信號(hào)時(shí), 輸出的只是雜亂的信號(hào); 當(dāng)無(wú)線接收模塊接收到發(fā)射信號(hào)時(shí), 經(jīng)放大，變頻, 濾波等處理后輸出控制信號(hào), 送到相應(yīng)的解碼芯片進(jìn)行解碼, 解碼有效端口Vt也輸出高電平經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)轉(zhuǎn)換送給單片機(jī)的外部中斷0 接口。單片機(jī)在接到外部中斷請(qǐng)求后, 執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀出數(shù)據(jù)碼, 確定發(fā)出信號(hào)的傳感器, 并進(jìn)行短信報(bào)警。
(4) 溫濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)中溫濕度傳感器采用新型溫濕度傳感器。這款溫濕度傳感器可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出，具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，濕度值輸出分辨率為14 位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12 位和8 位。其中，兩線制的串口設(shè)計(jì)，使外圍系統(tǒng)變得快速簡(jiǎn)單，能耗低，體積小，不僅節(jié)省了資源，也簡(jiǎn)化了單片機(jī)的編程，提高了精度。徐會(huì)東(2005)指出，在將STH11 與單片機(jī)串口相連后, 初始化傳輸時(shí), 應(yīng)首先發(fā)出”傳輸開(kāi)始”命令, 該命令可在SCK 為高時(shí)DATA 由高電平變?yōu)榈碗娖? 并在下一個(gè)SCK 為高時(shí)將DATA 升高。接下來(lái)的命令順序包含三個(gè)地址位( 目前只支持”000”) 和5 個(gè)命令位, 當(dāng)DATA 腳的ack 位處于地電位時(shí), 表示SHT11 正確收到命令。如果與SHT11 傳感器的通訊中斷, 下列信號(hào)順序會(huì)使串口復(fù)位: 即當(dāng)DATA 線處于高電平時(shí), 觸發(fā)SCK9 次以上( 含9 次), 此后應(yīng)再發(fā)一個(gè)”傳輸開(kāi)始”命令。SHT11 利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度, 溫度的信號(hào)然后經(jīng)過(guò)放大, 分別送至A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換, 校準(zhǔn)和糾錯(cuò)。最后通過(guò)二線串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)處理, 單片機(jī)對(duì)處理數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)字顯示并作相應(yīng)的控制。王海寧(2008)針對(duì)控制對(duì)象的特點(diǎn), 在系統(tǒng)辨識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行了仿真研究, 最后針對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn), 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析表明本文所述的基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的合理性和有效性。
(5) 可燃?xì)怏w濃度探測(cè)器的設(shè)計(jì)
傳感器電路中最主要的期間就是QM-N10 氣敏半導(dǎo)體傳感器，該器件在潔凈空氣中的阻值大約有幾十kΩ，接觸到可燃?xì)怏w時(shí)，電導(dǎo)率增大，電阻值急劇下降，下降幅度與瓦斯?jié)舛仍?.5% 以下成正比。一旦QM - N10 敏感到可燃?xì)怏w時(shí),IC1A 的腳處于高電位，此時(shí)IC1A 的腳變?yōu)榈碗娖�，�?jīng)IC1B 反相后變?yōu)楦唠娖�，多諧振蕩器起振工作，三極管VT2 周期地導(dǎo)通與截止，于是由VT1、T2、C4、HTD 等構(gòu)成的正反饋振蕩器間歇工作，發(fā)出報(bào)警聲。與此同時(shí)，發(fā)光二極管LED1 閃爍。從而達(dá)到可燃?xì)怏w泄漏告警的目的。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的重點(diǎn)為單片機(jī)與短信模塊串口通信的設(shè)計(jì), 因?yàn)樗袚?dān)著自動(dòng)運(yùn)行以及向外報(bào)警的功能。本系統(tǒng)采用異步通訊方式, 異步串行通訊規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳遞方式, 即每個(gè)數(shù)據(jù)以相同的幀格式傳遞, 每一幀信息由起始位, 數(shù)據(jù)位, 奇偶校驗(yàn)位和停止位組成。STC89C52 單片機(jī)的串口僅占用了單片機(jī)的P3.0和P3.1 腳。當(dāng)非串口方式工作時(shí), 這兩根口線還可以作為一般的I/O 口線使用。
宿舍防火智能防火系統(tǒng)為宿舍火災(zāi)預(yù)防工作提供了一條安全有效的途徑, 本系統(tǒng)通過(guò)以核心模塊STC89C52 單片機(jī)展開(kāi),與GSM 移動(dòng)通信模塊相結(jié)合, 同時(shí)與新型溫濕度傳感器, 可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)器相結(jié)合, 設(shè)計(jì)了智能防火報(bào)警系統(tǒng)。展現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的自動(dòng)化, 智能化的特點(diǎn), 在平安校園建設(shè)方面起了積極的作用。
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