緒論伴隨著中國國內(nèi)生產(chǎn)總值及民眾的生活質量持續(xù)上升，家庭居住環(huán)境已經(jīng)得到極大的提升。伴隨著城市的快速發(fā)展與人口數(shù)量的增加，現(xiàn)代化的住宅區(qū)逐漸興起，然而燃氣和家用電子產(chǎn)品的不當操作卻增大了人們生命安全和財富保障的風險。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)在這些風險中，最主要的是由人禍引發(fā)的事故(例如偷竊、暴力襲擊或謀殺)以及由于自然災害導致的損害(比如火災)。因此，人們急需居室安全報警系統(tǒng)，能夠自動監(jiān)測和發(fā)出報警信息以應對各類緊急意外事件，如入室盜竊、火災等，確保居室安全。傳統(tǒng)的居室安全防衛(wèi)系統(tǒng)（例如防盜網(wǎng)、防盜窗）在實際應用中存在多種潛在風險。除了操作復雜外，安全效果也無法令人滿意。隨著社會信息化的持續(xù)深入，尤其是傳感器技術和尖端電子通訊技術的飛速進步，網(wǎng)絡化和智能化的家庭生活方式已經(jīng)變成了人們新的需求。因此，居室安全報警系統(tǒng)已然變成了全球范圍內(nèi)最受矚目的研究領域之一。本研究項目旨在開發(fā)一款入門級家居室安全防報警系統(tǒng)，能夠準確檢測陌生人入侵和火災情況。與其他居室安全報警系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有使用簡便、價格低廉、安裝便捷等優(yōu)勢，符合社會需求，并具有廣闊的市場潛力。該項目不僅有助于提升生活品質，保障家庭安全，而且具備重要的研究和開發(fā)意義。

2硬件電路的設計2.1智能家居防盜報警器的硬件組成居室安全報警系統(tǒng)主要是通過多層組件構建的，其中包含了人體檢測設備(使用紅外線來捕捉數(shù)據(jù))、顯示信息模塊、火災偵察裝置、主控中心、溫濕度傳感器、光照強度傳感器、霍爾效應傳感器、警示回路、按鈕操作線路、模擬輸出的管理與電力供應線路等[1]。它的結構框架如上圖展示。單單片機模數(shù)轉換模塊按鍵模塊液晶顯示模塊聲光報警模塊人體紅外感應模塊最小系統(tǒng)輸出執(zhí)行模塊煙霧傳感器模塊光線傳感器模塊霍爾傳感器模塊圖1居室安全報警系統(tǒng)的組成框圖【數(shù)據(jù)來源】利用Visio繪制。按鍵1用于切換主人在家與否狀態(tài)，僅當主人不在家時才啟用防盜報警系統(tǒng)。當主人在家時，將啟用溫度、光線和煙霧檢測功能。按鍵2、3和4用于設置溫度和煙霧的報警數(shù)值。按鍵2用于設定，按鍵3為增加，按鍵4為減少。2.2居室安全報警系統(tǒng)的硬件設計2.2.1人體紅外采集電路設計在被動紅外探測設備中，主要包含熱釋電紅外傳感器(PIR)這一核心組件。需注意的是，當物體的溫度高于絕對零度（-273攝氏度）時，它們會發(fā)出紅外光譜，不同溫度的物體釋放不同波長的紅外能量，因此紅外波長與物體溫度之間存在一定關聯(lián)。被動紅外探測設備的核心組件之一是熱釋電紅外傳感器(PIR)。這是一種能夠把位于8-12微米范圍內(nèi)的紅外能量變換成電子信息的裝置，并能有效地屏蔽掉周圍的環(huán)境光線干擾。在設定的安全范圍內(nèi)，如果沒有任何人活動，那么熱釋電紅外傳感器只會監(jiān)測出恒定不變的背景溫度。但是，只要有任何人在該區(qū)域內(nèi)行動，由于使用了菲涅爾透鏡，熱釋電紅外傳感器就能捕捉到人和背景之間存在的溫差信息[2]。所以，紅外探測器的核心理念就是尋找目標對象與其周邊環(huán)境間的溫度差距。另一個重要部件便是菲涅爾透鏡，它主要分為了折射型和反射型兩類。其功能主要包括兩個方面：首先是對熱釋出的紅外輻射進行匯聚，使得它們集中于PIR之上;其次則是劃分出了明暗區(qū)域，這樣一來，那些進入保護區(qū)域的人或物品就會因為體溫的變化而引發(fā)熱釋紅外信號，進而觸發(fā)PIR生成相應的電信號反應。人類常維持穩(wěn)定的體溫水平，大致在37°C左右，這使得他們能夠產(chǎn)生特定的紅外光譜，其波長大約在10微米附近。被動型紅外傳感器的運作機制依賴于對人身體所散發(fā)的、位于10微米范圍內(nèi)的紅外光線的檢測。這種從人體產(chǎn)生的紅外光通過菲涅爾透鏡匯聚至紅外接收器。常見的紅外接收器使用的是熱釋電材料，當它受到人體散發(fā)出來的紅外能量引起的溫差影響時，就會打破電子穩(wěn)定狀態(tài)并引發(fā)放電現(xiàn)象。此后的電路將經(jīng)過檢測和處理，最終生成報警信號。人體紅外檢測傳感器的作用是用于監(jiān)測人體所發(fā)出的紅外輻射，其主要特點和工作原理如下：高靈敏度：能夠檢測到約10微米左右的紅外輻射，對人體輻射非常敏感。濾波功能：通過表面覆蓋特殊的菲涅爾濾波片，減少外部環(huán)境干擾，只檢測人體的紅外輻射。雙熱釋電元件：傳感器由兩個熱釋電元件組成，相反極性連接，以抵消背景輻射對元件的影響，確保準確檢測人體輻射。報警觸發(fā)：當人體進入檢測區(qū)域時，熱釋電元件接收到不同的熱量，觸發(fā)報警信號。焦距調(diào)節(jié)：菲涅爾濾光片的焦距可以調(diào)節(jié)感應距離，影響監(jiān)控視野范圍。被動式熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點：優(yōu)點：隱蔽性好、功耗低、價格較低。缺點：易受各種熱源和光源干擾、受射頻輻射干擾、在環(huán)境溫度接近人體溫度時敏感度下降。安裝要求：安裝高度：2至2.2米高度。避免影響：避免安裝在受空調(diào)、冰箱、火爐等影響的位置。避免隔離物：傳感器與被檢測者之間不應存在家具、大型盆栽、窗戶、窗簾等隔離物，以確保有效監(jiān)測。避免直射和氣流干擾：避免將傳感器直接面對門窗或陽光直射的地方，同時避免安裝在氣流較強的區(qū)域，以防止外部熱氣流干擾或人員移動導致誤報。最好將窗簾拉上，減少外部光線干擾。安裝位置穩(wěn)固：傳感器的安裝位置（天花板或墻壁）應堅固且無晃動或震動，以確保傳感器正常工作。對于人類活動而言，紅外線熱釋電傳感器的感知能力與其動作軌跡有著直接關聯(lián)。一般說來，這種傳感器對沿著其軸心線的位移較為遲鈍，然而，它卻能極為精確地捕捉到平行于軸心的位移變化。所以，為了達到理想的效果，我們需要仔細挑選合適的安置點，以防止錯誤警報的發(fā)生，同時提高檢測效果。如圖6所示，本設計的內(nèi)部分布情況是這樣的：人體感應模塊產(chǎn)生的信號經(jīng)過三極管的放大處理后被送出，從而控制信號輸出的過程由單片機完成。圖2人體感應模塊電路圖【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。熱釋電模塊連線圖：【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.2.2光線采集電路設計ly-c1光敏傳感器是我們所采用的探測設備，它是一種具有高靈敏度的光敏電阻，對環(huán)境中的光強度非常敏銳，通常被用于監(jiān)測環(huán)境中的光強度。此外，這個傳感器還具備可調(diào)節(jié)的輸出狀態(tài)靈敏度[3]。光敏電阻與104電位器串聯(lián)作為分壓電路，其節(jié)點連接到三極管的基極。光敏電阻的變化被三極管轉換為電平變化后，這些信息被傳送到了微控制器。微控制器通過讀取這些電平值來判斷現(xiàn)在是白天還是夜晚。光敏電阻是一種使用光照射來改變電阻值的元件，也被稱為光敏電阻管。它通常由硫化鎘等材料制成，也可以使用硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。在特定波長的光照射下，光敏電阻的阻值會急劇下降。這種現(xiàn)象是由于光照射會激發(fā)出一些載流子，這些載流子參與導電過程，在外加電場的作用下進行漂移運動。電子會朝向電源的正極移動，而空穴則朝向電源的負極移動，這導致光敏電阻器的阻值急劇下降。。光敏電阻器是一種基于半導體光電導原理制造的電阻元件，其電阻值會隨著光線亮度的變化而波動，所以也被稱作光電導檢測器。當照射到更強的光線時，電阻值下降;相反地，如果光線較暗，則電阻值上升。這種類型的電阻器常常被用作光學傳感器的組成部分，例如用來監(jiān)測和調(diào)節(jié)光量或者實現(xiàn)光電轉化(把光能轉化為電流)等功能。一些常見類型的光敏電阻器如硫化鎘型，它們是由半導體材質構成。這些設備對于光線的反應能力(也就是光譜特質)與人類視覺系統(tǒng)對可見光范圍(約0.4-0.76微米)的回應相近，也就是說，幾乎所有的肉眼可以察覺到的光都能引發(fā)他們的電阻發(fā)生變換。在構建光控電子線路的過程中，我們經(jīng)常采用白熾燈光或是自然光來充當調(diào)控光源，這樣的設置能夠使整個流程變得更為簡潔明了。通常，我們會在制造過程中把光敏電阻制作成薄型構造，以便提升其吸納光能量的功能。一旦遭受光線照射，半導體的內(nèi)部就會生成電子和空穴雙對，它們是構成導體行為的主要因素，因此可以增大電路內(nèi)的電流量。為優(yōu)化敏感度，常用的方法是對光敏電阻的電極采取類似于梳子的形狀布局，這是一種通過使用特定的遮罩并將其上的金屬或者銦等元素蒸發(fā)至光電導薄膜表面而實現(xiàn)的設計方式。以下圖3和圖4為光敏電阻資料圖。圖3光敏電阻結構圖【數(shù)據(jù)來源】來源于知乎《光敏電阻的特性、原理與應用》。圖4光敏電阻外形圖和電路符號【數(shù)據(jù)來源】來源于電子開發(fā)網(wǎng)《光敏電阻》。在光敏電阻器的光譜特性方面，通常可以將其分為三種類型：紫外線光敏電阻器、紅外線光敏電阻器以及可見光光敏電阻器。在本次實驗中，我們選擇了可見光光敏電阻器。圖5展示了光敏電阻的實驗示意圖。光敏電阻的主要參數(shù)是：\o"查看圖片"

圖5光敏電阻的實驗圖【數(shù)據(jù)來源】來源于五一電子網(wǎng)《光敏電阻與它的應用》。1.靈敏度：光敏電阻器的靈敏度是指在不同光照條件下，其電阻值（亮電阻）與無光照條件下的電阻值（暗電阻）相對變化的百分比。2.光譜反應[4]：也稱為光譜敏感性，指的是光敏電阻在接收各種波長的單色光照射時的反應程度。通過繪制各個波長的反應曲線，我們可以得出光譜反應曲線。3.關于光照特質，它揭示了光敏電阻中電信號如何與光照強度產(chǎn)生關聯(lián)的方式。通常來說，當光照增強時，光敏電阻的阻力將會快速下降。接著，如果繼續(xù)提升光照度，則電阻力的變動量可能會減少，最后達到平穩(wěn)狀態(tài)。大部分情況下的表現(xiàn)形式呈現(xiàn)出非線性特點。4.伏安特性曲線的作用是描繪光敏電阻的外部電壓與光電流之間的相互影響。對于光敏設備，隨著外部電壓的提升，光電流也會呈現(xiàn)出一定的增長趨勢。光線傳感器連線圖：【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.2.3溫度傳感器電路設計在當代測量科技里，傳感器的地位舉足輕重。盡管主要設備已具有強大數(shù)值解析力，但它并不能直接操作實物世界的模擬信息。若無各類準確且穩(wěn)定的傳感器用于測定非電氣參數(shù)及模擬信號，以供給可信賴的信息，電腦就難以充分發(fā)揮其實質效能[5]。傳感器的主要任務在于把非電氣參數(shù)轉化為電氣參數(shù)，再經(jīng)由擴大化處理轉變?yōu)閿?shù)字化信息供電腦使用，使電腦得以對其信號做深入剖析和處置。傳感器科學與電腦科學的融合對于自動控制和信息化的應用起到了關鍵性的影響。利用各類傳感設備與微型計算科技，能夠實現(xiàn)對于工農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的檢測及控制，精準評估產(chǎn)品的特性并實時找出可能的問題，提升產(chǎn)品品質，優(yōu)化產(chǎn)品表現(xiàn)，防止意外事件的發(fā)生，同時為所需的信息提供了更為準確的數(shù)據(jù)支持。在嚴苛的環(huán)境中，尤其是在需要高度精確度的測量時，挑選適當?shù)膫鞲衅魇顷P鍵所在。目前，世界各地正在積極推進新一代溫度傳感器的數(shù)字化、智能化和互聯(lián)網(wǎng)化進程，逐步由傳統(tǒng)的模擬模式轉變?yōu)閿?shù)字模式。其中，具有高準度、多樣化的功能、符合標準的總線系統(tǒng)、高穩(wěn)定性和安全性的智能溫度傳感器DS18B20已經(jīng)得到了普遍的使用。該智能溫度傳感器不僅在人們的日常生活中得到了廣泛應用，還在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。由美國的DallasSemiconductor生產(chǎn)制造出的DS18B20是一款集成了數(shù)字化溫度檢測器的集成電路(IC)產(chǎn)品，其外部被以一種防腐蝕的不銹鋼套筒包裹著來保證它的安全性和可靠度。它具備了抗摩擦能力強、易操作且體積較小的優(yōu)點，并且有多種包裝樣式供用戶選擇，適合用于各類小型電子產(chǎn)品的精確體溫讀取及調(diào)控應用場景中。該型號的產(chǎn)品采用了獨有的單一數(shù)據(jù)線路接入技術，僅需一條通信導線就能完成CPU與其間的雙向信息傳遞過程。而對于這個模型來說，最適宜的工作環(huán)境是在從負五十五攝氏度的低溫和正一百二十五攝氏度的高溫之間波動，同時擁有固定的最細分辨率是零點五個攝氏度。此外還提供了對多種數(shù)量的多臺儀器同步工作的兼容模式，允許數(shù)個ds18b20能夠通過唯一的三個信號通道相互串連起來從而達到更廣泛地監(jiān)測不同位置上的氣溫的目的。最后需要指出的是，此裝置所需供電源僅來自于三到五伏特之內(nèi)的直接交流電力供應即可正常運行無需任何額外的外部輔助部件參與其中。2.2.4DS18B20引腳介紹圖6：DS18B20引腳【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。各引腳功能如下：1.I/O端口用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。它采用單線總線連接，并且在輸出時是漏極開路的。當接入上拉電阻后，該引腳在常態(tài)下為高電平。2.UDD：可選的外部電源端。如果不使用該功能，可以將其接地。3.GND：地線引腳，用于連接到電路的地點。4.NC：此引腳未連接到任何電路或元件，因此被標記為NC。2.2.5DS18B20的內(nèi)部結構DS18B20的內(nèi)部結構主要包括以下7部分：1.寄生電源：為芯片提供所需的電源。2.溫度傳感器：用于準確測量環(huán)境溫度。3.64位激光調(diào)校ROM和單線接口：存儲唯一的48位序列號，并實現(xiàn)通過單根總線進行通信。4.高速暫存器（也稱為電平式RAM）：用于臨時存儲傳感器數(shù)據(jù)。5.TH觸發(fā)寄存器和TL觸發(fā)寄存器：分別用于保存用戶設定的溫度上限和下限數(shù)值。6.存儲和控制邏輯：負責數(shù)據(jù)存儲和傳感器控制功能。7.循環(huán)冗余校驗碼（CRC）生成器：生成位循環(huán)冗余校驗碼，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏蚀_性。。2.2.6煙霧傳感器電路設計這次設計涉及單片機原理和應用，設計的煙霧報警系統(tǒng)主要由煙霧傳感電路、模數(shù)轉換電路和單片機控制電路組成。當外部環(huán)境達到預設數(shù)值時，煙霧傳感器將檢測到的物理量轉換成電信號輸出。模數(shù)轉換電路將煙霧傳感電路輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并輸入給單片機。單片機經(jīng)過編程后會接收和處理數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行濾波處理，分析結果是否大于或等于設定的閾值。一旦觸發(fā)報警條件，報警電路將產(chǎn)生警報。選擇合適、精確并經(jīng)濟的煙霧傳感器和單片機芯片對系統(tǒng)的性能和可靠性至關重要。整體設計結合了傳感器技術和單片機技術，實現(xiàn)了煙霧檢測和報警功能，為提高家庭和辦公室安全提供了有效的解決方案。2.2.7MQ-2型煙霧傳感器的工作原理基于敏感體的材質差異，我們可以把半導體煙霧探測器劃分為使用氧化物半導體陶瓷或單晶半導體設備制成的檢測儀器。按照其工作原理來劃分，它們又可以被細分成電阻式與非電阻式的兩種類型。此外，半導體氣體傳感單元還可以進一步區(qū)分為N型和P型，其中N型的阻抗會隨著煙霧濃度的上升而降低;而在P型中，這種現(xiàn)象則恰好相反，即阻抗會上升。2.2.8MQ-2型傳感器的特性1.主要特點：高敏感性：對于天然氣、液化石油氣等煙霧具有很高的敏感性，尤其對烷類煙霧反應更為敏銳。重復性和穩(wěn)定性：具有優(yōu)秀的重復性和持久穩(wěn)定性，在短期內(nèi)反應迅速，并能在長期運行中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。阻隔能力：具備優(yōu)秀的阻隔能力，可以準確消除刺激性和非易燃煙霧（如酒精和煙霧）的干擾信號。2.基本特性：靈敏度特性：描述了煙霧傳感器在特定濃度下的電阻值與氣體濃度變化之間的關系。初始穩(wěn)定性：指設備在未接通電源的狀態(tài)下存儲一段時間后，再接通電源進入正常運行所需的時間。通常需要預熱幾分鐘以便水蒸氣蒸發(fā)。熱傳導特性：煙霧傳感器通常需要在較高的溫度環(huán)境中運行。為了降低短路引發(fā)的事故風險，應將加熱電壓設定為5±0.2V，并避免直接將加熱絲接入電源。同時需要設計加熱絲故障診斷報警電路，及時發(fā)現(xiàn)故障[7]。3.特性參數(shù)（1）回路電壓：(Vc)5~24V（2）取樣電阻：(RL)0.1~20K（3）加熱電壓：(VH)5±0.2V（4）加熱功率：(P)約750mW（5）對于甲烷來說，空氣中的靈敏度要高于0.1%CH4時的靈敏度至少5倍。（6）響應時間：Tres＜10秒（7）恢復時間：Trec＜30秒傳感器電路：【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.3AD電路設計該芯片采用ADC0809，接下來將介紹ADC0809的引腳和功能。該芯片如圖8所示。圖8ADC0809的引腳【數(shù)據(jù)來源】來源于單片機教程網(wǎng)《ADC0809引腳圖與接口電路》。ADC0809是一種8位逐步比較式A/D轉換器，常用于將模擬信號轉換為數(shù)字信號。ADC0809是一款具有28個接口的A/D轉換器芯片，采用雙列直插封裝方式。以下是各個接口的功能詳細解釋：IN0～IN7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3個地址輸入線，用于選擇8路模擬輸入中的其中一路。ALE：地址鎖存，接收信號，輸入高電平有效。啟動脈沖輸入端：至少100ns寬度的正脈沖，通過脈沖上升沿復位0809，下降沿啟動A/D轉換。EOC：A/D轉換完成后發(fā)出高電平（在轉換過程中始終低電平）。OE信號：用于允許數(shù)據(jù)輸出，輸入高電平有效。只有在A/D轉換結束時，才會輸入高電平以開啟輸出三態(tài)門，實現(xiàn)數(shù)字量輸出。CLK：時鐘脈沖輸入端，時鐘頻率不得超過640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源，+5V供電。GND：地。首要步驟是提供一組包含三個地址元素的數(shù)據(jù)，并把ALE設置成1，以便將其裝載至地址儲存單元。接著，通過對地址解碼之后，選擇出一路路徑連接至比較器的八個模擬輸入中的任意一個。一旦START信號開始上升，依次逼近寄存器將會被清零;[8]然后，在其下行階段，會開啟A/D轉換過程，而EOC信號則會被降低，表明轉換正處于執(zhí)行狀態(tài)。直至A/D轉換結束，EOC信號就會變成高電壓，標志著A/D轉換已完畢，并且結果數(shù)據(jù)已被儲存在了鎖定記憶體里，這個信息也可以用來請求中斷。如果OE輸入端口呈高電壓，那么輸出的三態(tài)開關也會被激活，從而使轉換結果的數(shù)值顯示于數(shù)據(jù)總線之上。完成A/D轉換后，迅速將轉換數(shù)據(jù)傳輸給單片機進行處理至關重要。為驗證A/D轉換是否完成，可以采用以下三種方法：1.定時傳送方式對于某一類型的A/D轉換設備而言，它的轉換過程的時間是作為確定和穩(wěn)定的技術參數(shù)來處理的。例如，ADC0809的轉化所需時長為128微秒，這意味著當使用MCS-51單片機以6MHz的時鐘速度運行的時候，需要經(jīng)過64個機器周期的等待才能結束這個過程。因此，我們可以創(chuàng)建一個延遲函數(shù)，并在開始A/D轉變之后立刻執(zhí)行它。只要延遲時間達到預設值，我們就能確認轉化的成功并隨后傳遞相關數(shù)據(jù)。2.查詢方式通常情況下，A/D轉換器芯片會提供一個轉換完成的狀態(tài)信號，比如ADC0809的EOC端口。因此，我們可以通過檢查這個狀態(tài)信號來確認轉換是否已經(jīng)完成，然后進行數(shù)據(jù)傳輸。3.中斷方式采用中斷方式進行數(shù)據(jù)傳輸時，我們可以利用已標識出轉換狀態(tài)的信號（eoc）作為中斷請求的信號。一旦確認轉換完成，無論采用何種方式，都可以通過指令進行數(shù)據(jù)傳輸。首先，發(fā)送輸出口地址，并在信號有效時使OE信號生效，將轉換數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)總線，以供單片機接收。值得關注的一點是，雖然ADC0809具備八路模擬輸入端口，可供處理多達八種不同的模擬信息，然而每條路徑都需單獨執(zhí)行一次A/D變換過程，由于他們共享同一個A/D轉換模塊完成此任務。各個路徑間的切換是由程序控制的，即通過修改C、A、B引腳上的編碼值來決定。而地址寄存器及解碼單元主要承擔著對A、B、C三個地址位的鎖定和解碼工作，他們的解碼產(chǎn)物被用來確定具體的路徑選擇。最終的結果會由三態(tài)輸出口進行保存并傳送出去，這樣就能夠直接連入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線路上。圖9顯示了路徑選擇表格。圖9通道選擇表【數(shù)據(jù)來源】來源于單片機教程網(wǎng)《ADC0809引腳圖與接口電路》。2.3.1ADC0809的結構及轉換原理如上文描述的那樣，我們來看一下ADC0809的構造框架(參閱圖片10)。這個集成電路使用了遞增對比的方法完成了A/D變換過程，并且僅依賴于+5V的單個電壓源作為其能源供應來源。它內(nèi)含有八種選擇一種模式的數(shù)字模數(shù)切換模塊，并具備存儲能力;而這可以通過C、B和A這三個端口的狀態(tài)決定出被挑選出的路徑。整個操作流程大概耗時約為一百微秒左右，然后由TTL三狀態(tài)寄存器保存結果后直接與MCS-51數(shù)據(jù)線相連[9]。ADC0809可以將0-5V之間的模擬信號轉換為數(shù)字信號，只需使用合適的外接電路。STARTCLKSTARTCLKOEVR(+)VR(－)VCCGNDEOCD0...D7三態(tài)輸出鎖存器8位A/D轉換器地址鎖存與密碼CBAALE8路模擬量開關IN7….IN0圖10ADC0809的結構框圖【數(shù)據(jù)來源】來源于單片機教程網(wǎng)《ADC0809引腳圖與接口電路》。2.3.2ADC0809連線圖ADC0809與單片機的連線圖如圖11：圖11ADC0809的連線圖【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.4單片機電路設計作為一種常見的中央處理單元(CPU)，單片機是一款小型化的微電腦設備，其內(nèi)部整合了諸如CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、時鐘組件及IO接口模塊等多種元素。因其尺寸小巧、價位親民、穩(wěn)定性能優(yōu)越且易于編程與運用，故而廣受現(xiàn)代電子科技和工業(yè)領域的歡迎。在智能測量工具行業(yè)內(nèi)，單片機已成為最為普及并富有活力的技術手段之一。而在管理方面，人們愈發(fā)關注計算機的價格、大小、耐用性和可變性[10]。通過把單片機融入各類檢測裝置和顯示屏中，可以賦予這些設備以智能屬性，提升測量的自動水平和準確率，加速運算過程，優(yōu)化硬件設計，進而增強產(chǎn)品的經(jīng)濟效益。圖12單片機最小系統(tǒng)電路【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。基本的最小系統(tǒng)包括了單片機及其必要的供電設備、時間控制裝置、重新啟動機制等等，以此來保證單片機的持續(xù)穩(wěn)定工作環(huán)境。而對于供電與時間控制模塊來說，它們構成了單片機運作的基礎條件。因此，我們可以把這個基礎單元看作是一個大應用系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，然后根據(jù)需要對它進行內(nèi)存擴充或ADC拓展等操作，從而讓單片機能勝任更為繁雜的工作需求。由于其內(nèi)部包含了ROM/EPROM功能的特性STC89C51被視為一種易于搭建并具備高穩(wěn)定性的單片機核心。若要利用STC89C51來建立最小的應用系統(tǒng)，只需要接入時鐘與復位模塊便可實現(xiàn)。然而，受限于集成的程度，這個最小的應用系統(tǒng)更適合用于較小的控制設備上。時鐘電路時鐘電路復位電路STC89C51單片機I/O口圖13單片機最小系統(tǒng)原理框圖【數(shù)據(jù)來源】利用Visio繪制。（四）STC89C51中斷技術概述主要用于實時監(jiān)測與控制的中斷技術，要求單片機能夠快速響應中斷請求源提出的服務需求，并及時進行處理。這一功能是通過芯片內(nèi)部的中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)的。當來自中斷請求源的中斷申請得到批準，微控制器將會立刻停止其主要任務進程，然后轉移到相應的中斷響應和處理流程來應對這個中斷需求[11]。待中斷響應與處理過程完畢之后，它會重新返回之前因中斷而停下的程序所在的位置(也就是所謂的"斷點")，接著恢復對原本未完結的主要任務的運行。圖14為整個中斷響應和處理過程。 圖14中斷響應和處理過程【數(shù)據(jù)來源】來源于CSDN《單片機中的中斷系統(tǒng)》。中斷響應技術使得單片機能夠在執(zhí)行主任務的同時及時響應外部事件或服務請求。當發(fā)生預定義的中斷事件時，單片機會立即中斷當前任務，轉而處理中斷服務程序。這樣，單片機能夠快速響應并處理事件，而無需花費過多時間進行輪詢或等待服務請求。2.5報警電路設計設計了一個報警電路，當檢測到異常情況時，單片機的控制引腳將輸出低電平信號。采用了三極管搭建了一個開關電路，該電路旨在保護單片機并增強電流信號。當單片機的控制引腳輸出高電平時，三極管處于截止狀態(tài)；而當輸出低電平時，三極管則處于導通狀態(tài)。報警模塊的結構如圖15所示。圖15報警模塊【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.6液晶顯示電路設計LCD1602液晶顯示屏是一種常見的字符型液晶顯示器，其特點是能夠同時顯示16x2行的字符。它主要用于展示各種傳感器采集到的數(shù)據(jù)，例如光照強度、煙霧濃度、窗戶狀態(tài)、溫度和濕度等信息。LCD1602液晶顯示屏通常作為嵌入式系統(tǒng)中的輸出設備，通過合適的控制電路和程序設計，可以將傳感器數(shù)據(jù)清晰地顯示在屏幕上，向用戶提供實時的信息反饋。LCD1602是種適用于工業(yè)環(huán)境的字符式液晶顯示設備，可以一次展示16x2=32行的信息。在我們?nèi)粘５纳罾?，這種類型的液晶顯示模塊被大量應用于各類電子設備上，例如計算器、萬能表、電子鐘或其他家庭電器。這些設備通常用來顯示數(shù)字、特定的標志或者圖像等信息。而在微控制器與用戶之間的互動界面上，常見的信息呈現(xiàn)形式有發(fā)光二極管(LED)、LED數(shù)碼管及液晶屏幕。在這三種之中，發(fā)光二極管和LED數(shù)碼管更為常用，原因在于其軟件和硬件的實施較為簡便。（1）引腳說明如下：第1腳：VSS-地電源。第2腳：VDD-連接5V正電源。第3腳：VL-對比度控制接口，連接到正向供電時對比度最低，與地相連則對比度最高。使用10kΩ可調(diào)電阻可以微調(diào)對比度，但過高的對比度可能導致"ghosting"現(xiàn)象。第4腳：RS-指令/數(shù)據(jù)寄存器選擇引腳。高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。第5腳：R/W-讀/寫功能選擇引腳。高電平表示讀取，低電平表示存儲。當RS和R/W均為低電平時，可用于輸入命令或者顯示地址；如果RS為低電平且R/W為高電平，可獲取忙碌指示；反之，如果RS為高電平且R/W為低電平，可進行數(shù)據(jù)存儲。第6腳：E-時鐘使能引腳。當從高電平跳轉到低電平時，液晶模塊執(zhí)行相應的指令。第7-14腳：D0-D7-8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。（2）LCD1602的ram地址轉換和標準字庫表LCD1602液晶模塊內(nèi)置的字符生成記憶體已事先儲存了160種獨特的點陣字體圖像，涵蓋了阿拉伯數(shù)碼、英文大小寫字母、常用的標記和日本漢字等元素。每一種字體都有其特定的編碼，比如大寫的"A"有的是01000001B(41H)。當需要顯示的時候，該模塊會依據(jù)存放在指定位置的點陣字體圖片呈現(xiàn)出相對應的字樣。液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的控制都需要通過指令來完成，在編程中通常使用高電平來代表1，低電平來代表0。1602內(nèi)部顯示地址如圖16所示：圖16LCD1602內(nèi)部顯示地址【數(shù)據(jù)來源】來源于CSDN《單片機學習》。雖然我們通過設置地址40H來移動光標到第二行的首列位置，但這還不足以完成這個任務。這是由于當我們在輸入顯示地址的時候，必須保證最高的位D7始終保持為正電壓狀態(tài)。所以，實際操作中我們需要輸入的是01000000B+10000000B=11000000B的值，也就是C0H。這樣才能正確地將光標定位在第二行的起始位置。對于LCM設備來說，首要任務是在啟動過程中設定它的顯現(xiàn)方式;而一旦開始展示字體信息的時候，則不需要手動調(diào)整位置的光標移動情況——這部分工作由系統(tǒng)自主完成。同時需要注意的是：每一步操作前都應檢查該裝置當前的工作狀況并確認無誤后才能繼續(xù)下一步動作。此外，我們還需注意到這個單元內(nèi)的數(shù)據(jù)儲存區(qū)域已包含有足夠多的可供選擇的數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容如大小寫字母及常用的特殊標識等等。這些元素均被編碼為特定的二進制數(shù)值以便于讀取與識別使用者可以從指定的位置獲取所需的信息或圖像資料從而達到控制的目的。液晶顯示器的電路接口示例見圖17。圖171602顯示模塊【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。2.774HC245電路設計鑒于外部傳感器較多，單片機的IO口不足，因此采用了74HC245三態(tài)芯片擴展IO口。電路設計如下：當P0口輸出顯示數(shù)據(jù)時，無需進行AD轉換，數(shù)據(jù)通過74HC245傳輸至液晶顯示器的數(shù)據(jù)腳。而在需要讀取AD數(shù)據(jù)時，通過關閉74HC245的CE腳，使P0口僅連接到AD的數(shù)據(jù)腳，確保讀取的數(shù)據(jù)為AD轉換結果，不影響液晶顯示。?！緮?shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。3軟件的設計3.1keil應用美國的KeilSoftware公司研發(fā)了名為KeilC51的C語言軟件開發(fā)平臺，它專用于對51系列兼容型微控制器(MCU)進行編程。相較于匯編語言，C語言在功能實現(xiàn)、模塊設計、閱讀便利度及修改靈活性等多個方面表現(xiàn)出色，這使得它的學習與應用變得更加容易。從匯編向C語言轉變的過程有助于我們更好地領悟到這些優(yōu)點的價值所在。KeilC51提供了一套全面且高效的庫函數(shù)集以及一款強大的一體式開發(fā)測試工具，并且采用了完全基于Windows的用戶界面。值得一提的是，只要觀察一下經(jīng)過編譯后的匯編碼，就能清楚看到KeilC51生成的高效目標代碼質量。大部分情況下，產(chǎn)生的匯編碼都非常簡潔明了，便于解讀。此種高效的目標代碼尤其適用于大項目開發(fā)中，進一步凸顯出了高級語言的優(yōu)越之處。下面我們將具體闡述KeilC51開發(fā)系統(tǒng)的各組成部分及其操作方式。KeilC51軟件的界面展示見圖18。圖18Keil_c軟件界面【數(shù)據(jù)來源】來源于KeilC51軟件。3.2protel99se應用Portel公司的產(chǎn)品——Protel99SE是在上世紀八十年代后期發(fā)布的電子設計的應用程序(EA)工具包之一。此項技術專為運行于Windows9x/2000/NT的計算機而開發(fā)的，并采用了基于數(shù)據(jù)庫的設計模型來實現(xiàn)其工作流程的管理與控制;同時具備了高度的數(shù)據(jù)交互能力和對各種設備的支持及兼容度高且擁有三維仿真特性。作為一款全數(shù)字化的平臺型解決方案，可以滿足包括電氣線路布局規(guī)劃到PCB制作再到PLC硬件配置等多種復雜需求場景下的處理要求[15]。此外還提供了高達三十二種信息傳遞通道設置選項以供用戶選擇使用，其中包含十六條供電回路或接地點路徑設定方案也同樣被允許實施執(zhí)行。圖19protel99se畫圖界面【數(shù)據(jù)來源】利用protel99se繪制。

3.3DS18B20的程序流程圖否否是發(fā)出溫度轉換命令寫入18B20讀溫度前復位顯示測溫點位置18B20復位開始18B20存在？延時發(fā)出讀溫度命令寫入18B20讀入溫度值數(shù)據(jù)返回延時圖20程序流程圖【數(shù)據(jù)來源】利用Visio繪制。圖21程序燒錄運行圖【數(shù)據(jù)來源】來源于STC-ISP程序燒錄軟件。

4總結經(jīng)過這次的畢業(yè)論文設計，我深化了對單片機和電路繪圖等課程的理解。借助于大量的相關資料查閱和數(shù)據(jù)分析，我最終成功地完成了設計任務。這個過程不僅提升了我的技能，還增強了我對該領域的理解和認識。在設計過程中，我深刻認識到單純的理論知識遠遠不足以應對實際挑戰(zhàn)，實踐經(jīng)驗同樣至關重要。只有將理論與實踐相結合，才能更好地完成工作。這個過程讓我意識到理論知識在實際應用中存在著一定的局限性，并強調(diào)了實踐的重要性。這次體驗對我的未來學習和職業(yè)生涯產(chǎn)生了積極的推動作用，使我更加重視理論與實踐相結合的教育方式，以此提升我自身的能力和水平。在制作報警器的過程中，我了解了制作流程。自收集設計參數(shù)起始，直至繪制出設計的理論結構和印刷線路板(PCB)圖形，接著完成電子元件的焊接工作，最終進入測試階段。在此期間，我深知對于需經(jīng)過驗證的電氣設備，首要任務是保證其連線無阻，并細心觀察是否有虛焊或缺焊的問題出現(xiàn)。同時，我們也應關注使用的部件是否滿足了設定的標準。最后，在我開啟電源前，我會對相關數(shù)值進行檢測，確認電路的安全性能，以便保障我們的安全操作。這個過程讓我對報警器制作有了更深入的了解，并學會了如何進行有效的電路調(diào)試和安全檢查。在這次設計中，我意識到了自身存在的諸多短板，例如缺乏實際操作能力等。這讓我明白，我需要在各個領域進行提升，并且還有許多需要學習的地方。這次經(jīng)歷使我更加謙虛，也更加堅定了自我提升的決心，我會努力克服自己的不足，不斷學習和進步。參考文獻[1]丁健.基于單片機的居室安全報警系統(tǒng)設計[J].

電子世界,2020(17):56-57[2]張立,李林,林祥銳.基于51單片機智能火災報警系統(tǒng)[J].現(xiàn)代計算機,2023[3]余金永,鐘祥.基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)的設計分析[J].中國新通信,2023[4]郭弘揚.STM32在智能家居安全報警系統(tǒng)中的應用[J].無線互聯(lián)科技,2022[5]鄭振峰.基于單片機的居室安全報警系統(tǒng)設計[J].湖北農(nóng)機化,2020[6]陳娜,潘娜娜,裴雷.“基于單片機和GSM的通信機房安全報警器設計”.通信電源技術,2021,第004期[7]聶雄.基于SIM900A的智能家居報警系統(tǒng)設計[J].儀表技術,2022[8]蔣愷,王凱,張麗萍.STM32在智能家居安全報警系統(tǒng)設計中的應用[J].電子世界,2021[9]胡文婕.基于單片機的智能家居安全報警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子世界,2020(11):174-175.[10]李秀娟.基于單片機的智能家居安全報警系統(tǒng)設計探究[J].信息系統(tǒng)工程,2021(6):58-59.[11]王志超,王莉.基于單片機的智能家居安全報警系統(tǒng)設計與應用[J].電子世界,2020(7):170-171.[12]張大鵬.基于單片機的智能家居安全報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子制作,2021(5):54-56.[13]姜波.基于單片機的智能家居安全報警系統(tǒng)設計研究[J].電子測試,2022(6):38-39.[14]"AReviewAdvancementofSecurityAlarmSystemUsingInternetofThings(IoT)"(2023):ThispaperdiscussestheevolutionofsecurityalarmsystemswithafocusontheadvancementsbroughtbytheInternetofThings(IoT).IthighlightstheimportanceofpervasivecomputingandthechallengesfacedwhenintegratingIoTintosecuritysystems.Thepaperemphasizestheneedforrobustandreliabletechnologiestoenhancesecurityinvarioussectorsincludinghomes,industries,andorganizations.[15]"SmartHomeSecurityAnalysisUsingMicrocontroller"(2023):AuthoredbyArjunS,GopiKrishnaV,GowthamB,SiddharthanB,andDr.V.Manikandan,thisarticlefromtheIROJournalonSustainableWirelessSystemsdiscussestheimplementationandanalysisofsmarthomesecuritysystemsutilizingmicrocontrollers.Itfocusesontheapplicationofmicrocontrollertechnologyinenhancinghomesecurity?.

附錄附錄1原理圖 【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。

附錄2仿真圖【數(shù)據(jù)來源】利用Proteus8Professional繪制。

附錄3源程序//程序頭函數(shù)#include<reg52.h>//宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//管腳聲明//輸出sbitLED_wenduH=P1^2; //溫度上限sbitLED_wenduL=P1^3; //溫度下限sbitLED_yanwu=P1^4; //煙霧sbitLED_LED=P1^1; //開燈sbitbaojing=P2^3; //報警//輸入sbitDQ=P2^0; //18b20sbitdoor=P1^6; //霍爾傳感器sbithongwai=P1^7; //熱釋電sbitlight=P1^5; //光線傳感器//1602_245sbitCE_1602=P1^0; //245的CE//ADC0809sbitST=P2^7;sbitEOC=P2^6;sbitOE=P2^5;//按鍵sbitowner=P3^4; //主人是否在家切換sbitKey1=P3^5; //設置sbitKey2=P3^6; //加sbitKey3=P3^7; //減//LCD管腳聲明sbitLCDRS=P3^2;sbitLCDEN=P3^3;//LCD數(shù)組ucharcodeInit1[]="T:CE:"; //第一行固定顯示ucharcodeInit2[]="Goodenvironment"; //第二行主人在家時顯示ucharcodetab0[]="TH:CTL:C"; //第二行設置溫度上下限時顯示ucharcodetab1[]="EH:"; //第二行設置煙霧上限是顯示ucharcodetab2[]="Someonetoenter"; //第二行有人進入出發(fā)報警時顯示ucharcodetab3[]="Mastergoout"; //主人外出時顯示bitbdataflag_owner,BJ,shanshuo;ucharMode=0,m;signedcharw; //溫度值全局變量uintc; //溫度值全局變量bitbdataflag=0,flag_BJ,flag_set;//酒精含量變量uchartemp;ucharwendu_H=28;ucharwendu_L=15;ucharyanwu_H=50;//按鈕模式|//函數(shù)聲明externucharADC0809();externvoidKey();//LCD延時voidLCDdelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=10;y>0;y--);}//寫命令voidwrite_com(ucharcom){ P0=0xff; CE_1602=0;LCDRS=0; P0=com;LCDdelay(5);LCDEN=1;LCDdelay(5);LCDEN=0;CE_1602=1;P0=0xff;}//寫數(shù)據(jù)voidwrite_data(uchardate){ P0=0xff; CE_1602=0;LCDRS=1;P0=date;LCDdelay(5); LCDEN=1;LCDdelay(5);LCDEN=0;CE_1602=1;P0=0xff;}//1602初始化voidInit1602(){uchari=0;write_com(0x38);//屏幕初始化編寫_com(0x0c);//打開后顯示為無光標且無光標閃爍。write_com(0x06);//當讀或寫一個字符時，指針的最后一位是write_com(0x01);//清屏write_com(0x80);//設置位置for(i=0;i<16;i++){ write_data(Init1[i]);}write_com(0x80+0x40);//設置位置for(i=0;i<16;i++){ write_data(Init2[i]);}}voidDisplay_1602(){ uchari; //時時溫度 write_com(0x80+2); write_data(0x30+c/100); write_data(0x30+c%100/10); write_data('.'); write_data(0x30+c%10); write_data(0xdf); //時時煙霧 write_com(0x80+13); write_data(0x30+temp/100); write_data(0x30+temp%100/10); write_data(0x30+temp%10); if(flag_owner==0) { write_com(0x80+0x40);//設置位置 if(Mode==0) for(i=0;i<16;i++) write_data(Init2[i]); elseif(Mode==1||Mode==2) { for(i=0;i<3;i++) write_data(tab0[i]); if(shanshuo==0||Mode==2) { write_data(0x30+wendu_H/10); write_data(0x30+wendu_H%10); } elseif(shanshuo==1&&Mode==1) { write_data(''); write_data(''); } write_data(0xdf); for(i=6;i<11;i++) write_data(tab0[i]); if(shanshuo==0||Mode==1) { write_data(0x30+wendu_L/10); write_data(0x30+wendu_L%10); } elseif(shanshuo==1&&Mode==2) { write_data(''); write_data(''); } write_data(0xdf); write_data('C'); write_data(''); } elseif(Mode==3) { write_com(0x80+0x40);//設置位置 for(i=0;i<3;i++) write_data(tab1[i]); if(shanshuo==0) { write_data(0x30+yanwu_H/100); write_data(0x30+yanwu_H%100/10); write_data(0x30+yanwu_H%10); } elseif(shanshuo==1&&Mode==3) { write_data(''); write_data(''); write_data(''); } for(i=6;i<16;i++) write_data(tab1[i]); } } elseif(flag_owner==1) { write_com(0x80+0x40);//設置位置 if(flag_BJ==0) for(i=0;i<16;i++) write_data(tab3[i]); if(flag_BJ==1) for(i=0;i<16;i++) write_data(tab2[i]); } }//1ms延時程序voiddelay(uintz){ uinti,j; for(i=0;i<z;i++) for(j=0;j<121;j++);}/*****18b20延時子程序*****/voidDelay_DS18B20(intnum){while(num--);}/*****初始化DS18B20*****/voidInit_DS18B20(void){unsignedcharx=0;DQ=1;//DQ復位Delay_DS18B20(8);//稍做延時DQ=0;//單片機將DQ拉低Delay_DS18B20(80);//精確延時，大于480usDQ=1;//拉高總線Delay_DS18B20(14);設x初始為DQ，在經(jīng)過一段延時后，當x為0時表示初始化成功，當x為1時表示初始化失敗。Delay_DS18B20(20);}/*****讀一個字節(jié)*****/unsignedcharReadOneChar(void){unsignedchari=0;unsignedchardat=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;//給脈沖信號dat>>=1;DQ=1;//給脈沖信號if(DQ)dat|=0x80;Delay_DS18B20(4);}return(dat);}/*****寫一個字節(jié)*****/voidWriteOneChar(unsignedchardat){unsignedchari=0;for(i=8;i>0;i--){DQ=0;DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ=1;dat>>=1;}}/*****讀取溫度*****/unsignedintReadTemperature(void){unsignedchara=0;unsignedcharb=0;unsignedintt=0;floattt=0;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0x44);//啟動溫度轉換Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);//跳過讀序號列號的操作WriteOneChar(0xBE);//讀取溫度寄存器a=ReadOneChar();//讀低8位b=ReadOneChar();//讀高8位t=b;t<<=8;t=t|a;tt=t*0.0625;將tt乘以10，并且加上0.5，得到的結果四舍五入后輸出。return(t);}/*****讀取溫度*****/voidcheck_wendu(void){c=獲取溫度值()-5;//減去DS18B20的溫漂誤差 if(c<0)c=0; if(c>=999)c=999;}//ADC0809讀取信息ucharADC0809(){ uchartemp_; P0=0xff; OE=0;//初始化高阻太 ST=0; //轉化初始化 ST=1; //開始轉換 ST=0; while(EOC==0) //外部中斷等待AD轉換結束 OE=1; //讀取轉換的AD值 temp_=P0; OE=0; P0=0xff; returntemp_;}/***按鍵程序***/voidKey(){ //模式選擇如果Key1等于0并且flag_owner等于0，則按下設置鍵的操作僅在主人在家時有效。 { delay(1); if(Key1==0) { flag_set=1; "BJequalling0,LED_yanwuequalto1,LED_wenduHequalto1andLED_wenduL