基于单片机的智能安防系统设计论文

基于单片机的智能安防系统设计论文内容摘要：

管 ， 一旦检测 到有 警情 发生 时就实施远程报警； (4) 利用 DS18B20 温度传感器对温度进行实时检测，并且用 LCD1602 液晶显示屏进行显示； (5) 利用 24L01 模块通过模拟 SPI 进行单片机间的无线通讯； (6) 通过对报警电路安装 蜂鸣器对检测到的情况进行报警。 智能安防系统设计 的总体方案 基于上述所要实现的功能，本系统确定设计 以单片机为主控核心，基于 24L01无线模块通过模拟 SPI进而实行单片机之间 通讯的 远距离 报警系统，考虑到采用 STC89C52单片机就足以满足实现上述功能，而且 STC89C52单片机也比较廉价，故 在本 设计 中 将以STC89C52单片机作为主控芯片。 下面将讲述系统元件设计框架图的设计， 本系统原件主要有密码锁键盘输入，显示输出，传感器检测检测，密码认证， 24L01无线模块通信，蜂鸣器等部分组成。 具体系统的原件设计图 21所示。 本系统以 STC89C52单片机为控制中心，外接了： MQ2烟雾传感器，激光对管， DS18B20温度传感器， 附带按键输入 设备 的密码锁 ,该按键为一个 4 4的矩形阵列 其功能具备 输入、设置密码、可以通过呼叫用户开门，输出设备采用 LCD1602液晶显 示屏，在显示屏可以显示温度，通过 按键键入准确的 密码 之 后，门 将会被打开 、若 连续键入 三次 错误的密码后将不能再输入密码 ， 这样能防止一些人通过不断输入来试验密码，从而形成简易的门禁。 当MQ2传感器和激光检测到异常情况，并确定有异常侵入时，单片机会触发报警。 并且可以通过 24L01模块模拟 SPI进行无线通讯 对 报警信息 进行传输 ， 从而让用来监控的 单片机对异. . 常情况 进行处理。 总的来说这样一个通过 用单片机 配置传感器 进行 工作 的系统是非常实用的，因为它对险情探测 ， 误报，抗干扰等方面都有着非常精准的效果。 S T C8 9 C 5 2单片机S T C8 9 C 5 2单片机2 4 L 0 1发 送 单 元2 4 L 0 1接 收 单 元1 6 0 2显 示 器蜂 鸣 器1 6 0 2显 示 器蜂 鸣 器密 码 锁M Q 2烟 雾 检 测1 8 B 2 0温 度 检 测光 电 检 测发 射 系 统 接 收 系 统 图 21智能安防系统框架图 这样 设计最 突出的 的特 点就是：简易 、 可靠 ， 在生活或者工作中的方方面面都有很实在的施行性。 本章小结 系统设计最重要的是对于实用性、可行性进行考虑，其次考虑用户的体验。 在本章中，对 ―基于单片机的智能安防系统 ‖的系统设计也是从这两方面展开的，从系统功能到系统工作原理，再到系统工作具体的设计细节 ，一层一层的 剖析了该设计方案。 . . 第 3 章 智能安防系统硬件电路设计 经过第二章节的得出的系统设计方案，在我们脑海中一个设计系统明确的思路已经渐渐浮现出来了。 在本章节中，主要对制作 ―智能安防控制系统 ‖所用到的原件，硬件电路设计进行 详尽的介绍。 最后致力于制作出一个 通过 单片机 为主控的 智能安防系统。 电路原件介绍 在设计硬件电路中，我们选用原件的原则是：要充分实现系统所要达到的功能。 原件价格便宜，以便控制制作成本。 原件通用，降低制作时间和制作难度。 此 设计 用到的 元 器件主要 包含有 ： 主芯片： STC89C52单片 机 传感器： MQ2烟雾传感器， DS18B20温度传感器，激光 无线模块： 24L01模块 此外还包含有密码锁，蜂鸣器以及用来做显示屏的 LCD1602 外围硬件电路设计 MQ2 传感 电路设计 MQ2烟雾传感器是一种可燃气体探测器，所以在安防领域应用十分广泛 ， 二氧化锡半导体气敏材料是构成 MQ2 型烟雾传感器 的主要素材 ，离子式 N 型半导体 主要依附在该传感器的表面。 当温度介于 二百摄氏度到三百摄氏度 的 时 侯 ， MQ2中的 二氧化锡 就会对 自然空间 中的氧 进行吸附 ， 这种吸附实质上是 氧的负离子吸附， 此时 半 导体中的 所含的 电子密度 就会 减少， 而 其电阻 的在数值方面也 相应的 增长。 当该传感器 感触到有烟雾的存在的 时，若 晶粒 间隔所在地方 的势垒 因为受到 这些气体 的调制而 发生了 变化， 那么 表而电导率 也会相应地被引起变化。 基于这一原理我们就可以探知还原性气体的 烟雾 是否 存在 了 ， 另外如果 烟雾 越密集 ， 就会造就较高的 电导率 这时会使得 电阻 值越小。 根据其 这一 特性，所设计的电路如 图 31所示。 如 图 31所示该传感器主要是检测还原性气体的，其工作原理是：当检测到有高浓度还原性气体的时候通过比较器 LM393比较正相、反相输入端的电压大小： 正相大于方 向的时候 LM393就输出 “ 1” ，反之则输出 “ 0” ，所以 探测 到有烟雾的时候输出端为 “ 0” ， 反之 的话 输出端为 “ 1”。 . . 图 31 MQ2传感器电路 光电检测 电路设计 基于激光 在 误报率 、抗干扰、适应能力等方面的突出优点 ，所以将其引 入到本智能安防系统设计中来， 将其与一光敏电阻搭配从而形成一个光电检测电路， 这样一来就为智能安防系统提供了一项良好的防御功能。 激光的透射能力强，不会受空气干扰。 放射电路时 I/O 口驱动一个 PNP 的三极管控制，发射电路和接收电路如图 32 所示。 图 32 光电检测 电路 这一个接收头， 其原理 是通过感应不同的光线的阻值不同。 当人走过门的时候，人就会挡住激光的射线，使光敏电阻的阻值瞬间升高，这时候引脚 采集回来低 电平进而触发报警，当没有物体遮挡的时候激光对射导通，这时候 采集回来高 电平。 具体的控制流 程图如图 33 所示。 . . 开 始初 始 化光 电 检 测P 1 .6 = 0。 报 警YN 图 33 光电 检测控制流程图 24L01 模块功能介绍 24L01无线芯片其引脚如下： CE：使能发射或接收； CSN， SCK， MOSI， MISO： SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置 nRF24L01： IRQ：中断； VDD：电源输入端； VSS：电源地： XC2， XC1：晶体振荡器引脚； VDD_PA： 其 输出 的电压为 V它是把电供给功率放大器的 ； ANT1,ANT2：天线接口。 IREF：参考电流输入 其 中跟单片机通信时要用到的引脚有： CE,CSN,SCK,MOSI,MISO以及 IRQ。 注意硬件上的电源不要超过。 52 单片机是没有硬件的 SPI 通信的，只能通过软件模拟 SPI 的通信的协议。 ＳＰＩ的通信相对比较稳定，同时接线也比较少 ，此外 每当开始 SPI 写进一个数据都会读回来的都是状态值，通过这一个状态值知道 24L01 的工作状态，通过不同的工作状态，主控采用不同的指令。 24L01的时序图 如图 34所示。 . . SPI 读模式 SPI 写模式 图 34 24L01 时序图 通过对上图的分析 ， 不难发现当前面是高位 的，后面是低位的时候处于发送时的状态 ，每当 一个 bit被写进去的时候 ， 相应地 一个状态字位 就会被返回 ，每次写操作都可读回一个完整的状态字。 24L01模块通信能力是比较强的，拥有 ；通信的速度最快为 400K/S，这一款芯片双线传送的距离最远达到 50M，能很好地满 足智能安防系统的设计要求。 还有这芯片的外围的电路比较简单，整 个 模块看起来是比较精致的。 密码锁电路设计 密码锁键扫相关架构 图如图 35 所示。 如图 35所示该电路采用键扫 8个 P2I/O口可以控制 16个按键，这样一来节省了很多 I/O口，在程序里面通过循环寻找已经按下的按键，其控制思想是当 P2=0Xf0时使其高低。 延时 10ms的延时函数，当其 P2采集回来的数据不等于 0xf0，就进行一个延时 20ms进行一个按键滤波。 当采集 P2口不等与 0xf0时。 就表示按键按下了。 这时再通过 P2=0x0f输出高低电平，再通过 P2口采集一个数据。 两次采集回来的数据通过一个位或门组合 成一个按键的值。 这一个按键的值是一个组合的数据的，在算法上 可以运用一个 数组 来 将组合的键码值转化成0到 15，这个数组在程序中得到显现，关于键值的定义如下： 0到 9的数值定义 0到 9的 数 字按钮。 密码键 入定义在键值 10上 ， 呼叫 按钮定义在键值 11上 ，改密码 定义在键值 12上 ，删除键 定义在键值 13上 ，确定键 定义在键值 14上。 . . 图 35 密码锁电路图 这一个设计特别是在小区中具有一个人性化的设计，按键这一个模块具有，呼叫住宅区的房号的 功能，有输进正确密码的功能，有修改密码的功能。 这一些的功能的操 控 都能在 1602液晶显示屏 上被 同步显示， 很大程度上迎合了 大众化需求。 相关 算法 控制 的讲述 ： 输密码功能，在程序中刚的初始密码是 1602上面是 CODE CALL RESET的三个选择。 在按键中按下输密码键，这时就会进入一个输密码的界面，在 1602显示屏上显示 CODE:，现在可以按 0到 9的数字键，按出来的数值实时在 1602上显示。 按好你确定的密码之后，就按一下确定键。 如果按下的密码是正确的，显示屏就会显示 WELCOME PLEASE。 但你按下的密码是错误的时候显示屏会显示 OVER ERR0R。 这一个密码 的设置只有三次机会，如果你按下三次密码是错误就会终止你的密码输入功能。 同时显示屏显示 OVER THREE TIME，这样就很好就避免多次输入密码。 呼叫功能，这就很人性化。 比如你是 201房间的客人，想 201主人为你开门。 开始的时候选择呼叫键，输进你呼叫你要进的房间号，再按一下确定键。 显示屏就会显示 wait。 等2S过后显示屏就会进入 CODE CALL RESET的界面，进入重新选择的功能。 改密码的功能，这一个提高系统的安全性。 这样一来就很好防止密码的泄漏。 刚开始。