關于STC89C52單片機的宿舍智能防火報警系統設計論文
1 系統的總體設計
該智能防火系統以STC89C52 單片機為核心模塊進行智能控制。該系統的總體構成主要包括以下幾個部分:1 主控的STC89C52 單片機2GSM 移動通信模塊3 無線傳輸模塊的設計4實時時鐘電路5 防火信息采集與處理模塊6 溫濕度檢測模塊與鍵盤顯示模塊。該系統的設計是以單片機為核心, 并將其與通信技術和電子檢測技術相結合, 從而形成一個穩定的智能化的防火報警系統。
GSM 移動通信模塊主要提供無線短信和數據傳輸的功能。STC89C52 單片機通過依照GSM 通信模塊的通信協議對其進行通信并控制, 從而進行短信智能收發。本系統以STC89C52 單片機電路為核心, 控制連接在各子模塊上。通過STC89C52 單片機, 可監測室內溫度, 濕度, 以及室內可燃氣體和煙霧的濃度, 在數據異常時, 可通過控制GSM 移動通信模塊, 向預留的號碼進行短信報警。
在學生宿舍內部安裝信息采集分析模塊。當宿舍發生火災時, 與之相對應的防火報警探測器無線發射電路啟動發射無線接收模塊在接收到無線信號后, 向主控單片機發送中斷請求。主控單片機響應中斷后, 讀出發送信號的報警器編碼比確定是哪個報警器發生異常, 由GSM 通信模塊對預先設定好的號碼進行短信報警, 短信內容也可預先設定, 說明具體的地址及聯系人信息等。
2 系統硬件設計
(1)STC89C52 單片機的說明
STC89C52 是一種帶8K 字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8 的微處理器。STC89C52 主要功能包括兼容MCS51 指令系統,8K 可反復擦寫FlashROM,32個雙向I/O 口,256x8bit 內部RAM,3 個16 位可編程定時計數器,6 個中斷源, 其中直接提供外部中斷處理可使用P3.2(INT0)或P3.3(INT1);1 個全雙工可編程標準串行口， 其引腳為P3.0(RXD) 和P3.1(TXD);時鐘頻率0-24MHz2 個串行中斷, 可編程UART 串行通道,3 級加密位, 低功耗空閑和掉電模式, 軟件設置睡眠和喚醒功能等。該單片機對于程序燒寫輸入非常方便,故用其作為主控系統。
(2)GSM 短信模塊的簡介
GSM 短信的遠程控制系統, 能夠接收遠端預定義的短信息指令來控制8 路控制開關, 同時檢測4 路按鍵開關量并通過單片機譯碼, 由GSM 短信模塊傳送到遠端。鄭凌燕. 葛萬成(2006)針對GSM 具有實時, 方便, 快捷等優點對GSM 短信遠程控制系統進行了描述。當單片機向GSM 短信模塊發送信息時, 由4 路按鍵開關輸入信息, 由單片機將單片機指令轉換成AT 指令后傳輸給GSM 短信模塊, 由GSM 短信模塊將信息發送給預留號碼, 實現遠程信息傳輸控制的目的。本系統電路主要由四部分組成:GSM 短信模塊, 單片機, 控制電路, 顯示窗口。
(3) 無線傳輸模塊設計
避開傳統有線連接系統的局限弊端, 本系統采用無線傳輸方式。無線模塊是利用無線技術進行無線傳輸的一種模塊，主要由發射器，接收器和控制器組成。它的工作頻率：315MHZ/433MHZ( 本設計選用315MHZ), 其發射功率：≤ 500MW, 靜態電流：≤ 0.1UA, 發射電流：3 ～ 50MA, 它的工作電壓：DC3 ～ 12V。當工作電壓為3V 時, 在空曠地傳輸時距離約40 至50M, 當工作電壓為12V 時, 達到最優工作電壓, 空曠地傳輸距離約700-800M。除開無線發射模塊外, 還有無線接收模塊。平時未接收到發射出的信號時, 輸出的只是雜亂的`信號; 當無線接收模塊接收到發射信號時, 經放大，變頻, 濾波等處理后輸出控制信號, 送到相應的解碼芯片進行解碼, 解碼有效端口Vt也輸出高電平經過一個非門轉換送給單片機的外部中斷0 接口。單片機在接到外部中斷請求后, 執行外部中斷服務子程序，讀出數據碼, 確定發出信號的傳感器, 并進行短信報警。
(4) 溫濕度測量電路設計
本系統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相對濕度及溫度值輸出，具有卓越的長期穩定性，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，兩線制的串口設計，使外圍系統變得快速簡單，能耗低，體積小，不僅節省了資源，也簡化了單片機的編程，提高了精度。徐會東(2005)指出，在將STH11 與單片機串口相連后, 初始化傳輸時, 應首先發出”傳輸開始”命令, 該命令可在SCK 為高時DATA 由高電平變為低電平, 并在下一個SCK 為高時將DATA 升高。接下來的命令順序包含三個地址位( 目前只支持”000”) 和5 個命令位, 當DATA 腳的ack 位處于地電位時, 表示SHT11 正確收到命令。如果與SHT11 傳感器的通訊中斷, 下列信號順序會使串口復位: 即當DATA 線處于高電平時, 觸發SCK9 次以上( 含9 次), 此后應再發一個”傳輸開始”命令。SHT11 利用兩只傳感器分別產生相對濕度, 溫度的信號然后經過放大, 分別送至A/D 轉換器進行模/ 數轉換, 校準和糾錯。最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至單片機處理, 單片機對處理數據后進行數字顯示并作相應的控制。王海寧(2008)針對控制對象的特點, 在系統辨識的基礎上對系統的控制算法進行了仿真研究, 最后針對溫控系統進行了實驗, 通過對實驗數據的分析表明本文所述的基于單片機的溫度控制系統的設計的合理性和有效性。
(5) 可燃氣體濃度探測器的設計
傳感器電路中最主要的期間就是QM-N10 氣敏半導體傳感器，該器件在潔凈空氣中的阻值大約有幾十kΩ，接觸到可燃氣體時，電導率增大，電阻值急劇下降，下降幅度與瓦斯濃度在0.5% 以下成正比。一旦QM - N10 敏感到可燃氣體時,IC1A 的腳處于高電位，此時IC1A 的腳變為低電平，經IC1B 反相后變為高電平，多諧振蕩器起振工作，三極管VT2 周期地導通與截止，于是由VT1、T2、C4、HTD 等構成的正反饋振蕩器間歇工作，發出報警聲。與此同時，發光二極管LED1 閃爍。從而達到可燃氣體泄漏告警的目的。
3 系統軟件設計
本系統的重點為單片機與短信模塊串口通信的設計, 因為它承擔著自動運行以及向外報警的功能。本系統采用異步通訊方式, 異步串行通訊規定了字符數據的傳遞方式, 即每個數據以相同的幀格式傳遞, 每一幀信息由起始位, 數據位, 奇偶校驗位和停止位組成。STC89C52 單片機的串口僅占用了單片機的P3.0和P3.1 腳。當非串口方式工作時, 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為宿舍火災預防工作提供了一條安全有效的途徑, 本系統通過以核心模塊STC89C52 單片機展開,與GSM 移動通信模塊相結合, 同時與新型溫濕度傳感器, 可燃氣體濃度檢測器相結合, 設計了智能防火報警系統。展現了現代科學技術的自動化, 智能化的特點, 在平安校園建設方面起了積極的作用。
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