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1、南通大学课程设计报告南通大学传感器与检测课程设计报告书学院：电气工程学院班级：自 143学号：南通大学课程设计报告名目1 设计目的及要求12 总体设计方案22.1 智能家居温度检测2.1.1 测温器件 DS18B20 的简介22.1.2 显示器件介绍32.1.3 硬件设计电路42.1.4 软件设计电路52.2 智能家居气体泄漏/火灾检测2.2.1 MQ-2/MQ-7 气体传感器72.2.2 A/D 转换电路82.2.3 硬件设计电路82.2.4 软件设计电路92.3 智能家居外人闯入2.3.1 干簧管简介102.3.2 干簧管电路112.3.3 硬件设计电路112.3.4 软件设计电路123
2、各模块与TC35 之间的通讯124 TC35 GSM 模块14参 考 文 献15南通大学课程设计报告智能家居监控系统设计1、设计目的及要求1.1 设计背景：智能家居以住宅为平台，将建筑、网络通信、信息家电、治理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是一个多功能的系统，包括家庭内部的安全防范、家居布线系统、家电掌握、远程的视频监控系统等。家居智能化设计包括传感器的检测，信号的传递，结果处理等。但现在仍未普及，而且目前智能家居的国际标准未成热，因此智能家居监控系统仍旧存在宽阔的进展空间。1.2 设计目的：利用所学的传感器与检测技术学问，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾烟雾
3、的检测以上检测工程必做。在此根底上增加检测工程并具有可行性，加分。除环境监测工程外，也可增加人体信号检测等。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危急信号后，主机可承受声光报警或远程报警。1.3 设计要求：（1） 用 Protel 画出设计原理图；（2） 承受 Quaters II、Maxplus II、multisimEWB、pspice、Proteus 中的一种或几种软件，完成系统电路图局部或全部仿真，在设计说明书中表达仿真结果；（3） 写设计说明书；第 1 页南通大学课程设计报告2、总体设计方案：总体方案：需设计系统的电路原理框图如图1所示：智能家居系统原理框图 1由温度模块、外人闯
4、入模块、煤气泄漏模块、烟雾火灾模块检测室内的状况，承受PT2262/2272 编解码集成电路无线传播与无线数据通讯模块TC35 通讯，无线数据通讯模块 TC35 通讯作为电路主要器件构建GSM 通讯模块实现无线报警掌握，并通知用户。各模块设计软、硬件设计：2.1 智能家居室内环境的温度检测与报警：本模块主要介绍了单片机掌握下的温度检测系统，通过温度传感器检测温度，显示屏显示，假设产生报警，报警信息通过 GSM 网传到用户手机。2.1.1 测温器件 DS18B20 的简介此处承受的数字温度传感器DS18B20 作为测温元件，可利用温度传感器DS18B20测量室内多处环境的温度；此传感器测温范围为
5、-55125，精度为0.5；由液晶 1602 显示实际温度值；依据需要设定上、下限报警温度； DS18B20 为单线数字温度传感器，掌握简洁；第 2 页南通大学课程设计报告价格廉价，市场价不到 10 元一个；如图 DS18B20 体积小。图 2DS18B20 外部封装形式一2.1.2 显示器件介绍如下：图3LCD1602 的实物图显示电路由lcd1602 和上拉电阻组成。 LCD1602 能够显示 16x02 即 32 个字符。如上图LCD1602 共有 16 脚排一排，可用一排排针接于单片机图4、5为LCD1602 管脚功能图和接线图，接线简洁； LCD1602 价格廉价且使用比较成熟； 4
6、LCD1602 的管脚功能图第 3 页南通大学课程设计报告图5LCD1602 的接线图2.1.3 硬件设计电路：本温度检测模块由 DS18820 温度传感器检测当前温度，并将结果送入单片机，由 89C205I 单片机对送来的测量温度读数进展计算和转换，井将此结果送出液晶显示屏显示。由图6可 看到，本电路主要由 DSl8820 温度传感器、89C2051 单片机和声音报警及外围电路组成。由于考虑到家居室内的环境比较良好，且不需要相当准确的检测，于是承受集成温度传感器来检测 室内温度。该系统由集成温度传感器DS18B20 发光二极管(灯光报警) led 显示单片机组成。在led 上显示温度值 当室
7、内温度低于某个数值或者高于某个数值时，发光二极管将发出报警信息。图6温度计设计proteus 仿真图第 4 页南通大学课程设计报告当温度传感器检测到室内温度超过某一限定值时，发出声音报警1、温度检测电路DS18B20 与芯片连接电路如图 7 所示：图7DS18B20 与单片机的连接2.1.4 软件设计电路： 18B20 初始化初始化程序void Init_18B20(void)DQ=0;delay_18B20(103); DQ=1;delay_18B20(4); delay(1); wr_ds18_1(0xcc); wr_ds18_1(0x44);读 18B20 时序： 读 18B20 程序：
8、unsigned char ReadByte(void)unsigned char i,k; i=8;k=0;while(i-)DQ=1;_nop_;_nop_; DQ=0; k=k1;第 5 页南通大学课程设计报告DQ=1;if(DQ) k|= 0x80;Delay_us(60);return(k); 写 18B20 时序：写 18B20 程序void wr_ds18_1(char dat)signed charidata i=0;unsigned char idata j;bit testb;for(j=1;j1;if(testb)/写 1DQ=0;_nop_;_nop_;DQ=1;del
9、ay_18B20(8);else/写 0DQ=0;delay_18B20(8);DQ=1;_nop_;_nop_;第 6 页南通大学课程设计报告2.2 智能家居煤气泄漏检测2.2.1 MQ-2/MQ-7 气体传感器MQ-2 实物图MQ-2 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中 存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简洁的电路即可将电导率的 变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对自然气和其它可燃蒸汽的检测也很抱负。这种传 感器可检测多种可燃性气体，是一款适
10、合多种应用的低本钱传感器。由于转换电路所输出的模拟电压随着环境中气体浓度的不同而不同，所以依据技术参数表可知，我所选取的分压电阻为20k，供电电压为 5v 见右图。当环境中气体浓度很高时，MQ-2 的等效电阻很小，所以输出电压近似 5v，符合 A/D 转换芯片是 ADC0809 模拟输入电压的要求。第 7 页南通大学课程设计报告2.2.2 A/D 转换电路选用的 A/D 转换芯片是 ADC0809 ，ADC0809 转换精度满足要求，技术成熟声音报警电路ADC0809 引脚及功能图图9报警电路2.2.3 、硬件设计电路：电位器电阻变化表示气体传感器检测的气体浓度的变化，调整电位器的阻值转变模拟
11、输入电压。经 A/D 转换到单片机内进展处理，采集到的数据送入 LED 显示出。假设气体浓度大于设定的某一数值，将发出声光报警。第 8 页南通大学课程设计报告2.2.4 、软件设计电路：报警电路中 p15 为低电寻常蜂鸣器响报警程序设计uchar in0,in1; init; while(1)in0=adin0; write0(in0); in1=adin1; write1(in1); if(in0150|in1150)p0_7=1;LED 显示电路数码管承受四连体七段数码管本系统承受数码管的动态显示，逐一位选P2 口，逐一显示P0 口。数码管显示程序设计void write0(uchar n
12、um)uchar i,j,k; k=num/100;第 9 页南通大学课程设计报告j=num%100/10; i=num%10; P2=0xff; P0=dulatabk; wei1=0; delay(4); P2=0xff; P0=dulatabj; wei2=0; delay(4); P2=0xff; P0=dulatabi; wei3=0; delay(4);2.3 、智能家居外人闯入2.3.1 干簧管简介图11干簧管构造图干簧管通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点，有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内
13、平行封装的簧片端部重叠，并留有肯定间隙或相互接触以构 成开关的常开或常闭触点。干簧管比一般机械开关构造简洁、体积小、速度高、工 作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击力量强等特点，工作牢靠性很高。干簧管的工作原理格外简洁，两片端点处重叠的可磁化的簧片、密封于一玻璃管中，两簧片分隔的距离仅约几个微米，玻璃管中装填有高纯度的惰性气体，在尚未 操作时，两片簧片并未接触、外加的磁场使两片簧片端点位置四周产生不同的极性，第 10 页南通大学课程设计报告结果两片不同极性的簧片将相互吸引并闭合。依此技术可做成格外小尺寸体积的切换组件，并且切换速度格外快速、且具有格外优异的信任性。永久磁铁的方位和方向确
14、定何时以及多少次开关翻开和关闭。如此形成一个转换开关：当永久磁铁靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点局部就会被磁力吸引，当吸引力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合；当磁力减小到肯定程度时，接点被簧片的弹力翻开。2.3.2 电路如以下图所示：H1 是一个干簧管,当门闭合时,H1 吸合,C1 两端点位一样,Q1 截止,Q2 也截止;当门翻开时,干簧管触点翻开,有一个电流流过 Q1 的放射极、R32(和 H12 并联)、C1、R31、地,使得 Q2 饱和导通,输出低电平 0 给单片机,发出报警信号。图12干簧管掌握电路2.3.3 硬件设计报警模块P3.2(INT0)连
15、接防盗探测器,用来检测盗情,假设盗情发生,触发外部中断 0,MCU 接到报警信号以后,开头启动LED 等闪耀报警,同时启动 100dB 的声音报警,来震慑入室的小偷。报警模块电路如图第 11 页南通大学课程设计报告图13设计 proteus 仿真图2.3.4 软件程序设计：#include sbit p2_3=P23; void init_txEA=1; EX0=1; IP=0X00;void mainp2_3=1;init_tx;void tx0 interrupt 0p2_3=0;3、各模块与 TC35 之间的通讯第 12 页南通大学课程设计报告3.1 、总电路系统组成：各模块与 TC35
16、 之间的通讯由于在室内，且各各模块又安装在室内不同的地方， 要把各各模块连接起来布线就比较麻烦。所以承受无线传输比较合理。3.2 、模块原件介绍传输承受 315/433MHZ 的 DF 无线数据传输模块315/433MHZ 的 DF 无线数据传输模块的介绍：315/433MHZ 的 DF 无线数据传输模块抓药由 PT2262/PT2272 芯片组成。传输距离比较抱负，一般能到达 600 米以上。PT2262/2272 最多可有 12 位A0-A11三态地址端管脚悬空，接高电平，接低电平，任意组合可供给531441 地址码，PT2262 最多可有 6 位D0-D5数据端管脚， 设定的地址码和数据
17、码从 17 脚串行输出。编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字， 解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，假设发送端始终按住按键，编码芯片也会连续放射。图14PT2262放射电路第 13 页南通大学课程设计报告图15PT2272 接收电路图14放射电路和图15接收电路，两局部通讯通过无线的放射模块和接收模块来实现，两局部均有拨码器，使用一样的地址码。图14放射电路接于温度、外人闯入、煤气泄漏、烟雾火灾各各模块的报警输出端15接收电路与 GT35 接通4、TC35 GSM
18、 模块4.1 、总体设计利用 GSM 的短信息功能，把无线掌握的智能家居安保系统报警系统建立在的 GSM 网络根底上。通过PT2272 传来的信息，通过单片机处理，编辑不同信息内容的短息由 TC35 GSM 模块发送的用户的手机上。4.2 、TC35 简介GSM基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口(ZIF连接器)。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的根底上，TC35在ZIF连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平
19、，系统方可进入正常工作状态。短消息效劳作为GSM网络的一种根本的业务，它可以通过效劳中心来对文本信息进展收发和存储，而且其网络掩盖面广、传输特性好，为数据的采集供给了便捷的无线传输通道。所以为了实现报警显示，在本报警显示系统中利用GSM的短信息功能，第 14 页南通大学课程设计报告把报警系统建立在的GSM网络上，进展报警信息的收发。图16通讯模块TC35与单片机的连接电路设计通讯模块TC35与单片机的连接电路如图 16所示，J4为通讯模块TC35的串口端，它通过串口芯片MAX232A与单片机89C52的连接。单片机89C52通过RXD和TXD脚实现对通讯模块的收发信息的掌握。图17通讯模块 T
20、C35 实物图参考文献：1. 张毅刚.基于 Proteus 的单片机课程的根底试验与课程设计.人民邮电出版社2023第 15 页南通大学课程设计报告2.施湧潮. 传感器检测技术.国防工业出版社 20233.张毅刚. 单片机原理及应用.北京：高等教育出版社 2023 4.赵勇. 传感器敏感材料与器件.清华大学出版社 20235.张洪润. 传感器应用电路 200 例.北京航空航天大学出版社 2023 6.张宪. 传感器与测控电路.化学工业出版社 20237.徐湘元. 传感器及信号调理技术.机械工业出版社 20238 周坚. 单片机轻松入门M.北京：北京航空航天出版社 20239 孙育才. MCS5
21、1 系列单片微型计算机及其应用 M. 南京：东南大学出版社202310 公孙茂，马宝匍，孙晨 单片机入口接口实例集M.北京：北京航空航天出版社202311 求是科技. PIC 单片机典型模块设计和实例导航M. 北京：人民邮电出版社202312 龙泽明，顾立志，王桂莲，陈光军. MCS51 单片机原理及工程应用M. 北京： 国防工业出版社 2023.13 胡辉.王晓，戴永成. 单片机原理及应用设计M.北京：中国水利水电出版社202314 蔡菲娜. 单片微型计算机原理和应用M. 杭州：浙江大学出版社 2023 15.李广第等. 单片机根底.北京航天航空大学出版16.吴国敬等.单片机应用和技术.中国电力出版17. 王卫星等.单片机原理与应用开发技术. 中国水利水电出版社第 16 页