单片机的居室安全报警系统设计
摘 要居室安全报警器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现对室温、煤气泄漏、火灾报警以及盗窃事件进行检测和报警等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了温度传感器、MQ系列气体传感器、模数转换器、热释电传感器以及液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 系统主控芯片的选取 4
（二） STC89C51单片机简介 5
（三） MQ5煤气传感器 6
（四） MQ2传感器探头介绍 7
（五） 热释电红外传感器简介 8
（六） LCD1602型液晶简介 8
（七） DS18B20传感器概述 9
（八） SIM800C型GSM模块概述 10
三、 硬件系统设计 12
（一） 居室安全报警器系统的硬件结构框图设计 12
（二） STC89C51单片机最小系统设计 13
1. 晶振电路设计 13
2. 复位电路设计 13
（三） 烟雾浓度/煤气浓度检测电路设计 14
（四） 非法入室检测电路设计 15
（五） 液晶电路设计 16
（六） 室温检测电路设计 17
（七） 信息发送电路设计 17
（八） 报警电路设计 19
（九） 按键电路 20
四、 软件系统设计 21
（一） 居室安全报警器系统的软件工作流程设计 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
（二） 烟雾浓度/煤气浓度检测工作流程图设计 22
（三） 人体检测传感器工作流程图 23
（四） DS18B20传感器工作流程设计 23
（五） 液晶显示流程设计 24
五、 Proteus软件仿真 26
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
附录一 原理图 31
附录二 元器件列表 32
附录三 程序 34
引言
课题的开发背景
当前居室安全报警器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的居室安全报警器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于居室安全报警器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有居室安全报警器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心居室安全报警器产品也在不断替换老旧产品。
图11 居室安全报警器产品
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有居室安全报警器产品得到了冲击，另外国内对于居室安全报警器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于居室安全报警器产品最大的研究重点是在实现对室内温湿度等基本参数的测量的同时，还要实现对家庭煤气泄漏、火灾预防报警以及盗贼入室盗窃实时快速报警等功能，另外能够通过一定及时有效的通信手段将报警信息送入到使用者的手机上，通过多种方式将居家安全隐患降到最低程序，另外要使得其系统的功耗降到最低。目前居室安全报警器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的居室安全报警器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数居室安全报警器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的居室安全报警器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于居室安全报警器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上居室安全报警器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
在对居室安全报警器控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对居室安全报警器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
在功能设计上，将通过STC89C51单片机实现对煤气传感器、烟雾浓度传感器、热释电传感器、GSM无线通信模块以及温度传感器等模块进行驱动，实现对居家环境产生的煤气泄漏、火灾烟雾、盗窃事件以及环境温度进行检测。
配置MQ5煤气传感器电路，实现对煤气泄漏值的实时快速检测，并将检测值以模拟电压信号形式给出；
配置MQ2烟雾传感器电路，实现对火灾产生的烟雾气体进行检测；
配置模数转换器电路，实现对MQ2以及MQ5两型传感器输出的模拟电压信号进行采集转换，并将转换结果送入单片机进行处理；
配置热释电传感器电路，实现对非法入室人员进行检测；
配置DS18B20温度传感器，实现对室内温度值进行精确的检测；
配置LCD1602液晶屏电路，实现对各项测量参数的显示；
配置GSM无线通信模块电路，实现将报警信号发送到用户手机上；
配置报警电路，实现报警信号的发出。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 系统主控芯片的选取 4
（二） STC89C51单片机简介 5
（三） MQ5煤气传感器 6
（四） MQ2传感器探头介绍 7
（五） 热释电红外传感器简介 8
（六） LCD1602型液晶简介 8
（七） DS18B20传感器概述 9
（八） SIM800C型GSM模块概述 10
三、 硬件系统设计 12
（一） 居室安全报警器系统的硬件结构框图设计 12
（二） STC89C51单片机最小系统设计 13
1. 晶振电路设计 13
2. 复位电路设计 13
（三） 烟雾浓度/煤气浓度检测电路设计 14
（四） 非法入室检测电路设计 15
（五） 液晶电路设计 16
（六） 室温检测电路设计 17
（七） 信息发送电路设计 17
（八） 报警电路设计 19
（九） 按键电路 20
四、 软件系统设计 21
（一） 居室安全报警器系统的软件工作流程设计 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
（二） 烟雾浓度/煤气浓度检测工作流程图设计 22
（三） 人体检测传感器工作流程图 23
（四） DS18B20传感器工作流程设计 23
（五） 液晶显示流程设计 24
五、 Proteus软件仿真 26
总 结 28
参考文献 29
致 谢 30
附录一 原理图 31
附录二 元器件列表 32
附录三 程序 34
引言
课题的开发背景
当前居室安全报警器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的居室安全报警器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于居室安全报警器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有居室安全报警器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心居室安全报警器产品也在不断替换老旧产品。
图11 居室安全报警器产品
我国在加入世贸组织后迎来了经济全球化大发展，国外中高端产品以较低的生产成本进入国内市场，使得市面上现有居室安全报警器产品得到了冲击，另外国内对于居室安全报警器产品的研发较晚，因此处于一定的劣势，目前市场上对于居室安全报警器产品最大的研究重点是在实现对室内温湿度等基本参数的测量的同时，还要实现对家庭煤气泄漏、火灾预防报警以及盗贼入室盗窃实时快速报警等功能，另外能够通过一定及时有效的通信手段将报警信息送入到使用者的手机上，通过多种方式将居家安全隐患降到最低程序，另外要使得其系统的功耗降到最低。目前居室安全报警器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的居室安全报警器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数居室安全报警器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的居室安全报警器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于居室安全报警器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上居室安全报警器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
在对居室安全报警器控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对居室安全报警器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
在功能设计上，将通过STC89C51单片机实现对煤气传感器、烟雾浓度传感器、热释电传感器、GSM无线通信模块以及温度传感器等模块进行驱动，实现对居家环境产生的煤气泄漏、火灾烟雾、盗窃事件以及环境温度进行检测。
配置MQ5煤气传感器电路，实现对煤气泄漏值的实时快速检测，并将检测值以模拟电压信号形式给出；
配置MQ2烟雾传感器电路，实现对火灾产生的烟雾气体进行检测；
配置模数转换器电路，实现对MQ2以及MQ5两型传感器输出的模拟电压信号进行采集转换，并将转换结果送入单片机进行处理；
配置热释电传感器电路，实现对非法入室人员进行检测；
配置DS18B20温度传感器，实现对室内温度值进行精确的检测；
配置LCD1602液晶屏电路，实现对各项测量参数的显示；
配置GSM无线通信模块电路，实现将报警信号发送到用户手机上；
配置报警电路，实现报警信号的发出。
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