基于單片機(jī)防盜系統(tǒng)的元件選擇及硬件電路設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u32106基于單片機(jī)防盜系統(tǒng)的元件選擇及硬件電路設(shè)計(jì)案例 1171601.1系統(tǒng)元器件選擇 1266541.2硬件電路設(shè)計(jì) 21.1系統(tǒng)元器件選擇1、STC89C51RC單片機(jī)的選擇外設(shè)檢測裝置和按鍵為防火防盜警報(bào)系統(tǒng)提供輸入信號，而處理這些信號并完成相應(yīng)控制功能的關(guān)鍵是單片機(jī)，選擇低功耗、響應(yīng)速度快的單片機(jī)也是本設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。目前市面上STC89C51芯片以其高性價(jià)比、高穩(wěn)定性、強(qiáng)適應(yīng)性的特點(diǎn)獲得了大眾的一致好評，在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。STC89C51RC相較于STC89C51數(shù)據(jù)處理更高效，功耗更低，內(nèi)部擁有獨(dú)特的復(fù)位電路和控制系統(tǒng)。程序可直接植入單片機(jī)系統(tǒng)，節(jié)省了購買通用編程器的成本。故此，本設(shè)計(jì)選用STC89C51RC作為主控芯片。2、熱釋電紅外傳感器的選擇本設(shè)計(jì)選用HC-SR501人體感應(yīng)模塊監(jiān)測是否有人員闖入，電壓控制在4.5V-20V范圍內(nèi)可保證此監(jiān)測裝置正常工作，其對人體熱效應(yīng)所產(chǎn)生的紅外線十分敏感。全自動感應(yīng)、自主選擇觸發(fā)方式、超低工作電壓使得此裝置變得人性化，內(nèi)置菲涅爾透鏡和BISS001芯片更是極大增強(qiáng)其檢測靈敏度，能夠滿足設(shè)計(jì)需要。3、DS18B20溫度傳感器的選擇市面上溫度傳感器種類繁多，但能夠在實(shí)際應(yīng)用中保證超高精度和超強(qiáng)可靠性卻為數(shù)不多，達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20算是其中的佼佼者。僅用一條數(shù)據(jù)總線即可完成溫度檢測與數(shù)字輸入輸出數(shù)據(jù)的傳輸，這也是其具有超低能源消耗與超強(qiáng)穩(wěn)定性的原因。常見的DS18B20芯片有3腳和8腳兩種封裝，本設(shè)計(jì)選用的是含VCC、GND和DQ（數(shù)字輸入和輸出引腳）的三腳封裝。其工作范圍是-55℃到+125℃，增量是0.5℃。達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器具有唯一的序列號編程，故在實(shí)際應(yīng)用中可將多個(gè)DS18B20由一條總線連接，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)區(qū)域的溫度檢測，為實(shí)際測量工作提供的巨大便利，其引腳說明見表1。4、MQ-2煙霧氣體傳感器的選擇MQ-2煙霧傳感器準(zhǔn)確來說是一個(gè)多種氣體監(jiān)測器，可以準(zhǔn)確探測到液化煤氣、天然氣、煙霧等氣體。工作電壓要求在24V以內(nèi)，監(jiān)視范圍為100?10000ppm（1ppm=1立方厘米/1立方米)。響應(yīng)時(shí)間短、壽命長、良好的抗干擾性和穩(wěn)定性是其顯著特點(diǎn)。其需要5V加熱電壓將內(nèi)部加熱至200-300℃產(chǎn)生氧的負(fù)離子，減少半導(dǎo)體內(nèi)的電子密度，當(dāng)煙霧與之接觸時(shí)會引起表面導(dǎo)電率發(fā)生變化，從而感知到煙霧的存在。需要注意的是:使用前需對其進(jìn)行預(yù)熱，從而保證輸出電阻和電壓的準(zhǔn)確性；加熱電壓不宜過高，避免內(nèi)部信號線由于溫度過高而熔斷，致使器件報(bào)廢。5、GSM短消息模塊的選擇市面上GSM短信模塊相關(guān)產(chǎn)品種類繁多，本設(shè)計(jì)將SIM800L與TC35i系列短消息模塊關(guān)于功能與功耗兩方面進(jìn)行比對。功能方面，TC35i短消息模塊支持900/1800MHZ雙頻，但SIM800L短消息模塊可兼容四頻GSM/GPRS，擁有狀態(tài)指示、PCM、RF發(fā)射同步信號和天線等外設(shè)接口。功耗方面，空閑狀態(tài)時(shí)SIM800L短消息模塊電流消耗低至0.7mA而同種情況下TC35i短消息模塊電流消耗為25mA。綜合分析兩款產(chǎn)品的功能與功耗，最終決定將SIM800L短消息模塊用于本設(shè)計(jì)。表1DS18B20引腳說明Tab.1ThepindefinationofDS18B201.2硬件電路設(shè)計(jì)1、中央處理系統(tǒng)電路保證單片機(jī)能夠正常運(yùn)行的最簡結(jié)構(gòu)即為單片機(jī)最小系統(tǒng)。STC89C51RC單片機(jī)最小系統(tǒng)組成部分為單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。晶振電路：本設(shè)計(jì)將11.0592MHz晶振和兩個(gè)30pf陶瓷電容進(jìn)行連接，陶瓷電容供地連接，用以提供STC89C51RC單片機(jī)所需時(shí)鐘頻率。復(fù)位電路：本設(shè)計(jì)將10uf電容，10k電阻連接，通過阻容復(fù)位原理完成單片機(jī)復(fù)位操作。原理上是將單片機(jī)RST引腳拉高10us使其進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，本設(shè)計(jì)可在單片機(jī)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)手動復(fù)位。其電路見圖3：圖3中央處理系統(tǒng)電路圖Fig.3Centralprocessingsystemcircuitdiagram2、DS18B20溫度傳感器電路本設(shè)計(jì)選用的DS18B20溫度傳感器DQ端外接5K上拉電阻難以達(dá)到功率要求，需用10K上拉電阻代替。這樣可以保證其擁有足夠的驅(qū)動能力，從而精確地完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。其電路見圖4：圖4DS18B20溫度傳感器電路Fig.4DS18B20temperaturesensorcircuit3、MQ-2煙霧傳感器電路MQ-2傳感器共有6只引腳，引腳1、6和3、4為輸出端，引腳2、5間有一條加熱絲。引腳5連接電源，引腳2處接5.1歐姆電阻，引腳1、3外接1K電阻與引腳2一同接地，目的是加熱電阻絲，保證檢測煙霧濃度工作順利開展。電路中LM393電壓比較器引腳3與10K的滑動變阻器節(jié)點(diǎn)相連，若電位器節(jié)點(diǎn)分壓大于輸出端的節(jié)點(diǎn)分壓，LM393引腳1輸出數(shù)字信號1，否則，輸出數(shù)字信號0。其電路見圖5：圖5MQ-2煙霧傳感器電路Fig.5MQ-2Smokesensorcircuit4、熱釋電紅外傳感器電路傳感器內(nèi)置LHI778探頭會將監(jiān)測范圍內(nèi)人體發(fā)出的紅外線轉(zhuǎn)換為電信號輸出。若檢測到有人出現(xiàn)將會輸出高電平，在人員離開檢測范圍一段時(shí)間后恢復(fù)低電平。其電路見圖6：圖6熱釋電紅外傳感器電路Fig.6Pyroelectricinfraredsensorcircuit5、SIM800L短消息模塊電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)供電為+5V，而SIM800L短消息模塊工作電壓范圍為1.4V-4.4V，出現(xiàn)電壓過高情況；此模塊在工作過程中會消耗較大電流，出現(xiàn)電壓過低情況。上述情況的發(fā)生嚴(yán)重影響了SIM800L的有效應(yīng)用，為此，本設(shè)計(jì)在電路中使用1N4007二極管進(jìn)行電路降壓，470uf電解電容進(jìn)行電壓補(bǔ)差，有效的避免了上述情況的發(fā)生。其電路見圖7：圖7SIM800L短消息模塊電路Fig.7SIM800LSMSmodulecircuit6、數(shù)碼管顯示器電路四位八段共陽數(shù)碼管用于本設(shè)計(jì)溫度的顯示與設(shè)定，使用者能夠通過其設(shè)定溫度閾值和獲取當(dāng)前所檢測到的溫度信息。設(shè)計(jì)中的S9012三極管組成的放大電路有效地解決了單片機(jī)帶負(fù)載能力弱的問題。其電路見圖8：圖8數(shù)碼管顯示電路Fig.8Digitaltubedisplaycircuit7、聲光報(bào)警電路顧名思義，聲光報(bào)警即為通過發(fā)出聲音和閃光起到警示作用。蜂鳴器在工作時(shí)需要很大的電流驅(qū)動，所以電路中設(shè)計(jì)了S9012三極管組成的放大電路來進(jìn)行驅(qū)動。能夠有效避免因驅(qū)動能力不足而導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常的情況發(fā)生。其電路見圖9：圖9聲光報(bào)警電路Fig.9Soundlightalarmcircuit8、按鍵電路本設(shè)計(jì)利用三個(gè)獨(dú)立按鍵控制整個(gè)系統(tǒng)。接通電源后按下K1按鍵開啟室外防護(hù)功能，按下K2退出室外防護(hù)狀態(tài)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。若要進(jìn)行溫度傳感器報(bào)警閾值設(shè)定，可在開機(jī)