智能家居安防單片機(jī)系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9097智能家居安防單片機(jī)系統(tǒng)硬件接口電路設(shè)計(jì)案例 178301.1數(shù)據(jù)采集模塊接口電路設(shè)計(jì) 230871.1.1DHT11溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì) 21201.1.2MQ-2煙霧傳感器接口電路設(shè)計(jì) 388801.1.3MQ-5可燃?xì)怏w傳感器接口電路設(shè)計(jì) 3235231.2A/D轉(zhuǎn)換模塊接口電路設(shè)計(jì) 4138641.2.1ADC0832接口電路設(shè)計(jì) 495771.3顯示及報(bào)警模塊接口電路設(shè)計(jì) 5282641.3.1LCD1602接口電路設(shè)計(jì) 5236381.3.2蜂鳴器接口電路設(shè)計(jì) 6315601.4按鍵設(shè)置模塊接口電路設(shè)計(jì) 623121.5系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì) 71.1數(shù)據(jù)采集模塊接口電路設(shè)計(jì)1.1.1DHT11溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)DHT11一共有四個(gè)引腳：GND為電源地；Dout為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；VCC為電源輸入端；NC引腳懸空。由于DHT11本身就自帶A/D轉(zhuǎn)換電路，因此Dout端可直接與單片機(jī)相連接，本次設(shè)計(jì)中將該元件的數(shù)字信號(hào)輸出端與單片機(jī)的P3^3口相連接。接口電路如圖所示：圖4-1DHT11與單片機(jī)接口電路DHT11工作時(shí)一般在兩端施加3－2.5V的電壓，在傳感器接通電源后，不能直接開(kāi)始工作，需要等待約1s左右，在這段時(shí)間內(nèi)無(wú)需做任何動(dòng)作，等傳感器的狀態(tài)穩(wěn)定后，測(cè)得的結(jié)果才準(zhǔn)確。DHT11與單片機(jī)通訊時(shí)有固定的數(shù)據(jù)格式，一般是單總線數(shù)據(jù)格式，與單片機(jī)完成一次通訊的時(shí)間約是4ms左右，每次發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度均為40位，依次濕度的8位整數(shù)和8位小數(shù)部分，溫度的8位整數(shù)和8位小數(shù)部分，再加上8位校驗(yàn)和，高位先出。DHT11未工作時(shí)默認(rèn)為低功耗模式，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，DHT11先等待單片機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，此時(shí)立刻轉(zhuǎn)換為高速模式，在單片機(jī)發(fā)送的開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11隨即發(fā)送一個(gè)響應(yīng)信號(hào)回送單片機(jī)，而后送出40位的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，可根據(jù)需要讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)或者是全部數(shù)據(jù)REF_Ref17111\r\h[9]。1.1.2MQ-2煙霧傳感器接口電路設(shè)計(jì)MQ-2模塊具有四個(gè)引腳：VCC接5V電源；DOUT為T(mén)TL高低電平（即開(kāi)關(guān)量）輸出端；AOUT為模擬電壓輸出端；GND接地。本次設(shè)計(jì)采用模擬量輸出接法，由于MQ-2不像DHT11，它本身并沒(méi)有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，而此次選用的單片機(jī)也不帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此需在傳感器與單片機(jī)之間連接一個(gè)單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換模塊，接收MQ-2輸出的電壓信號(hào)，待將其轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量之后，再由A/D轉(zhuǎn)換芯片將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)就可以直接處理了。在此選擇采用ADC0832，將MQ-2的AOUT端與ADC0832的CH0引腳相連。接口電路如圖所示：圖4-2MQ-2與ADC0832接口電路圖MQ-2模塊輸出的結(jié)果可以是0V—5V的模擬電壓，也可以是TTL開(kāi)關(guān)電平。但由于此次設(shè)計(jì)需要顯示出具體的數(shù)據(jù)，因此用模擬電壓輸出。1.1.3MQ-5可燃?xì)怏w傳感器接口電路設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)：MQ-5也屬于半導(dǎo)體傳感器的一種，與MQ-2傳感器類(lèi)似，同樣具有四個(gè)引腳，第一個(gè)引腳和第四個(gè)引腳分別是電源和地，第三個(gè)引腳是模擬量輸出，第二個(gè)引腳是高低電平（即開(kāi)關(guān)量）輸出。同樣的，MQ-5輸出的為電壓信號(hào)，且自身不帶模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，因此也需要先與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，將MQ-5的AOUT口與ADC0832的CH1引腳相連，接口電路如圖所示：圖4-3MQ-5與ADC0832接口電路圖1.2A/D轉(zhuǎn)換模塊接口電路設(shè)計(jì)1.2.1ADC0832接口電路設(shè)計(jì)正常情況下ADC0832一共有CS、CLK、DO、DI這4條數(shù)據(jù)線，在使用時(shí)將其與單片機(jī)對(duì)應(yīng)的接口分別相連。DO端與DI端跟單片機(jī)通過(guò)接口連接時(shí)，是雙向通訊的，而且在與單片機(jī)通信的時(shí)候，這兩個(gè)端口一般不會(huì)同時(shí)使用，所以在單片機(jī)連接的元器件較多，I/O口使用較為緊張的時(shí)候，可以將DO和DI并聯(lián)起來(lái)，這樣就只使用一根數(shù)據(jù)線與單片機(jī)相連，只會(huì)占用一個(gè)端口。本次設(shè)計(jì)即將DO和DI并聯(lián)使用，ADC0832與STC89C52RC直接連接，CS引腳接單片機(jī)的P3^4，CLK接P3^5，DO和DI并聯(lián)接P3^6。接口電路如圖所示：圖4-4ADC0832與單片機(jī)接口電路圖CS為片選端，當(dāng)CS=1時(shí)ADC0832不能工作，這時(shí)候可以隨意設(shè)置另外三個(gè)端口的電平；當(dāng)CS=0時(shí)，芯片進(jìn)入工作狀態(tài)，到A/D轉(zhuǎn)換完全結(jié)束這個(gè)時(shí)間段內(nèi)CS都必須保持低電平。當(dāng)CS端處于低電平時(shí)，ADC0832開(kāi)始轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，CLK端輸入周期性的脈沖信號(hào)，DI端具有選擇輸入通道的功能，在第1個(gè)下降沿到來(lái)前必須使DI=1，表示啟始信號(hào)；在第2、3個(gè)下降沿到來(lái)前DI端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能REF_Ref17480\r\h[10]。具體如下表所示：表4-1ADC0832通道功能通道地址通道工作方式說(shuō)明SGL/DIFODD/SIGN0100+-差分方式01-+10+單端輸入方式11+第3個(gè)下降沿到來(lái)后就開(kāi)始用DO輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；從第4個(gè)下降沿開(kāi)始，從DO端由高到低輸出8位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，到第11個(gè)脈沖時(shí)可完成一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的輸出；然后又從這個(gè)脈沖開(kāi)始從低到高輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)即可完成數(shù)據(jù)輸出，到此一次A/D轉(zhuǎn)換就結(jié)束了；轉(zhuǎn)換完成后再將CS電平拉高，將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)處理。1.3顯示及報(bào)警模塊接口電路設(shè)計(jì)1.3.1LCD1602接口電路設(shè)計(jì)LCD1602是16×2點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊，它內(nèi)部包含著一個(gè)存儲(chǔ)器，即字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)，其中存儲(chǔ)有160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，在使用時(shí)可以顯示簡(jiǎn)單的字母、數(shù)字、符號(hào)等REF_Ref17712\r\h[11]。LCD1602共有16個(gè)引腳，其中第4、5、6引腳是三個(gè)控制位分別為RS，R/W和EN，D0-D7是8位數(shù)據(jù)線。其中，RS=0/1表示選擇指令/數(shù)據(jù)寄存器；R/W=0/1表示進(jìn)行寫(xiě)/讀操作，EN是使能端。在此次設(shè)計(jì)中將LCD的D0-D7引腳與單片機(jī)的P0^0-P0^7相連接，該元件與單片機(jī)的具體接口電路如圖所示：圖4-5LCD1602與單片機(jī)接口電路圖1.3.2蜂鳴器接口電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，利用程序控制蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音來(lái)表示有檢測(cè)數(shù)值超過(guò)閾值。蜂鳴器可直接連接到單片機(jī)，其接口電路圖如下：圖4-6蜂鳴器與單片機(jī)接口電路圖其中輸出端口與單片機(jī)的P2^7管腳相連，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，與蜂鳴器相連接的三極管導(dǎo)通，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，故三極管在報(bào)警電路中相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)REF_Ref17941\r\h[12]。1.4按鍵設(shè)置模塊接口電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)用了四個(gè)功能按鍵，分別為“設(shè)置”、“加”、“減”、“確定”，由于采用的是單個(gè)按鍵，因此一個(gè)按鍵與單片機(jī)的一個(gè)引腳相連，將四個(gè)按鍵分別和單片機(jī)