基于NRF24L01的家用无线报警系统.doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于NRF24L01的家用无线报警系统的设计摘 要随着通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现家庭智能远程控制已经成为必然趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对报警系统进行集中管理和控制。针对室内应用环境,对无线报警系统进行了研究,提出一种低成本、面向家庭应用的远程报警器。硬件主要由STC89C51单片机、NRF24L01无线通

2、信模块及DS18B20等传感器组成。系统采用无线通信方式,可以完成温度监测、自动报警等功能。实验证明,系统具有成本低、无需布线、安装简单、扩展性强等特点,可以广泛应用于家庭自动化控制。本文首先详细介绍了无线报警的研究现状及发展趋势，在明确了用户需求及无线报警工作原理的基础上，选择性的对家居无线控制方面开发上作了详尽的研究。主要研究内容包括以下两个方面：一，从设计方案到实验程序以及程序验证硬件测试等都进行了详细介绍。二，谨慎的选择并购买硬件，搭建整个硬件电路。本文通过搭建电路，测试传感器和简单通信的方式对其进行了深入的学习。关键词 无线报警；传感器；NRF24L01；STC89C51；DS18B

3、20NRF24L01 home wireless alarm system-based designAbstractWith the continuous development of communication technology, as well as people on the continuous improvement of living requirements, family intelligent remote control has become an inevitable trend. The Ministry of Construction of Housing Ind

4、ustrialization Promotion Center residential district to achieve the six intelligence requirements, including the implementation of safety precautions automated monitoring and management: residential fire, leakage of harmful gases to implement automatic alarm; residential settings emergency call syst

5、em; alarm system should be installed such as infrared or microwave various types of alarm detector; system should be able to network and computer security management system; computer system for centralized management and control of the anti-theft alarm system.Wireless alarm system for indoor environ

6、ments, and proposed a low-cost, family-oriented application of remote anti-theft alarm. The hardware consists of STC89C51 microcontroller nRF24L01 wireless communication module and DS18B20 sensor. The system uses wireless communication, you can complete temperature monitoring, automatic alarm and ot

7、her functions. Experiments show that the system has low-cost, no wiring, easy to install, expand the characteristics of strong, can be widely used in home automation control.This article first details the research situation and development trend of wireless, clear user demand and wireless works on t

8、he basis of selective, made a detailed study on the development of wireless home control aspects. The research topics include the following two aspects: one, from the design to the experimental procedure and program verification hardware test etc. are described in detail. Second, the careful selecti

9、on and purchase of hardware, set up the whole hardware circuit. Way to build the circuit, the test sensor and resume communication was carried out in-depth learning.Keywords Wireless alarm；Sensor；NRF24L01；STC89C51；DS18B20不要删除行尾的分节符，此行不会被打印专心-专注-专业目录摘要IAbstractII千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更

10、新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 定义报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的危险行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。报警系统是预防火灾、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了智能安全防范系统。报警系统通常由：探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者

11、入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置1。1.2 课题研究目的及意义随着国民和技术水平的提高，特别是机技术、通信技术、技术、控制技术的迅猛与提高，促使了家庭实现了生活化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。本文所研究的家庭无线报警系统正是智能家居的一部分。保障家庭财产，防患于未然也是未来智能家居的研究方向之一。1.3 国内研究现状及趋势随着国内安防市场的

12、发展，目前报警器市场也日渐完善成熟起来。 现在在市场上流通的报警器主要功能如下：1) 防盗：若有非法入室盗窃者，立刻现场报警，同时向外发送报警信号。2) 防窃：若遭遇坏人入室抢劫，可即时发送报警信号 。3) 求助：可用于家中老人、小孩意外事故和急病呼救报警 。4) 防火：通过烟感探测器及时探测室内烟雾，发出失火警报 。5) 防可燃气体中毒：能够探测到煤气、液化石油气、天然气等气体的泄露，及时报警 。6) 全自动报警：一旦发生警情，主机自动循环拨打设置电话，如联网向报警中心报警，或者发出语音报警信号。 7) 远程监听：接通报警电话后可即时监听和判断室内现场动静，以便可采取行动。 8) 异地遥控：

13、主人在异地远距离通过手机或电话对家中主机进行布防或撤防等操作。还可以部分布防，比如人在家里客厅撤防，阳台窗户布防。 9) 分类：根据使用用途可分为汽车防盗报警器，摩托车、电动车防盗报警器，家庭防盗监控报警器，办公用防盗报警器等。报警器的发展趋势也逐渐向体积小巧，隐蔽性高，抗干扰性强，稳定性好的方向发展2。1.4 本文研究主要内容主要内容：本文系统地介绍了有关单片机的基础知识和相关各种电子器件的使用方法以及使用NRF24L01来搭建家居无线安全报警系统的方法。并选择DS18B20温度传感器来结合此系统进行试验。本次试验，使用STC80C51单片机对整个系统进行控制，DS18B20温度传感器作为信

14、号源，NRF24L01射频作为无线通讯模块。运用美国Keil Software公司的开发工具Keil uVision3平台，并采用C+语言来对单片机进行编程，运用美国Altium公司的开发工具Protel DXP平台设计系统核心电路硬件。使用两种软件对无线报警系统进行编写和设计。需要熟悉一些底层的硬件知识，特别是数字逻辑电路的设计，因此KEIL编程和DXP画图的方法、思路都要更多的与硬件电路联系起来。完成系统各个功能模块的软件程序设计后，在软件平台上进行编译和电路仿真，最后生成的目标文件下载到实验台内的STC芯片以实现该系统，并利用相关实验设备进行仿真验证，得出理想的设计模型。第2章 单片机及

15、传感器技术简介2.1 单片机技术概述单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机是一种集成在芯片，是采用技术把具有数据处理能力的中央处理器CPURAM、多种I/O口和中断系统、定时器/等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的。2.1.1 单片机技术发展概况 单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列

16、的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。第一代：七十年代后期，4位逻辑控制器件发展到8位。使用 NMOS 工艺（速度低，功耗大、集成度低）。代表产品：MC6800、Intel 8048。 第二代：八十年代初，采用CMOS工艺，并逐渐被高速低功耗的 HMOS 工艺代替。代表产品：MC、Intel 8051。 第三代：近十年来，MCU的发展出现了许多新特点： 1) 在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方式。 2) MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。

17、3) 将多个CPU集成到一个MCU中。 4) 在降低功耗，提高可靠性方面，MCU工作电压已降至3.3V 。 第四代：FLASH的使用使MCU技术进入了第四代。目前，单片机技术正以非常高的速度发展中3。2.1.2 单片机技术基本特征单片机技术代表了当今电子设计技术的最新发展方向。首先，程序员可以对单片机随意进行编程，使得单片机可以迅速适应很多工作，极大的扩展了单片机的应用领域。单片机的FLASH可以反复擦写，一只单片机可以反复使用，大大的增加了单片机的使用寿命。第二，单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031 无）、128 B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行

18、口、全双工串口行口。现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。第三，单片机系统结构简单，使用方便，实现模块化。在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。第四，单片机可靠性高，可工作到106 107小时无故障。第五，处理功能强，速度快。这样使单片机的可扩展性提高了很多，使得一只单片机可以同时胜任多种工作，效率大大增加。第六，低电压，低功耗，便于生产便携式产品。第七，控制功能强4。2.2 单片机语言综述单片机语言有很多，但是最常用的有C+语言和汇编语言。美国AT&T贝尔实验

19、室的本贾尼斯特劳斯特卢普（Bjarne Stroustrup）博士在20世纪80年代初期发明并实现了C+（最初这种语言被称作“C with Classes”）。一开始C+是作为的增强版出现的，从给C语言增加类开始，不断的增加新特性。（virtual function）、运算符重载（operator overloading）、（multiple inheritance）、（template）、异常（exception）、RTTI、命名空间（name space）逐渐被加入标准。1998年（ISO）颁布了的国际标准ISO/IEC 1988-1998。C+是具有国际标准的，通常称作ANSI/ISOC

20、汇编语言(AssemblyLanguage)是面向机器的。在合中，用助记符(Memoni)代替操作码，用符号(Symbol)或标号(Label)代替。这样用符号代替的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言亦称为符号语言。使用汇编语言编写的，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫，汇编程序是中语言处理系统软件。程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。C+与汇编语言相比，有很多的优点：1) C+设计成静态类型、和C同样高效且可移植的多用途设计语言。 2) C+设计成直接的和广泛的支援多种程序设计风格（程序化程序设计、资料抽象化、面向对象程

21、序设计、泛型程序设计）。 3) C+设计成给程序设计者更多的选择，即使可能导致程序设计者选择错误。 4) C+设计成尽可能与C兼容，由此提供一个从C到C+的平滑过渡。 5) C+避免平台限定或没有普遍用途的特性。 6) C+不使用会带来额外开销的特性。 7) C+设计成无需复杂的程序设计环境5。2.3 单片机开发软件工具单片机语言开发工具很多，但是其中以Keil最为常用。Keil公司是一家业界领先的微控制器（MCU）软件开发工具的独立供应商。Keil公司由两家私人公司联合运营，分别是德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software Inc。Keil

22、公司制造和销售种类广泛的开发工具，包括ANSI C编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心(real-time kernel)。有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认可的解决方案。其Keil C51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准，并支持超过500种8051变种。Keil软件提供丰富的和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另2字符外重要的一点，只要看一下后生成的汇编代码，就能体会到Keil生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51生成的目标代

23、码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理2字符解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面6。Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。Protel DXP在前版本的基础上增

24、加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Protel DXP运行在优化的设计平台上，并且具备当今所有先进的设计特点，能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。Protel DXP 2004已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，

25、分别是SCH（原理图）设计、SCH（原理图）仿真、PCB（2字符印制电路板）设计、Auto Router（自动布线器）和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 与较早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了。Protel DXP 2004新特点： 1) 整合式的元件与元件库 在Protel DXP 2004中

26、采用整合式的元件,在一个元件里连结了元件符号(Symbol)、元件包装(Footprint)、SPICE元件模型(电路仿真所使用的)、SI元件模型(电路板信号分析所使用的)。2) 版本控制 可直接由Protel设计管理器转换到其他设计系统，这样设计者可方便地将Protel DXP 2004中的设计与其他软件共享。如可以输入和输出DXP、DWG格式文件，实现和Auto CAD等软件的数据交换，也可以输出格式为Hyperlynx的文件，用于板级信号仿真。3) 多重组态的设计 Protel DXP 2004支持单一设计多重组态。对于同一个设计文件可指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件，然后

27、产生网络表等文件。4) 重复式设计 Protel DXP 2004提供重复式设计，类似重复层次式电路设计，只要设计其中一部分电路图，即可以多次使用该电路图，就象有很多相同电路图一样。这项功能也支持电路板设计，包括由电路板反标注到电路图7。2.4 传感器简介对于报警器的设计，不同类型的传感器决定了不同的报警触发模式。在家庭中，报警所覆盖的范围应该是非常广泛的。不仅仅是对温度的检测，在室内的气体，湿度和室外的防止入室盗窃上也应该进行检测。2.4.1 定义、作用及组成传感器定义：凡是利用一定的物性(物理、化学、生物)法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件和装

28、置均可称为传感器；传感器又被称为变换器、转换器、检测器、敏感元件、换能器和一次仪表等。传感器作用与功能：1) 测量与数据采集；2) 检测与控制作用；3) 诊断与监测作用；4) 辅助观测仪器；5) 资源探测与环境保护；6) 医疗卫生和家用电器。传感器的组成：传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源8。2.1.2 传感器种类1) 力学量传感器：光电式位移、位置传感器；光纤陀螺是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。2) 热学量传感器：光纤温度传感器；一类是利用光导纤维本身具有的敏感功能而

29、使光纤起温度测量作用，同时利用光纤的特性将温度信号以光的形式传输，该类型属于功能型光纤温度传感器；另一类是光导纤维仅起传输光波的作用，感温功能必须由在光纤端面加装其他敏感元件来完成，属于传输型光纤温度传感器。光纤温度传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、安全防爆、可绕性好等特点。目前光纤温度传感器具体可分为晶体光纤温度传感器、半导体吸收光纤温度传感器、双折射光纤温度传感器、光路遮断式光纤温度传感器、荧光光纤温度传感器、Fabry-Rerot标准器光纤温度传感器、辐射式光纤温度传感器和分布参数式光纤温度传感器等。3) 流体量传感器：光纤传感器流量计；光纤传感器涡轮流量计。4) 液位传感器：浮力式液位

30、传感器(恒浮力式、变浮力式)；吹气式液位传感器；电容式液位传感器；压力传感器式液位计；超声波式液位传感器；放射线式液位传感器；雷达式液位计；光纤液位传感器。5) 光学量传感器：光纤传感器；近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤传感器凭借着其大量的优点已经成为传感器家族的后起之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，并且在各种不同的测量中发挥着自己独到的作用，成为传感器家族中不可缺少的一员。光纤传感器与传统的各类传感器相比有一系列独特的优点：用光纤传输光信号,能量损失极小；灵敏度高；抗电磁干扰和原子辐射的

31、性能；防噪声、无电火花、无短路负载；光纤具有化学性质稳定及径细、质软、重量轻的机械性能；电绝缘性好、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能；防爆、光路有可挠性，以及便于与计算机联接，便于与光纤传输系统组成遥测网络等；还有结构简单、体积小、重量轻、耗电少等。它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件，所以又叫传感型光纤传感器；另一类是非功能型传感器，利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光

32、的传输介质，传输来自远处或难以接近场所的光信号，因此，也称做传光型传感器或混合型传感器。根据对光进行调制的手段不同，光纤传感器有强度(振幅)调制、相位调制、频率调制、偏振调制、波长调制等不同工作原理的光纤传感器。光纤传感器可以探测的物理量很多，按照被测对象的不同，光纤传感器又可以分为声场、电场、磁场、位移、压力、温度、流量、角速度、速度、加速度、振动、转动、弯曲、应变、电压、电流、化学量、生物医学量等各种光纤传感器，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用

33、光纤的传感器。6) 电量传感器：光纤电量传感器；磁学量传感器；声学量传感器；光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传感器。当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。7) 化学量传感器：光纤化学传感器；利用化学发光、生物发光以及光敏器件与光导纤维技术制作传感器，特别是光导纤维传感器及以光导纤维为基础的各种探针技术，具有响应速度快、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、体积小，可应用于其他传感器无法工作的恶劣环境等特点。光纤化学传感器可分为两种基本类型：光导型和化学型。光电检测器件可采用光

34、电倍增管(PMT)、PIN光电二极管(PIN-FET)、雪崩光电二极管、光电二极管等。8) 生物传感器：光纤型酶传感器；9) 仿生及机器人传感器；10) 生态环境传感器：光纤传感器9。2.5 家用报警器中传感器的选择家用报警器跟工业用报警器不同，根据不同传感器的特点，各类上选用的传感器很有讲究。比如气体报警器，因为无法定量测量所以半导体传感器多用于家用报警器和光点式酒精检测仪，这也更符合这类报警器只需要定性测量且价格要求较低的情况。工业报警器因为需要定量的测量，所以多选用催化燃烧传感器和电化学传感器。但早期也有采用半导体传感器的，不过现在因为应有要求较高，所以几乎已经没有厂家再使用半导体传感器

35、了。工业从使用方式看可分为点型气体探测器和便携型气体探测器。考虑到价格因素，电化学传感器一般只是应用到定量测量毒性气体的场合。而对于测爆的场合由于要求不高一般都采用催化燃烧传感器10。2.5.1 红外线传感器利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。 红外线传感器包括、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热

36、敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞、锗及硅掺杂等材料制成。 红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪）；利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 具有红外传感器的望远镜可用于军事行动，林

37、地战探测密林中的敌人，城市战中探测墙后面的敌人，以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。红外线传感器同样可以运用在家庭防盗中。对于外来人员的检测有很好的效果。该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警。2.5.2 煤气泄漏报警器煤气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备，它是安全使用城市燃气的最后一道保护。煤气泄漏通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给或控制电路，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。的探测可燃气体的主要有

38、氧化物半导体型、催化燃烧型、热线型，还有少量的其他类型，如化学电池类传感器。这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附，在传感器表面产生化学反应或电化学反应，造成传感器的电物理特性的改变。煤气泄漏报警器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。功能特点:1) 能感应、。2) 常温性专利感器，不产生钝化现象，功耗低，寿命长。3) 单片机智能控制，防误报，防漏报。4) 电源灯：绿灯，通电后亮起，报警时熄灭；报警灯：红灯，报警时亮起，停止报警时熄灭。5) 接通电源，绿灯亮起或闪烁3分钟后，报警器开始正常工作。6) 当所检测的气体达到报警点

39、时，报警器开始报警，绿灯熄灭，报警灯亮起，蜂鸣器发出“B、B、B”的报警声，当检测的气体的浓度下降到报警点以下时，报警器则停止报警（一氧化碳报警有延时功能）。7) 若增加了手动检测功能，当按动按键时，绿灯熄灭，报警灯亮起， 蜂鸣器发出“B、B、B”的报警声。8) 若增加了联排气扇功能，当报警器报警时，已联接的开始启动，自动排除有害气体。9) 若增加了联机械手或电磁阀功能，当报警器报警时，已联接的机械手或电磁阀会自动关闭煤气阀，从而切断有害气源。10) 若增加了联网功能的，当报警器报警时，管理中心或控制中心同时收到常开常闭（NO、NC）信号（对于增加了无线功能的，则报警主机将收到2-3秒的无线信

40、号）。2.5.3 温度报警器温度报警器中主要的器件就是温度传感器，利用温度传感器的特性，结合各种设备，向外界发出报警。温度报警器的临界值是由用户设置，用户可以根据自己的不同需要，设置报警器的报警温度。温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的。这些呈现规律性变化的物理性质主要有体。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照及电子元件特性分为热电阻和两类5。2.5.4 湿度报警器温湿度报警器通过温湿度检测到室内温湿度值，并根据用户设置的上限值和下限值进行判断，如果室内温湿度超出所设置的温湿度范围，则发出温湿度报警的信号。湿敏

41、元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。2.6 本章小结本章针对单片机相关技术进行了简要的介绍，包括其发展阶段、基本特征等进行了概述。同时还介绍了几种用于设计单片机系统的计算机语言。最后，针对单片机的开发工具做了简介。第3章 简易无线报警

42、系统的设计3.1 方案设计选择器件本章设计简易的无线报警系统。首先，使用功能强大的Altera公司的Protel DXP设计硬件电路，该系统设计两套电路分别是发射电路和接收电路。发射电路中包括单片机最小系统，DS18B20温度传感器，按键，LED和射频模块电路。接收电路中包括单片机最小系统，蜂鸣器，数码管显示模块，按键，LED和射频模块电路。在本系统中，最小系统选择STC89C51作为核心单片机。STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制

43、应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 /计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选11。在传感器方面，本系统使用DS18B20温度传感器来搭建发

44、送电路。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20具有独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55+125，固有测温分辨率0.5。支持多点组网功能，

45、多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，但是如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。工作电源：35V/DC 在使用中不需要任何外围元件。测量结果以912位数字量方式串行传送不锈钢保护管直径6。适用于DN1525, DN40DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温。标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选。PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。在无线通讯方面使用NRF24L01模块。nRF24.L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、

46、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。主要特性：GFSK调制；硬件集成OSI链路层; 具有自动应答和自动再发射功能; 片内自动生成报头和CRC校验码; 数据传输率为l Mb/s或2Mb/s; SPI速率为0 Mb/s10 Mb/s; 125个频道；与其他nRF24系列射频器件相兼容; QFN20引脚4 mm4 mm封装; 供电电压为1.9

47、V3.6 V12。3.2 电路设计与焊接图3-1发送系统电路图本系统中单片机的最小系统，包含复位电路、晶振电路，系统由此最小系统来进行外接扩展。系统中所有元器件的供电均使用电容来进行滤波和稳定电压来处理。图3-1为发送系统电路图。在最小系统上进行扩展，DS18B20与单片机的P1.0口相连。为以后系统测试用，在单片机的P3.0口延伸出一个按键，在P2.6和P2.7上连接两只LED同样作为测试和以后信号传输的指示灯。 NRF24L01的6个数据传输管脚分别与单片机的P2口相连。在对NRF24L01的供电方面，NRF24L01无法直接使用单片机中的5V电压，本系统使用LM1117所发出的稳定的3.

48、3V电压来为NRF24L01进行供电。图3-2接收系统电路图图3-2为接收系统电路图。同样使用最小系统来进行扩展，在接收电路中，不需要传感器来采集信号。P2.6和P2.7上连接的两只LED也同样作为测试和以后信号传输的指示灯。数码管的段选使用P0口控制，位选使用P1口控制。由于单片机的电流无法直接驱动数码管进行显示，所以在数码管的位选上，串联4只S8550三极管来对数码管进行驱动。连接到单片机P1.7口的蜂鸣器也是同样如此，所以也需要串联一只三极管。NRF24L01的6个数据传输管脚分别与单片机的P2口相连。在对NRF24L01的供电方面，NRF24L01无法直接使用单片机中的5V电压，本系统使用LM1117所发出的稳定的3.3V电压来为NRF24L01进