基于stm32單片機(jī)的智能安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-電子信息科學(xué)與技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p>　　基于STM32的智能安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名： 王正輝 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 康輝 </p><p><b>　　摘要</b></p>

2、<p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高，家用電器和廚房設(shè)施也隨之增多,家庭存在的安全隱患相應(yīng)增加,同時(shí)整個(gè)社會(huì)正處于轉(zhuǎn)型期，家庭的安全問題也引起了人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的安全防范措施已無法適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)的需求。因此，將智能化引入住宅小區(qū)已成為一種趨勢(shì)，并且在智能化住宅的家庭智能管理系統(tǒng)中，安防報(bào)警已經(jīng)成為民用建筑領(lǐng)域，向信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。</p><p>　　基于將最新的通信技

3、術(shù)融合到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的考慮，本文綜合了單片機(jī)、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，研究并設(shè)計(jì)了以STM32單片機(jī)基于GSM短信模塊作為信息傳輸?shù)募彝グ卜老到y(tǒng)。此系統(tǒng)由主控制器、顯示模塊、信息傳輸模塊和防盜模塊，防火模塊，聲光報(bào)警模塊等組成，可解決傳統(tǒng)安防系統(tǒng)存在的隱患，讓家庭防盜更及時(shí)、使用更方便。它不再依賴有線電話執(zhí)行報(bào)警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短消息形式，直接把報(bào)警情況反映到用戶的手機(jī)屏幕上，并發(fā)出聲音報(bào)警，

4、可以防范一定的險(xiǎn)情，用戶可以通過無線遙控對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行布防和解防。該系統(tǒng)具有用戶投資小，運(yùn)營費(fèi)用少的優(yōu)點(diǎn)，并且操作簡單。</p><p>　　關(guān)鍵詞　安防系統(tǒng)；防火；STM32；GSM</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of the society, The qua

5、lity of people life become more And more good，Accordingly, The number of household electrical appliances And kitchen facilities also become more，So the safe hidden trouble in security family is increasing, at the same ti

6、me the whole society is in transition period, the family security problem has caused the attention of people. Traditional security measures have been unable to meet the needs of modern society. Therefore, it has become a

7、 trend to the in</p><p>　　In consideration of based on the latest communications technology integrated into traditional industries, this article combination the knowledge of the micro-controller, wireless da

8、ta communication, data acquisition technology. Then research and design the home security system，based on GSM module as the information transmission and STM32 micro-controller. This system consists of main controller, di

9、splay module, information transmission module and alarm module, fire protection module, sound alarm</p><p>　　Keywords　 Security system；Fire prevention；STM32；GSM</p><p><b>　　目錄</b><

10、;/p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　

11、　1.3 智能安防系統(tǒng)的發(fā)展前景3</p><p>　　第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求4</p><p>　　2.2 方案的比較4</p><p>　　2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路6</p><p>　　2.4 本章小結(jié)7</p><p>　　第3章

12、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 主控模塊的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1.1 STM32最小系統(tǒng)8</p><p>　　3.1.2 SD卡電路的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.3 字庫Flash接口電路11</p><p>　　3.2 防火監(jiān)控的設(shè)計(jì)11</p><

13、p>　　3.2.1 煙霧傳感器的電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.2 天然氣體濃度監(jiān)測(cè)的電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.3 電流傳感器的工作原理和電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.4 火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娐吩O(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3 防盜監(jiān)控的設(shè)計(jì)15</p><p>　　

14、3.4 環(huán)境監(jiān)控模塊16</p><p>　　3.4.1 溫濕度傳感器的電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.4.2 CO傳感器的工作原理和電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.5 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5.1 聲音報(bào)警18</p><p>　　3.5.2 GSM模塊短信報(bào)警19<

15、;/p><p>　　3.6 人機(jī)交互顯示模塊的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.7 電源模塊22</p><p>　　3.8 無線遙控電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.9 本章小結(jié)24</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 軟件模塊化設(shè)計(jì)25<

16、;/p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件子程序25</p><p>　　4.2.1 SD卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2.2 FAT32文件系統(tǒng)27</p><p>　　4.2.3 時(shí)間模塊程序設(shè)計(jì)34</p><p>　　4.2.4 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)34</p><p>

17、　　4.2.5 液晶顯示設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.3 硬件驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.3.1 GSM短信報(bào)警設(shè)計(jì)38</p><p>　　4.3.2 煙霧監(jiān)控設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.3.3 天然氣監(jiān)控設(shè)計(jì)40</p><p>　　4.3.4 CO監(jiān)控設(shè)計(jì)41</p&g

18、t;<p>　　4.3.5 溫濕度監(jiān)控設(shè)計(jì)42</p><p>　　4.3.6 電流監(jiān)控設(shè)計(jì)43</p><p>　　4.3.7 火焰監(jiān)控設(shè)計(jì)44</p><p>　　4.3.8 防盜監(jiān)控設(shè)計(jì)45</p><p>　　4.3.9 語音播報(bào)設(shè)計(jì)46</p><p>　　4.3.10 無線遙控設(shè)計(jì)

19、47</p><p>　　4.4 模塊整合48</p><p>　　4.5 本章小結(jié)50</p><p>　　第5章 仿真和調(diào)試51</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試問題51</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試問題51</p><p>　　5.3 實(shí)物演示結(jié)果51</p&

20、gt;<p>　　5.4 本章小結(jié)56</p><p><b>　　結(jié)論57</b></p><p><b>　　致謝58</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)59</b></p><p>　　附錄1 原理圖60</p><p

21、>　　附錄2 實(shí)物圖63</p><p><b>　　附錄3 程序64</b></p><p><b>　　CONTENTS</b></p><p>　　Abstract(Chinese)I</p><p>　　Abstract(English)II</p><p&

22、gt;　　Chapter 1 Introduction1</p><p>　　1.1 Background And Significance1</p><p>　　1.2 Domestis Situation1</p><p>　　1.3 The Development Prospects Of Intelligent Security Systems3&l

23、t;/p><p>　　Chapter 2 The plan Of System Design4</p><p>　　2.1 The Design Task And Requirements4</p><p>　　2.2 Scheme Comparison4</p><p>　　2.3 Design Ideas Of System6<

24、/p><p>　　2.4 The Summary Of This Chapter7</p><p>　　Chapter 3 The hardware Circuit Design8</p><p>　　3.1 The Design Of The Main Control Module8</p><p>　　3.1.1 STM32 Syste

25、m8</p><p>　　3.1.2 SD Card Circuit Design10</p><p>　　3.1.3 Flash Circuit Design11</p><p>　　3.2 The Design Of Monitoring Fire11</p><p>　　3.2.1 Smoke Sensor Circuit De

26、sign12</p><p>　　3.2.2 The Circuit Design Of Natural Gas Concentration Monitoring12</p><p>　　3.2.3 The Working Principle And Circuit Design Of Current Sensor13</p><p>　　3.2.4 Flam

27、e Sensor Circuit Design14</p><p>　　3.3 The Design Of security Monitoring15</p><p>　　3.4 Environmental Monitoring module16</p><p>　　3.4.1 The Circuit Design Of temperature And Hum

28、idity16</p><p>　　3.4.2 The CO Sensor working principle And Circuit Design17</p><p>　　3.5 The Design Of the Design Module18</p><p>　　3.5.1 Voice Design18</p><p>　　3.

29、5.2 SMS Design19</p><p>　　3.6 The Design Of The Display Module22</p><p>　　3.7 The Design Of The Power Supply Module22</p><p>　　3.8 The Remote Control Of Wireless Circuit Design2

30、3</p><p>　　3.9 The Summary Of This Chapter24</p><p>　　Chapter 4 The system sOftware Design25</p><p>　　4.1 The Software Modular Design25</p><p>　　4.2 The System Softw

31、are subroutines25</p><p>　　4.2.1 SD Card Driver Design25</p><p>　　4.2.2 FAT32 File System27</p><p>　　4.2.3 Time Module Design program34</p><p>　　4.2.4 RTC Driver De

32、sign34</p><p>　　4.2.5 Display Design35</p><p>　　4.3 Hardware Driver Software Design38</p><p>　　4.3.1 SMS Design38</p><p>　　4.3.2 Smoke Monitoring39</p><

33、p>　　4.3.3 Gas Monitoring40</p><p>　　4.3.4 CO Monitoring41</p><p>　　4.3.5 Temperature And Humidity42</p><p>　　4.3.6 Current Monitoring43</p><p>　　4.3.7 Flame Moni

34、toring44</p><p>　　4.3.8 Security Monitoring45</p><p>　　4.3.9 Voice Design46</p><p>　　4.3.10 The Wireless Remote Control47</p><p>　　4.4 The Main Program48</p>

35、<p>　　4.5 The Summary Of This Chapter50</p><p>　　Chapter 5 Design Debugging51</p><p>　　5.1 Hardware debugging problem51</p><p>　　5.2 Software debugging problem51</p>

36、;<p>　　5.3 Visual illustration51</p><p>　　5.4 The Summary Of This Chapter56</p><p>　　Summary57</p><p>　　Acknowledgements58</p><p>　　References59</p>

37、<p>　　Appendix 1 Physical Map60</p><p>　　Appendix 2 The Picture63</p><p>　　Appendix3 The Source Code64</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景和意義&

38、lt;/b></p><p>　　隨著人民物質(zhì)生活水平的不斷提高和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)其住宅的要求也越來越高，表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適溫馨的住所，而且對(duì)其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。然而經(jīng)濟(jì)的快速增長也帶來了相當(dāng)大的負(fù)面社會(huì)效應(yīng)，城鄉(xiāng)、區(qū)域收入差距進(jìn)一步拉大，社會(huì)結(jié)構(gòu)、社會(huì)治安日趨復(fù)雜，社會(huì)矛盾開始凸顯[1]。</p><p>　　隨著流動(dòng)人口迅速增加，盜竊、入室搶劫

39、等刑事案件也呈現(xiàn)出了增長趨勢(shì)，并且危害越來越嚴(yán)重，人們?cè)絹碓娇释幸粋€(gè)安全生活的空間，但是犯罪分子的作案手段越來越高明，他們甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那種依靠安裝防盜門窗、或靠人防的防范方式越來越不能滿足人們?nèi)粘７婪兜囊?；這時(shí)，傳統(tǒng)的家庭住宅顯然己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。</p><p>　　人們迫切需要一種智能型的家庭安全防范報(bào)警系統(tǒng)，能可靠的進(jìn)行日常安全防范工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種險(xiǎn)情并通知戶主，以

40、便將險(xiǎn)情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣人們便可安心工作，同時(shí)也保證了居民的生命財(cái)產(chǎn)不受損失[2]。于是有關(guān)家庭、辦公室和倉庫等處的安全防范和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視，現(xiàn)在市場(chǎng)上也出現(xiàn)了各種名目繁多的報(bào)警裝置，但多由于可靠性較差、造價(jià)高或使用復(fù)雜而難于普及。</p><p>　　而隨著電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)以其具有體積小、價(jià)格低、集成度高、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)已在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機(jī)床

41、、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。因此利用單片機(jī)和一些簡單的外圍器件來開發(fā)一種適合于家庭、倉庫、銀行等重要場(chǎng)所的低價(jià)位、運(yùn)行可靠的多功能智能型安全防范報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)出現(xiàn)的入室盜竊事件自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息并通知戶主進(jìn)行及時(shí)處理已經(jīng)勢(shì)在必行[3]。</p><p><b>　　國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類已經(jīng)步入了信息

42、時(shí)代，智能化住宅也應(yīng)運(yùn)而生，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等各種技術(shù)的發(fā)展為智能建筑的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另一方面社會(huì)上廣大的開發(fā)商、工程業(yè)主等也逐漸加大了智能建筑的投資。住宅智能化現(xiàn)在還沒有確切的定義，它一般包括住宅安全自動(dòng)化，通信自動(dòng)化，保健自動(dòng)化和管理自動(dòng)化。安全技術(shù)防范行業(yè)是智能住宅安全自動(dòng)化的一個(gè)重要內(nèi)容，隨著近幾年國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，安防行業(yè)得到快速發(fā)展[4]。在我國，家庭安全防范報(bào)警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)中實(shí)現(xiàn)安

43、全管理的基礎(chǔ)，根據(jù)我國建設(shè)部的規(guī)定，主要包括電視監(jiān)控、防盜報(bào)警、求救求助、煤氣泄漏報(bào)警、消防報(bào)警等內(nèi)容。家庭智能報(bào)警便是其中的一項(xiàng)內(nèi)容，報(bào)警器應(yīng)具有多個(gè)探測(cè)器接口，可接收紅外及微波探測(cè)器、感煙探測(cè)器、溫度探測(cè)器、煤氣泄漏探測(cè)器等傳來的報(bào)警信號(hào)，然后通過通訊網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳送到相關(guān)人的通訊設(shè)備上，以使災(zāi)情得到及時(shí)處理，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全[5]。報(bào)警設(shè)備主要是在兩方面發(fā)展較快，一方面是探測(cè)器技術(shù)和探測(cè)器的發(fā)展，一方面是遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展

44、。探測(cè)器的發(fā)展主要表現(xiàn)在出現(xiàn)了被動(dòng)紅外、超聲波和微波三種不同的探測(cè)技術(shù)，各種不</p><p>　　智能安防系統(tǒng)的發(fā)展前景</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會(huì)的基本單元“安全防范問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提

45、供了便利的翻越條件；時(shí)間久了會(huì)有高空墜物的危險(xiǎn)等。</p><p>　　所以作為新一代的智能安全防盜報(bào)警器系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并日益受到廣泛的重視和運(yùn)用。另外，為了進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，智能安防系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目，在未來生活中必將成為安防項(xiàng)目中的主流[7]。</p>

46、<p><b>　　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能如下：</p><p>　　考慮產(chǎn)品的性價(jià)比，進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。</p><p>　　用戶交互界面要求簡潔，必須采用漢字顯示<

47、/p><p>　　實(shí)現(xiàn)防盜功能和防火功能</p><p>　　實(shí)現(xiàn)家用電器過流保護(hù)功能</p><p>　　具有聲光報(bào)警的功能，并且可以實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警</p><p>　　能測(cè)量室內(nèi)溫度和濕度，并且當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時(shí)報(bào)警</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間的顯示</b></p>&

48、lt;p>　　當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，在家可以設(shè)置為安全狀態(tài)。</p><p>　　用無線遙控完成安防系統(tǒng)的布防，解防，解警等工作。</p><p><b>　　方案的比較</b></p><p>　　方案一：基于FPGA的電路設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為八個(gè)部分組成：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，報(bào)警模塊，顯示模塊，

49、存儲(chǔ)模塊，時(shí)鐘模塊，無線遙控模塊。其整體框圖如圖2-1所示。 </p><p>　　圖2-1 基于FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　主控制器模塊采用FPGA為系統(tǒng)的控制器，F(xiàn)PGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。 FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。通過防火監(jiān)控模

50、塊和防盜監(jiān)控模塊將信號(hào)采集后給FPGA進(jìn)行處理，F(xiàn)PGA處理后打印到顯示屏上，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則通過報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。但是由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。</p><p>　　方案二：基于單片機(jī)微控制器的電路設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)可分為：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防

51、盜監(jiān)控模塊，報(bào)警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用軟件編程使單片機(jī)不停的讀取防火防盜傳感器信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，由液晶屏作為用戶交互顯示界面。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)、軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和

52、成本低，且可對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，附帶顯示設(shè)備，單鍵輸入等設(shè)備，使用方便，還可通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度預(yù)設(shè)顯示。單片機(jī)芯片引腳少，軟硬件連接簡便靈活，硬件容易實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　方案選擇：</b></p><p>　　方案一是以FPGA為系統(tǒng)的控制器。本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏

53、高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二采用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，軟件編程靈活、自由度大、功耗低、體積小、成本低，軟硬件連接簡便靈活，硬件容易實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　綜上所述，通過對(duì)兩種方案進(jìn)行分析比較，雖然方案一功能強(qiáng)大，但軟件編程復(fù)雜、硬件實(shí)現(xiàn)較困難、器件價(jià)格較高；方案二不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)要求的功能，而且軟件編程靈活、自由度大、硬件實(shí)現(xiàn)較容易、元器件性

54、價(jià)比較高，因而綜合考慮采用方案二。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來規(guī)劃總體的設(shè)計(jì)思路，其總體設(shè)計(jì)方案如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能總共分為6個(gè)大的模塊，分別為主

55、控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，報(bào)警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊，存儲(chǔ)模塊。主控模塊采用STM32F103RCT6為主控芯片，內(nèi)部集成了RTC時(shí)鐘，并且在芯片外接了一個(gè)2M的FLASH用作存儲(chǔ)漢字庫，和一個(gè)8K的EEPROM用來存放數(shù)據(jù)，保證掉電數(shù)據(jù)不丟失 [8]，防火監(jiān)控模塊使用溫濕度采集傳感器，煙霧傳感器，天然氣濃度傳感器，電流傳感器，火焰?zhèn)鞲衅?，?duì)室內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后通過AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)處理后打印到TFT彩屏上，當(dāng)數(shù)

56、據(jù)發(fā)生異常時(shí)，控制器會(huì)報(bào)警，可以處理一部分險(xiǎn)情，并且短信通知用戶，而且用戶可以通過發(fā)短信的方式來設(shè)置電流提醒的上限值。防盜監(jiān)控模塊包括人體熱釋電傳感器，當(dāng)在布防模式下發(fā)生異常情況時(shí)，主控制器會(huì)控制報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警并且發(fā)短信告知用戶。報(bào)警模塊主要分為聲音報(bào)警和GSM短信報(bào)警，當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警和短信報(bào)警。無線遙控模塊主要的作用是解除警報(bào)和布防以及解除布防的功能。</p><p><b>　　本章小

57、結(jié)</b></p><p>　　本章中，首先說明了本設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)列舉了兩個(gè)可行的方案，再通過對(duì)這兩個(gè)方案的仔細(xì)比較和論證，最終確定了設(shè)計(jì)方案，并且規(guī)劃了詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路。</p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)在硬件上分為8個(gè)模塊：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，環(huán)境監(jiān)控模

58、塊，報(bào)警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊，電源模塊。</p><p><b>　　主控模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主控模塊包括一個(gè)STM32最小系統(tǒng)，一個(gè)SD卡接口電路，一個(gè)2M的Flash芯片電路。</p><p><b>　　STM32最小系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)

59、采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103RCT6為平臺(tái)，其內(nèi)核是Cortex-M3內(nèi)核進(jìn)行MP3播放器的設(shè)計(jì)。接下來介紹本設(shè)計(jì)用到的幾個(gè)芯片，首先就是主控芯片STM32F103RCT6[9]。</p><p>　　STM32F103RCT6是ST公司推出的Cortex-M3內(nèi)核32位微處理器。具有高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)，專門為嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)，STM32F103RCT6是ARM7 架構(gòu)，采用Thumb-2 技

60、術(shù)將 16 位和 32 位指令相結(jié)合，使代碼密度和性能達(dá)到了最佳平衡。Thumb-2技術(shù)比純ARM代碼少使用31%的內(nèi)存，減小了設(shè)計(jì)開銷，同時(shí)能夠提供比Thumb技術(shù)高出38%的性能[10]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)所采用的微處理器ST公司的STM32F103RCT6外圍電路有以下幾個(gè)：</p><p><b>　　1．晶體振蕩器</b></p>&

61、lt;p>　　STM32F103RCT6有5個(gè)時(shí)鐘源可供使用，分別是HSE（高速外部）晶體振蕩器，HSI（高速內(nèi)部）晶體振蕩器，PLL時(shí)鐘，40K低速內(nèi)部RC（LSI RC）振蕩器，32.768K的低速外部（LSE）晶體振蕩器。HSE、HIS、PLL可驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)鐘，HSE可用外部有源時(shí)鐘或者石英/陶瓷諧振晶體，頻率范圍4MHZ~16MHZ，HIS頻率為8MHZ，PLL鎖相環(huán)倍頻輸出，PLL的時(shí)鐘源可選HIS/2、HSE或者HSE/

62、2,倍頻可選2~16倍頻,但不可超過72MHZ。LSI RC用于驅(qū)動(dòng)獨(dú)立看門狗，或者通過程序驅(qū)動(dòng)RTC，用于從停機(jī)或待機(jī)模式下自動(dòng)喚醒[11]。LSE用于驅(qū)動(dòng)RTC。HIS和LSI RC是片內(nèi)時(shí)鐘不依靠任何元件，它能降低成本，但不夠精準(zhǔn)。主振蕩器由SOC-IN輸入管腳輸入或者在SOC-IN輸入管腳和SOC-OUT輸出管腳這件接一個(gè)外部晶體振蕩器。設(shè)計(jì)采用8MHZ的晶體振蕩器，晶體振蕩電路如圖3-1所示：</p><p

63、>　　圖3-1 晶體振蕩電路</p><p>　　用一個(gè)1M電阻和晶振相連是為了讓晶振能夠快速起振，同時(shí)，在晶振起振后更為穩(wěn)定。</p><p><b>　　2．復(fù)位電路</b></p><p>　　STM32F103RCT6的外部復(fù)位輸入引腳NRST為低電平復(fù)位，復(fù)位電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3

64、-2 晶體振蕩電路</p><p>　　當(dāng)按鍵按下時(shí)能給整個(gè)電路復(fù)位，而且上電時(shí)也能給電路復(fù)位。</p><p><b>　　3．下載和調(diào)試</b></p><p>　　下載和調(diào)試設(shè)計(jì)使用JTAG下載和調(diào)試，相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3仿真和調(diào)試電路</p><p>

65、;<b>　　SD卡電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　SD卡（Secure Digital Memory Card）是基于FLASH儲(chǔ)存介質(zhì)的新一代記憶設(shè)備，具有體積小、容量大、數(shù)據(jù)傳輸快、移動(dòng)靈活、安全性能好以及兼容MMC卡等特點(diǎn)。SD卡有SD和SPI兩種工作模式，相對(duì)于SD模式，SPI模式可以簡化主機(jī)設(shè)計(jì)，降低成本。</p><p>　　CLK：時(shí)鐘信號(hào)，每

66、個(gè)時(shí)鐘周期傳輸一個(gè)命令或數(shù)據(jù)位，頻率0~25MHz之間變化，SD卡的總線管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生0~25MHz的頻率；</p><p>　　CMD：雙向命令和回復(fù)線，命令是一次主機(jī)到從卡操作的開始，命令可以是從主機(jī)到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對(duì)之前命令的回答，回復(fù)可以來自單卡或所有卡；</p><p>　　DAT0~3：數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機(jī)也可以從主機(jī)傳向卡。<

67、;/p><p>　　SD卡以命令形式來控制SD卡的讀寫等操作。可根據(jù)命令對(duì)多塊或單塊進(jìn)行讀寫操作。在SPI模式下其命令由6個(gè)字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。</p><p>　　STM32F103RCT6單片機(jī)沒有SD總線接口，所以只能使用SPI模式，</p><p>　　SD卡模塊電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 SD卡模塊電路<

68、;/p><p>　　SD卡使用的SPI模式，所以把SD卡掛接在STM32F103RCT6的SPI1上面。SD卡的SPI通信必須在每個(gè)IO口都用一個(gè)47K左右的上拉電阻，這里選擇47K。SD卡的電路比較簡單只要連接無誤，一般沒問題。</p><p>　　字庫Flash接口電路</p><p>　　由于顯示需要用到漢字，如果要對(duì)漢字進(jìn)行取模顯示，程序太復(fù)雜，所以本設(shè)計(jì)采用了

69、一個(gè)2M的Flash芯片用來存放字庫。字庫的讀寫采用SPI總線的方式，所以將其連接到了控制器的SPI1總線上，電路如圖3-5 所示。</p><p>　　圖3-5 字庫Flash接口電路</p><p><b>　　防火監(jiān)控的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　防火監(jiān)控是由溫濕度采集傳感器，MQ2煙霧傳感器，MQ5天然氣濃度傳感器，電流傳感器，火

70、焰?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成，當(dāng)室內(nèi)的煙霧濃度或者天然氣的濃度超標(biāo)的時(shí)候，控制器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警和短信報(bào)警。</p><p>　　煙霧傳感器的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　煙霧傳感器MQ2所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在煙霧時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，電路設(shè)計(jì)如圖

71、3-6所示。</p><p>　　圖3-6煙霧監(jiān)控電路</p><p>　　圖中R16的作用是調(diào)節(jié)煙霧濃度傳感器的靈敏度，本設(shè)計(jì)使用的是直接檢測(cè)AOUT輸出的電壓量，AOUT的值跟煙霧濃度成正比，煙霧濃度越大，AOUT的值越大。</p><p>　　天然氣體濃度監(jiān)測(cè)的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的天然氣傳感器是MQ-5，MQ-5氣

72、體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在天然氣體時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中天然氣體濃度的增加而增大，其電路如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 天然氣檢測(cè)電路</p><p>　　圖中R17的作用是調(diào)節(jié)天然氣濃度傳感器的靈敏度，本設(shè)計(jì)使用的是直接檢測(cè)MQ5-AOUT輸出的模擬量，MQ5-AOUT的值跟天然氣濃度成正比，天然氣濃度越大，MQ

73、5-AOUT的值越大。</p><p>　　電流傳感器的工作原理和電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的電流傳感器是ACS712，該器件具有精確的低偏置線性霍爾傳感器電路，且其銅制的電流路徑靠近晶片的表面。通過該銅制電流路徑施加的電流能夠生成可被集成霍爾 IC 感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為成比例電壓的磁場(chǎng)。通過將磁性信號(hào)靠近霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)器件精確度優(yōu)化。精確的成比例電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 BiCMO

74、S 霍爾IC提供，該 IC 出廠時(shí)已進(jìn)行精確度編</p><p><b>　　程[12]。 </b></p><p>　　當(dāng)通過用作電流感測(cè)通路的主要銅制電流路徑（從引腳1和2，到3和4）的電流不斷上升時(shí)，器件的輸出具有正斜率 (>VIOUT(Q))。其電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示：</p><p>　　圖3-8電流監(jiān)控原理圖</p>

75、;<p>　　其中P2的兩端接到家用電纜的主干路上，通過P3給芯片供電，7腳輸出一個(gè)模擬量，電流和模擬量的關(guān)系成線性，電流越大，輸出的模擬量越大。</p><p>　　火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娐吩O(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的火焰?zhèn)鞲衅魇亲贤饣鹧鎮(zhèn)鞲衅?，由于火焰的輻射是具有離散光譜的氣體輻射和伴有連續(xù)光譜的固體輻射，其波長在0.1-10μm或更寬的范圍，為了避免其他信號(hào)的干擾，常

76、利用波長<300nm的紫外線，或者火焰中特有的波長在4.4μm附近的CO2輻射光譜作為探測(cè)信號(hào)。紫外線傳感器只對(duì)185~260nm狹窄范圍內(nèi)的紫外線進(jìn)行響應(yīng),而對(duì)其它頻譜范圍的光線不敏感,利用它可以對(duì)火焰中的紫外線進(jìn)行檢測(cè)[13]。故火焰探測(cè)的220m-280nm中紫外波段屬太陽光譜盲區(qū)（日盲區(qū)）。紫外火焰探測(cè)技術(shù)，使系統(tǒng)避開了最強(qiáng)大的自然光源-太陽造成的影響，信息處理的負(fù)擔(dān)大為減輕。所以可靠性較高，加之它是光子檢測(cè)手段，因而信噪

77、比高，具有極微弱信號(hào)檢測(cè)能，其工作電路設(shè)計(jì)如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9明火監(jiān)控原理圖</p><p>　　電阻R1的作用是分壓和限流，沒有火焰的狀態(tài)，傳感器就好比一個(gè)阻值很小的電阻，經(jīng)過一個(gè)比較器后輸出一個(gè)高電平，而當(dāng)有火焰的時(shí)候，傳感器就相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的電阻，分得的電壓經(jīng)過比較器后輸出一個(gè)低電平，電阻R3的作用是調(diào)節(jié)火焰?zhèn)鞲衅鞯撵`敏度。</p><

78、;p><b>　　防盜監(jiān)控的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　防盜監(jiān)控是由人體紅外傳感器構(gòu)成。人體熱釋電紅外傳感器通過接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號(hào)。當(dāng)熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷[14]。由于熱釋電電荷的多少可以反映

79、出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測(cè)出紅外輻射能量的變化。紅外探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探測(cè)器上，這樣紅外探測(cè)器就可以探測(cè)到某一個(gè)立體探測(cè)空間內(nèi)熱輻射的變化，進(jìn)而判斷有沒有人。其電路原理圖如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 防盜監(jiān)控電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖中R60的作用為調(diào)節(jié)人體

80、感應(yīng)的距離。IOUT是輸出，當(dāng)沒有人體經(jīng)過時(shí)，IOUT輸出時(shí)低電平，當(dāng)有人體出現(xiàn)時(shí)，IOUT輸出高電平。</p><p><b>　　環(huán)境監(jiān)控模塊</b></p><p>　　環(huán)境監(jiān)控部分主要包括溫濕度傳感器DHT11和CO傳感器，下面將詳細(xì)的介紹這兩個(gè)部分。</p><p>　　溫濕度傳感器的電路設(shè)計(jì)</p><p>

81、　　本設(shè)計(jì)采用的溫濕度傳感器是DHT11，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)[15]。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)

82、存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。其電路圖如圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 溫濕度測(cè)量電路</p><p>　　DHT11采用的是單總線的數(shù)據(jù)讀寫方

83、式，所以在這里用了一個(gè)R38，5K的電阻給數(shù)據(jù)線電平拉高。</p><p>　　CO傳感器的工作原理和電路設(shè)計(jì)</p><p>　　MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。采用高低溫循環(huán)檢測(cè)方式低溫（1.5V加熱）檢測(cè)一氧化碳，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化，轉(zhuǎn)換

84、為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。</p><p>　　本模塊的電路設(shè)計(jì)與煙霧傳感器相同，CO監(jiān)控電路如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 CO監(jiān)控電路</p><p>　　圖中R36的作用是調(diào)節(jié)CO濃度傳感器的靈敏度，本設(shè)計(jì)使用的是直接檢測(cè)MQ7-AOUT輸出的電壓量，MQ7-AOUT的值跟CO濃度成正比，CO濃度越大，MQ7-AOUT的值越大。<

85、;/p><p><b>　　報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　報(bào)警模塊是由聲光報(bào)警和GSM模塊短信報(bào)警組成。當(dāng)控制器檢測(cè)到不同的險(xiǎn)情時(shí)，會(huì)根據(jù)險(xiǎn)情來進(jìn)行不同的報(bào)警方式。本節(jié)將詳細(xì)介紹這兩部分。</p><p><b>　　聲音報(bào)警</b></p><p>　　聲音報(bào)警部分采用的語音芯片是JQ6

86、500，JQ6500是一個(gè)提供串口的MP3芯片，完美的集成了MP3、WMV的硬解碼。同時(shí)軟件支持TF卡驅(qū)動(dòng)，支持電腦直接更新spi flash的內(nèi)容，支持FAT16、FAT32文件系統(tǒng)。通過簡單的串口指令即可完成播放指定的音樂，這款芯片具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1．支持采樣率(KHz):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48</p><p>　　2．

87、24位DAC輸出，動(dòng)態(tài)范圍支持90dB，信噪比支持85dB</p><p>　　3．完全支持FAT16、FAT32文件系統(tǒng)</p><p>　　4．多種控制模式，并口控制模式、串口模式、AD按鍵控制模式</p><p>　　其工作電路設(shè)計(jì)如圖3-13所示。</p><p>　　圖3-13 語音播報(bào)電路原理圖</p><p&

88、gt;　　其中DAC-L和DAC-R是耳機(jī)輸出，TX和RX是232總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收接口。其中Busy是檢查語音模塊是否在工作的標(biāo)志位，當(dāng)語音模塊工作時(shí)，Busy為高電平，當(dāng)語音模塊停止工作時(shí)，Busy為低電平。</p><p><b>　　GSM模塊短信報(bào)警</b></p><p>　　GSM模塊是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板

89、上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。因此，GSM模塊具有收發(fā)SMS短消息、語音通話、GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的基本功能。本設(shè)計(jì)使用的是</p><p>　　SIM900A模塊，該模塊與 GSM phase2/2兼容、雙頻（GSM900/GSM1800）、RS-232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級(jí)為GPRS模塊；該模塊集射頻電

90、路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸[16]。</p><p>　　GSM模塊可分為GSM基帶處理器（Baseband Processor）、無線收發(fā)模塊（Radio）、電源供給模塊（Power Supplay ASIC）和FLASH閃存幾部分，其結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。</p><p>　　圖3-14 TC35i模塊功能結(jié)構(gòu)框

91、圖</p><p>　　GSM基帶處理器是GSM模塊的核心，它集成了C166MCU處理器內(nèi)核及DSP內(nèi)核，MCU及DSP程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可編程的系統(tǒng)時(shí)間發(fā)生器PLL，MCU及DSP定時(shí)器，脈沖載波調(diào)制輸出，串行RF控制接口，兼容ISO-7816 SIM卡接口，數(shù)字和模擬語音濾波器和AD-DA轉(zhuǎn)換器，電池電壓測(cè)量電路，電池環(huán)境溫度檢測(cè)電路，C51及C52密碼單元，GMSK調(diào)節(jié)器，靜、動(dòng)態(tài)電源管理器等模塊。<

92、/p><p>　　無線收發(fā)模塊是建立在無線收發(fā)芯片SMARTI基礎(chǔ)上，收發(fā)器由差分接收電路、非轉(zhuǎn)移調(diào)制環(huán)路傳送器、RF PLL及IF合成器、外置收發(fā)天線組成。</p><p>　　電源供給模塊為系統(tǒng)供電。GSM引擎TC35i所需直流電壓為3.3-4.4V，最大電流為2A（待機(jī)時(shí)電流很小，一般為3mA，但在發(fā)送語音、數(shù)據(jù)機(jī)短信時(shí)要很大的電流驅(qū)動(dòng)，因此必須外加電源，額定電流至少2A）。</p

93、><p>　　其電路如圖3-15所示。</p><p>　　圖3-15 GSM電路設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　人機(jī)交互顯示模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用240*320分辨率2.8寸的彩屏，支持262K/65K色，控器采用ILI9325，ILI9325控制電路如圖3-16所示.</p><p>　　圖3-16

94、 ILI9325控制電路</p><p>　　在VCC5V和GND之間接兩個(gè)電容是傍路消振電容，防止通過電源引入的干擾和寄生振蕩。通過BL-CTR可以對(duì)TFT背光進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)加了LCD背光限流電阻防止電流過大燒毀背光燈。</p><p><b>　　電源模塊</b></p><p>　　電源電路的功能介紹：此電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，

95、是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。此在本系統(tǒng)中，由于傳感器較多，工作電流挺大，用普通的LM7805穩(wěn)壓芯片不能滿足本設(shè)計(jì)的需要，所以本設(shè)計(jì)采用的穩(wěn)壓芯片是LM2596。設(shè)計(jì)思路很簡單：將220V交流電經(jīng)變壓、整流、LM2596可調(diào)輸出電壓式穩(wěn)壓芯片、濾波后得到所需的5V電壓，電路如圖3-17所示。</p><p>　　圖3-17 電源電路</p><p><b>　　無線遙控電路設(shè)計(jì)<

96、;/b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，需要使用無線來控制布防解防解警，采用遙控器來實(shí)現(xiàn)該功能。設(shè)計(jì)思路是：將接收器連到單片機(jī)上，采用按鍵給發(fā)射器采用不同的編碼方式，當(dāng)不同的按鍵按下時(shí)，主控制器通過不同的編碼來執(zhí)行不同的動(dòng)作。本設(shè)計(jì)中采用PT2262/PT2272來實(shí)現(xiàn)遙控器的功能。由于發(fā)射器采用的是現(xiàn)成的，只需要給接收器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其電路圖如圖3-18所示。</p><p>　　圖

97、3-18 無線遙控接收電路</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　在本章中，主要對(duì)主控模塊、防火監(jiān)控、防盜監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、顯示模塊，報(bào)警模塊，電源和無線遙控等硬件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)。并且詳細(xì)的說明了每個(gè)模塊的工作原理和電路結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的電阻電容的選取及其作用。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)<

98、;/b></p><p>　　整個(gè)安防系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)，不可能一次把所有的代碼都寫出來。這里對(duì)軟件代碼的編寫采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)軟件設(shè)計(jì)逐步劃分為子設(shè)計(jì)，再將子設(shè)計(jì)逐步細(xì)化為單一功能的模塊來實(shí)現(xiàn)，最后再將所有的模塊整合成一個(gè)大設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。</p><p><b>　　軟件模塊化設(shè)計(jì)</b></p><p&g

99、t;　　從整個(gè)設(shè)計(jì)來說，按其與硬件的相關(guān)性，可以把軟件分為兩部分：一是與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件子設(shè)計(jì)。而是與硬件無關(guān)的系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)。這兩個(gè)子設(shè)計(jì)的軟件又可以細(xì)化為許多模塊。</p><p>　　對(duì)于系統(tǒng)軟件子程序設(shè)計(jì)包括如下模塊程序：LCD驅(qū)動(dòng)模塊、Flash字庫、SD卡驅(qū)動(dòng)模塊、FAT文件系統(tǒng)模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)模塊。</p><p>　　對(duì)于底層硬件驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)包括如下模塊程序：電流

100、監(jiān)控模塊、天然氣監(jiān)控模塊、煙霧監(jiān)控模塊，CO監(jiān)控模塊，明火監(jiān)控模塊、語音播報(bào)模塊、GSM模塊，溫濕度監(jiān)控模塊。</p><p>　　當(dāng)進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先要明確模塊的功能作用，將其劃分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的功能模塊，將它們封裝成為函數(shù)，供給其他模塊調(diào)用。底層驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一些基本的底層功能，如硬件初始化、與硬件密切相關(guān)的時(shí)序函數(shù)等。而應(yīng)用層則實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的應(yīng)用功能函數(shù)。</p><p><

101、;b>　　系統(tǒng)軟件子程序</b></p><p><b>　　SD卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　SD卡有兩個(gè)可選的通訊協(xié)議：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡標(biāo)準(zhǔn)的讀寫方式，但是在選用SD模式時(shí)，往往需要選擇帶有SD卡控制器接口的控制器，或者通過加入額外的SD卡控制單元以實(shí)現(xiàn)SD卡的讀寫。然而，控制器STM32F103RCT6T6沒有集

102、成SD卡控制器接口，但是卻擁有很強(qiáng)大的SPI接口，故選用SPI模式讀取SD卡。</p><p>　　SD卡在上電初期自動(dòng)進(jìn)入SD總線模式，要進(jìn)入SPI模式要先向SD卡發(fā)送復(fù)位命令CMD0。CS為低電平時(shí)，SPI模式被啟動(dòng)，但在發(fā)復(fù)位命令CMD0前，要發(fā)送>74個(gè)時(shí)鐘，這是因?yàn)镾D卡內(nèi)部供電電壓上升時(shí)間大約為64個(gè)CLK，剩余的10個(gè)CLK用于SD卡同步，這之后才能開始CMD0的操作。</p>

103、<p>　　SD卡初始化流程圖如圖4-1所示，具體的實(shí)現(xiàn)是通過u8 SD-Init(void)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　圖4-1 SD卡初始化流程圖</p><p>　　完成SD卡初始化后，接下來就是SD卡讀寫數(shù)據(jù)。SD卡讀數(shù)據(jù)的過程就是先發(fā)讀命令，然后接受到應(yīng)答信號(hào)，接下來就讀取數(shù)據(jù)，讀完后停止數(shù)據(jù)讀取并取消片選。SD卡讀數(shù)據(jù)流程圖如圖4-2所示，具體實(shí)現(xiàn)通過u8 SD

104、-ReadDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖4-2 SD卡讀數(shù)據(jù)流程圖</p><p>　　SD卡寫數(shù)據(jù)類似于讀數(shù)據(jù)過程只是發(fā)的命令變成了CMD24，如圖4-3 SD 卡寫數(shù)據(jù)流程圖，具體實(shí)現(xiàn)通過u8 SD-WriteDisk(const u8*buf,u32 sector,u8 cnt)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。SD卡寫數(shù)據(jù)流程如圖4-3所示。

105、</p><p>　　圖4-3 SD卡寫數(shù)據(jù)流程圖</p><p><b>　　FAT32文件系統(tǒng)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要用到SD卡，不可避免要管理文件設(shè)計(jì)，所以，對(duì)文件設(shè)計(jì)的解析是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。FATFS是FAT32的簡化版本，設(shè)計(jì)支持FAT16和FAT32文件設(shè)計(jì)，由于FAT32文件設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而龐大的構(gòu)架，這里僅簡單介紹F

106、AT32文件設(shè)計(jì)的構(gòu)架。</p><p>　　FAT32文件的設(shè)計(jì)</p><p>　　DBR（DOS BOOT RECORD 操作設(shè)計(jì)引導(dǎo)記錄區(qū)）</p><p>　　DBR 是學(xué)習(xí)FAT32的首要知識(shí)點(diǎn)。DBR 中的BPB （BIOS Parameter Block）部分是這一區(qū)域的核心部分（第12~90 字節(jié)為BPB），理解了BPB 的意義，能夠更好的實(shí)現(xiàn)和操

107、控FAT32。關(guān)于DBR 對(duì)于FAT32的重要不言而喻了，DBR各字節(jié)意義如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 DBR區(qū)各字節(jié)意義</p><p>　　DBR區(qū)內(nèi)，對(duì)用戶有用的數(shù)據(jù)不過90個(gè)字節(jié)（即BPB字段）。但僅僅這90個(gè)字節(jié)就可以告訴關(guān)于磁盤的信息，比如每扇區(qū)字節(jié)數(shù)、每簇扇區(qū)數(shù)、磁道扇區(qū)數(shù)等等。對(duì)于讀取這些信息，只有遵循DBR中的字段定義，BPB部分?jǐn)?shù)據(jù)字節(jié)意義如圖4-5所

108、示。</p><p>　　通過對(duì)字段的讀取，可以得到FAT32文件設(shè)計(jì)的諸多重要信息：每扇區(qū)字節(jié)數(shù)、每簇扇區(qū)數(shù)、根目錄簇號(hào)、該卷總扇區(qū)數(shù)、FAT圖4-5所在的扇區(qū)數(shù)等。</p><p>　　圖4-5 BPB部分字段意義</p><p><b>　　FAT表</b></p><p>　　FAT 表是一種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)用于FAT3

109、2 文件設(shè)計(jì)中磁盤數(shù)據(jù)（文件）索引和定位。FAT 表是最有特色的一部分在FAT32 文件設(shè)計(jì)中，F(xiàn)AT表的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)機(jī)制也是FAT32 的精華所在，因?yàn)橛辛怂鼣?shù)據(jù)能夠不連續(xù)存儲(chǔ)，使磁盤更為出色的發(fā)揮功能。那么，F(xiàn)AT 表到底在什么地方？它是什么樣子的呢？第一步從BPB 中提取的參數(shù)中的 FirstFATSector 就知道了FAT表所在的扇區(qū)號(hào)。其實(shí)每一個(gè)FAT 表都會(huì)對(duì)應(yīng)另一個(gè)與它一模一樣的FAT ，而且這兩個(gè)FAT 表是同步的，簡單的

110、說就是對(duì)一個(gè)FAT 表的操作，同樣地，也要在另一個(gè)FAT表進(jìn)行相同的操作，保證它們的內(nèi)容時(shí)刻都一致。當(dāng)然這是為了安全起見，當(dāng)一個(gè)FAT 遭到破壞的時(shí)候，完全可以從另一個(gè)FAT 表進(jìn)行恢復(fù)。FAT表內(nèi)容如圖4-6所示。</p><p><b>　　圖4-6 FAT表</b></p><p>　　前8個(gè)字節(jié)“F8 FF FF 0F FF FF FF FF”為FAT32的F

111、AT 表頭標(biāo)記，用以表示FAT 表的開始在此處。后面的數(shù)據(jù)每一個(gè)簇項(xiàng)為四個(gè)字節(jié)（從第2 簇開始），用以標(biāo)記此簇的下一個(gè)簇號(hào)。</p><p>　　若某個(gè)文件的開始簇為第2 簇的話，那么就到FAT 表里來查找，看文件是否有下一個(gè)簇（當(dāng)文件大小大于一個(gè)簇的容量，就會(huì)有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到下一個(gè)簇，但下一個(gè)簇與上一個(gè)簇未必就是連續(xù)的），在圖4-6中可以看到“簇2”的內(nèi)容為“FF FF FF 0F”，這個(gè)標(biāo)記就說明這個(gè)文件到第2

112、簇就已經(jīng)結(jié)束了（“00 00 00 00 ”表示未分配的簇，“FF FF FF F7”表示壞的簇），沒有后繼的簇，也就是說此文件的大小是小于一個(gè)簇的容量的。</p><p>　　在進(jìn)行簇?cái)?shù)或者其他信息的獲取時(shí)，要注意CPU是大端模式還是小端模式，SD卡用的是大端模式，也就是高位在后，低位在前。讀取時(shí)要注意。</p><p>　　這里有必須對(duì)簇和扇區(qū)的概念進(jìn)行說明：扇區(qū)是磁盤上最小可尋址存儲(chǔ)

113、單元，通常情況下每個(gè)扇區(qū)為512 個(gè)字節(jié)。由于多數(shù)文件要比扇區(qū)大，因此為了存儲(chǔ)器將能存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)，必須對(duì)一個(gè)文件分配最小的存儲(chǔ)空間，這個(gè)最小存儲(chǔ)空間也就是簇。根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(磁盤、閃卡和硬盤)的容量，為了使存儲(chǔ)空間得到最有效的應(yīng)用簇的大小可以不同。早期的360KB 磁盤上，2 個(gè)扇區(qū)(1024 字節(jié))為一簇大小；第一批的10MB 硬盤增加到8 個(gè)扇區(qū)(4096 字節(jié))為一簇大小；現(xiàn)在的小型閃存設(shè)備上的典型簇大小是8KB或者16KB。2GB