毕业设计(论文)-居室环境监测系统的设计及实现.doc

陕西理工学院毕业设计居室环境监测系统的设计及实现（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1203班，陕西 汉中 723001）指导教师：摘要居室环境监测系统具有采集室内温度、湿度、烟雾浓度、天然气气体浓度等功能，同时可实现对居室环境监测的智能控制。本设计以STM32单片机最小系统为整个装置的核心，以温湿度传感器，火焰传感器，人红外传感器，烟雾传感器，震动传感器来进行信息采集，经控制器处理在LCD屏中实时显示环境参数，并控制蜂鸣器报警装置，同时在第一时间将险情短信发送到授权手机，以提醒业主，及时排除相应危险的发生，从而实现相应的预想功能，该装置体积小、成本低、应用广泛，具有较强的应用价值，具有一定的实用性。关键词监测系统，环境参数，STM32单片机，报警装置1Design and Implementation of The Room Environment Monitoring SystemNi (Shaanxi Institute of Physics and Telecommunication Engineering, Communications Engineering 1203 class, Hanzhong, Shaanxi 723001)Instructor: AbstractRoom environment monitoring system has collected the indoor temperature, humidity, smoke concentration, the concentration of natural gas and other functions, and can achieve intelligent control room environment monitoring. The smallest single-chip design with STM32 system as the core of the entire apparatus to temperature and humidity sensors, flame sensors, human infrared sensors, smoke sensors, vibration sensors for information collection, processing and display controller by environmental parameters in real time on the LCD screen and controls buzzer alarm, while for the first time will send danger to the authorized phone danger to alert the owner, and remove the risk of the occurrence of the corresponding order to achieve the corresponding expected feature, which means small size, low cost, widely used, with more strong application value has a certain practicality.Keywords monitoring systems, environmental parameters, STM32 microcontroller, alarmI目录引言11.课题研究背景21.1研究意义21.2研究现状21.3研究趋势21.4应用领域32.方案论证42.1系统设计要求42.2方案设计42.3方案选择53.硬件设计63.1系统组成63.2单元模块电路设计63.2.1信息采集模块63.2.2控制模块93.2.3液晶显示模块的选择103.2.4 GSM113.2.5键盘123.2.6电源133.2.7风机144.软件设计154.1主程序函数154.2部分子程序函数165.调试及分析205.1元器件焊接205.2电路调试205.3功能测试20结束语22致谢23参考文献24附录A硬件系统电路图25附录B程序代码26附录C实物图31外文文献32V引言随着科学技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，居室环境监测系统以其直观、方便和信息内容丰富的特点，日益受到人们的青睐，并在各行各业得到了广泛的应用。生活中有室内环境温度监控，室外环境温度监控等等。电讯行业有基站监控，银行系统又柜员机监控，林业部门有火情监控，交通方面有违章监控和流量监控等。大多都与监测系统有很大关联。在生活中，当火灾和入室盗窃发生的时候，威胁人们的生命和财产安全,而这些伤害都源于各种外界因素，比如可燃气体等。在不借助仪器设备的情况下，可燃气体的泄露很难被人所发现，但可能此时已经构成了安全隐患。随着人们的安全意识的加深，人们开始重视对可燃气体泄露的检测，目前国内市场上可燃气体检测设备种类较多，但普遍价格比较昂贵、体积较大，得不到很好的普及。为了保护人们的生命财产安全，普及可燃气体检测器的应用，我们提出了一个成本相对较低、体积小巧、灵敏度高的居室环境环境监测系统的设计方案。将气体浓度转换成电压输入到ADC电路，通过一定的电压与浓度的关系算法，计算出检测到的气体浓度，并和阈值浓度值进行比较，当超出系统设定的域值时进行相应的声光报警，提醒人们进行相应的处理，组织人员撤离并对该场所进行通风排气，避免事故的发生造成人身和财产伤害，对现在的家庭、作业场地安全起着非常重要的保护作用。基于种种社会想法，设计一种低成本的居室环境监测系统，能够监控气体的浓度和入室情况，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息，另外系统将检测到的气体浓度和入室情况上传到手机上，可实现远程监控。居室环境监测系统的设计及实现是一种安全的检测仪器，它可以检测空气中可燃气体（如：煤气、甲烷等）的含量，如果可燃气体含量超出正常指标，威胁到人身安全，系统会进行报警,提醒人们及早的采取措施，避免事故发生。鉴于瓦斯爆炸事故屡见不鲜，家庭煤气中毒也时有发生，因此在家庭、矿井等场所可燃气体监控与报警，是非常必要的。本设计提出了一个低成本、高性能的居室环境监测系统的设计及实现的设计方案，使可燃气体的检测有希望得到跟好的普及，保护更多人得生命和财产安全，以及入室情况。1.课题研究背景严峻的事实证明，随着社会的发展，社会财富日益增加，火灾给人类社会和自然造成的危害不断加大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序混乱，还直接威胁生命安全。残酷的现实使人们逐渐认识到了安防监控的重要性。良好的安防监控终端系统可以大大降低人员的伤亡以及财产的损失。一个优秀的居室环境监测系统一定要配合智能的人机界面使用，这样可操作显示的人机界面，可以使监测系统变得更加简单。当出现火情的时候可以及时的发现并迅速解决。二十世纪八十年代至今，随着经济建设和半导体、微电子、计算机等科学技术的迅速发展，国外安防监控技术以市场为引导，以应用高新技术为先导，以减少误报率、提高可靠性、灵敏度和扩大应用范围为根本目的，开展基础理论和应用技术研究、老产品技术改造、新产品开发、标准和规范的修订、系统设计安装和维护、安防监控系统显示与用户友好程度等方面，都有了很大的发展。出现了许多新产品、新技术，使安防监控系统由一开始只具备的火灾探测与报警功能，提升到具备火灾探测、数据传输、信号处理、界面显示、实时控制等完善的功能。使系统与用户间的友好程度不断提高。大大增强人们预防各种火灾的能力，为保护人类生命财产安全发挥了重要作用，成为现代化消防技术中的一种必不可少、具有广阔发展前途的前沿消防领先技术和手段。目前，国内外普遍采用的安防监控技术主要有两种。一种是非智能化安防报警技术，这些技术尽管高科技含量较少，但由于成本低廉，能满足众多小型民用和商业防火需求。但由于智能化不够，不能通过界面实时了解监测现场情况，可能会造成没有及时发现火情的后果，造成严重的损失。另一种是代表现代化安防监控系统发展水平和发展趋势的智能安防监控技术，这种技术采用实时监测、控制和显示，达到如同用户亲临监测现场的效果。1.1研究意义随着物质生活水平的提高,人们对室内环境也有了更高的要求,为此,需要进行室内环境监测系统的设计,以便为室内环境建设提供一定的科学依据。随着科学技术的快速发展和人民物质生活水平的提高，居室环境监测系统以其直观、方便和信息内容丰富的特点，日益受到人们的青睐，并在各行各业得到了广泛的应用。生活中有室内环境温度监控，室外环境温度监控等等。电讯行业有基站监控，银行系统又柜员机监控，林业部门有火情监控，交通方面有违章监控和流量监控等。大多都与监测系统有很大关联。物联网技术的发展促进了传感器技术在生产生活 中的应用。随着人们生活水平的提高， 对于生活环境也更加关注；提出需要对环境参数的监测 。该系统可以实时远程获取火灾和入室盗窃等参数数据，通过分析，系统可以通过手机、PDA、计算机等信息终端向管理者推送实时监测信息、报警信息，实现火灾和入室盗窃监控。人们对环境参数监测有着越来越多的需求，本系统主要设计用于居室环境检测系统的设计及实现。1.2研究现状本设计为居室环境监测系统的设计及实现，主要是用来监控现场的温度、烟雾浓度，根据传感器发出的信号，及时的做出反应，并进行相应的处理。根据系统需要，所运用到的外围电路主要包括电源模块、温度电路模块、报警电路模块和LCD显示模块，再根据有关单片机和数据采集传输方面的知识，利用C语言编程，完成居室环境监测系统的设计及实现。相比于传统的监测手段，居室环境监测系统的设计及实现具有更为简洁的布线和更加简单的结构。在实际应用当中，居室环境监测系统发挥出了较为良好的效果，其可行性和正确性都较为理想。目前，在室内环境监测当中，STM32单片机的应用十分广泛，极大的提高了室内环境监测的效率和效果，因而受到了相关领域的欢迎。1.3研究趋势随着监测技术的发展和监测范围的扩大，整体监测质量有了提高，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等限制，仍不能及时地监测环境质量变化、预测变化趋势，更不能根据监测结果发布采取应急措施的指令。20世纪70年代开始，发达国家相继建立了连续自动监测系统，在地区分布网点或在重点污染源布设监测点，进行在线监测，并使用了遥感、遥测手段，监测仪器用电子计算机遥控，数据用有线或无线传输方式送到监测中心控制室，经电子计算机处理，自动成指定的报表，分析出污染态势、浓度分布，可以在极端的时间内观察到空气、水体污染浓度变化，预测预报未来环境质量。在线检测是环境监测未来的发展方向。随着监测技术的发展和监测范围的扩大，整体监测质量有了提高，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度、数据处理速度等限制，仍不能及时地监测环境质量变化、预测变化趋势，更不能根据监测结果发布采取应急措施的指令。20世纪70年代开始，发达国家相继建立了连续自动监测系统，在地区分布网点或在重点污染源布设监测点，进行在线监测，并使用了遥感、遥测手段，监测仪器用电子计算机遥控，数据用有线或无线传输方式送到监测中心控制室，经电子计算机处理，自动成指定的报表，分析出污染态势、浓度分布，可以在极端的时间内观察到空气、水体污染浓度变化，预测预报未来环境质量。在线检测是环境监测未来的发展方向。本文主要从国内外在线监测技术的发展和趋势展开论述。1.4应用领域 随着经济建设和半导体、微电子、计算机等科学技术的迅速发展，国外安防监控技术以市场为引导，以应用高新技术为先导，以减少误报率、提高可靠性、灵敏度和扩大应用范围为根本目的，开展基础理论和应用技术研究、老产品技术改造、新产品开发、标准和规范的修订、系统设计安装和维护、安防监控系统显示与用户友好程度等方面，都有了很大的发展。出现了许多新产品、新技术，使安防监控系统由一开始只具备的火灾探测与报警功能，提升到具备火灾探测、数据传输、信号处理、界面显示、实时控制等完善的功能。使系统与用户间的友好程度不断提高。大大增强人们预防各种火灾的能力，为保护人类生命财产安全发挥了重要作用，成为现代化消防技术中的一种必不可少、具有广阔发展前途的前沿消防领先技术和手段。目前，国内外普遍采用的安防监控技术主要有两种。一种是非智能化安防报警技术，这些技术尽管高科技含量较少，但由于成本低廉，能满足众多小型民用和商业防火需求。但由于智能化不够，不能通过界面实时了解监测现场情况，可能会造成没有及时发现火情的后果，造成严重的损失。另一种是代表现代化安防监控系统发展水平和发展趋势的智能安防监控技术，这种技术采用实时监测、控制和显示，达到如同用户亲临监测现场的效果。因此在家庭、矿井等场所可燃气体监控与报警，是非常必要的。2.方案论证2.1系统设计要求设计一个居室环境监测系统，要求：利用各个传感器检测居室内温度、湿度、烟雾浓度、天然气气体浓度等环境参数，并能够对监测值实时显示；系统能够设定良好居室环境的参数范围，并能将各项实时监测值和系统设定的相应参数上下限值进行比较，如果某项监测值超标，系统应报警提示，同时可实现对不同参数预设值的调整和修改；系统能够根据居室内各项监测值判断是否有气体超标、燃气泄露、发生火灾或有非法入侵等危险情况发生，一旦判断成立，应启动相应报警装置，同时在第一时间将险情通知到授权手机，以提醒业主及相关家庭成员，及时采取相应措施，排除相应危险的发生。2.2方案设计根据课题要求本设计需要实现系统能够根据居室内各项监测值判断是否有气体超标、燃气泄露、发生火灾或有非法入侵等危险情况发生，一旦判断成立，应启动相应报警装置，同时在第一时间将险情通知到授权手机，以提醒业主及相关家庭成员，及时采取相应措施，排除相应危险的发生。所以提出了两个方案以供选择。方案一测温电路的设计，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，同时通过SPI液晶屏编好的人机界面绘制程序以及温度采集程序显示和监测温度。框图如图2.1图2.1方案一框图方案二用单片机控制SPI液晶屏，编写人机界面绘制程序实现居室环境监测系统设计方案。同时火灾和入室模块利用烟雾传感器（MQ-2）、火焰传感器、温湿度传感器（AM2301）直接采集实时环境温度已经火焰情况，利用震动模块、人体红外传感器直接采集入室情况，通过处理传送给SPI液晶屏显示。框图如图2.2图2.2方案二框图2.3方案选择方案一可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。方案二火灾和入室模块利用烟雾传感器（MQ-2）、火焰传感器、温湿度传感器（AM2301）直接采集实时环境温度已经火焰情况电路简单，软件容易设计，而且有一个丰富的人机界面便于用户观察火灾和入室情况。测火灾电路系统将采用烟雾传感器、火焰传感器、温湿度传感器模块来共同监测火灾情况，烟雾传感器能对烟雾进行就地监测、遥测和集中监视，能输出标准的开关信号，对火焰光谱特别灵敏。火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接叐管来检测火焰，温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器，热释电红外传感器是一种能够检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器，声光报警模块在有火情的情况下会触发，TFT显示模块会显示相关警告内容，同时蜂鸣器也会发出警告。这些模块用起来误差比较小，而且还有很大的实用性。所以根据以上内容，我本人选择第二种方案。所以通过对比我选择方案二。3.硬件设计3.1系统组成本系统采用STMF103ZET6单片机及外围电路完成。测火灾电路系统将采用烟雾传感器、火焰传感器、温湿度传感器模块来共同监测火灾情况，这样输出的信号为数字信号，可以直接由单片机来处理。同时，设置上限温度，当温度达到上限温度时表明现场可能有火情。人机界面采用TFT液晶显示屏显示出数值高于上限数值，以方便用户能够实时的监测到温度的变化。时钟及复位电路将提供给单片机必不可少的时钟信号和复位信号以使单片机正常工作。报警电路用于当温度超过上限温度时，及时报警通知用户，程序主体设计框图如图3.1所示。图3.1程序主体设计框图3.2单元模块电路设计3.2.1信息采集模块(1)温湿度采集模块的选择AM2301 湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能 32 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为 3 引线（单总线接口）连接方便。管脚及实物图如图3.2所示图3.2管脚及实物图(2)烟雾探测模块的选择烟雾传感器采用MQ-2，烟雾传感器能对烟雾进行就地监测、遥测和集中监视，能输出标准的开关信号，并能与国内多种生产安全监测系统及多种火灾监控系统配套使用，亦可单独使用于带式输送机巷火灾监控系统；具有抗腐蚀能力强、高灵敏度、结构简单、功耗小、成本低、维护简便等特点。对燃烧初期各类燃烧物质阴燃阶段产生的不可见及可见烟雾，检测稳定可靠，且能有效地防止粉尘干扰所引起的非火灾误报。MQ2引脚定义：DQ为数字信号输出端,AQ为模拟信号输出端,GND为电源地,VDD为外接供电电源输入端。MQ-2的实物图和电路图如图3.3所示：图3.3MQ-2的实物图和电路图(3)火焰探测模块的选择模块使用说明:火焰传感器对火焰最敏感，对普通光也是有反应的，一般用做火焰报警等用途。小板输出接口可以与单片机IO口直接相连。传感器与火焰要保持一定距离，以免高温损坏传感器，对打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远。小板模拟量输出方式和AD转换处理，可以获得更高的精度。LM393火焰传感器引脚定义：GND为电源地；DQ为数字信号输出端；VDD为外接供电电源输入端。烟雾传感器特点：输出开关量信号，有效信号为低电平。可以检测火焰或者波长在760纳米1100纳米范围内的光源，探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏。火焰传感器利用红外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接叐管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低发化的电平信号，输入到中央处理器，中央处理器根据信号的发化做出相应的程序处理。火焰传感器，其实物图如图3.4所示。图3.4 火焰传感器实物图(4)红外传感器模块热释电红外传感器是一种能够检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。本次设计中用到HC-SR501人体红外感应模块。产品特点：HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块 ，采用德国原装进口LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。原理：人体红外感应模块电路主要由人体红外传感器、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。当有人出现在它的探测区，传感器电平会进行有低向高电平的转换，热释人体红外模块电路及实物图如3.5所示：图3.5热释人体红外模块电路及实物图（6）震动模块用途：用于各种振动触发作用，报盗报警，智能小车，电子积木等。模块特色：高灵敏度振动开关，使用-18010P振动传感器；比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA；工作电压3.3V-5V；输出形式：数字开关量输出（0和1）模块接线说明：VCC接电源正极，GND：接电源负极DO:数字量信号输出模块使用说明：产品不振动时，振动开关呈断开状态，输出端输出高电平，绿色指示灯不亮；产品振动时，振动开关瞬间导通，输出端输出低电平，绿色指示灯亮；输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境是否有振动，起到报警作用。震动模块实物图如图3.6所示：图3.6震动模块实物（7）声光报警模块设计声光报警模块在有火情的情况下会触发，TFT显示模块会显示相关警告内容，同时蜂鸣器也会发出警告。在TFT显示模块中进行居室环境监测系统设计，使用户能够通过友好的安防监控人机界面监测现场温度、烟雾情况。及时作出反应。同时声光报警模块将通过直观声音和灯光来做报警，提醒主人，阈值预警超标。声光报警模块电路图如3.7所示。图3.7声光报警模块电路图3.2.2控制模块STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功率的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103啊“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅度提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设借口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。(1)一流的外设：1微秒的双12位ADC，4兆位/秒的UART,18兆位/秒的SPI,18MHz的I/O翻转速度。(2)低功率：在72MHz是消耗36mA，待机时下降到2微秒从停机模式唤醒通常只需要6微秒时间而从复位状态启动只需55微秒就可进入运行状态。(3)最大的集成度：内嵌电源监控器，减少对外部器件的需求：上电复位、低电压检测、掉电检测、自带时钟的看门狗定时器。一个主晶振可以驱动整个系统：低成本的416MHz晶振可驱动CPU、USB以及所有外设；内嵌PLL产生多种频率；可以为内部实时时钟选择32KHz的晶振；内嵌出厂前调校的8MHz RC震动电路可以做主时钟源；额外的针对RTC或低频率RC电路；控制主芯片采用单片机STM32F103ZET6芯片控制，它具有的功能特点为：内核：ARM32位，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz，单周期乘法和硬件除法；存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB的SRAM存储器；时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR的可编程的电压探测器，4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的8MHzRC震荡电路，内部40KHz的RC震荡电路；调试模式：串行调试和接口调试，最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口。STM32最小系统电路图如图3.8所示。图3.8STM32最小系统电路图3.2.3液晶显示模块的选择显示部分采用TFT-LCD模块，它具有的特点为：TFT在液晶的背部设置特殊光管，可以“主动”对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（active matrix TFT）的来历这样可以大大提高反应时间，一般TFT的反应时间比较快，约80ms。如果要提高就会有闪烁现象发生。而且由于TFT是主动式矩阵LCD可让液晶的排列方式具有记忆性，不会在电流消失后马上恢复原状。TFT还改善了普通显示屏会闪烁（水波纹）模糊的现象，有效地提高了播放动态画面的能力。与普通显示屏相比TFT有出色的色彩饱和度、还原能力和更高的对比度。本设计采用QDtech_2.2寸天马串口TFT-LCD液晶显示模块，本模块采用SPI串行外设接口，是一种标准的四线同步双向串行总线。（1）SPI串行口介绍SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入）、SDO（数据输出）、SCLK（时钟）、CS（片选）。SDO 主设备数据输出，从设备数据输入；SDI 主设备数据输入，从设备数据输出；SCLK 时钟信号，由主设备产生；CS 从设备使能信号，由主设备控制。（2）引脚介绍TFT 电源：屏幕电源为 2.8-3.3V; 切记不能用 5V（带 PCB 的模块已经继承 3V 稳压 IC, 可以输入 5V）。背光电源(LED 引脚)：背光电源最高 3.2V(在 3.3V 电源下可串联 2到 5 欧姆限流电阻或 5V 下串联 20到 25 欧姆电阻,如果直接供给 3.3V 会因为过载而减少背光寿命甚至是烧坏背光)。数据口电平:理论上不能让数据口电平超过 3.3V, 如果一定要用 5V 的单片机 IO 连接数据总线，由于 tft 内部有电压钳位,用是可以用，不过始终是不规范的。做实验做样品测试可以，批量做产品的时候，为提高产品稳定性，最好还是使用低电压的单片机或者加一个电平转换 IC。实物3D图如图3.9所示：图3.9实物3D图3.2.4 GSM模块简介SIM900A是SIMCOM公司推出的一款高性能工业级GSM/GPRS模块，SIM900A开发板板载工业级双频GSM/GPRS模块：SIM900A，工作频段双频：GSM900/1800MHz。SIM900A基本版本可以低功率实现语音、DTMF、SMS（短信，彩信）、GPRS数据的传输。该模块具有极高的性价比，在双频的市场中占据极大份额。同时在基本版本的基础上要推出了具有TTS(本地文本语音播报功能)和基于LBS技术的基站定位功能的两款升级模块。让SIM900A更加出色。SIM900A_mini板是泥人团队开发的一款高性能工业级GSM/GPRS模块，接口丰富，功能完善，工作稳定，抗干扰强，外围电路集成度高，尺寸小巧。尤其适合用于需要语音/短信/GPRS数据服务的各种领域，如：智能家居，智能集抄系统，远程监控。其实物图如图3.10所示：图3.10GSM实物图3.2.5键盘矩阵键盘是单片机外部设备中所使用的排布类似于矩阵的键盘组矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。确定矩阵式键盘上何键被按下用“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下。（1）判断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与4根行线相交叉的4个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。（2）判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。本设计就是采用这种方法与MCU的D口G口连接，完成按键改变阈值的功能。按键连接图如图3.11所示.图3.11按键连接图3.2.6电源本系统主要电源需求为5v或者3.3v，而且在主芯片上需要与电脑进行串口通信因此本设计电源部分采用USB-TTL模块，PC机的串口是DB9头的，电平12V，而且是负逻辑的，如果要接到单片机等MCU的串口需要加MAX232之类的串口转换电路得到与MCU相容的电平信号。而USB转串口输出的已经是3.3V电平的信号，可以直接接5V或者3.3V的单片机。一般通信时只需要TXD，RXD，GND即可。因此，USB转串口可以直接接到MCU的串口上而无须使用MAX232之类的转换电路，使用更方便。引脚定义如下：VCC：电源+3.2V-+3.3VRXD：接收上位机数据电平范围：0-VCCTXD：发送数据给上位机电平范围：0-VCCGND：参考地，也就是电源负极，0电位电路图如图3.12所示：图3.12USB-TTL电路图3.2.7风机本设计风机散热部件采用电脑上的散热器件。风机是依靠电能磁能转化输出机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。本设计采用风机为小型号11扇叶的风机，由于风机的需求电流较大，若直接从MCU中获取电能驱动电机转动是不现实的，因此本设计中采用三极管放大电路及三极管开关电路来解决MCU驱动力不足的问题。风机电路连接如图3.13所示图3.13风机电路连接4.软件设计4.1主程序函数（1）主程序函数流程图图4.1：主函数程序流程图在进入main函数中首先进行a.各个模块的初始化，初始化的工作相当重要，初始化就是把变量赋为默认值，把控件设为默认状态，把没准备的准备好。在整个系统初始化中将为变量分配空间时，初始化过的变量的初值位于可执行文件代码段数据后，会占用一定空间，不必要的初始化会造成磁盘空间的浪费。在C语言等高级语言中，为每一个变量赋初值被视为良好的编程习惯，有助于减少出现Bugs的可能性。因此，是否对不必要的变量初始化依情况而定。b.欢迎界面的设计将为整个模块提供一个漂亮的开机图画，和信息告知，将会显示系统设计的题目以及时间完成地点。为后续的信息显示提供必要的延时，因为在硬件设计中有些模块需要进行提前预热，已达到读数据精确的目的。c.数据显示界面，此界面将显示采集到的信息并按照一定的顺序显示出来，主要显示的有ADC采集读取的电压及转换得来的天然气浓度、AM2301读取的温湿度信息、GSM注册网络成功后的信号值以及检测ok的标志、阈值的调整量显示、提示信息包括按键的提醒。d.按键调整阈值界面：此界面将显示阈值调整时的按键提醒信息和设计值，按照不同的步进进行加减操作。主函数流程图如图4.1所示。4.2部分子程序函数（1）AM2301温湿度传感器的程序流程图图4.2 AM2301程序流程图AM2301温湿度传感器的程序流程图如图4.2所示。在函数执行到这一阶段，首先初始化PA9引脚，发送起始信号等待响应信号的到来，当信号到来时接受成功标志置1，同时接受5个字节数据并校验是否接收成功，判断成功后TET-LCD显示屏显示，显示温度和湿度，在与阈值进行比较若大于阈值则超标报警，并且发送短信。（2）烟雾传感程序流程图图4.3烟雾传感程序流程图天然气程序流程图如图4.3所示，在函数进行到这一阶段，首先初始化管脚PA1，初始化STM32ADC,发送信号至ADC中断判断是否到达，如果能到达所传输信号要求，就会读取DR寄存器内容，计算出DR内容的相对电压，就可以算出天然气浓度，在于阈值进行比较，是否超标，如果高于阈值的话，就送天然气浓度超标信息到声光扳器，显示出来结果数值，在与阈值进行比较若大于阈值则超标报警，并且发送短信。（3）人体红外、震动、火焰模块流程图图4.4人体红外、震动、火焰模块流程图人体红外、震动、火焰模块流程图如图4.4，之所以把这三个模块画到一个流程图里边是因为执行方式一样，用的都是外部中断方式，所以用一个可以画带一个流程图里边，在函数进行到这一阶段，首先初始化人体红外传感器PE4中断、震动传感器PE3中断、火焰传感器PE2中断，如果接受中断的信号到达，就会判断中断的种类。火焰中断、人体中断、震动中断，用计数常量表示这几个模块中断为1，然后计算安全系数是否超标，如果超标的话就会报警发短信到手机。（4）风机模块流程图图4.5风机模块流程图风机模块流程图如图4.5，风机主要作用散热以及散除气体模块附近的气体浓度，在函数进行到这一阶段，定时器初始化，然后开关中断定时器，风机就打开了，如果定时准时到达，那么风机就关闭了，风机关闭了就意味着报警结束，一切达到安全状态。风机的关闭，也可以意味这环境安全。其他函数中包括内部调用和外部调用函数，内部函数主要书写为外部功能函数进行条用来实现具体功能，例如液晶屏中有显示汉字和英文函数，内部调用的有SPI底层函数，用以单片机与液晶屏的信息交换，是的外部调用函数能够能加直接的显示所要现实的内容，而不需要深入的取操作SPI总线，将解决CPU的资源并且更加直观和明确。函数说明：其中按键函数中存在延时问题，延时过长将使得按键操作体验变差，不够流畅，平滑。按键过短不能很有效的达到延时消抖的目标，因此调试过程在此处浪费时间较多。AM2301模块读取时据由于是单总线，数据位的判断全凭借时间的长多来读取，这就给延时函数的精确性带来了很大的挑战，一旦延时不够精确会使得，读取数据产生偏差，甚至不能读取数据。这里解决问题