过程中必须考虑到警报灯的颜色对人眼的视觉刺激程度。在日常生活中，各种常见的LED照明都有自己的亮度和意义，往往采用绿色表示正常，黄色代表提示，红色则表示错误警告，因此从人们的习惯出发，用红色的LED发光二极管当作灯光报警。红色发光LED实物图如图2-9所示。
声音报警在设计是要求可以在一定范围内听到警报声，为了减少制作成本，使用蜂鸣器来进行设计。蜂鸣器只需要经过驱动电路便可以发出声音，并且可以通过改变控制信号的频率，使发出的声音产生不同的声波，报警不同频率的声音可以被用来区分警报信号的类型。蜂鸣器实物如图如图2-10所示。
图2-9 红色发光LED实物 图2-10蜂鸣器实物
第3章 系统模块的电路设计
3.1 单片机电路设计
此次设计的芯片采用的是STM32F103C8T6单片机，由于STM32系列基于ARM Cortex-M3内核的高性能单片机，其工作频率高达72MHz，芯片内部集成有高速存储器，丰富的I/O接口[9]。内部包括多路ADC接口、串口、中断定时器、硬件SPI、CAN通信以及外部中断等多种资源接口。STM32F103C8T6单片机的温度工作范围很宽，能够在零下40摄氏度到零上105摄氏度的范围里面正常工作。并且该单片机的工作电压一般在3.3V左右就能正常工作，其功耗非常低，因此能够很好的嵌入到大部分系统中[7]。本课题选用的单片机最小系统原理图如图3-1所示。
图3-1 STM32F103C8T6最小系统原理图
3.2温湿度传感器电路设计
DHT11传感器是一款能够输出温度和湿度的数字式温湿度一体传感器，并且该传感器的输出信号已经经过校准后输出给控制器。为了确保该传感器的可靠性和稳定性，器内部采用了专用的温湿度传感技术和数字模块采集技术。该传感器
采用单总线的数据传输方式，并且其体积小，功耗低，传输距离能达到20米以上，能够很好的与单片机进行连接嵌入到系统中。DHT11温湿度传感器的湿度检测范围是20％~90％RH；±5％RH的测量精度；温度检测的范围是0~50℃，±2℃的测量精度，其额定供电电压在3.0至5.5V均可，供电范围较宽，响应时间短，最长不超过5秒，DHT11温度传感器有4个外接引脚，给传感器上电后，需要经过一秒钟左右的预热时间，因为刚上电会有一个不稳定过程，所以在这段时间内控制器不需要发送任何指令个传感器。 DHT11实物如图3-2所示。
图3-2的三个引脚中有两个是电源引脚，有一个是输出数据的引脚，只需要给模块供上额定的电压，然后就可以通过单片机的某个IO口从DHT11的输出引脚采集到所需要的温湿度数据。DHT11是数字式的温湿度传感器，所以其DATA端可直接以数字方式传输所采集的当前环境温湿度数据，由于DHT11是通过单总线的通信方式进行检测数据的输出，所以仅需将CPU的一个IO接口与DHT11的DATA端连接在一起就能够进行实时温湿度数据的采集了，为了保证接收数据的稳定性和正确性一般都会在DHT11的输出端与单片机的连接处焊接一个5K?的上拉电阻，该电路的设计相对于其他电路来说比较简单[10]。DHT11传感器典型应用电路如图3-3所示：
图3-2 DHT11实物图 图3-3 DHT11传感器典型应用电路
VCC5KVCCVCCDATANCGNDGNDDHT11C P UDATA3.3烟雾传感器电路设计
烟雾传感器在工作时，内部的加热丝会产生大量的热量，因此需要较大的工作电流，因此对供电电源有一定的要求，至少应该使用电流在1A以上的电源。MQ-2在测量时，输出的电阻值会随着空气中烟雾和可燃气体浓度的改变而发生变化。外部使用电位器来检测阀值，电压信号经过调整以后送到后面一级，经过由LM393组成的比较器进行比较，最终将得到的模拟量电压信号输出，以便控
制器对其进行数据的收集与处理。MQ-2模块与单片机的电路连接如图3-5所示
[11]
。
图3-5 MQ-2模块与单片机连接电路图
3.4震动传感器模块设计
SW-420为常闭式振动传感器采用了比较器输出，波形好，信号稳定，有较强的驱动能力，电流大于15mA。如果没有震动时，振动开关处于导通状态，输出低电平，绿色的指示灯点亮；有震动时，振动开关断开，输出高电平，绿灯不亮。输出可直接连接到单片机，由单片机来检测电平的高低，从而检测有无振动，发出震感报警信号。SW-420与单片机连接的电路原理图如图3-6所示。
图3-6 SW-420震动传感器与单片机连接电路图
3.5 GSM无线通讯模块设计
单片机与SIM900A模块的连接和控制主要是通过串口进行控制。SIM900A的串口提供了很多控制线，这样就会使得接口变得非常复杂。为了使设计简单化，采用串口的方式与单片机连接，这样仅需要三根线即可实现单片机与SIM900A模块之间的通信，即发送线TXD，接收线RXD，地线GND三根线。通过SIM900A模块发送短信息需要单片机通过串口发送相应的指令才能实现，SIM900A模块的控制指令采用简单的AT指令即可实现短信息和电话功能，在本设计中主要使
用了模块的短信息功能，短信息功能有分为Text模式和PDU模式，两种短信息模式在发送指令上有部分差别，根据不同的功能需要，在本设计系统中两种模式均涉及。本设计选用SIM900A模块作为系统的GSM通讯模块，主要考虑其功耗低，运行稳定且体积较小，安装较为方便等优点。SIM900A模块的与单片机的的连接需要经过RS232电平转换芯片，电路连接如图3-7所示[12]。
图3-7 SIM900A模块与单片机连接电路图
3.6显示电路设计
在本系统中LCD12864液晶显示用于显示当前的日期时间、系统周围的温湿度、烟雾浓度及雨量检测数据。LCD12864的显示功能比较强大，不仅仅能显示中文和英文，而且一些较为复杂的图形符号都可以通过编程的方式在液晶屏上显示出来，LCD12864液晶屏与单片机的连接方式有串行连接和并行连接，可以根据不同场合和显示数据量的大小进行选择。并行连接的数据显示和传输速度快，适合对显示速度要求高的场合，但是IO资源占用的较多；串行连接的数据显示和传输速度相对较慢，但是其IO资源占用较少，对显示速度要求不高的场合可以选用串行方式连接。并且LCD12864液晶屏的显示程序比较简单，与外部控制器的电路设计连接非常方便，能够很好的嵌入到系统中。虽然本系统中单片机接口资源丰富，但是考虑减轻电路焊接的工作量，所以采用串行传输的方式与LCD12864液晶显示屏连接通讯。LCD12864液晶显示屏电路连接如图3-8所示。