基于單片機的紅外防盜報警器設計(畢業(yè)設計)

1、xxxxxxx畢 業(yè) 設 計 (論 文) xxxxxxx 系（院） xxxxxxxxx 專業(yè)基于at89c51單片機的紅外防盜報警器設計the design for infrared burglar alarm學生姓名 xxxxx 班 級 xxxxxxxxxxxxxx 學 號 xxxxxxxx 指導教師 xxxxx 完成日期 2013 年 5 月 10 日摘 要本系統(tǒng)是基于單片機at89c51設計的家用無線防盜報警器。它采用的元件是熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，靈敏度高、安全可靠、抗干擾能力強。該報警器成本較低，易于安裝可靠性和穩(wěn)定性高，并且在功能

2、上具有良好的可擴展性，便于市場應用與推廣。本設計分硬件設計和軟件設計兩個部分，硬件部分包括紅外探頭電路、單片機控制電路、驅動執(zhí)行報警電路、led控制電路等部分組成。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。關鍵詞：單片機；無線報警；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集abstract this system is designed based on single chip at89c51 home wireless burglar alarm. it uses the element pyroelectric infrared sensors, and its production is simple, low co

3、st, more convenient to install, and anti-theft performance is relatively stable, high sensitivity, safe, reliable, anti-interference ability. the alarm is low cost, easy to install high reliability and stability, and has a good scalability in functionality, ease of market application and promotion.

4、the design points of hardware design and software design in two parts, hardware section includes infrared sensor circuit, mcu control circuit to drive the implementation of the alarm circuit, led control circuit and other components. the whole system is working under the control of the system softwa

5、re.key words: scm; infrared sensor；wireless alarm； data collection目 錄摘 要iabstractii目 錄iii第一章 緒論11.1 選題背景11.2 報警系統(tǒng)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀11.3家庭防盜報警系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢31.4 設計任務與要求5第二章 主要元器件選擇與介紹62.1 傳感器介紹62.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡單介紹62.1.2 熱釋電紅外傳感器結構62.1.3 熱釋電效應72.1.4 菲涅爾透鏡及其基本原理72.1.5 熱釋電紅外傳感器工作原理82.1.6 熱釋電紅外傳感器引腳圖介紹92.2 at89c51單片機簡單概

6、述102.2.1 at89c51單片機的結構102.2.2 at89c51管腳說明11第三章 系統(tǒng)硬件設計143.1 整體設計方案143.2 信號放大電路143.2.1 主要電路元件介紹143.2.2 實現(xiàn)功能153.2.3 原理分析153.3 比較電路163.3.1實現(xiàn)功能163.3.2原理分析173.4聲音報警電路183.4.1 主要電路元件介紹183.4.2 實現(xiàn)功能183.4.3 原理分析193.5燈光警示電路193.5.1 主要電路元件介紹193.5.2 實現(xiàn)功能203.5.3 原理分析203.6 顯示電路213.6.1 主要電路元件介紹213.6.2 實現(xiàn)功能223.6.3 原理分

7、析223.7供電電源電路223.7.1 主要電路元件介紹223.7.2 實現(xiàn)功能233.7.3 原理分析233.8 單片機最小系統(tǒng)243.8.1 主要電路元件介紹243.8.2 實現(xiàn)功能243.8.3 原理分析25第四章 系統(tǒng)軟件設計264.1 單片機程序語言設計264.1.1 單片機匯編語言程序設計的基本步驟264.1.2 匯編語言程序設計方法264.1.3 keil 簡介264.2 報警系統(tǒng)的程序設計274.2.1主程序流程圖274.2.2 中斷函數(shù)流程圖28第五章 總結30參考文獻31致 謝33附錄一：設計編程程序34附錄二：硬件電路圖37第一章 緒論1.1 選題背景隨著社會科學的不斷進

8、步和發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對個人私有財產的保護越來越重視，因而對于防盜的措施提出了更高的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代生活防盜的需要而設計的應用于家庭、車庫、倉庫和保險柜等處進行防盜監(jiān)控的無線防盜報警裝置。目前市面上防盜裝備主要有開關式電子防盜報警器、壓力觸發(fā)式防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都或多或少的存在著一些缺點。本設計的紅外線探測防盜報警器是基于紅外光的不可見性而設計的，具有報警精確度高、誤報率低、設備安裝隱蔽等特點，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。這種熱釋電紅外傳感器可以通過非接觸形式的檢測接收人體輻射的紅外線，并且將

9、其轉變?yōu)殡娦盘?，通過各部分電路進行報警。同時，熱釋電紅外傳感器不僅可用于防盜報警裝置，也可用于接近開關、制動控制、遙測等各個領域。1.2 報警系統(tǒng)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀 從上世紀初開始，報警系統(tǒng)就已經開始在北美形成雛形。在北美，報警求救箱放置在各個街頭巷尾，在求救時發(fā)出聲響提示，用來尋求附近警察的幫助；這種呼救箱同時直接連接到附近的警察局，使得一些更遠的警察也可以接收到求救信息。隨后，由于通信技術的發(fā)展，提供遠程通信技術服務的電報公司開始加入到了這個行業(yè)中，使得報警信息可以傳送到更遠的地方；不過，由于這種電報方式難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話就理所應當?shù)某蔀閳缶ㄐ诺闹饕绞?。而此后出現(xiàn)的自動撥號系統(tǒng)

10、以及電話迅速的普及，更加使得通過電話報警的方式得到了更加前所未有的發(fā)展。從上面的過程來看，報警行業(yè)的出現(xiàn)、發(fā)展離不開工業(yè)技術發(fā)展，只有通過良好的通信手段，才能把個不同地區(qū)的報警信息匯聚到不同的相關部門，然后由各個部門負責分配極其有限的警力來幫助所有需要幫助的個體。目前，對于北美的安全防范產業(yè)來說，最成功的經營模式無疑就是聯(lián)網報警服務模式，聯(lián)網報警可以將整個北美的安防產業(yè)進行從橫向到縱向的整合串并，并且形成了一個集多種高科技技術和產業(yè)化管理于一體化的綜合性產業(yè)。比如2011年世界排名第一的北美最大的安防跨國公司一泰科安防（adt security）公司，泰科安防已經為全球740多萬民用、商業(yè)、工

11、業(yè)、以及政府部門客戶提供安防服務，其中就包括90%的世界財富500強公司。泰科安防的年銷售收入高達70多億美元，經營覆蓋了全球40多個國家和地區(qū)，提供全面的安防和安全解決方案。現(xiàn)在全世界90%的世界財富500強公司美國50家最大的全國性及區(qū)域性銀行控股公司中的半數(shù)美國72家大中型機場。美國30座最繁忙的機場中，19家使用adt的服務全球最大的100家零售商中，80%使用adt的服務。我國從1979年開始公安部在石家莊市召開了“全國刑事技術預防專業(yè)工作會議”，會議上提出要大力開展安全技術防范工作，技防工作作為公安業(yè)務的組成部分就從這里開始被正式提出來了。事實上我國的技防工作早在60年代就已經開始

12、出現(xiàn)了，那時候由于形勢所迫，銀行，博物館都開始自發(fā)的采用各種各樣的防范手段，這是我國技術防范工作的初級階段。當時采用的手段主要是聲控報警。當罪犯撬玻璃和砸展柜時所產生的聲音傳到值班室時。值班室的人員判斷出罪犯正在行竊，并及時報告給領導和有關部門，組織布置保衛(wèi)人員和警力將犯罪分子包圍后并將其抓獲。1982年公安部和公安部第一研究所，根據(jù)當時的防盜報警技術為故宮許多的展廳安裝了各種主動紅外式、被動紅外式、超聲波式、微波式、聲控式等防盜探測器，形成了多種探測手段于一體的防盜報警系統(tǒng)，此時我國的防盜報警技術已經提高到了一個新水平。1984年以后是安防事業(yè)在我國進入了普及和提高的階段，而且發(fā)展迅速。此時

13、各個銀行、博物館、商場、超市、居民小區(qū)等都陸續(xù)開始建立了各種安全防范系統(tǒng)。進入90年代以后，人們越加注意到周邊安全防范的重要性，慢慢開始利用周邊的圍墻，鐵柵欄等屏障建立了周界防范，如果沒有條件形成完整的周界防范，也要建立相應的防范區(qū)。在防護區(qū)和禁區(qū)內采用多種不同探測原理的探測器構筑多道防線，與此同時防遮擋功能的探測器已經問世，進一步促進了入侵探測器技術的發(fā)展。目前，我國的安防技術已經基本上和國際接軌。在現(xiàn)代通信技術、自動控制技術和現(xiàn)代計算機技術的支持下，安防系統(tǒng)已經形成了一個十分完善的計算機控制系統(tǒng)，防盜報警系統(tǒng)，聲音系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)和巡更系統(tǒng)等統(tǒng)一由同一臺計算機進行調控管理，標志

14、我國的安防事業(yè)有邁進了一個新的階段。1.3家庭防盜報警系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢隨著個人安全防范意識的提高，以及各種智能樓宇建筑的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在防盜報警系統(tǒng)的容量也在迅速增大，報警探測器由一開始的幾個、十幾個增加到了上百、數(shù)百個。防范區(qū)域面積的擴大、施工布線的復雜、探測器分布位置的后期調整和擴容等等，都對整個防盜報警系統(tǒng)的控制管理方式乃至整個系統(tǒng)設計架構又提出了新的要求。防盜報警系統(tǒng)中的通訊方式一般包括報警探測器和報警控制器之間的聯(lián)網，以及報警控制器和控制中心之間的聯(lián)網。在實際的施工部署過程當中，為了能夠更加靈活的搭配探測器的布線和數(shù)量，探測器和報警控制器之間大多數(shù)仍然采用了傳統(tǒng)的開關量信號傳輸，而報警

15、控制器和控制中心之間的聯(lián)網則是整個系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定靈活擴展的關鍵所在。使用電話線聯(lián)網的方式運營費用較高、聯(lián)網速度較慢，為解決多用戶同時報警造成線路堵塞的問題，此時接警中心就需要配置多臺接警控制器和多路通訊鏈路。而專用總線聯(lián)網的方式運營成本較低、聯(lián)網速度較快，但是覆蓋面積范圍很小、線路鋪設可靠性比較差、傳輸很容易受干擾。防范區(qū)域的不斷加大使得報警系統(tǒng)的監(jiān)控范圍不斷延展，這樣使得分布在各個不同地區(qū)的報警控制器必須要有更完善、更先進的通訊網絡來支撐，控制中心的安保監(jiān)測人員才有能力對整個系統(tǒng)內的所有探測器的報警狀態(tài)進行全面了解，傳統(tǒng)的聯(lián)網方式在面對這類情況的變化時已經難以為繼，此時以聯(lián)網報警技術的出現(xiàn)

16、則使得這一要求的實現(xiàn)成為了可能。防盜聯(lián)網報警是一種“人防、技防、物防”三防相結合的安全防范體系，是目前安防界公認的最為有效的安全防范措施。聯(lián)網報警的應用廣泛，用戶花非常低的投入就可以獲得全方位、全天候的安全防范措施。為用戶提供全天24小時值班，同時提供巡防、接警、出警等服務，最大程度保障用戶的安全。若期間產生相關財產損失，損失的部分將按照聯(lián)網報警服務中心為用戶贈送的保險取得相應賠償。在我國很多城市，聯(lián)網報警已經成為了社會安全防范的重要舉措。其技術發(fā)展的主要方向主要有以下幾點。（1）聯(lián)動集成化多系統(tǒng)多平臺的集成已經成為安防系統(tǒng)發(fā)展的一個主要方向，防盜報警系統(tǒng)也不例外。其中，對報警信息進行視頻復核

17、的強烈市場需求使得防盜報警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間實現(xiàn)集成聯(lián)動最具必要性。如果監(jiān)控區(qū)域內出現(xiàn)警情，安保人員一般不可能迅速出現(xiàn)在現(xiàn)場，如果同時出現(xiàn)多處警情，也無法分身去多個地方。如果防盜報警系統(tǒng)能夠聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，就可以在控制中心即時觀察報警現(xiàn)場的實時情況，準確識別復核是否有入侵行為還是誤報，自動記錄報警時間和位置信息、自動進行視頻抓拍和錄像以及通知相關執(zhí)法部門。有賴于科技強警和平安城市建設的顯著成效，許多一線中心城市已經做出了部署20萬甚至30萬攝像頭的構想和規(guī)劃，部分社區(qū)和區(qū)域已初步建立起“覆蓋到面、監(jiān)測到線、控制到點”的全天候、多功能科技防范網絡體系。在已建成的圖像信息采集設備中，政府投資

18、建設的僅占很小比例，大部分都是金融單位、學校、商場樓宇、賓館酒店、企業(yè)內部和居民社區(qū)等社會力量投資建設的監(jiān)控系統(tǒng)，大量的業(yè)主可支配控制的攝像機的安裝使用使得視頻復核的難度大幅降低，而矩陣、dvr、第三方綜合管理軟件等各類主控設備和平臺，在智能化聯(lián)動處理方面的功能完善也簡化了集成管理的復雜度。（2）傳輸ip化此外，由于目前大多數(shù)中小型防盜報警系統(tǒng)的業(yè)主尚未接受報警服務收費的消費觀念，接警中心的主要服務客戶便集中在銀行、文博、學校等重點防范單位。普通用戶只能自行管理使用防盜報警系統(tǒng)，而諸如即時報警、延時報警、24小時防區(qū)等專業(yè)報警主機的復雜功能設置很難全面掌握，更不用說快速應用，通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)

19、的綁定，則可以簡化系統(tǒng)使用難度，讓使用者通過直觀簡便的圖像觀察與報警探測結合起來進行日常安保工作。報警信息數(shù)字化，不僅可以解決報警信息數(shù)據(jù)的多系統(tǒng)多平臺共享問題，還可以減少數(shù)據(jù)傳輸過程中受到的誤報干擾。誤報警是指在沒有出現(xiàn)危險情況時，報警系統(tǒng)發(fā)出了報警信號，引起誤報的原因包括報警技術是否先進、報警探測器是否合格、系統(tǒng)設計是否周全、施工環(huán)節(jié)是否合理、用戶使用是否正確等。而在報警信息傳輸過程中的環(huán)境影響(比如報警通訊線路與動力線/照明線等強電間距過小時且未采取防電磁干擾措施)，通過ip化處理就可以大幅削弱。目前大多數(shù)平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口還是傳統(tǒng)的rs-232/485/422格式，在實時性、準確性、可

20、靠性、交互性等方面上均有不足，而以太網通訊技術對于串口通訊是一種比較徹底的技術革新。以太網的優(yōu)勢在于不僅傳輸距離不限、數(shù)據(jù)傳輸速率高、采用標準的通訊協(xié)議，網絡底層具有crc校驗、重發(fā)機制，協(xié)議上層增加了可靠的握手協(xié)議，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。在網絡上傳輸時，通訊數(shù)據(jù)采用了加密傳輸，同時對發(fā)送數(shù)據(jù)端進行身份識別，隔離了外界的干擾，保障了通信的穩(wěn)定。將報警信息用標準的tcp/ip協(xié)議封裝后，由于指令規(guī)范，與監(jiān)控、消防、樓控、門禁等平臺的集成融合更靈活更先進?；趖cp/ip方式的網絡通訊，還可以通過在線檢測縮短故障范圍，快速排查問題節(jié)點。ip化的技術風潮已經席卷安防各子系統(tǒng)，百萬像素攝像機、網絡視頻編

21、解碼器、智能網絡矩陣、網絡門禁、智能視頻分析等，防盜報警系統(tǒng)也要應需而變，將通過光電生物探測技術獲知的入侵行為轉化為數(shù)字信息，提供給其它子系統(tǒng)進行綜合處理。1.4 設計任務與要求（1）該設計包括硬件設計和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報警等模塊組成。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、單片機控制電路、led控制電路、報警器及相關的控制管理軟件組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打

22、開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設計的要點是能有效判斷是否有人員進入。至于報警可采用聲光信號。第二章 主要元器件選擇與介紹2.1 傳感器介紹現(xiàn)在有關家庭防盜的傳感器種類非常多，有門磁傳感器、紅外線反射開關無線探頭、振動位移傳感器、人體熱釋電傳感器、雷達波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠性探測的需求，同時還需要考慮安裝操作簡便和經濟實用，所以本設計選用了人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當盜賊企圖從門窗進入室內進行盜竊時，人體

23、熱釋電傳感器可以檢測到人體移動的紅外信號，從而進行報警。2.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(pir)傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放大電

24、路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內人的行動。2.1.2 熱釋電紅外傳感器結構熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)主要有光學系統(tǒng)、熱釋電紅外探測頭、信號濾波和放大、信號處理電路等幾部分組成。其組成框圖如圖2-1所示：待測目標電源報警電路信號處理熱釋電紅外傳感器菲涅爾透鏡圖2-1 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)組成框圖2.1.3 熱釋電效應由于溫度的變化,熱釋電晶體和壓電陶瓷等會出現(xiàn)結構上的電荷中心相對位移,使它們的自發(fā)極化強度發(fā)生變化，從而在它們的兩端產生異號的束縛電荷,這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應。具有這種性質的材料稱為熱釋電體。壓電陶瓷屬于熱釋電體。若不考慮溫度的不均勻性,熱釋電體一般具有

25、一級和二級熱釋電效應。其中二級熱釋電效應是由于溫度變化引起材料形變,再由壓電效應產生電荷的二級效應。一般情況下,若溫度變化率相同,升降溫過程中產生的熱釋電電荷大小相等,但符號相反。2.1.4 菲涅爾透鏡及其基本原理菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓。菲涅爾透鏡的在很多時候相當于紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。菲涅爾透鏡可按照光學設計或結構進行分類。菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用；二是將探測區(qū)域內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在pir上產生變化熱釋紅外信號。菲涅爾透鏡的工作

26、原理十分簡單：假設一個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度，如圖2-2。 圖2-2 傳統(tǒng)透鏡到菲涅爾透鏡結構的變化另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。如圖2-3。圖2-3 塌陷到平面從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。簡單地說，菲涅爾透鏡一面是平坦的，另一面是凸起的。人們首次使用菲涅爾透鏡是在18世紀初，當時它被用在

27、燈塔的探照燈上，聚焦射出來的光束。當人們需要一面又薄又輕的透鏡時，塑料菲涅爾透鏡便派上了用場。盡管成像質量不如玻璃透鏡，但是在很多應用中我們并不需要完美的圖像質量。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理在探測器前方產生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入從而強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為910um而探測元件的波長靈敏度在0.220um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口這個濾光片可通過光的波長范圍為710um正好適合于人

28、體紅外輻射的探測而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。2.1.5 熱釋電紅外傳感器工作原理本設計所用的熱釋感器就采用的是雙探測元的結構。其工作電路原理及設計電路如 圖2-4所示, 在vcc電源端利用c1和r2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過fet放大后，經過c2，r1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再經過npn的轉化，輸出out為低電平。圖2-4 熱釋電紅外傳感器原理圖2.1.6 熱釋電紅外傳感器引腳圖介紹本系統(tǒng)采用的熱釋電紅外傳感器成品的引腳示意圖如圖2-5所示，引腳功能如下：數(shù)字1腳：電源負

29、極數(shù)字2腳：信號輸出，高電平有效，46v和工作電壓有關數(shù)字3腳：電源正極 dc69vw1：靈敏度調整 w2：輸出延時調整 5120秒 圖2-5 熱釋電紅外傳感器的引腳示意圖它的技術參數(shù)如下：1、工作電壓：dc69v2、電平輸出：和電源電壓相同3、感應角度：水平：90140度；垂直：1530度4、靜態(tài)電流：小于750a5、無信號輸出：0v6、感應距離：0.515米7、外形尺寸：28mm38mm 高25毫米（最高點）8、輸出電平：46v與工作電壓有關9、工作時間：可調5-120秒范圍當探測器檢測到異常的情況，由2腳輸出一個高電平，發(fā)送到單片機上，單片機做出報警處理。2.2 at89c51單片機簡單

30、概述2.2.1 at89c51單片機的結構 at89c51單片機是美國atmel公司生產的一種帶4k字節(jié)flash存儲器的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容，atmel的at89c51是一種高效微控制器。at89c51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域，同時也為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2-6為at89c51單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可知，在這一塊芯片中，集成了一臺微型計算機的各個主要組成部分，其中包括cpu、存儲器、可編程

31、i/o口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內部總線相連。振蕩器和時序osc程序存儲器4 kb rom數(shù)據(jù)存儲器256 b ram/sfr定時器/計數(shù)器 2 16 at89c51cpu64 kb總線 擴展控制器可編程 i/o可編程全雙工串行口內中斷外時鐘源 外部事件計數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信圖2-6 at89c51 功能方塊圖2.2.2 at89c51管腳說明atmel公司的at89c51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。at89c51單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級

32、開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4

33、個ttl門電流，當p2口被寫1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。p2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當p3口寫入1后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流。p3口也

34、可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 int0（外部中斷0）p3.3 int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持rst腳兩個機器周期的高電平時間。ale/：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不

35、變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。psen：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/vp：當保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，將內部鎖定為reset；當端保持高電平時，此間

36、內部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。xtal2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅動器件，應不接。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 整體設計方案該設計硬件電路的結構框圖如圖3-1所示，它由紅外線探測器、信號放大電路、比較電路、延時電路、顯示電路、報警電路和穩(wěn)壓電源組成。供電電源電路紅外線探測器報警電路顯示電路信號放大電路延時電路比較電路圖3-1 紅外無線防盜報警器的結構框圖紅外線探測器由主動式和被動式紅外線探測器組成，主動式紅外線探測器由紅外發(fā)光管和接收管組成，被動式紅外探測器由紅外熱釋電傳感器組成。探測器

37、探測到的微弱信號經過信號放大電路的放大，傳輸?shù)奖容^電路，比較電路將探測器探測到的信號與參考值進行比較，除去信號中的干擾信號，提高報警的準確性，比較電路輸出的信號傳輸?shù)綀缶娐酚|發(fā)報警電路報警。報警電路有聲、光報警兩種方式組成，并且將聲、光報警進行延時，為防止主人啟動電路或調試報警器時報警，電路中設計了開機延時電路，為防止交流電網停電或入侵者切斷交流電，該報警器配有交流電源和直流電源，直流電源有蓄電池提供，并且交流電源和直流電源可以自動切換。本報警器屬于多路探測報警器，探測器有兩種類型，可以根據(jù)所要監(jiān)測的區(qū)域特點進行選擇使用，同時顯示報警部分可以顯示發(fā)生報警的監(jiān)測區(qū)域。硬件電路圖見附錄二所示。其

38、中，各部分電路設計如下。3.2 信號放大電路3.2.1 主要電路元件介紹lm324是四運放集成電路，它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3-2所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“v+”、“v-”為正、負電源端，“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相反；vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同。lm324的引腳排列見圖3-3。由于lm324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)

39、點，因此被廣泛應用在各種電路中。圖3-2運算放大器圖3-3 lm324的引腳圖 3.2.2 實現(xiàn)功能當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，然后經放大電路將電信號放大傳給單片機。其電路原理圖設計如圖3-4所示。圖3-4 信號放大電路3.2.3 原理分析熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅1mv左右，頻率為0.110hz，需經高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進一步處理，一般來講，要求放大器的增益為6070db,帶寬0.37hz。放大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動作率高！如圖3-

40、4所示，本系統(tǒng)采用lm324中的兩個集成運算放大器構成低頻帶通放大電路，lm324內部集成了四個獨立的高增益運算放大器，其電流?。ǖ湫椭礽s=1.0ma），且與所加電源電壓的大小無關，頻率補償及偏置電流均采用了溫度補償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。放大器要求：增益：6070db帶寬：0.37hz工作原理：放大電路的電壓增益為：a=1+2fr12c4/(1+2fr7c4)(1+2fr12c4)一般要求放大電路的增益為65db。電路的上下限截至頻率為：fh=1/r12c7,fl=1/r7c4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運放輸出電壓有較大的動態(tài)范圍。靜態(tài)下應將輸出端電位設在1/2

41、處，方法是：ica外接r4、r10分壓器，將1/2vcc引至運放的同相輸入端，這相當于將輸入偏置電壓墊高1/2vcc,從而使輸出電壓的靜態(tài)電位定在1/2vdd處。與ica一樣，icb為了保證運放輸出電壓有較大的動態(tài)范圍，同樣設置了分壓器。3.3 比較電路3.3.1實現(xiàn)功能電壓比較器的作用是將一個模擬電壓與一個參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生越變。其電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5 比較電路3.3.2原理分析本系統(tǒng)應用lm324剩余的兩個集成運算比較器構成了一個雙限電壓比較器。如圖3-5所示：基準電壓分別由(r6+r14)和r14分壓提供。當輸入電壓vo113腳電壓時，比較

42、器也輸出高電平。而當5引腳電壓vo113腳電壓時，比較器輸出低電平。如圖3-6所示：圖3-6當人體通過菲涅爾透鏡組成的傳感器現(xiàn)場時，傳感器輸出一交變信號。其變化幅度大于13引腳電壓，小于5腳電壓，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級放大器靜態(tài)時輸出電壓基本為1/2vcc，處在5引腳和13引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2vcc，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產生誤動作，若兩引腳的差值遠離1/2vcc，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準電壓可按下列式子來計算：v差值=（45）vn式子中vn為噪聲電壓。傳感器給出的噪聲電壓，是指傳感器噪聲輸出的信號

43、經過70db以上的放大后的噪聲電壓的峰-峰值。本產品的噪聲電壓大約為80mv,所以有v差值=（45）80mv=320400 mv.這樣，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.4聲音報警電路3.4.1 主要電路元件介紹三極管ss8050是一種常用的普通三極管。 它是一種由硅制作的低電壓,大電流,小信號的npn型硅三極管。3.4.2 實現(xiàn)功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅動高音報警器使高音喇叭發(fā)聲從而達到報警效果。其電路原理圖設計如圖3-7所示。圖3-7 聲音報警電路3.4.3 原理分析如下圖3-7所示：高音報警電路選用12v的高音喇叭作為報警裝置，使用ss8050大功率三極管

44、做驅動電路，當spk為高電平時，三極管導通，傳送信號至高音報警器使高音報警器發(fā)聲報警。反之則截至。本系統(tǒng)中經過軟件設置使報警器真實模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過程。形成頻率在9761945hz之間平滑遞增的聲音效果。實現(xiàn)報警器聲音非常逼真。3.5燈光警示電路3.5.1 主要電路元件介紹繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故

45、在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。繼電器是具有隔離功能的自動開關元件，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應機構（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅動的中間機構（驅動部分）。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1） 擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接

46、、開斷、接通多路電路。2） 放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3）綜合信號：例如，當多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效果。4） 自動、遙控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。3.5.2 實現(xiàn)功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅動燈光警示電路使炫目燈亮起從而達到報警效果。其電路原理圖設計如圖3-8所示。圖3-8 燈光警示電路3.5.3 原理分析如圖3-8所示：這里我們選用12v的炫目燈做燈光警示電路，因炫目燈在正常工作狀態(tài)下電流比較大，所以這里

47、我們選用使用繼電器控制其開關的方案。這里我們照樣使用三極管驅動繼電器工作。并聯(lián)在線圈的兩端的是續(xù)流二極管，線圈在通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線圈的兩端，當電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不是立即消失，此時殘余電動勢通過一個二極管釋放，起這種作用的二極管叫續(xù)流二極管。3.6 顯示電路3.6.1 主

48、要電路元件介紹我們最常用的是七段式和八段式led數(shù)碼管，八段比七段多了一個小數(shù)點，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小led發(fā)光二極管，通過控制不同的led的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個led的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個led的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個led的陽極連在一起。其原理圖如3-9。圖3-9 八段數(shù)碼管引腳圖其中引腳圖的兩個com端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構成多位數(shù)碼管，它們的段選線（即a,b,c,d

49、,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應一個字節(jié)的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。3.6.2 實現(xiàn)功能本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路，在正常無人非法闖入室內時數(shù)碼管的dp點閃爍，若有人闖入數(shù)碼管則顯示e來提示有人非法闖入。電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10 顯示電路3.6.3 原理分析在這里，串聯(lián)的幾個470歐電阻是限流電阻。因為數(shù)碼管是

50、由發(fā)光二極管按照一定的順序排列制成的元件，每個發(fā)光二極管的內阻非常小，正常工作電流大致在1025ma，如不串入限流保護電阻，直接連接很有可能瞬間燒壞數(shù)碼管。我們可以依公式來計算出限流電阻的阻值：r=u/i;其中u=5v,i=（1015）ma,可得r=330500歐。這里我們選用典型值470歐。10k電阻為上拉電阻，以保證p0口可以輸出高電平。當p0口輸出高電平時其對應的發(fā)光二極管導通，二極管亮，p0口0-7根據(jù)不同的電平輸入顯示不同的數(shù)值。3.7供電電源電路3.7.1 主要電路元件介紹l7805cv是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓

51、恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別，用的最多的還是7805，下面我簡單的介紹一下他的3個引腳以及用它來構成的穩(wěn)壓電路的資料。如圖3-11所示，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負極)，3就是我們需要的正5v輸出電壓。 圖3-11 l7805cv引腳圖3.7.2 實現(xiàn)功能通過此電路為整個電路各個模塊提供其工作所需電壓。其電路原理圖設計如圖3-12所示。圖3-12 供電電源電路3.7.3 原理分析如下圖3-12所示，本系統(tǒng)采用l7805cv來做電壓芯片，因為其輸出電流可達1.5a,可滿足本系統(tǒng)各

52、個電路部分5v的供電電壓。在電源的兩端并聯(lián)的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率范圍的濾波特性。3.8 單片機最小系統(tǒng)3.8.1 主要電路元件介紹石晶振蕩y1（石英晶振即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統(tǒng)稱），它是利用具有壓電效應的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代lc(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度

53、高等優(yōu)點，被應用于家用電器和通信設備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性，如果給它通電，它就會產生機械振蕩，反之，如果給它機械力，它又會產生電，這種特性叫壓電效應。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關。由于石英晶體化學性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準確。根據(jù)石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回

54、路，即諧振回路。他們的機電效應是機-電-機-電.的不斷轉換，由電感和電容組成的諧振回路是電場-磁場的不斷轉換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即q值非常高，做振蕩器用時，可以產生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線。3.8.2 實現(xiàn)功能通過振蕩得到一個穩(wěn)定的時鐘頻率。利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。其電路原理圖設計如圖3-13所示。 圖3-13 單片機最小系統(tǒng)3.8.3 原理分析如下圖3-13所示，單片機的采用得是5v電源供電，時鐘電路（也就是振蕩電路）采用的是11.0

55、592mhz晶振，它可以向單片機提供一個正弦波信號作為基準，來決定單片機的執(zhí)行速度。圖中的電容起穩(wěn)定作用。其復位電路采用的是混合復位電路，在上電的時候就會自動復位，也可進行手動復位。這樣就可以方便在單片機死機的時候進行重啟。第4章 系統(tǒng)軟件設計4.1 單片機程序語言設計4.1.1 單片機匯編語言程序設計的基本步驟單片機匯編語言程序設計的基本步驟如下：(1) 設計任務的分析、確定思路或算法。(2) 程序的總體設計并畫出流程圖。(3) 編寫源程序。可在編譯軟件下編程，要求簡練、層次清楚、字節(jié)數(shù)少和執(zhí)行時間短等。(4) 源程序的匯編和調試。(5) 編寫程序說明文件。4.1.2 匯編語言程序設計方法(1) 匯編程序的基本結構總是簡單程序、分支程序、循環(huán)程序、查表程序、子程序、中斷程序等結構