基于單片機的防盜報警器課程設(shè)計

1、目 錄摘要 1引言 11設(shè)計任務(wù)與要求 22 基礎(chǔ)知識介紹 22.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹 32.2 pir的原理特性 32.3 at89c51單片機簡單概述 33 方案設(shè)計 43.1總體設(shè)計思路 43.2具體電路模塊設(shè)計 53.2.1 熱釋電紅外傳感器原理 53.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明 73.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 83.4.1主程序工作流程圖 83.4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖 94 軟件仿真 95總結(jié) 106參考文獻(xiàn) 117致謝 128 附 錄 13摘 要：基于社會安全保障的需要，電子報警這門綜合技術(shù)的正在不斷的發(fā)展。與此同時，紅外技術(shù)已成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，由于紅外線是不

2、可見光，因此用它進(jìn)行紅外探測監(jiān)控，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干擾能力強。防盜報警系統(tǒng)利用單片機控制技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防區(qū)內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就會向人們發(fā)出報警提示，從而讓人即使采取應(yīng)對措施。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，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，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和pc機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、led控制電路等部分組成。處理器采用

3、51系列單片機at89c51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 關(guān)鍵詞：單片機；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路引言隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子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

4、的報警器都存在一些缺點。而本設(shè)計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當(dāng)有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。被動式報

5、警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。物理學(xué)上告訴我們，當(dāng)物體的溫度高于0k的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。 紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。 1 設(shè)計任務(wù)與要求 (1)該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、led控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出

6、模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時，可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當(dāng)有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設(shè)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(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)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(shè)計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報警可采用聲光信號。

7、2 基礎(chǔ)知識介紹2.1 熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(pir)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.2 pir的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內(nèi)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(chǎn)生的干擾。

8、由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)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7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，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。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓信號。2.3 at89c51單片機簡單概述由于我們在單

9、片機原理與接口技術(shù)這門課程中已經(jīng)熟練掌握了at89c51單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，因此在此處就不必過多的講述。3 方案設(shè)計3.1 總體設(shè)計思路本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、led控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報警等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片

10、機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖2總體設(shè)計框圖所示： at89c51復(fù)位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路led發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動圖2總體設(shè)計框圖 處理器采用51系列單片機at89c51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)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(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。

11、驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警4。3.2 具體電路模塊設(shè)計3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖3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(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過fet放大后，經(jīng)過c2，r1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過npn的轉(zhuǎn)化，輸出out為低電平。圖3 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路

12、的設(shè)計如圖4所示為最基本的放大電路，vi是輸入電壓信號，vo是輸出放大的電壓信號。圖4 放大電路圖3.2.3 時鐘電路的設(shè)計xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us5。如圖5所示為時鐘電路。圖5 時鐘電路圖3.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機

13、在時鐘電路工作以后, 在reset端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12mhz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us7。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖6示為復(fù)位電路。圖6 復(fù)位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的rxd的引腳，外接vcc，當(dāng)單片機的rxd引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用8。圖7所示為發(fā)光二極管報警電路。圖7 發(fā)光二極管報警電路圖3.2.6 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個speaker和三極管、電阻接到單片機的txd引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖8示為聲音報警電路。圖8

14、聲音報警電路圖3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計見附圖1所示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： at89c51、熱釋電紅外傳感器、led、按鍵、反相器74ls04、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)位電路等。其中d1是正常工作指示燈，d2d5是起報警指示作用，當(dāng)rxd腳被置低電平時，d2d5亮紅燈開始報警，同樣，txd腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，s1鍵作為模擬盜竊信號輸入鍵, s2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖9所示；系統(tǒng)初始化聲光報

15、警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結(jié)束ynnyyn圖9 主程序工作流程圖3.4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，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。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖10所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)

16、中斷、保護(hù)現(xiàn)場into端有輸入信號關(guān)閉報警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖10 中斷服務(wù)程序工作流程圖仿真過程中用到的主程序和中斷程序見附錄34 軟件仿真本設(shè)計通過利用proteus仿真，將所編寫的程序用keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄1圖所示。由于在proteus軟件中沒有專門用作紅外線發(fā)射與接收的器件，所以在仿真電路圖中以開關(guān)代替紅外器件，其原理和效果是一致的。本設(shè)計所要求達(dá)到的目標(biāo)：（1）在正常工作情況下，電源指示燈綠燈亮。（2）在接收到開關(guān)s1帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由亮變暗，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈亮一直亮產(chǎn)生報警信號。并且報警喇叭一直響，持續(xù)10秒后紅燈滅，喇叭停止報警，電

17、源指示燈綠燈亮。（3）在報警過程中，外部中斷開關(guān)s2可使警報解除。5 總結(jié)本設(shè)計研究了一種基于單片機技術(shù)的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以at89c51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內(nèi)部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單

18、、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。在利用proteus軟件仿真過程中，出現(xiàn)了很多的問題，初次接觸這個軟件，一點都不熟悉，很多知識都是用的時候在網(wǎng)上找的，或者查資料得出的。對于器件庫中的元件的性能不熟悉，不如說是最常用的電容器就有好多種，并不了解我們需要的是哪一個，而且電容的種類那么多，很難一次性選擇正確。再者就是本圖中所用的三極管放大器，由于是從單片機的輸出端來導(dǎo)通三極管，所以也要選擇功率很小的器件，這樣單片機才能驅(qū)動。這一點也是慢慢領(lǐng)悟出來的。仿真圖畫好之后，雖然整體看起來線條連接都

19、很可靠，但是有的地方還是“接觸不良”，所以還要認(rèn)真排查，解決問題。電路圖畫好之后就是裝入程序進(jìn)行仿真。我們的程序也有一些問題，開始時中斷程序似乎不起作用，然后查了很多資料，找老師幫忙，最終問題還是解決了。用keil軟件編譯好程序后載入，滿足設(shè)計的要求，我們小組充分感受到團(tuán)隊合作重要性和自主克服困難的喜悅。通過本次的單片機課程設(shè)計，我們不僅掌握了硬件電路設(shè)計的基本步驟和方法，還認(rèn)真的回顧了匯編語言編程方面的知識。將我們所學(xué)的知識應(yīng)用于生活實踐中。真正的做到了學(xué)以致用的效果。同時也鍛煉了我們小組每位成員的動手能力，加強了團(tuán)隊合作的意識和能力。大家都是受益匪淺。6 參考文獻(xiàn) 1 吳政江. 單片機控制

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21、6.8 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）m. 北京: 高等教育出版社, 2004.9胡志海.單片微型計算機原理及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，200310何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編. 8北京航空航天大學(xué)出版社，200011潘永雄. 單片機實驗與實踐. 電子工業(yè)出版社，200512李光飛. 傳感器技術(shù)與應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，200613朱清慧. proteus教程電子線路設(shè)計、制版與仿真. 清華大學(xué)出版社，2008.14郭文川.單片機原理與接口技術(shù).中國農(nóng)業(yè)出版社.2007致謝 通過一周的單片機課程設(shè)計，我不僅學(xué)到了很多新的電路設(shè)計知識，擴大了自己的知識面，而且學(xué)到了如何將理論知識與實際應(yīng)用相

22、結(jié)合。這將是我以后學(xué)習(xí)工作的最寶貴一筆財富，終身受益。在設(shè)計過程中，難免會有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，我想這個設(shè)計不會完成的這么順利。在我設(shè)計的每個階段從查閱資料到設(shè)計方案的確定和修改，老師和同學(xué)們都給了我很大的幫助。首先感謝這次設(shè)計的指導(dǎo)教師王老師，老師淵博的知識，認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，平易近人的態(tài)度讓我受益匪淺，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及給我的詳細(xì)的修改意見都讓我有很大的收獲，他教給我買的不僅是知識還有待人處事的積極態(tài)度，在此，向王老師表示最衷心的感謝和最誠摯的敬意。其次還要感謝和我一起設(shè)計的同學(xué)們，在我的論文寫作過程中他們提出了很多的建設(shè)性意見，并給了我很多的

23、啟發(fā)，使我的論文能夠順利的完成。在這里，謝謝你們真心的幫助。最后，再一次的感謝王老師和同學(xué)們，在他們的幫助下我少走了很多的彎路，使我能夠順利的完成設(shè)計，謝謝!附錄1 電路圖設(shè)計與仿真附錄2 pcb版電路圖（立體圖與電路板）附錄3 設(shè)計編程程序1. 主程序清單如下： org 0000h ljmp main org 0003h ljmp pint0 org 000bh ljmp tint org 0200hmain: mov ie,#81h ;cpu開放中斷，int0允許中斷 setb it0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 mov sp,#30h ;指針入口地址 setb p3.0 clr p3.1 mov p1,#0ffh ;使p1口全部置1 mov p2,#00h ;p2口清零 clr p1.2 lp: jnb p1.0,la ;監(jiān)測輸入信