基于單片機的紅外防盜系統(tǒng)畢業(yè)論文_圖文

1、畢業(yè)設計基于單片機的紅外無線防盜系統(tǒng)學生承諾書本人鄭重承諾:所呈交的畢業(yè)設計是本人在導師的悉心指導下獨立進行研究所得的成果。除了文中已用特別標志加以標記的引述內容之外,本論文不含任何其它個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。對本文研究做出過重要貢獻的個人和集體,均以在文中的致謝部分以明確的方式表明。本人完全可以對本設計的真實性負責。簽名:日期:摘要隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術正在不斷地發(fā)展。與此同時,紅外技術已經(jīng)成為先進科學技術的重要組成部分。由于紅外線是不可見光,因此用它進行紅外探測監(jiān)控,具有良好的隱蔽性,白天和黑夜均能使用,而且其抗干擾能力強。本文基于AT89

2、C52單片機設計了紅外無線防盜報警系統(tǒng),介紹了紅外線防盜系統(tǒng)的基本原理、組成框圖,簡單地敘述了紅外技術的發(fā)展及應用,描述了各項元器件的原理及構造,并繪制了電路原理圖。本文還細致地描述了利用單片機控制的軟件流程、程序設計及調試,并做出實物驗證系統(tǒng)的準確性及故障原因分析。本防盜報警系統(tǒng)利用單片機控制技術,自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內的侵入行為,產生報警信號。一旦發(fā)生突發(fā)事件,就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行陌l(fā)出報警信號,使于迅速采取應急措施。關鍵詞:紅外探測單片機聲光報警目錄學生承諾書. I 目錄. III 前言. III 1 緒論. (11.1 課題背景 (11.2 目的和意義 (21.3 發(fā)

3、展現(xiàn)狀及趨勢 (22 紅外探測技術 (42.1 紅外線輻射原理 (42.2 紅外探測器的選擇 (43 紅外無線防盜系統(tǒng)主要元器件介紹 (63.1 單片機AT89C52 (63.2 LCD1602液晶 (73.3 HC-SR501紅外熱釋電傳感器 (93.4 NRF24L01+無線數(shù)傳模塊 (124 紅外無線防盜系統(tǒng)硬件電路設計 (154.1 現(xiàn)場紅外檢測發(fā)送端設計 (154.2 控制室無線接收端設計 (185 紅外無線防盜系統(tǒng)軟件設計 (205.1 紅外檢測發(fā)送端軟件設計 (205.2 無線接收端軟件設計 (216 實驗結論與故障分析 (226.1 實驗結論 (226.2 故障分析 (24參考

4、文獻 (25Abstract (26附錄. 錯誤!未定義書簽。附錄一程序清單. 錯誤!未定義書簽。附錄二電路原理圖 (27致謝 (30前言科技發(fā)展到今天,人們的生活中涌現(xiàn)出各種各樣的科技產品,各種各樣的電子產品更是花樣百出、遍及人們生活中的每一部分。現(xiàn)在人們更是感覺到了科技給人們帶來的巨大發(fā)展,科學技術作為第一生產力,在人類社會的發(fā)展中起了很大的推動作用。人類從原始向先進的發(fā)展都伴隨著科學的發(fā)展,從原始的手工到現(xiàn)在的智能控制都是科技發(fā)展的結果。先進的科技能減輕人體勞動量、能更合理地利用時間完成任務,可以說科技的微小發(fā)展都會給人類帶來很大的好處。當代生活中的人們越來越感覺到了社會的飛躍發(fā)展,科技

5、的飛速發(fā)展給人們很多實惠、生活、學習、工作中都滲透著科技,都能明顯地感受到它發(fā)展地威力。安全防范技術是以電子技術為主體的一門綜合性技術。它的特點是靈敏度高、反映迅速、具有極高的準確性、可靠性、客觀性及時間上的連續(xù)性。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展,社會安全保障的需要,電子報警這門綜合技術也在不斷地發(fā)展。有一個安定、和諧的家庭氛圍和社會氣息是人們的基本要求,在無人看守的家庭、銀行、倉庫、商店、重要財經(jīng)部門等一些重要的部門實施自動監(jiān)測報警的要求就變得更必要、更重要了,它會使家庭、銀行等重要部門的財產免受損失。針對這一要求人們研制了一系列自動報警系統(tǒng)。如有門磁式、觸摸式、紅外線監(jiān)測等自動報警系統(tǒng),報警器為人們解

6、決了不少問題.但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司財政機構。由于紅外線是不見光,有很強的隱蔽性和保密性,因此用它作防盜監(jiān)控報警器,具有良好的隱蔽性,白天和黑夜均能使用,而且抗干擾能力強。防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術,自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內的侵入行為,產生報警信號,并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位,顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發(fā)生突發(fā)事件,就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點,使于迅速采取應急措施。本文基于AT89C52單片機設計了無線紅外防盜報警系統(tǒng)。1緒論隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們對防盜、防劫、防火保安設備的需求量大

7、大增加。針對偷盜、搶劫、火災、煤氣泄漏等事故進行檢測和報警的系統(tǒng),其需求也越來越高。本設計運用單片機技術設計了一款新穎紅外線防盜報警器。而本設計中的輸入部分主要是紅外線傳感器。不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為,不同作用的傳感器,也可檢測出不同類型的情況。本章節(jié)主要介紹了本設計的選題背景、目的意義、解決方法。1.1 課題背景單片機現(xiàn)在已越來越廣泛地應用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領域,可以說單片機的應用已滲透到人類的生活、工作的每一個角落,這說明它和我們每個人的工作、生活密切相關,也說明我們每個人都有可能和有機會利用單片機去改造你身邊的儀器、產品、工作與生活環(huán)境1。紅外技術已

8、經(jīng)成為先進科學技術的重要組成部分,它在各領域都得到廣泛的應用。由于它是不可見光,因此用它做防盜報警監(jiān)控器,具有良好的隱蔽性,白天黑夜均可使用,而且抗干擾能力強。這種監(jiān)控報警裝置廣泛應用于博物館、單位要害部門和家庭的防護。通常紅外線發(fā)射電路都是采用脈沖調制式。紅外接收電路首先將接收到的紅外光轉換為電信號,并進行放大和解調出用于無線發(fā)射電路的調制信號。當無人遮擋紅外光時,鎖相環(huán)輸出低電平,報警處于監(jiān)控狀態(tài);一旦有人闖入便遮擋了紅外光,則鎖相環(huán)失鎖,輸出高電平,驅動繼電器接通無線發(fā)射電路,監(jiān)控室便可接收到無線報警信號,并可區(qū)分報警地點。當我們考慮的范圍廣一點:若是在小區(qū)每一住戶內安裝防盜報警裝置。當

9、住戶家中無人時,可把家庭內的防盜報警系統(tǒng)設置為布防狀態(tài),當竊賊闖入時,報警系統(tǒng)自動發(fā)出警報并向小區(qū)安保中心報警。周界報警系統(tǒng):在小區(qū)的圍墻上設置主動紅外對射式探測器,防止罪犯由圍墻翻入小區(qū)作案,保證小區(qū)內居民的生活安全。有的防盜報警系統(tǒng)還連有上位機。將探測器發(fā)回的現(xiàn)場信號按防區(qū)的類型與主機的工作狀態(tài)(布防、撤防作出邏輯判斷,進而發(fā)出報警。一個防盜系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在報警主機的功能上2。1.2 目的和意義隨著社會的不斷進步和科學技術不斷發(fā)展,人們生活水平得到很大的提高,對私有財產的保護手段在不斷的增強,對防盜設施的智能化提出了新的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系

10、統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎上進行了很大的改進,由于使用了單片機做信號處理器,不但可以用于單一的住宅區(qū),也可以用于較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)。它的工作性能好,不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象,安全可靠。在我國,目前市面上報警器主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器開關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,但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。本系統(tǒng)采用了人體熱釋電紅外傳感器,在人體探測器領域中,被動式熱釋電紅外探測器因其價格低廉、制作簡單、成本低,安裝比較方便,防盜性能比較穩(wěn)定,靈敏度高、安全可靠等特點,備受廣大家庭用戶的歡迎。而且防盜器安裝隱蔽,不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。1.3 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢目前,國內市場上的

11、防盜報警系統(tǒng)大部分是國外品牌,如:早期的美國安定保、C&K、日本艾禮富、以色列EL等,近幾年進入中國市場的加拿大楓葉、德國博世、美國GE等,這些廠商無論是在資金和技術上,都具備很強的優(yōu)勢,對國內廠商的發(fā)展形成巨大的競爭壓力;國內防盜報警產品廠商發(fā)展時間比較短,真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后,特別是在2004年國內有些廠商迅速成長,投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴大。但是與國外廠商相比還有很大差距?，F(xiàn)階段,大部分工程商安裝防盜報警產品時傾向于國外品牌,其中,安裝的國外產品主要來自美國、日本和韓國,這三個國家的產品占據(jù)我國報警市場的近80%的市場份額。這主要是因為,在產品供給市場上,絕大部

12、分國外品牌來自美國和日韓,防盜報警產品在這些國家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟,產品功能穩(wěn)定、性能完善,再加上進入我國是時間較早,所以在我國市場上占有相當大的份額?，F(xiàn)階段國內使用的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射和接收以及微波等技術為基礎。而這里所涉及的被動式報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電傳感器。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,并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?同時它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。隨著國家智能化小區(qū)建設的推廣,防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設備。利用單片機控制技術和無線網(wǎng)絡技術,開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng),并開發(fā)相關的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)

13、傳輸方式,不需重新布線,特別適用于已裝修用戶及布線不方便的場合?，F(xiàn)在的產品普遍要求體積小、重量輕,這就要求單片機除了功能強和功耗低外,還要求其體積要小。現(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式,其中SMD(表面封裝越來越受歡迎,使得由單片機構成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展3。2紅外探測技術2.1 紅外線輻射原理紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種,由德國科學家霍胥爾于1800年發(fā)現(xiàn),又稱為紅外熱輻射,他將太陽光用三棱鏡分解開,在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計,試圖測量各種顏色的光的加熱效應。結果發(fā)現(xiàn),位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。紅外線具有:1.有熱效應;2.穿透云霧的能力強。因此得到結論

14、:太陽光譜中,紅光的外側必定存在看不見的光線,這就是紅外線。也可以當作傳輸之媒界。太陽光譜上紅外線的波長大于可見光線,波長為0.751000m。在某些應用現(xiàn)場,檢測器要接觸被測物是不實際或者是不可能的。而紅外檢測器可以在短時間內遠距離測量溫度,因此在某些情況下它是非常實用的。輻射原理:所有的物體都是由不斷震動的原子構成的,高能量的原子震動頻率越高。所有微粒的震動,包括這些原子,生成電磁波譜。物體的溫度越高,它的震動就越快,因此光譜的輻射能量就越高。結果,所有物體都不停的以自身的波長頻率向外輻射,而其波長和頻率又取決于物體自身的溫度和它的光譜比輻射率。目標物越小,你就應該靠它更近一些。當目標物的

15、直徑很小時,那么將溫度計靠目標物近一些就顯得很重要,這樣可以確保只是在測量該目標物,而不包括周圍環(huán)境4。2.2 紅外探測器的選擇紅外探測器是一種輻射能轉換器,主要用于將接收到的紅外輻射能轉換為便于測量或觀察的電能,熱能等其它形式的能量。在室溫條件下,任何物品均有輻射。溫度越高的物體,紅外輻射越強。人是恒溫動物,紅外輻射也最為穩(wěn)定。我們之所以稱為被動紅外,即探測器本身不發(fā)射任何能量而只被動接收、探測來自環(huán)境的紅外輻射。探測器安裝后數(shù)秒鐘已適應環(huán)境,在無人或動物進入探測區(qū)域時,現(xiàn)場的紅外輻射穩(wěn)定不變,一旦有人體紅外線輻射進來,經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產生突變電信號,而發(fā)出警報。被動紅外入侵探測

16、器形成的警戒線一般可以達到數(shù)十米。被動式紅外探測器主要由光學系統(tǒng)、熱傳感器(或稱為紅外傳感器及報警控制器等部分組成。其核心是紅外探測器件通過關學系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內的熱輻射的變化。紅外傳感器的探測波長范圍是814m,人體輻射的紅外峰值波長約為10m,正好在范圍以內。紅外光穿透力差,在防范區(qū)內不應有高大物體,否則陰影部分有人走動將不能報警,不要正對熱源和強光源,特別是空調和暖氣。否則不斷變化的熱氣流將引起誤報警。主動紅外探測器由紅外發(fā)射機、紅外接收機和報警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學系統(tǒng)一般采用的是光學透鏡,起到將紅外光束聚焦成較細的平行光束的作用,以使紅外光的能量能

17、夠集中傳送。紅外光在人眼看不見的光譜范圍,有人經(jīng)過這條無形的封鎖線,必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端輸出的電信號的強度會因此產生變化,從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號。主動式紅外探測器遇到小動物、樹葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應報警,人或相當體積的物品遮擋將發(fā)生報警。由于光束較窄,收發(fā)端安裝要牢固可靠,不應受地面震動影響,而發(fā)生位移引起誤報,光學系統(tǒng)要保持清潔,注意維護保養(yǎng)。因此主動式探測器所探測的是點到點,而不是一個面的范圍。其特點是探測可靠性非常高。但若對一個空間進行布防,則需有多個主動式探測器,價格昂貴。主動式探測器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉庫的門窗封鎖、購物中心的通

18、道封鎖、停車場的出口封鎖、家居的陽臺封鎖等等。綜上所述,結合本系統(tǒng)的設計目的和各種紅外探測器的特點,本系統(tǒng)選用的是被動式紅外探測器。具體的選用哪種紅外傳感器將在下文介紹。3紅外無線防盜系統(tǒng)主要元器件介紹3.1 單片機AT89C52AT89C52是美國ATMEL公司生產的低電壓,高性能CMOS 8位單片機,片內含8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產,與標準MCS-51指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容,片內置通用8位中央處理器(CPU和Flash存儲單元,功能強大AT89C52單

19、片機適合于許多較為復雜控制應用場合567。AT89C52提供以下標準功能:8K字節(jié)Flash內存,256字節(jié)內部RAM,32個I/O口, 3個16位定時計數(shù)器一個6向量2級中斷結構,一個全雙工串口,片內振蕩器及時鐘電路。同時,AT89C52可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作,但允許RAM,定時/計數(shù)器,串行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。主要性能:(1 與MCS-51產品指令和引腳完全兼容;(2 8k字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器;(3 1000次擦寫周期;(4 全

20、靜態(tài)操作:0Hz-24MHz ;(5 三級加密程序存儲器;(6 2568字節(jié)內部RAM;(7 32個可編程I/O口線;(8 3個16位定時/計數(shù)器;(9 8個中斷源;(10 可編程串行UART通道;(11 低功耗空閑和掉電模式;本系統(tǒng)選用AT89C52單片機主要是因為AT89C52單片機的內存是最為適合的,8K 的內存可以滿足系統(tǒng)程序的存儲,又不至于過大而造成浪費。3.2 LCD1602液晶如圖3-1所示,1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個57或者511等點陣字符位組成,每個點陣字符位都可以顯示一個字符,每位之間有一個點距的間

21、隔,每行之間也有間隔,起到了字符間距和行間距的作用,市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶8。 圖3-1 LCD1602液晶 圖3-2 555時基電路的電路結構和引腳圖如圖3-2所示,1602采用標準的16腳接口,其中:第1腳:VSS為電源地第2腳:VCC接5V電源正極第3腳:V0為液晶顯示器對比度調整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會產生“鬼影”,使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳:RS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選

22、擇指令寄存器。第5腳:RW為讀寫信號線,高電平(1時進行讀操作,低電平(0時進行寫操作。第6腳:E(或EN端為使能(enable端,高電平(1時讀取信息,低電平時執(zhí)行指令。第714腳:D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳:空腳或背燈電源。15腳背光正極,16腳背光負極。1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器(CGROM已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等,每一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H,顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”。因為1602

23、識別的是ASCII碼,試驗可以用ASCII碼直接賦值,在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值,如A。以下是1602的16進制ASCII碼表地址: 圖3-3 1602 ASCII碼表地址讀的時候,先讀左邊那列,再讀上面那行,如:#號的ASCII為0x23,字母Q的ASCII 為0x51(前面加0x表示十六進制。3.3 HC-SR501紅外熱釋電傳感器HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊,采用德國原裝進口LHI778 探頭設計,靈敏度高,可靠性強,超低電壓工作模式,廣泛應用于各類自動感應電器設備,尤其是干電池供電的自動控制產品9。電氣參數(shù)如表3-1所示:表3-1 HC-SR501電氣

24、參數(shù)產品型號HC-SR501人體感應模塊工作電壓范圍直流電壓4.5 20V靜態(tài)電流 50uA電平輸出高3.3V/低0V觸發(fā)方式L不可重復觸發(fā)/H重復觸發(fā)延時時間0.5200S(可調可制作范圍零點幾秒到幾十秒封鎖時間 2.5S(默認可制作范圍零點幾秒到幾十秒電路板外形尺寸32mm24mm感應角度 100度錐角工作溫度-15 70度感應透鏡尺寸直徑:23mm(默認1、全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平,人離開感應范圍則自動延時關閉高電平,輸出低電平。2、光敏控制(可選擇,出廠時未設可設置光敏控制,白天或光線強時不感應。3、溫度補償(可選擇,出廠時未設:在夏天當環(huán)境溫度升高至3032,探測距離

25、稍變短,溫度補償可作一定的性能補償。4、兩種觸發(fā)方式:(可跳線選擇a、不可重復觸發(fā)方式:即感應輸出高電平后,延時時間段一結束,輸出將自動從高電平變成低電平;b、可重復觸發(fā)方式:即感應輸出高電平后,在延時時間段內,如果有人體在其感應范圍活動,其輸出將一直保持高電平,直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?感應模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段,并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點。5、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S 封鎖時間:感應模塊在每一次感應輸出后(高電平變成低電平,可以緊跟著設置一個封鎖時間段,在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現(xiàn)“感應輸出時間”

26、和“封鎖時間”兩者的間隔工作,可應用于間隔探測產品;同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒幾十秒鐘。6、工作電壓范圍寬:默認工作電壓DC4.5V20V。7、微功耗:靜態(tài)電流50 微安,特別適合干電池供電的自動控制產品。8、輸出高電平信號:可方便與各類電路實現(xiàn)對接。其感應范圍如圖3-4所示。 圖3-4 HC-SR501模塊感應范圍1. 感應模塊通電后有一分鐘左右的初始化時間,在此期間模塊會間隔地輸出0-3 次,一分鐘后進入待機狀態(tài)。2. 應盡量避免燈光等干擾源近距離直射模塊表面的透鏡,以免引進干擾信號產生誤動作;使用環(huán)境盡量避免流動的風,風也會對感應器造成干擾

27、。3. 感應模塊采用雙元探頭,探頭的窗口為長方形,雙元(A 元B 元位于較長方向的兩端,當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值,差值越大,感應越靈敏,當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時,雙元檢測不到紅外光譜距離的變化,無差值,因此感應不靈敏或不工作;所以安裝感應器時應使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行,保證人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應。為了增加感應角度范圍,本模塊采用圓形透鏡,也使得探頭四面都感應,但左右兩側仍然比上下兩個方向感應范圍大、靈敏度強,安裝時仍須盡量按以上要求。3.4 NRF24L01+無線數(shù)傳模塊NRF24L01+是挪威N

28、ordicVLSI公司出品的一款新興射頻收發(fā)器件,采用4mmX4mmQFN20封裝。NRF24L01+工作在ISM頻段:2.42.524GHz。且內置頻率合成器、功率放大器調制器等。并融合增強行shockbrust技術,其中地址、輸出功率、通信頻道可通過程序進行配置,適用于多機通訊。NRF24L01+功耗很低在以-6DB功率發(fā)射時,工作電流只有9mA;而對應接收機的工作電流只有12.3mA,多種低功率模式是節(jié)能設計更加方便。NRF24L01+在業(yè)界領先的低功耗特點是其特別適合于紐扣電池的2.4G低功耗應用,整個解決方案包括鏈路層和MultiCeiver功能,提供了比現(xiàn)有NRF24XX更多的功能

29、和更低的消耗,與目前的藍牙技術相比在提供更高的速率的同時,只需消耗更小的功耗。NRF24L01+與NRF24L01兼容,同時增加250Kbps低速功能10。NRF24L10+模塊特性如表3-2所示:表3-2 NRF24L10+模塊特性發(fā)射數(shù)據(jù)時,首先將NRF24L01+配置為發(fā)射模式:接著把接收節(jié)點地址TX_ADDR 和有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時序由SPI口寫入NRF24L01+緩存區(qū),TX_PLD必須在CSN 為低時連續(xù)寫入,而TX_ADDR在發(fā)射時寫入一次即可,然后CE置為高電平并保持至少10s,延遲130s后發(fā)射數(shù)據(jù);若自動應答開啟,那么NRF24L01+在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進入接收模式,接

30、收應答信號(自動應答接收地址應該與接收節(jié)點地址TX_ADDR一致。如果收到應答,則認為此次通信成功,TX_DS置高,同時TX_PLD從TX FIFO中清除;若未收到應答,則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟,若重發(fā)次數(shù)(ARC達到上限, MAX_RT置高,TX FIFO中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā);MAX_RT或TX_DS置高時,使IRQ 變低,產生中斷,通知MCU。最后發(fā)射成功時,若CE為低則NRF24L01+進入空閑模式1;若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且CE為高,則進入下一次發(fā)射;若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且CE為高,則進入空閑模式2。接收數(shù)據(jù)時,首先將NRF24L01+配置為接收模式,接著延遲130s進入接收狀

31、態(tài)等待數(shù)據(jù)的到來。當接收方檢測到有效的地址和CRC時,就將數(shù)據(jù)包存儲在RX FIFO中,同時中斷標志位RX_DR置高,IRQ變低,產生中斷,通知MCU去取數(shù)據(jù)。若此時自動應答開啟,接收方則同時進入發(fā)射狀態(tài)回傳應答信號。最后接收成功時,若CE變低,則NRF24L01+進入空閑模式1。在寫寄存器之前一定要進入待機模式或掉電模式。SPI口為同步串行通信接口,最大傳輸速率為10 Mb/s,傳輸時先傳送低位字節(jié),再傳送高位字節(jié)。但針對單個字節(jié)而言,要先送高位再送低位。與SPI相關的指令共有8個,使用時這些控制指令由NRF24L01+的MOSI輸入。相應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息是從MISO輸出給MCU。NRF24

32、L0l+所有的配置字都由配置寄存器定義,這些配置寄存器可通過SPI口訪問。NRF24L01+ 的配置寄存器共有25個,常用的配置寄存器如表3-3所示。表3-3常用配置寄存器0A0F RX_ADDR_P0P5 設置接收通道地址10 TX_ADDR 設置接收接點地址1116 RX_PW_P0P5 設置接收通道的有效數(shù)據(jù)寬度NRF24L01的封裝及引腳排列如圖3-5所示: 圖3-5 NRF24L01+模塊引腳分布CE:使能發(fā)射或接收;CSN,SCK,MOSI,MISO:SPI引腳端,微處理器可通過此引腳配置NRF24L01: IRQ:中斷標志位;VDD:電源輸入端;VSS:電源地;XC2,XC1:晶

33、體振蕩器引腳;VDD_PA:為功率放大器供電,輸出為1.8 V;ANT1,ANT2:天線接口;IREF:參考電流輸入。通過配置寄存器可將NRF241L01+配置為發(fā)射、接收、空閑及掉電四種工作模式,如表3-4所示。表3-4 NRF24L01+ 模塊工作模式模式PWR_UP PRIM_RX CE FIFO寄存器狀態(tài)接收模式 1 1 1 -發(fā)射模式 1 0 1 數(shù)據(jù)在TX FIFO 寄存器中發(fā)射模式 1 0 10停留在發(fā)送模式,直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式2 1 0 1 TX FIFO 為空待機模式1 1 - 0 無數(shù)據(jù)傳輸?shù)綦? - - -4紅外無線防盜系統(tǒng)硬件電路設計4.1 現(xiàn)場紅外檢測發(fā)送端設計

34、圖4-1現(xiàn)場紅外檢測端硬件原理圖時鐘電路是用來產生AT89C52單片機工作時所必須的時鐘信號,AT89C52本身就是一個復雜的同步時序電路,為保證工作方式的實現(xiàn),AT89C52在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作,時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式:內部時鐘和外部時鐘。圖4-2系統(tǒng)時鐘單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其它功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài), 并從這個狀態(tài)開始工作。其主要功能是:把程序計數(shù)器PC值初始化,使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時,也需要復位來重新啟動單片機。復位電路作用非常重要。一個單片機

35、系統(tǒng)能否復正常運行,首先要確保是否能成功復位。復位分為上電復位和手動復位。a上電自動復位是通過外部復位電路電容充電實現(xiàn)的。只要電源的上電時間不超過1ms,即可實現(xiàn)自動上電復位,所以接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。b按鍵手動復位分為電平方式和脈沖方式。本次設計中,我采用了按鍵電平復位方式的復位電路,同時選用晶振值為:8M Hz,將電阻值分別定為10K,電容值為100F,這樣,這樣復位信號高電電平持續(xù)時間大于2個機器周期,保證使系統(tǒng)正常運行。系統(tǒng)復位電路如圖4-3示:圖4-3系統(tǒng)復位電路傳感器模塊采用HC-SR501,共三個引腳,分別為電源VCC,信號輸出端OUT,地GND。信號輸出端與單片機P

36、3.4口直接相連,單片機通過檢測P3.4口的電平高低判斷傳感器是否檢測到闖入行為,傳感器與系統(tǒng)連接如圖4-4所示。圖4-4 紅外熱釋電傳感器連接圖系統(tǒng)數(shù)傳模塊采用挪威NordicVLSI公司出品的新興射頻收發(fā)器件NRF24L01+,傳模塊具有收發(fā)功耗低,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠的特點。模塊共有8個引腳: MISO,MOSI,SCK,CE,CSN,IRQ,VCC,GND;其中前六個數(shù)據(jù)信號引腳分別連接但片機的P1.5,P1.1,P1.6,P1.7,P1.2,P1.0。單片機通過操控這六個引腳的電平時序,驅動此無線數(shù)傳模塊報警數(shù)據(jù)的發(fā)送,具硬件體連接如下圖4-5所示。圖4-5NRF24L01+無線數(shù)傳模塊

37、連接圖4.2 控制室無線接收端設計無線防盜系統(tǒng)控制室接收端硬件原理圖如下圖4-6所示。 圖4-6無線防盜系統(tǒng)控制室接收端硬件原理圖系統(tǒng)接收到現(xiàn)場紅外檢測端發(fā)送的無線報警信號后,便會在LCD1602液晶上顯示相應報警信息,同時驅動蜂鳴器報警。 圖4-7 LCD1602液晶顯示電路設計系統(tǒng)控制室監(jiān)控端設計有蜂鳴器組成的聲音報警裝置,采用PNP三極管8550驅動。在接收到單片機發(fā)來的報警信息后隨即驅動蜂鳴器報警,提醒監(jiān)控人員。蜂鳴器報警電路如圖4-8所示。圖4-8 蜂鳴器報警電路在收到無線報警信號并作出相應報警動作,監(jiān)控人員前往排查并消除安全隱患后,通過此報警解除按鍵便可解除報警狀態(tài),控制室監(jiān)控系統(tǒng)

38、接收端重新回到初始正常狀態(tài)。相關電路如圖4-9所示。圖4-9 報警狀態(tài)解除按鍵電路設計5紅外無線防盜系統(tǒng)軟件設計5.1 紅外檢測發(fā)送端軟件設計本設計在完善的硬件電路設計基礎上有針對性的編寫了相應的代碼程序,軟硬件配合很好的實現(xiàn)了基于單片機的無線防盜系統(tǒng)設計1213。程序主要流程圖如圖5-1所示。 圖5-1 現(xiàn)場紅外檢測發(fā)送端軟件流程圖5.2 無線接收端軟件設計監(jiān)控室無線接收端程序開始先初始化NRF24L01+無線數(shù)傳模塊,完成其寄存器,數(shù)。程序主要流程圖如圖5-2所示。 圖6-2 控制室接收端軟件設計流程圖6實驗結論與故障分析6.1 實驗結論本文結合多種電子元件與技術,設計并實現(xiàn)了一套實時、全

39、面、科學的基于X5045的51單片機保護系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件部分包括電源電路、單片機系統(tǒng)和聲光報警電路,該系統(tǒng)用紅外熱釋電傳感器進行檢測,探測信號采用脈沖信號,節(jié)能且抗干擾;當檢測到有人闖入時就由P3.4口輸出高電平間信號,單片機通過采集此端口信號經(jīng)行報警甄別,從而驅動無線數(shù)傳模塊發(fā)送報警信號。接收端通過NRF24L01+無線模塊接收報警信號,并對報警信息通過LCD1602液晶予以顯示,同時伴以蜂鳴器報警,很好的完成了現(xiàn)場紅外防盜檢測與監(jiān)控室監(jiān)控端報警功能,達到設計要求。實物如圖6-1,圖6-2所示。 圖6-1 紅外檢測發(fā)送端實物 圖6-2 無線接收端實物6.2 故障分析本設計達到基本防盜報警功能

40、,但由于本身開發(fā)設計的經(jīng)驗不足,沒有全面考慮問題,致使系統(tǒng)還存在一些缺陷。這部分問題主要表現(xiàn)在焊點有虛焊、毛刺現(xiàn)象和引腳接觸不良而引起斷電現(xiàn)象。還有未能考慮到由于環(huán)境噪擾引起的誤報警,程序沒有做到最優(yōu),所以還存在一些故障。需要完整版請加Q1368834889 論文,程序,電路圖,實物,ppt參考文獻1張鑫等,單片機原理及應用M.電子工業(yè)出版社,2006.2張齊等.單片機應用系統(tǒng)設計技術,電子工業(yè)出版社,2004.3陳育彬,防盜系統(tǒng)發(fā)展概述.電子工業(yè)出版社,20104王汝琳,王詠濤.紅外檢測技術M.化學工業(yè)出版社,2006.5伊念東.單片機基礎實用教程M.中國地質大學出版社,2005.6張鑫.單

41、片機原理及應用(M.北京:電子工業(yè)出版社,2008.7樓然苗,李光飛.單片機課程設計指導M. 北京:航空航天大學出版社,2007.8馬群剛.TFT-LCD原理與設計. 電子工業(yè)出版社,2011.9唐文彥.傳感器M.哈爾濱工業(yè)大學,2007.10魏群.怎樣選用無線電電子元器件M.人民郵電出版社,2002.11趙志剛,吳海彬.Protel DXP實用教程M.北京:北京交通大學出版社,2007.12胡偉,季曉衡.單片機C程序設計及應用實例M.北京:人民郵電出版社,2003.13馬忠梅,籍順心,張凱等.單片機的C語言應用程序設計M.北京:北京航空航天大學出版社, 2001The Infrared An

42、ti-theft Security System Base on Microcomputer AbstractAlong with the development of national economy, social security needs, electronic alarm this comprehensive technology is developing. And at the same time, infrared technology has become the important part of advanced science and technology. Due to the infrared is not visible light, and use it for infrared detection monitoring, has the good concealment, day and night, and all can use its anti-interference ability.This design was based on this, design the active and