基于單片機控制的紅外報警器的設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計.doc

.摘要 隨著我國社會與經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對區(qū)域治安環(huán)境以及安全防范的要求也越來越高，同現(xiàn)代化技術(shù)高度發(fā)展的今天，犯罪更趨智能化，手段更隱蔽，所以保證區(qū)域安全必須從運用現(xiàn)代化的防盜報警技術(shù)。 本文將系統(tǒng)介紹一種采用新的先進的紅外線對射感應(yīng)模塊和人體紅外探測裝置制作而成的紅外監(jiān)控系統(tǒng)，由于它是利用人眼不可見的紅外光束，組成無線監(jiān)控區(qū)域，所以具有極強的保密性和可靠性。本系統(tǒng)除用于倉庫、門窗、圍墻、柵欄防盜報警外，也可用于其他需要監(jiān)控的場合。 本文在緒論中首先介紹綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展、特點、功能及紅外監(jiān)控的相關(guān)知識。第二章中介紹了系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識和軟件、硬件的具體設(shè)計方案。在第三章中將重點介紹硬件、軟件的安裝調(diào)試過程及系統(tǒng)調(diào)試的結(jié)果。最后我們在結(jié)束語中談?wù)勏到y(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點、缺點及本次設(shè)計的心得收獲。關(guān)鍵詞:紅外傳感器、單片機、數(shù)據(jù)采集、報警電路Abstract With the development of society the economy of our country, the living standards of the people are improving constantly, peoples requisition for regional public security environment and safe precaution is higher and higher, at the same time today when modernized technological high develop, the crime is more intelligent, the means is concealed even more, so guarantee the security of the area must use the modernized warning technology of guarding against theft. This text introduce infrared monitoring system that adopt new advanced infrared ray module, because the infrared light beam of utilizing out of the human eye can see, make up and control the area wireless so have extremely strong privacy and dependability. The text introduces the development, characteristic, function and infrared relevant knowledge that control of the comprehensive monitoring system at first in the introduction. Chapter two among last whom system design we it is relevant knowledge, softwares, design plans not concrete of hardwares. We finally talk about advantage, shortcoming, the gains that design that system design reapamong conclusion. Key word ：infrared sensor、 SCM、data collection、 alarm circuit目 錄1.緒 論11.1課題背景11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3設(shè)計任務(wù)與要求22.紅外報警器系統(tǒng)總體設(shè)計32.1 系統(tǒng)概述32.2主要器件介紹42.2.1熱釋電紅外傳感器概述42.2.2 AT89C51 單片機概述82.3 總體設(shè)計143.紅外報警器系統(tǒng)硬件設(shè)計163.1 信號檢測與放大電路163.1.1電路實現(xiàn)功能163.1.2電路圖圖2-1信號檢測與放大電路163.1.3電子元件介紹173.2 LED顯示電路173.2.1電路實現(xiàn)功能173.2.2電路圖173.2.3電路元件介紹183.2.4電路實現(xiàn)原理183.3 報警執(zhí)行電路183.3.1電路實現(xiàn)功能183.3.2電路圖183.3.3電路元件介紹193.3.4電路實現(xiàn)原理203.4手工暫停203.4.1電路實現(xiàn)功能203.4.2電路圖203.4.3電路工作原理213.5單片機控制晶振與復(fù)位電路213.5.1電路實現(xiàn)功能213.5.2電路圖213.5.3 電路元器件介紹213.6系統(tǒng)工作原理234.紅外報警器系統(tǒng)軟件設(shè)計244.1軟件設(shè)計介紹244.2 主程序設(shè)計244.2.1實現(xiàn)功能244.2.2流程圖244.3定時中斷程序設(shè)計264.3.1實現(xiàn)功能264.3.2 10s定時流程圖264.3.3關(guān)鍵技術(shù)264.3.4關(guān)鍵代碼284.4解除中斷程序設(shè)計314.4.1實現(xiàn)功能314.4.2程序流程圖314.4.3關(guān)鍵技術(shù)314.4.4關(guān)鍵代碼33結(jié) 論35展 望36致 謝37參考文獻38附錄39部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！1. 緒 論1.1 課題背景隨著社會的不斷進步和科學(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，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而我所研究的防盜報警器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)一管理和用戶操作。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器的飛速發(fā)展，人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也是越來越多。這點就是看到了大部分人防盜意識還不夠強.造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來越多的居民家庭對財產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。報警器這時正為人們解決了不少問題，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(gòu)，價格高昂,一般人們難以接受。如果再設(shè)計和生產(chǎn)一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，必將在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。由于紅外線是不見光，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。紅外報警器大多數(shù)采用國外的先進技術(shù),其功能也非常先進。其中包括被動式熱釋電型紅外報警器,也即是本文將研究的產(chǎn)品。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報警器,超聲波防盜報警器,紅外線防盜報警器，高靈敏紅外報警器,觸摸式延時防盜報警器, 觸摸式防盜報警器,紅外報警器, 紅外線聲先報警器等。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，對射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。1.3 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、報警和顯示等模塊子函數(shù)。 （2）本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、家庭智能報警器、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、本地顯示、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、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。 （4）紅外線具有隱蔽性, 在露天防護的地方設(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入；其二是盡可能大地增加防護范圍。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。 （5） 方案討論, 如何使用傳感器來簡單地實現(xiàn)移動人員檢測呢？在設(shè)計這樣的系統(tǒng)時，應(yīng)該記住兩個目標(biāo)：一是低功率，二是低成本。這兩者都是在設(shè)計移動檢測系統(tǒng)時需要考慮的關(guān)鍵因素。2. 紅外報警器系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 系統(tǒng)概述 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)一管理和用戶操作。 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、報警和顯示等模塊子函數(shù)。電路結(jié)構(gòu)做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器、家庭智能報警器、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、本地顯示、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、在線調(diào)試等幾個階段，就本設(shè)計來說也包括這些過程。它們的進程框圖如圖2-1 所示。 開始 明確任務(wù) 選機型，劃分軟、硬件硬件研制軟件設(shè)計聯(lián)機仿真調(diào)試排出故障、修正軟件固化程序、應(yīng)用系統(tǒng)獨立運行完成研制圖2-1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖2.2 主要器件介紹 2.2.1 熱釋電紅外傳感器概述 （1） PIR傳感器簡單介紹熱釋電紅外線傳感器（PIR)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，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等。自然界中存在的各種物體如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報警、火災(zāi)檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、自動照明，及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因為：被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；大氣對22.6lLm、35lLm、8141Lm三個被稱為“大氣窗口”的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測；中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進行檢測。 （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)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成的探測元件。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。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。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(shè)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(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)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(dāng)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910m，而探測元件的波長靈敏度在0.220m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710m，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。在該探測技術(shù)中，所謂“被動”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。 (3） PIR結(jié)構(gòu)特性及安裝圖2-2 PIR結(jié)構(gòu)圖22是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時端接電源正極，端接電源負(fù)極，端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.220m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有1mv左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為0.110Hz左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。本設(shè)計所用的熱釋電紅外傳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2-3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)過三極管Q2的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖2-3 熱釋電紅外傳感器原理圖雙探測熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點 優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。 缺點:（1）容易受各種熱源、光源干擾。 （2）被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 （3）易受射頻輻射的干擾。 （4）環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度降低，有時造成短時失靈?？垢蓴_性能：a、防小動物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動物，一般不產(chǎn)生報警。b、抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。c、抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射,不產(chǎn)生報警。4）熱釋電紅外傳感器的安裝要求熱釋電紅外人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1、熱釋電紅外傳感器應(yīng)離地面2.02.2米。2、熱釋電紅外傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)、 冰箱、火爐等空氣溫度變化敏感的地方。3、熱釋電紅外傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4、熱釋電紅外傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上，熱釋電紅外傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。熱釋電紅外傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。熱釋電紅外傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感， 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感。在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。 2.2.2 AT89C51 單片機概述 1） AT89C51單片機的結(jié)構(gòu) AT89C51單片機是intel公司推出的高檔8位單片機，由CPU、振蕩器與時序電路、4KB的ROM、256B的RAM、兩個16位的定時器/計數(shù)器T0和T1、4個8位的I/O端口P0、P1、P2、P3、串行口等組成。其中振蕩器時序電路與外時鐘組成了定時控制部件。圖2-4為AT89C51單片機的基本組成功能方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。 外時鐘源 外部事件計數(shù)振蕩電路和時序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR2 16位定時器/計數(shù)器 AT89S51 CPU 64 KB總線 擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷 外中斷 控制 P3 P2 P1P0 RXD TXD 圖2-4 AT89C51 功能方塊圖 （1) 中央處理器（CPU） 中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，具有運算和控制功能。AT89C51的CPU是一個字長為8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進行的。CPU從功能上可分為運算器和控制器兩部分。運算器由算術(shù)邏輯運算部件ALU、累加器、暫存器程序狀態(tài)字寄存器PSW、BCD碼運算調(diào)整電路組成?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器PC、指令寄存器、指令譯碼器、定時控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。 （2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM） AT89C51 中共有256個RAM單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面128個，后128個被專用寄存器占用。對于一般微機通常只有一個存儲器邏輯空間，可以隨意安排ROM或RAM，訪問存儲器時，同一地址對應(yīng)唯一的存儲單元，可以使ROM也可以使RAM，并用同類指令訪問。而AT89C51單片機的存儲器配置在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲空間，即片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、片外數(shù)據(jù)存儲器。AT89C51單片機有三個存儲器地址空間，即片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的程序存儲器地址空間、片內(nèi)256B的數(shù)據(jù)存儲器地址空間和片外64KB的數(shù)據(jù)存儲器地址空間。（3） 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM） AT89C51 共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。（4） 定時器/計數(shù)器 AT89C51 共有2 個16 位的定時器/計數(shù)器T0和T1，可以實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。（5） 并行I/O 口 AT89C51 共有4 個8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），共32根I/O線，4個端口是準(zhǔn)雙向口。每個口都包含一個鎖存器（即特殊功能寄存器P0、P1、P2、P3），一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出，在訪問片外擴展存儲器時，低8位地址和數(shù)據(jù)由P0口分時傳送，高8位地址由P2口傳送。在無片外擴展存儲器的系統(tǒng)中，這2個口的每一位均可作為準(zhǔn)雙向的I/O端口使用。（6） 串行口 AT89C51有1 個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。（7） 時鐘電路 AT89C51 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出分別是引腳XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接時鐘源即可構(gòu)成時鐘電路，時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列。（8） 終端系統(tǒng) AT89C51 的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有5 個中斷源：2 個外部中斷源/INTO和/INT1；3 個內(nèi)部中斷源，即2個定時/計數(shù)中斷，1個串行口中斷。由上所述，AT89C51雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。AT89C51 較詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 圖 2-5 所示。 圖2-5 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2) 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（DIP）形式，如圖2-6所示。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。圖2-6 AT89C51 引 腳 圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)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FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)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(nèi)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(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)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（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為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 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（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(fù)位輸入，當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/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)。/EA/VPP：當(dāng)/EA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(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3 總體設(shè)計從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外探頭電路、報警電路、單片機、復(fù)位電路、LED顯示控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖2-8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2-7 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。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，然后通過LED顯示報警次數(shù)，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。 3.紅外報警器系統(tǒng)硬件設(shè)計本電路實現(xiàn)的是一種基于單片機技術(shù)的紅外智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅外傳感器，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，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，同時通過顯示電路顯示出報警次數(shù)。3.1 信號檢測與放大電路針對紅外輻射信號的探測，設(shè)計了一種實用化的基于單片機AT89C51檢測放大電路。 3.1.1 電路實現(xiàn)功能當(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，然后經(jīng)放大電路將電信號放大傳給單片機。 3.1.2 電路圖 3.1.3 電子元件介紹 74LSO4反相器是最簡單的們電路，它只有一個輸入端和一個輸出端，輸入和輸出都只有高電位和低電位（在數(shù)字電路中稱之為高電平和低電平）兩種反相的狀態(tài)，如果高電平用“1”表示，低電平用“0”表示，反相器輸出與輸入之間特定的邏輯關(guān)系就是“輸入為1，則輸出為0；輸入為0，則輸出為1”，輸出總是輸入的否定。電路實現(xiàn)原理：此電路通過紅外探頭PIR（GSD）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)，再通過反向器74LS04送出TTL電平至AT89C51單片機。3.2 LED顯示電路針對報警次數(shù)的顯示，設(shè)計了一種實用化基于單片機AT89C51的LED顯示電路。 3.2.1電路實現(xiàn)功能此電路實現(xiàn)的功能是顯示報警次數(shù)信號。 3.2.2 電路圖 3.2.3 電路元件介紹 此設(shè)計采用的是共陰數(shù)碼管，陰極數(shù)碼管是指八段數(shù)碼管的八段發(fā)光二極管的陰極(負(fù)極)都連在一起，可分別控制對應(yīng)的各段。共陰極數(shù)碼管DS1，數(shù)碼管按段數(shù)分為氣段數(shù)碼管和八位數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元；按能顯示多少8可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)一字段發(fā)光二極管的陰極位低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管是址將所有發(fā)光二極管的一陰極接到一起形成公共陰極COM的數(shù)碼管。共陰極 數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到底線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極位高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 3.2.4 電路實現(xiàn)原理當(dāng)查詢P1.0有高電平時，進行報警處理，7段LED數(shù)碼管顯示報警次數(shù)，當(dāng)報警次數(shù)超過10次，清零。同時通過P3.0和P3.1口設(shè)置進行聲光報警。 3.3 報警執(zhí)行電路針對聲光報警實現(xiàn)，設(shè)計了一種實用基于單片機AT89C51報警執(zhí)行電路。 3.3.1 電路實現(xiàn)功能此電路接受單片機傳送來的電平信號，驅(qū)動聲光報警從而達到報警效果。 3.3.2 電路圖 3.3.3 電路元件介紹紅色發(fā)光二極管D3,D4,D5,D6（發(fā)光二極管簡稱為LED）。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴７澍Q器LS，蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器的分類，蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本設(shè)計采用的則是壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.5-15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5-2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 3.3.4 電路實現(xiàn)原理驅(qū)動電路通過P3.1口將高電平信號送至放大電路然后傳給聲音報警設(shè)備LS（蜂鳴器），從而達到聲音報警的效果。3.4 手工暫停針對中斷系統(tǒng)的顯示，設(shè)計了一種實用化基于單片機AT89S51的手工暫停電路。 3.4.1 電路實現(xiàn)功能通過按按鈕S1能夠?qū)崿F(xiàn)手工解除警報信號。 3.4.2 電路圖 3.4.3 電路工作原理 電平信號經(jīng)放大電路到聲光報警器后，當(dāng)報警延時10s一段時間后自動解除，同樣也可以通過按下暫停鍵，單片機接受INT0的中斷信號，調(diào)用INT0中斷子程序，從而解除報警。3.5 單片機控制晶振與復(fù)位電路 3.5.1 電路實現(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。 3.5.2 電路圖 3.5.3 電路元器件介紹石晶振蕩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。石英晶振是一種用于穩(wěn)定頻率和選擇頻率的電子元件，石英晶振的主要性能指標(biāo)有：調(diào)整頻差、溫度頻差或總頻差、諧振電阻或負(fù)載諧振電阻，還有機械性能等。標(biāo)稱頻率：技術(shù)條件所指定的頻率，通常指晶振上標(biāo)識的頻率。工作頻率：石英晶振在給定電路上產(chǎn)生的頻率。電路原理: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)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。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。復(fù)位則是通過某種方式, 使單片機內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當(dāng)程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復(fù)位鍵重啟機器。MCS51單片機復(fù)位后, 程序計數(shù)器PC和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如圖2-6所示。 復(fù)位不影響片內(nèi)RAM存放的內(nèi)容, 而ALE在復(fù)位期間將輸出高電平。由圖2-6 可以看出，復(fù)位后：(1)（PC）=0000H 表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H，即單片機復(fù)位后從0000H單元開始執(zhí)行程序；(2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復(fù)位后單片機選擇工作寄存器0組；(3)（SP）=07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立；(4) P0口P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時器/計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 表 3-1 PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP000000BSBUF00HIE0000000BPCONHTMOD00H(00000B)單片機在時鐘電路工作以后, 在RST/VPD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。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2us。復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位以及“看門狗”復(fù)位三種類型。“看門狗”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現(xiàn)死機而設(shè)計的電路。3.6 系統(tǒng)工作原理經(jīng)分析本設(shè)計的電路原理圖如下所示 4.紅外報警器系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 軟件設(shè)計介紹本系統(tǒng)軟件設(shè)計包含一個主程序。一個定時中斷中程序，一個外部中斷子程序共三個組成。4.2 主程序設(shè)計該程序設(shè)計主要是通過探測紅外信號，經(jīng)單片機AT89C51將控制電平傳給聲光報警系統(tǒng)。 4.2.1 實現(xiàn)功能本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機檢測到外部熱釋點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)動聲光報警點路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警，同時顯示出報警次數(shù)以便人們查詢，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。 4.2.2 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4-1所示； 入口 初始化 監(jiān)測外部有無信號輸入 N Y 顯示報警的次數(shù)且啟動聲光報警電路開始報警 聲光報警是否持續(xù)10秒 N聲光報警結(jié)束，LED顯示出報警次數(shù) Y 是否還有檢測信號等待下次報警 Y N結(jié)束圖4-1 主程序工作流程圖4.3 定時中斷程序設(shè)計 4.3.1 實現(xiàn)功能當(dāng)接收單片機傳送來的脈沖信號，檢測報警是否持續(xù)10S，然后顯示報警次數(shù)。 4.3.2 10s定時流程圖外部有信號輸入 顯示報警的次數(shù)且啟動聲光報警電路開始報警 聲光報警是否持續(xù)10秒N 聲光報警結(jié)束，LED顯示出報警次數(shù) Y 圖4-2 10S定時流程圖 4.3.3 關(guān)鍵技術(shù)單片機定時器/計數(shù)器在測量控制系統(tǒng)中，常常需要實時時鐘，以實現(xiàn)定時或延時控制；也常常需要有計數(shù)器，以實現(xiàn)外界事件進行計數(shù)。MSC-51單片機內(nèi)部有兩個16位可編程定時器/計數(shù)器T0和T1。可編程其功能（如工作方式.定時時間.量程.啟動方式等）均可由指令來設(shè)置完成。每個定時器的計數(shù)信號來自片內(nèi)振蕩器的12分頻信號，即每個一個機器周期，計數(shù)器加1，直至溢出。而計數(shù)方式是外部脈沖從引腳t0或t1加入，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)器計數(shù)，直至溢出。定時器方式寄存器TMOD主要用于選定定時器的工作方式。定時器控制寄存器TCON主要用于控制定時器的啟動與停止。在使用定時器/計數(shù)器前，需要對其進行初始化設(shè)置，大致步驟如下：a.確定工作方式（對TMOD賦值）。b.預(yù)置定時或計數(shù)初值（可直接將初值寫入TH0,TL0或TH1,TL1）。c.根據(jù)需要開放定時器/計數(shù)器的中斷（直接對IE賦值）。d.啟動定時器/計數(shù)器（若已規(guī)定用軟件啟動（GATE=0）,則可把TR0或TR1置“1”；若已規(guī)定由上部中斷引腳電平啟動（GATE=1）,則需要給外加引腳啟動電平。當(dāng)實現(xiàn)了啟動要求之后，定時器/計數(shù)器即按規(guī)定的工作方式和初值開始計數(shù)或定時）。定時器工作方式有四種，不同的工作方式，計數(shù)器的位數(shù)不同，則最大計數(shù)值也不同。若最大計數(shù)值為M，則各種方式下M的值如下：工作方式0 M=2*13=8192工作方式1 M=2*16=65536工作方式2 M=2*8=256工作方式3 T0分為兩個8位計數(shù)器，所以兩個M值均為256.因為定時器/計數(shù)器是“加1”計數(shù)，并在計滿溢出是產(chǎn)生中斷請求，因而定時器/計數(shù)器的初值也可這樣計算：X= M 計數(shù)值(公式1)定時器控制字有兩個分別為TNOD和TCON 定時器/計數(shù)器的方式寄存器TMOD