通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89C51單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)實(shí)驗(yàn)室防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 系 別： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2010 年 6 月信息與通信工程系通信工程中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)實(shí)驗(yàn)室防盜報(bào)警系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室防盜報(bào)警系統(tǒng)摘摘 要要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代生活水平也隨之提高，人們更希望在一種安全、舒適的環(huán)境下生活。然而不法分子的手段也在不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)防盜手段明顯不能滿足人們的需要。本文介紹了一種實(shí)驗(yàn)室防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)是以 at89c51 單片機(jī)為控制核心，采用熱釋紅外傳感器和自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作、工作性能可靠、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安

2、全可靠、安裝隱蔽等特點(diǎn)，可用于實(shí)驗(yàn)室或家庭防盜報(bào)警。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，報(bào)警，自動(dòng)撥號(hào)，傳感器中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)the system of laboratory anti-theft alarmabstractwith the rapid development of science and technology，the level of peoples life will also be improved in modern time, that people hope live in a safe and comfortable living envir

3、onment. however, the means of crime elements are also continuously progressing. obviously, the traditional means of security can not meet peoples needs.the article introduces a design of laboratory anti-theft alarm system. the system used at89c51 microcontroller as the core of control, used heat spr

4、ead infrared rays sensor as sensor, used automatic dial-up system as alarm. it is simple, inexpensive and easy to be operated, anti-interference capability and secure, and the automatic dial-up alarm function can be used into laboratory and family as the alarm system.keywords: microcontroller, alarm

5、, automatic dial-up, sensor 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 i 頁(yè) 共頁(yè)目目 錄錄1 引言 .11.1 本課題的研究意義 .11.2 防盜報(bào)警系統(tǒng)的研究狀況以及發(fā)展動(dòng)態(tài) .12 系統(tǒng)總體介紹 .32.1 入侵探測(cè)器介紹 .32.1.1 紅外探測(cè)器 .32.1.2 微波探測(cè)器 .52.1.3 玻璃破碎探測(cè)器 .62.1.4 電容變化探測(cè)器 .72.2 微控制器介紹 .72.2.1 at89c51 芯片介紹.72.2.2 at89c51 主要特性參數(shù).82.2.3 at89c51 的管腳介紹.82.2.4 at89c51 振蕩器特征.102.2.

6、5 at89c51 的時(shí)鐘特性.112.2.6 at89c51 功能特性概述.112.3 執(zhí)行電路 .123 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .133.1 熱釋電人體紅外線傳感器 .133.1.1 熱釋電人體紅外線傳感器的工作原理 .133.1.2 熱釋電人體紅外線傳感器的主要性能參數(shù) .143.2 測(cè)量及放大電路設(shè)計(jì) .143.3 熱釋紅外傳感信號(hào)專用集成電路設(shè)計(jì) .153.3.1 專用集成電路芯片 biss0001.153.3.3 biss0001 工作原理.173.3.4 biss0001 應(yīng)用電路設(shè)計(jì).18中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 ii 頁(yè) 共頁(yè)3.4 “看門狗”復(fù)位電

7、路 .193.4.1 “看門狗”的工作原理 .193.4.2 ds1232 的功能特性.203.5 工作指示及聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) .213.6 自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng) .223.6.1 mt8888 的介紹.223.6.2 mt8888 的工作原理.233.6.3 mt8888 的接口.263.6.4 mt8888 與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì).263.6.5 電話線接口電路 .273.7 語(yǔ)音電路 .283.7.1 isd1420 語(yǔ)音芯片.293.7.2 isd1420 引腳功能描述.293.7.3 地址輸入端的工作模式 .303.7.4 isd1420 語(yǔ)音電路設(shè)計(jì).303.8 顯示電路 .313.9 電源

8、電路的設(shè)計(jì) .334 報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .344.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) .344.2 process 控制模塊設(shè)計(jì).354.3 自動(dòng)撥號(hào)模塊程序設(shè)計(jì) .364.3.1 信號(hào)檢測(cè) .364.3.2 dtmf 撥號(hào)程序設(shè)計(jì).375 系統(tǒng)的調(diào)試及運(yùn)行 .385.1 系統(tǒng)的硬件電路調(diào)試 .385.2 系統(tǒng)的軟件調(diào)試 .386 結(jié)論 .40中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 iii 頁(yè) 共頁(yè)附 錄 .41參 考 文 獻(xiàn) .42致 謝 .44中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 1 頁(yè) 共 44 頁(yè)1 1 引言引言1.11.1 本課題的研究意義本課題的研究意義隨著社會(huì)的

9、不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的安全意識(shí)也逐漸加強(qiáng)，但是一些不法分子的手段也在改變，傳統(tǒng)防盜手段明顯不能滿足人們的要求，而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價(jià)格不菲，需專門的技術(shù)人員來(lái)管理，不適用于普通實(shí)驗(yàn)室，中小企業(yè)和家庭。針對(duì)此類現(xiàn)象，研究設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的智能防盜報(bào)警系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作、工作性能可靠，抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，安全可靠安裝隱蔽等特點(diǎn)。它利用 at89c51 系列單片機(jī)的強(qiáng)大功能和可擴(kuò)充性為后盾，能夠快速報(bào)警保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全1。1.21.2 防盜報(bào)警系統(tǒng)的研究狀況以及發(fā)展動(dòng)態(tài)防盜報(bào)警系統(tǒng)的研究狀況以及發(fā)展動(dòng)態(tài) 在國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警最初被應(yīng)用于博物館，20 世

10、紀(jì)六十年代主要采用的手段是聲音報(bào)警，通過(guò)罪犯行竊時(shí)發(fā)出的聲音作為報(bào)警信號(hào)，值班人員聽(tīng)到聲音后再采取相應(yīng)的措施。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1982 年公安部和公安部第一研究所，根據(jù)當(dāng)時(shí)的防盜報(bào)警技術(shù)的發(fā)展為故宮很多展廳安裝了主動(dòng)紅外、被動(dòng)紅外、微波、超聲波、聲控等防盜探測(cè)器，形成了多種探測(cè)手段的防盜報(bào)警系統(tǒng)，防盜報(bào)警技術(shù)提高到一個(gè)新水平。1984 年以后安防事業(yè)在中國(guó)進(jìn)入了普及與提高階段，而且發(fā)展迅速。特別是 84 年為了加強(qiáng)慶祝國(guó)慶 35 周年的安全保衛(wèi)工作，在天安門廣場(chǎng)建立了電視監(jiān)控工程，從此以后電視監(jiān)控技術(shù)便進(jìn)入到防盜報(bào)警系統(tǒng)中和城市交通安全管制中，提高了系統(tǒng)功能。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)

11、和現(xiàn)代通信技術(shù)的支持下，電子地圖、多媒體操作、管理與控制軟件引入到防盜報(bào)警系統(tǒng)中。這種新的系統(tǒng)采用多媒體技術(shù)同時(shí)處理多種信息，并使信息之間、信息與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間建立邏輯聯(lián)系，集成為一個(gè)交互式的系統(tǒng)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)預(yù)測(cè)、自動(dòng)處理警情，使整個(gè)安防系統(tǒng)成為一種具有智能化的“活”的系統(tǒng)，讓它發(fā)揮巨大、有效、可靠、靈活的系統(tǒng)功能2。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的防盜報(bào)警系統(tǒng)大部分是國(guó)外品牌，如:早期的美國(guó)安定保、c&k、日本艾禮富、以色列 el 等，近幾年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的加拿大楓葉、德國(guó)博世、美國(guó) ce 等，這些廠商無(wú)論是在資金和技術(shù)上，都具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)國(guó)內(nèi)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科

12、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 2 頁(yè) 共 44 頁(yè)廠商的發(fā)展形成巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力;國(guó)內(nèi)防盜報(bào)警產(chǎn)品廠商發(fā)展時(shí)間比較短，真正取得長(zhǎng)足發(fā)展也是在 2000 年以后，特別是在 2004 年國(guó)內(nèi)有些廠商迅速成長(zhǎng)，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴(kuò)大。但是與國(guó)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(bào)警產(chǎn)品時(shí)傾向于國(guó)外品牌，其中，安裝的國(guó)外產(chǎn)品主要來(lái)自美國(guó)、日本和韓國(guó)，這三個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品占據(jù)我國(guó)報(bào)警市場(chǎng)的近80%的市場(chǎng)份額。這主要是因?yàn)椋诋a(chǎn)品供給市場(chǎng)上，絕大部分國(guó)外品牌來(lái)自美國(guó)和日韓，防盜報(bào)警產(chǎn)品在這些國(guó)家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，再加上進(jìn)入我國(guó)是時(shí)間較早，所以在我國(guó)市場(chǎng)上占有相當(dāng)大的份

13、額。隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及安防各行業(yè)的共同努力，防盜、防非法入侵報(bào)警系統(tǒng)必將為營(yíng)造安全、舒適的工作和生活環(huán)境，為保障公共安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、構(gòu)建和諧社會(huì)發(fā)揮更大的作用，并從中得到更大的發(fā)展3。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè)2 2 系統(tǒng)總體介紹系統(tǒng)總體介紹本系統(tǒng)主要由入侵探測(cè)器、控制器和執(zhí)行電路組成。探測(cè)器主要是對(duì)入侵信號(hào)的探測(cè)，微控制器是系統(tǒng)的核心部分，主要對(duì)入侵信號(hào)處理并控制執(zhí)行電路，執(zhí)行電路是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)部分，包括報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)、語(yǔ)音系統(tǒng)等。系統(tǒng)框圖如圖 2.1。微控制 器入侵探測(cè) 器執(zhí) 行電 路 圖 2.1 系統(tǒng)框圖2.12

14、.1 入侵探測(cè)器介紹入侵探測(cè)器介紹隨著不法分子犯罪手段的不斷改變，對(duì)于報(bào)警系統(tǒng)的要求也不斷提高，尤其是探測(cè)器的準(zhǔn)確度、隱蔽性和抗破壞性的提高尤為重要。目前探測(cè)器的種類繁多，主要有紅外探測(cè)器、微波探測(cè)器、玻璃破碎探測(cè)器、超聲波探測(cè)器、電容變化探測(cè)器等。2.1.1 紅外探測(cè)器它是根據(jù)人體紅外光譜原理，由發(fā)射端主動(dòng)發(fā)射多束紅外光線，在接收到紅外線射束時(shí)，形成紅外的網(wǎng)狀，并進(jìn)入防衛(wèi)狀態(tài)，當(dāng)防衛(wèi)射束被完全阻斷超過(guò) 40毫秒時(shí)，接收端的蜂鳴器會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)提示音，報(bào)警信號(hào)輸出電路即向主機(jī)發(fā)出無(wú)限報(bào)警信號(hào)。紅外探測(cè)器有主動(dòng)式紅外探測(cè)器、被動(dòng)式紅外探測(cè)器兩種。(1)主動(dòng)式紅外探測(cè)器主動(dòng)紅外探測(cè)器由紅外發(fā)射機(jī)、紅外

15、接收機(jī)和報(bào)警控制器組成。分別置于收、發(fā)端的光學(xué)系統(tǒng)一般采用的是光學(xué)透鏡，起到將紅外光束聚焦成較細(xì)的平行光束的作用，以使紅外光的能量能夠集中傳送。紅外光在人眼看不見(jiàn)的光譜范圍，有人經(jīng)過(guò)這條無(wú)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(hào)的強(qiáng)度會(huì)因此產(chǎn)生變化，從而啟動(dòng)報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主動(dòng)式紅外探測(cè)器遇到小動(dòng)物、樹(shù)葉、沙塵、雨、雪、霧遮擋則不應(yīng)報(bào)警，人或相當(dāng)體積的物品遮擋將發(fā)生報(bào)警。由于光束較窄，收發(fā)端安裝要牢固可靠，不應(yīng)受地面震動(dòng)影響，而發(fā)生位移引起誤報(bào)，光學(xué)系統(tǒng)要保持清潔，注意維護(hù)保養(yǎng)。因此主動(dòng)式探測(cè)器中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 4 頁(yè) 共 44

16、頁(yè)所探測(cè)的是點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范圍。其特點(diǎn)是探測(cè)可靠性非常高。但若對(duì)一個(gè)空間進(jìn)行布防，則需有多個(gè)主動(dòng)式探測(cè)器，價(jià)格昂貴。主動(dòng)式探測(cè)器常用于博物館中單體貴重文物展品的布防以及工廠倉(cāng)庫(kù)的門窗封鎖、購(gòu)物中心的通道封鎖、停車場(chǎng)的出口封鎖、家居的陽(yáng)臺(tái)封鎖等等4。主動(dòng)式紅外探測(cè)器有單光束、雙光束、四光束之分。以發(fā)射機(jī)與接收機(jī)設(shè)置的位置不同分為對(duì)向型安裝方式和反射式安裝方式，反射型安裝方式的接收機(jī)不是直接接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的紅外光束，而是接收由反射鏡或適當(dāng)?shù)姆瓷湮铮ㄈ缡覊?、門板表面光滑的油漆層）反射回的紅外光束。當(dāng)反射面的位置與方向發(fā)生變化或紅外發(fā)射光束和反射光束之一被阻擋而使接收機(jī)無(wú)法接收到紅外反射光束

17、時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(2)被動(dòng)式紅外探測(cè)器在室溫條件下，任何物品均有輻射。溫度越高的物體，紅外輻射越強(qiáng)。人是恒溫動(dòng)物，紅外輻射也最為穩(wěn)定。我們之所以稱為被動(dòng)紅外，即探測(cè)器本身不發(fā)射任何能量而只被動(dòng)接收、探測(cè)來(lái)自環(huán)境的紅外輻射。探測(cè)器安裝后數(shù)秒種已適應(yīng)環(huán)境，在無(wú)人或動(dòng)物進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的紅外輻射穩(wěn)定不變，一旦有人體紅外線輻射進(jìn)來(lái)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦就使熱釋電器件產(chǎn)生突變電信號(hào)，而發(fā)出警報(bào)。被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器形成的警戒線一般可以達(dá)到數(shù)十米。被動(dòng)式紅外探測(cè)器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱傳感器（或稱為紅外傳感器）及報(bào)警控制器等部分組成。其核心是不見(jiàn)光紅外探測(cè)器件，通過(guò)關(guān)學(xué)系統(tǒng)的配合作用可以探測(cè)到某個(gè)立體防范空間內(nèi)的

18、熱輻射的變化。紅外傳感器的探測(cè)波長(zhǎng)范圍是814m，人體輻射的紅外峰值波長(zhǎng)約為 10m，正好在范圍以內(nèi)。被動(dòng)式紅外探測(cè)器（passive infared detector，pir）根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同、警戒范圍及探測(cè)距離也有所不同，大致可以分為單波束型和多波束型兩種。單波束 pir采用反射聚焦式光學(xué)系統(tǒng)，利用曲面反射鏡將來(lái)自目標(biāo)的紅外輻射匯聚在紅外傳感器上。這種方式的探測(cè)器境界視場(chǎng)角較窄，一般在 5以下，但作用距離較遠(yuǎn)，可長(zhǎng)達(dá)百米。因此又稱為直線遠(yuǎn)距離控制型被動(dòng)紅探測(cè)器，適合保護(hù)狹長(zhǎng)的走廊、通道以及封鎖門窗和圍墻。多波束型采用透鏡聚焦式光學(xué)系統(tǒng)，目前大都采用紅外塑料透鏡多層光束結(jié)構(gòu)的菲涅爾透鏡。這種透

19、鏡是用特殊塑料一次成型，若干個(gè)小透鏡排列在一個(gè)弧面上。警戒范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 5 頁(yè) 共 44 頁(yè)立體扇形感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。菲涅爾透鏡自上而下分為幾排，上面透鏡較多，下邊較少。因?yàn)槿四槻?、膝部、手臂紅外輻射較強(qiáng)，正好對(duì)著上邊的透鏡。下邊透鏡較少，一是因?yàn)槿梭w下部紅外輻射較弱，二是為防止地面小動(dòng)物紅外輻射干擾。多波束型 pir 的警戒視場(chǎng)角比單波束型大得多，水平可以大于 90，垂直視場(chǎng)角最大也可以達(dá)到 90，但作用距離較近。所有透鏡都向內(nèi)部設(shè)置的熱釋電器件聚焦，因此靈敏度較高，只要有人在透鏡視場(chǎng)內(nèi)走動(dòng)就會(huì)報(bào)警。紅外光穿

20、透力差，在防范區(qū)內(nèi)不應(yīng)有高大物體，否則陰影部分有人走動(dòng)將不能報(bào)警，不要正對(duì)熱源和強(qiáng)光源，特別是空調(diào)和暖氣。否則不斷變化的熱氣流將引起誤報(bào)警。為了解決物品遮擋問(wèn)題，又發(fā)明了吸頂式被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器。安裝在頂棚上向下 360范圍內(nèi)進(jìn)行警戒，只要在防護(hù)范圍內(nèi)，無(wú)論從哪個(gè)方向入侵都會(huì)觸發(fā)報(bào)警，在銀行營(yíng)業(yè)大廳，商場(chǎng)的公共活動(dòng)區(qū)等空間較大的地方得到廣泛使用5。2.1.2 微波探測(cè)器微波探測(cè)器分為雷達(dá)式和墻式兩種。(1)雷達(dá)式微波探測(cè)器雷達(dá)式是一種將微波收、發(fā)設(shè)備合置的探測(cè)器，工作原理基于多普勒效應(yīng)。微波的波長(zhǎng)很短，在 1mm1000mm 之間，因此很容易被物體反射。微波信號(hào)遇到移動(dòng)物體反射后會(huì)產(chǎn)生多普勒效

21、應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號(hào)與發(fā)射波信號(hào)的頻率會(huì)產(chǎn)生微小的偏移。此時(shí)可認(rèn)為報(bào)警產(chǎn)生。采用多普勒雷達(dá)的原理，將微波發(fā)射天線與接收天線裝在一起。使用體效應(yīng)管作微波固態(tài)振蕩源，通過(guò)與波導(dǎo)的組合，形成一個(gè)小型的發(fā)射微波信號(hào)的發(fā)射源。探頭中的肖基特檢波管與同一波導(dǎo)組成單管波導(dǎo)混頻器作為接收機(jī)與發(fā)射源耦合回來(lái)的信號(hào)混頻，從而得到一個(gè)頻率差，再送到低頻放大器處理后控制報(bào)警的輸出。微波段的電磁波由于波長(zhǎng)較短，穿透力強(qiáng)，玻璃、木板、磚墻等非金屬材料都可穿透。所以一般安裝不能面對(duì)室外，以免室外有人通過(guò)引起誤報(bào)。金屬物體對(duì)微波反射較強(qiáng)，在探測(cè)器防范區(qū)域內(nèi)不要有大面積物體存在，如鐵柜等。否則在其后的陰影部分會(huì)形成探測(cè)盲區(qū)

22、，造成防范漏洞。多個(gè)微波探測(cè)器安裝在一起時(shí)，發(fā)射頻率應(yīng)該有所差異，防止交叉干擾產(chǎn)生誤報(bào)。另外，如日光燈、水銀燈等氣體放電光源產(chǎn)生的 100hz 調(diào)制信號(hào)由于在閃爍燈內(nèi)的電離氣體容易成為中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè)微波的運(yùn)動(dòng)反射體而引起誤報(bào)。探測(cè)器對(duì)警戒區(qū)域內(nèi)活動(dòng)的目標(biāo)的探測(cè)范圍是一個(gè)立體防范空間，范圍比較大，可以覆蓋 6090 的水平輻射角，控制面積可達(dá)幾十到幾百平方米。雷達(dá)式微波探測(cè)器的發(fā)射能圖與所采用的天線結(jié)構(gòu)有關(guān)，采用全向天線（如 1/4 波長(zhǎng)的單極天線）可產(chǎn)生圓球形或橢圓形的發(fā)射范圍，這種能場(chǎng)適合保護(hù)大面積的房間或倉(cāng)庫(kù)等處。而采用定向天線

23、(如喇叭天線)可以產(chǎn)生寬淚滴形或有窄又長(zhǎng)的淚滴形能圖，適合保護(hù)狹長(zhǎng)的地點(diǎn)，如走廊或通道等。(2)墻式微波探測(cè)器墻式微波探測(cè)器利用了場(chǎng)干擾原理或波束阻斷式原理，是一種微波收、發(fā)分置的探測(cè)器。墻式微波探測(cè)器由微波發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、微波接收機(jī)、接收天線、報(bào)警控制器組成。微波指向性天線發(fā)射出定向性很好的調(diào)制微波束，工作頻率通常選擇在 9 至 11ghz，微波接收天線與發(fā)射天線相對(duì)放置。當(dāng)接收天線與發(fā)射天線之間有阻擋物或彈出目標(biāo)時(shí)，由于破壞了微波的正常傳播，使接收到的微波信號(hào)有所減弱，以此來(lái)判斷在接收機(jī)與發(fā)射機(jī)之間是否有人侵入。墻式微波探測(cè)器在發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的微波電磁場(chǎng)形成了一道看不見(jiàn)的警戒線，可以

24、長(zhǎng)達(dá)幾百米、寬 2 到 4 米、高 3 到 4 米，酷似一道圍墻，因此稱為微波墻式探測(cè)器或微波柵欄。2.1.3 玻璃破碎探測(cè)器利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)（壓電陶瓷片在外力作用下產(chǎn)生扭曲、變形時(shí)將會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷） ，可以制成玻璃破碎入侵探測(cè)器。對(duì)高頻的玻璃破碎聲音（10k15khz）進(jìn)行有效檢測(cè)，而對(duì) 10khz 以下的聲音信號(hào)（如說(shuō)話、走路聲）有較強(qiáng)的抑制作用。玻璃破碎聲發(fā)射頻率的高低、強(qiáng)度的大小同玻璃厚度、面積有關(guān)。玻璃破碎探測(cè)器按照工作原理的不同大致分為兩大類。一類是聲控型的單技術(shù)玻璃破碎探測(cè)器，它實(shí)際上是一種具有選頻作用（帶寬 10 到 15khz）的具有特殊用途（可將玻璃破碎時(shí)產(chǎn)生的

25、高頻信號(hào)驅(qū)除）的聲控報(bào)警探測(cè)器。另一類是雙技術(shù)玻璃破碎探測(cè)器，其中包括聲控-震動(dòng)型和次聲波-玻璃破碎高頻聲響型。聲控-震動(dòng)型是將聲控與震動(dòng)探測(cè)兩種技術(shù)組合在一起，只有同時(shí)探測(cè)到玻璃破碎時(shí)發(fā)出的高頻聲音信號(hào)和敲擊玻璃引起的震動(dòng)，才輸出報(bào)警信號(hào)。次聲波-玻璃破碎高頻聲響雙技術(shù)探測(cè)器是將次聲波探測(cè)技術(shù)和玻璃破碎高頻中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè)聲響探測(cè)技術(shù)組合到一起，只有同時(shí)探測(cè)敲擊玻璃和玻璃破碎時(shí)發(fā)出的高頻聲響信號(hào)和引起的次聲波信號(hào)才觸發(fā)報(bào)警。玻璃破碎探測(cè)器要盡量靠近所要保護(hù)的玻璃，盡量遠(yuǎn)離噪聲干擾源，如尖銳的金屬撞擊聲、鈴聲、汽笛的嘯叫聲等，減少誤報(bào)

26、警。2.1.4 電容變化探測(cè)器基于電橋測(cè)量電容的基礎(chǔ)，利用電容的變化觸發(fā)報(bào)警的探測(cè)器稱為電容變化式報(bào)警探測(cè)器。由于電橋的平衡狀態(tài)受橋臂上元器件值的影響，探測(cè)靈敏度較高，但受環(huán)境（溫度、濕度等）影響較大。設(shè)計(jì)成差分方式工作則可有效地降低因環(huán)境影響而造成的誤報(bào)警。傳感器的平衡電橋伸出的感應(yīng)線細(xì)小、輕便、柔軟，安裝不受地形限制，安裝在入侵者可能翻越、靠近的場(chǎng)所6。2.22.2 微控制器介紹微控制器介紹mcs-51 系列單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整、特殊功能寄存器的規(guī)范化以及指令系統(tǒng)的控制功能等特色，使其成為單片機(jī)中的主流機(jī)型，確立了單片機(jī)作為微控制器（mcu）的地位，引起了微型計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新的變革。在功能相同

27、的基礎(chǔ)上，考慮到成本和功能問(wèn)題，作者在此選用的是 atmel 公司生產(chǎn)的 at89c51 單片機(jī)為核心，為了理解這些功能是如何實(shí)現(xiàn)的，本節(jié)主要介紹 89c51 單片機(jī)的特性，功能與結(jié)構(gòu)等。2.2.1 at89c51 芯片介紹at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容7。下面就是一個(gè) at89c51 單片機(jī)的

28、外觀及引腳圖：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.2 at89c51 引腳封裝圖2.2.2 at89c51 主要特性參數(shù)（1）與 mcs-51 兼容 （2）4k 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 （3）壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán)（4）數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年（5）全靜態(tài)工作：0hz-24hz（6）三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（7）128*8 位內(nèi)部 ram（8）32 可編程 i/o 線（9）兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（10）5 個(gè)中斷源 （11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2.2.3 at89c51 的管腳介紹 vcc：供電

29、電壓。 gnd：接地。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè)p0 口：p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)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(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 flash 編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) flash 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0 輸出原碼，此時(shí) p0 外部必須被拉高。p1 口：p1 口是一個(gè)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(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口

30、被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口作為第八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個(gè)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(gè) ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫(xiě)“1”時(shí)，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(shí)，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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在f

31、lash 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個(gè) ttl門電流。當(dāng) p3 口寫(xiě)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，如表 2.1 所示：表 2.1 部分管腳定義口管腳備選功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2/int0（外部中斷 0）p3.3/int1（外部中斷 1）p3.4t0（記時(shí)器 0 外部輸入）p3.5t1（記時(shí)器 1 外部輸入）

32、p3.6/wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7/rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) p3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 rst 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間13。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳

33、過(guò)一個(gè) ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen 信號(hào)將不出現(xiàn)8。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/ea 將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時(shí)，此

34、間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。2.2.4 at89c51 振蕩器特征xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入端和輸出端，如下圖所示。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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2 應(yīng)懸空。由于輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖

35、 2.3 內(nèi)部振蕩電路圖圖 2.4 外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路圖2.2.5 at89c51 的時(shí)鐘特性at89c51 的時(shí)鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有 ram、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進(jìn)入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi) ram 將被凍結(jié)，時(shí)鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運(yùn)行。2.2.6 at89c51 功能特性概述at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部ram，32 個(gè) i/o 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)

36、鐘電路。同時(shí)，at89c51 可降至 0 hz 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(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所以部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位9?？紤]到 at89c51 本身固有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：首先，它的程序存儲(chǔ)器空間為 2kb，因此所有的跳轉(zhuǎn)和分支轉(zhuǎn)移指令都要限制在這個(gè)范圍內(nèi)。其次，它沒(méi)有 movx 指令，也就是說(shuō)，它不支持外部存儲(chǔ)器操作，這一點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到。此外，at89c51 自身還有一些其它特點(diǎn)，譬如：通過(guò)使用命令使其工作在低功耗模式等

37、。單片機(jī)利用 t0 定時(shí)器和 int0 引腳來(lái)測(cè)量輸入方波信號(hào)的周期，而使用外部中斷 0 來(lái)控制定時(shí)器 t0 是否開(kāi)始定時(shí)。當(dāng)定時(shí)器 t0 的運(yùn)行控制位復(fù)位時(shí)，不管 p3.2 引腳是何值，定時(shí)器都不工作。只有當(dāng)定時(shí)器 t0 的運(yùn)行控制位置位后，才能根據(jù) p3.2 引腳狀態(tài)來(lái)決定定時(shí)器是否工作。當(dāng) p3.2 引腳出現(xiàn)高電平時(shí)，定時(shí)器 t0 開(kāi)始定時(shí)；而在其出現(xiàn)低電平時(shí)，定時(shí)器 t0 停止工作，并中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè)將測(cè)量信號(hào)的周期保存在定時(shí)器的存儲(chǔ)器中11。系統(tǒng)初始化時(shí)可通過(guò)設(shè)置使 t0 和 t1 定時(shí)器工在模式 1。2.32.3 執(zhí)行電

38、路執(zhí)行電路執(zhí)行電路是本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，是防盜報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，組成框圖如圖 2.5 它主要包括報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)、語(yǔ)音電路及顯示電路?？刂破髡Z(yǔ)音電路dtmf 收發(fā)電路摘掛機(jī)電路電 話接 口報(bào)警顯示電 路報(bào)警器圖 2.5 執(zhí)行電路框圖在執(zhí)行電路中報(bào)警器是一種傳統(tǒng)的報(bào)警方式，當(dāng)發(fā)現(xiàn)警情是報(bào)警器受控制器控制發(fā)出報(bào)警聲音，但當(dāng)用戶遠(yuǎn)離警區(qū)時(shí)簡(jiǎn)單的聲光報(bào)警器就失去了它的作用，因此我們?cè)陔娐分薪尤肓俗詣?dòng)撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警系統(tǒng)是隨著科技的發(fā)展應(yīng)人們的需求而發(fā)展出來(lái)的一種新技術(shù)產(chǎn)品，它能在發(fā)現(xiàn)警情時(shí)通過(guò)單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)向預(yù)存電話號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)，并由語(yǔ)音電路實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音報(bào)警。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2

39、010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè)3 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)熱釋紅外探頭聲 光報(bào) 警驅(qū) 動(dòng)電 路鍵 盤(pán)at89c51單片機(jī)撥號(hào)電路mt8888放大電路biss0001看門狗ds1232語(yǔ)音電路isd2500電話接口電路電源電路led數(shù)碼管驅(qū) 動(dòng)電 路圖 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)總圖本設(shè)計(jì)為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1 所示。防盜報(bào)警電路以 at89c51為主控核心，主體電路由單片機(jī)系統(tǒng)基本電路、傳感器模塊電路、聲光報(bào)警電路和語(yǔ)音撥號(hào)報(bào)警電路組成。單片機(jī)系統(tǒng)具有看門狗系統(tǒng)監(jiān)控電路，可以應(yīng)付大多數(shù)的意外干擾和程序錯(cuò)誤。輸入部分具有多種傳感器模塊輸入接口，可以實(shí)現(xiàn)

40、多種場(chǎng)合的防盜檢測(cè)。輸出部分具有聲光報(bào)警電路和撥號(hào)報(bào)警電路，可以在警報(bào)觸發(fā)的時(shí)候發(fā)出聲光警告，同時(shí)自動(dòng)撥打預(yù)設(shè)的電話號(hào)碼報(bào)告主人。3.13.1 熱釋電人體紅外線傳感器熱釋電人體紅外線傳感器 防盜報(bào)警器入侵信號(hào)的探測(cè)是由熱釋電人體紅外線傳感器完成的，系統(tǒng)要探測(cè)非法入侵信號(hào)，用傳統(tǒng)的辦法目標(biāo)明顯易于被破壞，靈敏度低。因此我們考慮采用熱釋電人體紅外線傳感器，它具有反應(yīng)速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、不易被破壞安全性好等特點(diǎn)。因此，廣泛用于銀行、辦公樓、實(shí)驗(yàn)室、家庭等場(chǎng)合的防盜報(bào)警系統(tǒng)中。3.1.1 熱釋電人體紅外線傳感器的工作原理熱釋電人體紅外線傳感器由敏感單元、阻抗變換器和濾光窗等三大部分組成。熱釋電人體

41、紅外線傳感器對(duì)紅外線的敏感程度主要表現(xiàn)在傳感器敏感單元的溫度所發(fā)生的變化，而溫度的變化導(dǎo)致電信號(hào)的產(chǎn)生。環(huán)境與自身的溫度變化由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它不向外輸出信號(hào)；而傳感器的低頻響應(yīng)（一般為 0.110hz）和對(duì)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè)特定波長(zhǎng)紅外線（一般為 515um）的響應(yīng)決定了傳感器只對(duì)外界的紅外線的輻射而引起傳感器的溫度的變化而敏感，而這種變化對(duì)人體而言就是移動(dòng)。所以，傳感器對(duì)人體的移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)敏感，對(duì)靜止或移動(dòng)很緩慢的人體不敏感；它可以抗可見(jiàn)光和大部分紅外線的干擾12。熱釋電人體紅外線傳感器與報(bào)警器配套使用，是報(bào)警器中的核心探測(cè)元件，紅

42、外光譜原理，由發(fā)射端主動(dòng)發(fā)射多束紅外光線，在接收到紅外線射束時(shí)，形成紅外的網(wǎng)狀，并進(jìn)入防衛(wèi)狀態(tài)，當(dāng)防衛(wèi)射束被完全阻斷超過(guò) 40 毫秒時(shí)，紅外傳感器將信號(hào)傳入專用集成電路并由專用集成電路轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)，由單片機(jī)控制系統(tǒng)完成控制報(bào)警器報(bào)警任務(wù)。3.1.2 熱釋電人體紅外線傳感器的主要性能參數(shù)熱釋電人體紅外線傳感器的主要性能參數(shù)：電源電壓 2.210.0v 源極電壓 0.32.0v 源極阻抗 47k id=643ua 電 平 衡 10%max） 頻率響應(yīng)0.330hz 12db（max）響應(yīng)波長(zhǎng) 7.514um 平均大于 70%工作溫度-1050。其輸出電壓與特性曲線如圖 3.2 所示。圖

43、 3.2 rv 與 的關(guān)系曲線3.23.2 測(cè)量及放大電路設(shè)計(jì)測(cè)量及放大電路設(shè)計(jì)如圖 3.3 所示的電路是由測(cè)量元件、補(bǔ)償元件及電阻組成的測(cè)量電路，其中a1為測(cè)量元件，a2為補(bǔ)償元件，r1、r2為純電阻。在正常情況下，調(diào)節(jié) a2是電橋輸出電壓 u0=0，當(dāng)控制區(qū)域的探測(cè)溫度增加時(shí)，a1的阻值增加，則輸出電壓也增加，通過(guò)測(cè)量輸出電壓 u0即可得探測(cè)的溫度變化。其中 ui為穩(wěn)壓源，它的穩(wěn)定性決定了測(cè)量的精度。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè)由于探測(cè)電路的輸出信號(hào)比較弱，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，本設(shè)計(jì)采用由單運(yùn)放組成的測(cè)量放大器，如圖 3.4 所示。電路中，

44、利用三個(gè)運(yùn)放組成了一同相差動(dòng)放大電路，其中電路配置時(shí)，一般使 rf1=rf2，通過(guò)調(diào)整 rw，改變放大器的增益。 圖 3.3 測(cè)量電路 圖 3.4 放大電路3.33.3 熱釋紅外傳感信號(hào)專用集成電路設(shè)計(jì)熱釋紅外傳感信號(hào)專用集成電路設(shè)計(jì)3.3.1 專用集成電路芯片 biss0001根據(jù)系統(tǒng)的需要作者在這里選擇了 biss0001 芯片，其內(nèi)部原理框圖如圖3.5。圖 3.5 biss0001 原理biss0001 采用 cmos 工數(shù)?；旌稀?6 腳 dip 封裝、具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器、內(nèi)部的雙向鑒幅器可有效抑制干擾、靜態(tài)電流極小等特點(diǎn)。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明

45、書(shū)第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè)biss0001 芯片管腳圖如圖 3.6。圖 3.6 biss0001 芯片管腳圖表 3.1 管腳說(shuō)明引腳名稱i/o功能說(shuō)明1ai可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。2voo控制信號(hào)輸出端。3rr1-輸出延遲時(shí)間 tx 的調(diào)節(jié)端4rc1-輸出延遲時(shí)間 tx 的調(diào)節(jié)端5rc2-觸發(fā)封鎖時(shí)間 ti 的調(diào)節(jié)端6rr2-觸發(fā)封鎖時(shí)間 ti 的調(diào)節(jié)端7vss-工作電源負(fù)端8vrfi參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接 vdd，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9vci觸發(fā)禁止端。當(dāng) vcvr 時(shí)允許觸發(fā)(vr0.2vdd)10ib-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11vdd-工作電源正端122outo第

46、二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132in-i第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141in+i第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151in-i第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端161outo第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端光控電路由光敏電阻器 rg、電阻器 rl和 ic 第 9 腳內(nèi)電路組成?？刂茍?zhí)行電中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè)路由電阻器 rl0、晶體管 v、二極管 vd 和繼電器 k 組成。3.3.3 biss0001 工作原理biss0001 是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。我們以其不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下

47、的波形和可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形，來(lái)說(shuō)明其工作過(guò)程。來(lái)說(shuō)明其工作過(guò)程。圖 3.7 不可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形首先，根據(jù)實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器 op1組成傳感信號(hào)預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后耦合給運(yùn)算放大器 op2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為 vm(0.5vdd)后，將輸出信號(hào) v2送到由比較器 cop1 和 cop2 組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào) vs。由于 vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，當(dāng)vdd=5v 時(shí)，可有效抑制1v 的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 cop3 是一個(gè)條件比較器。當(dāng)輸入電壓 vcvr 時(shí)，cop3 輸出為高電平，進(jìn)入延時(shí)周期。 當(dāng) a端接

48、“0”電平時(shí)，在 tx 時(shí)間內(nèi)任何 v2 的變化都被忽略，直至 tx 時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng) tx 時(shí)間結(jié)束時(shí)，vo 下跳回低電平，同時(shí)啟動(dòng)封鎖時(shí)間定時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期 ti。在 ti 時(shí)間內(nèi)，任何 v2 的變化都不能使 vo 跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平），可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾10。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 3.8 可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在 vc=“0”、a=“0”期間，信號(hào) vs 不能觸發(fā) vo為有效狀態(tài)。在 vc=“1”、a=“1”時(shí)，vs 可重復(fù)觸發(fā) vo 為有效狀態(tài)，并

49、可促使 vo在 tx 周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在 tx 時(shí)間內(nèi)，只要 vs 發(fā)生上跳變，則 vo 將從vs 上跳變時(shí)刻起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè) tx 周期；若 vs 保持為“1”狀態(tài)，則 vo 一直保持有效狀態(tài)；若 vs 保持為“0”狀態(tài)，則在 tx 周期結(jié)束后 vo 恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時(shí)間 ti 時(shí)間內(nèi)，任何 vs 的變化都不能觸發(fā) vo 為有效狀態(tài)。通過(guò)以上分析可見(jiàn) biss0001 是一款結(jié)構(gòu)新穎、功能強(qiáng)大的紅外信號(hào)處理芯片。3.3.4 biss0001 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)紅外探測(cè)傳感模塊由熱釋紅外傳感器（pir） 、熱釋電紅外專用接口芯片biss0001 和外圍電路組成。中北大學(xué)信息商務(wù)

50、學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 3.9 專用集成電路應(yīng)用原理圖熱釋電紅外控制電路由集成電路 lc(biss0001)和電阻器 r3-r9、電容器 c3-c8 組成。biss0001 是熱釋電紅外控制專用集成電路，其內(nèi)部由輸入放大器、雙向限幅器、狀態(tài)控制器、延時(shí)定時(shí)器、鎖存定時(shí)器和基準(zhǔn)電源等電路組成。3.43.4 “看門狗看門狗”復(fù)位電路復(fù)位電路隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和智能化產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，如何提高單片機(jī)產(chǎn)品的抗干擾能力是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)人員所面臨和必須解決的問(wèn)題。美國(guó) dallas 公司生產(chǎn)的“看門狗(watchdog)”集

51、成電路 ds1232 具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力。 “看門狗”有時(shí)又稱為定時(shí)器，它的作用是強(qiáng)迫單片機(jī)（微控制器）進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，使之從硬件或軟件電路故障中解脫出來(lái)。3.4.1 “看門狗”的工作原理在系統(tǒng)運(yùn)行以后就啟動(dòng)了“看門狗”計(jì)數(shù)器， “看門狗”開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不清空“看門狗”定時(shí)器，則“看門狗”計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起“看門狗”中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在使用有“看門狗”芯片時(shí)要注意不時(shí)的清空“看門狗”定時(shí)器。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 3.10 看門狗電路原理圖

52、ds1232 是常用的硬件“看門狗”芯片，其應(yīng)用電路如圖 3.10。ds1232 的 rst端接單片機(jī)的復(fù)位端，set 端接單片機(jī)的輸出 i/o 端?？撮T狗的實(shí)質(zhì)是一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，就會(huì)輸出復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)強(qiáng)制復(fù)位。因此需要在看門狗定時(shí)器溢出前，通過(guò)單片機(jī) i/o 端口對(duì)看門狗重置，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，要在定時(shí)時(shí)間到來(lái)之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者 pc 指針不能返回。則定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。3.4.2 ds1232 的功能特性(1)電源電壓監(jiān)視ds1232 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)向微處理器供電的電源電壓，當(dāng)電源電壓 vcc低于預(yù)置值時(shí)，ds1232 的第 5 腳

53、和第 6 腳輸出互補(bǔ)復(fù)位信號(hào) rst 和rst。預(yù)置值通過(guò)第3 腳(tol)來(lái)設(shè)定；當(dāng) tol 接地時(shí)，rst 和rst 信號(hào)在電源電壓跌落至 4.75v以下時(shí)產(chǎn)生；當(dāng) tol 與 vcc相連時(shí)，只有當(dāng) vcc跌落至 4.5v 以下時(shí)才產(chǎn)生 rst和rst 信號(hào)。當(dāng)電源恢復(fù)正常后， rst 和 rst 信號(hào)至少保持 250ms，以保證微處理器的正常復(fù)位。(2)按鍵復(fù)位在單片機(jī)產(chǎn)品中，最簡(jiǎn)單的按鍵復(fù)位電路是由電阻和電容構(gòu)成的，如果系統(tǒng)擴(kuò)展存在需要和微處理器同時(shí)復(fù)位的其他接口芯片，這種簡(jiǎn)單的阻容復(fù)位電路往往不能滿足整體復(fù)位的要求。ds1232 提供了可直接連接復(fù)位按鍵的輸入端pbrst(第 1 腳

54、)，在該引腳上輸入低電平信號(hào)，將在 rst 和 rst 端輸出至少250ms 的復(fù)位信號(hào)。(3)“看門狗”定時(shí)器中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè)在 ds1232 內(nèi)部集成有“看門狗”定時(shí)器，當(dāng) ds1232 的 st 端在設(shè)置的周期時(shí)間內(nèi)沒(méi)有有效信號(hào)到來(lái)時(shí)，ds1232 的 rst 和rst 端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以強(qiáng)迫微處理器復(fù)位。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機(jī)是非常有效的?！翱撮T狗”定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由 ds1232 的 td 引腳確定?！翱撮T狗”定時(shí)器的周期輸入信號(hào) st 可以從微處理器的地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)或控制信號(hào)中獲得，不論哪種

55、信號(hào)都必須能夠周期性的訪問(wèn) ds1232，對(duì)于 mcs51系列單片機(jī)，推薦使用 ale 信號(hào)。ds1232 曾經(jīng)應(yīng)用到“糧食中心庫(kù)糧倉(cāng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”、“銀行利率顯示屏”、“多功能電腦時(shí)鐘”、“電廠皮帶秤測(cè)速系統(tǒng)”和“全自動(dòng)限電計(jì)量系統(tǒng)”中，在實(shí)際使用中收到了良好的效果。而本文在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)則是運(yùn)用了“看門狗”的定時(shí)器功能15.3.53.5 工作指示及聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)工作指示及聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)工作指示及聲光報(bào)警電路如圖 3.11 所示，工作指示燈為綠色閃爍燈，其工作狀態(tài)的控制由 p1.3 完成。通過(guò)軟件設(shè)置，從 p1.3 輸出一方波來(lái)控制三極管 q2 的通斷，從而控制工作指示燈的閃爍。圖 3.1

56、1 報(bào)警電路當(dāng)傳感器探頭受到觸發(fā)時(shí)，由軟件將 p1.4 和 p1.5 置位，此時(shí)三級(jí)管 q3 和q1 均導(dǎo)通，紅色報(bào)警燈亮，峰鳴器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)警報(bào)解除后，由軟件將 p1.4和 p1.5 清零，此時(shí)三極管 q3 和 q1 截止，紅色報(bào)警燈滅，峰鳴器關(guān)閉，停止報(bào)警。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 22 頁(yè) 共 44 頁(yè)3.63.6 自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)該系統(tǒng)主要通過(guò)一個(gè)單片機(jī)控制中心與電話網(wǎng)相連接。在正常情況下一直處在等待狀態(tài)，監(jiān)視是否有緊急情況發(fā)生。一旦有意外情況發(fā)生，通過(guò)發(fā)送中斷信號(hào)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)，讓它從等待狀態(tài)進(jìn)入報(bào)警過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警。3.6.1 mt8888

57、的介紹dtmf控制芯片為常用的mt8888，mt8888是一種具有intel微處理器接口的功能較強(qiáng)的雙音多頻(dtmf)發(fā)送和接收器件?？捎糜趯ず粝到y(tǒng)、交換機(jī)系統(tǒng)和移動(dòng)通信、轉(zhuǎn)帳卡系統(tǒng)、互接撥號(hào)器、數(shù)字通信和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。其主要功能有：(1)完整的dtmf發(fā)送和接收功能；(2)高速intel微處理器接口；(3)可工作于自動(dòng)音頻突發(fā)模式；(4)可調(diào)整保護(hù)時(shí)間；(5)呼叫音檢測(cè)到-30dbm。mt8888引腳排列如圖3.12所示。各引腳功能如下：圖 3.12 mt8888引腳定義in+、in-(1，2)運(yùn)放的同相和反相輸入端；gs(3)增益選擇端。在該引腳與in-引腳間接反饋電阻可調(diào)節(jié)運(yùn)放增益；v

58、ref(4)基準(zhǔn)電壓輸出端。通常為vdd/2，作為運(yùn)放的偏置電壓；vss(5)芯片電源負(fù)端，接地；osc1、osc2(6、7)時(shí)鐘或振蕩器的輸入、輸出端。兩引腳間接3.579545mhz晶體與內(nèi)部電路構(gòu)成芯片振蕩器；若由外部電路提供時(shí)鐘，則osc2引腳開(kāi)路；中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2010 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè)tone(8)dtmf信號(hào)輸出端，也可通過(guò)編程設(shè)置為單音輸出；(9)微處理器寫(xiě)輸入端，低電平有效，與ttl電平兼容；(10)片選信號(hào)輸入端，低電平有效。該引腳可由微處理器的地址鎖存信號(hào)(ale)直接提供；rs0(11)寄存器選擇控制輸入端；(12)微處理器讀輸入端

59、，低電平有效，與ttl電平兼容；/cp(13)中斷請(qǐng)求信號(hào)，為開(kāi)漏輸出。在中斷模式下，當(dāng)一個(gè)有效dtmf信號(hào)突發(fā)發(fā)送或接收時(shí)，輸出低電平信號(hào)。若控制寄存器設(shè)定電路工作于呼叫處理(call)模式和中斷使能，則該端輸出代表運(yùn)放輸入的方波信號(hào)音，但該信號(hào)頻率必須落在呼叫處理濾波器的帶寬內(nèi)；d0d3(14-17)數(shù)據(jù)總線，與ttl電平兼容。輸入需發(fā)送的dtmf編碼或輸出譯碼的dtmf信號(hào)數(shù)據(jù)。當(dāng)cs=1時(shí)呈高阻狀態(tài)；est(18)初始控制輸出。若電路檢測(cè)到一種有效的單音對(duì)時(shí)，est為高電平；若信號(hào)丟失，則est返回低電平；st/gt(19)控制輸入/時(shí)間監(jiān)測(cè)輸出。若st電壓大于門限vtst，電路寄存被

60、檢測(cè)的dtmf單音對(duì)，并更新輸出鎖存器內(nèi)容。若st電壓低于vtst，則電路不接收一新單音對(duì)，gt輸出的作用是設(shè)置外部時(shí)間監(jiān)測(cè)常數(shù)；vdd(20)芯片電源正端，典型值為+5v。3.6.2 mt8888的工作原理mt8888是集dtmf發(fā)送和接收功能的器件，內(nèi)帶呼叫處理濾波器。接收部分與dtmf接收器件mt8870類似，發(fā)送部分包括行、列計(jì)數(shù)器和d/a變換器，另外增加了一些控制寄存器和接口、數(shù)據(jù)總線緩沖器，很容易實(shí)現(xiàn)與微處理器的直接接口，其功能框圖如圖5所示。mt8888通過(guò)微處理器接口可以由rs0、 、 、d0d3等信號(hào)選擇與設(shè)定內(nèi)部寄存器，并控制電路的工作狀態(tài)或工作模式。它共有5個(gè)不同作用的寄