創(chuàng)新的家用報警器課設(shè)(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)單片機原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計（論文） 題目： 家用防盜報警器設(shè)計 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣11* 學(xué) 號： * 學(xué)生姓名： * 指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時間：2014.06.16-2014.06.30專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 學(xué) 號*學(xué)生姓名*專業(yè)班級*課程設(shè)計（論文）題目家用防盜報警器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)該報警器可對倉庫、商店、住宅門窗自動監(jiān)測，當(dāng)門窗被開、玻璃被砸碎時，報警器發(fā)出警報聲，并顯示位置。報警器可檢測8點（門磁和振動監(jiān)測），并有消音按鍵。設(shè)計任務(wù)：1. CP

2、U最小系統(tǒng)設(shè)計（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2. 門磁和振動傳感器選擇及接口電路設(shè)計3. 報警電路及消音電路設(shè)計4.程序流程圖設(shè)計及程序清單編寫技術(shù)參數(shù)：1報警器可檢測8點，自動檢測門窗撬開以及玻璃破碎等情況2工作電源220V設(shè)計要求：1、分析系統(tǒng)功能，選擇合適的單片機及傳感器，門窗狀態(tài)檢測電路設(shè)計等；2、應(yīng)用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計方案的確定第4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計 第5天 門磁和振動傳感器選擇及接

3、口電路設(shè)計 第6天報警電路及消音電路設(shè)計第7天 程序流程圖設(shè)計第8天 軟件編寫與調(diào)試第9天 設(shè)計說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要社會在不停的發(fā)展進(jìn)步，人們的生活水平、標(biāo)準(zhǔn)也隨之發(fā)生改變。人們已經(jīng)不在簡簡單單的追求居住環(huán)境的良好了，同時也在重視居住環(huán)境的安全問題，注意家人的安全，財產(chǎn)的安全，人們的安全防護(hù)意識在不斷的提高。因此，家庭防盜報警系統(tǒng)就應(yīng)運而生。本設(shè)計針對家庭防盜報警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，包括CPU最小系統(tǒng)設(shè)計、傳感器選擇和電路設(shè)計、報警電路、復(fù)位電路

4、及消音電路等。其中CPU選擇的是Intel公司MCS-51系列的89C51。復(fù)位回路是應(yīng)用看門狗復(fù)位電路，這樣可以能更加良好的保證了復(fù)位。時鐘電路是采用晶振回路簡單，可靠。傳感器選擇的是熱式紅外線傳感器，此傳感器可以根據(jù)溫度的不同來檢測入侵者，并且設(shè)置在門窗或戶外等地，其發(fā)出的是不可見紅外光，隱蔽性強，靈敏度高。整個報警系統(tǒng)是通過信號采集，數(shù)據(jù)處理，發(fā)出信號，復(fù)位等過程組成，通過編程的語句，在89C51的控制下運行。由于人們對安全防盜重要性看的越來越重，因此該系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；報警電路；消音電路目 錄第1章 緒論1.1 報警器發(fā)展概況家用防盜報警器是用物

5、理方法或電子技術(shù)，自動發(fā)現(xiàn)在布防檢測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號并提示相關(guān)人員報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。最初的家用報警器是采樣感煙探測器，它采用的是氙氣光燈作為探測光源，優(yōu)點是客觀猜到體積從小到大的各種顆粒，靈敏度高，編程簡單和氣流監(jiān)控位于探測腔內(nèi)；缺點是維修成本大，需要定期對氙氣管進(jìn)行更換，每兩年更換一次過濾器，而且價格昂貴。第二代空氣采樣家用燃?xì)鈭缶鞑捎玫氖羌t外線激光裝置進(jìn)行探測光源，優(yōu)點是維修成本較低，不需要對探測器進(jìn)行整修，較低的成本，更廣泛的靈敏度范圍，體積更??；缺點是微小的顆粒的探測能力差，仍需要每兩年更換過濾器，要求有計算機和專門軟件來進(jìn)行編程，氣流監(jiān)控位于探測

6、器進(jìn)氣管內(nèi)，使得對探測器內(nèi)部氣流的監(jiān)控能力差，第三代采樣感煙探測器采用的是短波長藍(lán)光作為探測光源，可觀察到體積從小到大的各種顆粒，更快速的萌芽期火災(zāi)探測，能把灰塵和水蒸氣與燃燒產(chǎn)物區(qū)分開來，改善氣流監(jiān)控和簡單編程，不需要由專門工具。目前家用防盜報警器主要有壓力觸發(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，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而此次實際中所用到的是紅外光，它是一種是不可見光，并且具有很強的隱蔽性和保密性，所以此設(shè)備可以在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。1.2 本文研究內(nèi)容本設(shè)計包括CPU最小系統(tǒng)設(shè)計，（其中有CPU的選擇、數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展、復(fù)位電路設(shè)

7、計、時鐘電路設(shè)計）；傳感器設(shè)計與選擇；總體流程圖的設(shè)計。該系統(tǒng)是經(jīng)過傳感器采集數(shù)據(jù)，通過A/D轉(zhuǎn)換器交給CPU處理，再由CPU將處理結(jié)果輸出到報警電路，發(fā)出報警信號，整個系統(tǒng)是在軟件的控制下工作的。該系統(tǒng)在報警器處在工作狀態(tài)時，通過紅外探測器可以探測到人員闖入，并且通過設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體的輻射的信號轉(zhuǎn)變成電信號，通過放大電路，比較電路，發(fā)送到門開關(guān)，最后傳送到CPU處理，經(jīng)處理后，CPU控制報警電路發(fā)出報警信號。因為紅外線在正常情況下不容易被發(fā)現(xiàn)，因此，可以在門口，窗口位置設(shè)置紅外線這樣可以檢測到是否有人闖入房間。第2章 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計2.1 家用防盜報警器總體設(shè)計方案為了完成

8、防盜報警的功能，需要選擇和設(shè)計傳感器和單片機控制電路組成防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)組成框圖如下:門磁振蕩檢測89C51報警回路LED顯示及按鍵電路圖2.1 總體框圖門磁與振蕩電路是家用防盜報警器必備的檢測電路，具有檢測靈敏，體積小，安裝方便等優(yōu)點。顯示電路采用的是LED顯示，可以明確的顯示發(fā)生事故的位置，便于及時處理。CPU選擇的是51系列的89C51單片機，P3口接入門磁與振蕩電路，P1口與LED數(shù)碼顯示相連接。報警電路接在P3.7口，晶振電路接XTAL1和XTAL2口，復(fù)位電路接在RESET口。2.2 CPU的選擇本次設(shè)計所選用的單片機是Intel公司MCS-51系列的85C51。89C51的結(jié)構(gòu)

9、特點：1. 面向控制的8位CPU；2. 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，振蕩頻率為0-24MHZ；3. 片內(nèi)4KB Flash ROM程序存儲器；4. 128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器；5. 可尋址64KB的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器控制電路；6. 2個16位定時/計數(shù)器；7. 4個并行I/O口，共32條可單獨編程的I/O線；8. 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級；9. 一個全雙工的異步串行口；10. 21個特殊功能寄存器；11. 具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電保護(hù)方式。89C51的結(jié)構(gòu)引腳如圖2.2所示：圖2.2 89C51單片機引腳結(jié)構(gòu)其引腳功能為：GND：接地端。VCC：電源端。正常操作及對Fl

10、ash ROM編程和驗證時接+5V電源。XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反響放大器的輸入端及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳輸入外部時鐘脈沖。XTAL2：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在89C51片內(nèi)，它是振蕩電路反向放大器的輸入端。再接外部振蕩器時，此引腳應(yīng)懸浮。RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時，此引腳上出現(xiàn)兩個機械周期以上的高電平，就可以使單片機復(fù)位。ALE/：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，A

11、LE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， 。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(dāng)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，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序

12、存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。P0口：時雙向8位三態(tài)I/O口。在訪問外部存儲器時，可分別用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；在Flash ROM編程時，它輸入指令字節(jié)，在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。P0能驅(qū)動8個LSTTL門電路。P1口：它是一個內(nèi)部帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在Flash ROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。能驅(qū)動4個人LSTTL門電路。P2口：P2口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，他能輸出高8位地址。P3口：P3口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口P3口能驅(qū)動4個LSTTL門電路。2.3 數(shù)據(jù)存儲器

13、擴(kuò)展由于89C51片內(nèi)只有128B的數(shù)據(jù)存儲器，在現(xiàn)實生活中可能用到更多的數(shù)據(jù)存儲，因此需要對單片機進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，并且89C51具有擴(kuò)展功能。89C51片外最多可以擴(kuò)展64KB的數(shù)據(jù)存儲器。此次設(shè)計所用到的擴(kuò)展模塊是6264。6264是8K*8位靜態(tài)隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率為200mW，典型存取時間200ns，為28線雙列直插式封裝。89C51與6264的硬件接線圖如圖2.3所示，6264的片選線接89C51的P2.7，第二片選線CE2接高電平，保持一直有效狀態(tài)，6264是8KB容量的RAM，故使用了13根地址線。圖2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展接線圖2.4 復(fù)

14、位電路設(shè)計單片機復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機便可以可靠的復(fù)位。當(dāng)RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機從0000H地址開始執(zhí)行程序。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證復(fù)位電路可靠的工作，常將RC電路接施密特電路后再接入單片機復(fù)位端；或采用專用的復(fù)位電路芯片。MAX813L是一種體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片。MAX813L與單片機連接電路如圖2.4所示，該電路可以實現(xiàn)上電復(fù)位

15、，程序運行出現(xiàn)死機時自動復(fù)位和手動復(fù)位。為實現(xiàn)單片機死機時自動復(fù)位功能，需要在軟件設(shè)計中，P1.7不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因進(jìn)入死循環(huán)，則P1.7無脈沖輸出。于是1.6s后在MAX813L的端輸出低電平，該電平家到端，使MAX813L產(chǎn)生一個200ms的復(fù)位脈沖輸出，使單片機有效復(fù)位，系統(tǒng)重新開始工作。圖2.4 復(fù)位電路接線圖2.5 時鐘電路設(shè)計89C51內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器，如圖2.5所示。圖

16、2.5振蕩電路接線圖2.6 CPU最小系統(tǒng)圖CPU最小系統(tǒng)如圖2.6所示。圖2.6 CPU最小系統(tǒng)接線圖XTAL1與XTAL2分別為時鐘電路的輸入和輸出。P1.7和RESET分別接復(fù)位電路的輸入和復(fù)位端。其中C1、C2都是30。第3章 家用防盜報警器輸入輸出接口電路設(shè)計3.1 傳感器的選擇熱釋電紅外線(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。被動式紅外探測器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動式之稱。 被動式紅外探

17、測器又稱為熱釋電紅外探測器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯酸鉛P的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化， 最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路。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。熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路圖如圖3.1所示。其中R3、R5=10，R1、R2、R4=5。圖3.1 熱釋傳感器內(nèi)部接線圖熱釋電紅外傳感器通過接收移動人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運動速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號。當(dāng)熱釋

18、電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量聚焦在探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個立體探測空間內(nèi)熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動的人體時，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報警器。當(dāng)有人體突然進(jìn)入探測區(qū)域時，會造成紅外輻射能量的突然變化，

19、紅外探測器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號U，送往報警器，發(fā)出報警信號。紅外探測器的探測波長為814um，人體的紅外輻射波長正好處于這個范圍之內(nèi)，因此能較好的探測到活動的人體。被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒范圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。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)。在VCC電源端利用C1和R3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，

20、R2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。3.2 家用防盜報警器檢測接口電路設(shè)計ADC 0809系列為多通道8位逐次比較式CMOS A/D轉(zhuǎn)換器，它是美國公司制造的產(chǎn)品，是目前最流行的中速廉價型產(chǎn)品之一。其結(jié)構(gòu)、性能與ADC 0801等相似。片內(nèi)有多路模擬開關(guān)及通道地址譯碼及鎖存電路，可對多路模擬信號進(jìn)行分時采集與轉(zhuǎn)換；片內(nèi)配置了三態(tài)輸出數(shù)據(jù)緩沖器，提供了與微處理器兼容的接口；ADC 0809 的最大不可調(diào)誤差小于0.5-0.5LSB。ADC 0809典型的時鐘頻率為60kHz，每一通道的轉(zhuǎn)換時間需要6673個始終脈沖，約為100ms。在啟動ADC 0809后，EO

21、C大約在10后才變?yōu)榈碗娖健?809與89C51接線如圖3.2所示。圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換接線電路3.3 家用防盜報警器輸出接口電路設(shè)計此次課程設(shè)計顯示電路是采用芯片進(jìn)行譯碼輸出，可顯示不同的數(shù)字分別代表的不同的被監(jiān)測的位置。通過P0口可以分別輸送兩路四位地址給譯碼器進(jìn)行編譯，顯示不同的數(shù)字，以便用后了解。報警電路是采用蜂鳴報警電路，用P2.7口輸出脈沖控制555振蕩器再利用555振蕩器產(chǎn)生振蕩，可以使蜂鳴器發(fā)出聲響，達(dá)到報警的作用。當(dāng)有外人入侵時會發(fā)出報警信號提醒主人，采取防盜措施。其接線圖如圖3.3所示。 圖3.3 輸出接線圖第4章 家用防盜報警器軟件設(shè)計4.1 軟件實現(xiàn)功能綜述根據(jù)總體設(shè)計

22、方案，防盜報警系統(tǒng)包括主程序、讀數(shù)子程序、顯示報警子程序主程序主要用來進(jìn)行初始化，設(shè)置口地址和控制字，并對檢測結(jié)果進(jìn)行核對和控制讀數(shù)子程序用來讀取門磁振動檢測電路的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析顯示。顯示報警子程序，利用芯片進(jìn)行譯碼顯示，轉(zhuǎn)為BCD碼后輸出。4.2 流程圖設(shè)計4.2.1 主程序流程圖設(shè)計開始初始化延時2S發(fā)出報警信號相同發(fā)出信號NN圖4.2 主程序流程圖NYNY主程序主要用來進(jìn)行初始化，設(shè)置口地址及其控制字，并對檢測結(jié)果進(jìn)行核對，控制，其流程圖如圖4.2。4.3 程序清單主程序代碼設(shè)計：ORG 0000HLJMP MAIN ORG 0003HLJMP PINT0ORG 0200HMAIN:

23、MOV IE,#81H SETB IT0 MOV SP,#30H SETB P3.0 CLR P3.1MOV P1,#0FFH MOV P2,#00H CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA LA: ACALL DELAY JNB P1.0,ALARM AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAHLD2:MOV R2,0BBHLD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 CPL P3.0CPL P3.12S鐘定時: MOV 51H,#14H MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH

24、SETB TR0 L2:JBC TF0,L1 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 LJMP LP 中斷服務(wù)程序編寫：PINT0: CLR EX0 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN LN: LCALL DELAY JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 POP ACC POP PSW SETB EX0 LCALL LP LN2: RETI END第5章 系統(tǒng)設(shè)計與分析圖5.1 總程序圖5.1 系統(tǒng)原理圖5.2 系統(tǒng)原理綜述此設(shè)計的核心模塊是單片機，所以此系統(tǒng)也是單片機引用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是由硬件和軟件組成。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。整個系統(tǒng)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)，打開門限閥門送入89C51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)的報警信號。在報警響一段時間后自動解除，同時在報警時也可手動解除。第6章 課程設(shè)計總結(jié)此次課程設(shè)計設(shè)計