基于單片機(jī)的紅外傳感器設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要：本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)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(qiáng)、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(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機(jī)89C51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；紅外傳感器；報(bào)警電路；89C51目錄1 引言12.1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求12.2 紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹12.3 89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)22.4 89

2、C51管腳說(shuō)明23 方案設(shè)計(jì)53.1 總體設(shè)計(jì)思路53.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)63.2.1紅外傳感器原理63.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)63.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)73.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).73.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)83.3 紅外報(bào)警器原理圖83.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn)93.5 設(shè)計(jì)編程程序103.5.1 主程序清單103.5.2 外部中斷INTO11總結(jié)13參考文獻(xiàn)141.引言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上

3、裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)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(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。2.1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求：a 硬件電路設(shè)計(jì) （1）完成89C51應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(晶振電路， 上電復(fù)位電路等) （2）紅外收發(fā)模塊與單片機(jī)的正確連接； b程序設(shè)計(jì) 編寫(xiě)程序當(dāng)紅外接收管接到紅外線時(shí)對(duì)應(yīng)發(fā)光

4、二極管點(diǎn)亮。 要求完成主程序的設(shè)計(jì)及對(duì)應(yīng)的子程序設(shè)計(jì)。 c選芯片, 元件按設(shè)計(jì)連線 d完成子程序調(diào)試 e完成總調(diào)試 2.2 紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹紅外傳感器是80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測(cè)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(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖1紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3 89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) 89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4

5、k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2為AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見(jiàn)，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256 B RAM/SFR定時(shí)器/

6、計(jì)數(shù)器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB總線 擴(kuò)展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷各部分通過(guò)內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。外部中斷 控制并行口 串行通信圖2 89C51功能方塊圖2.4 89C51管腳說(shuō)明89C51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。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(mén)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

7、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(mén)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(mén)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)，P

8、2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FLASH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(mén)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。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(shí)器

9、0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）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。ALE/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(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)

10、， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。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)。/VP：當(dāng)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)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(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。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：反向振蕩器的輸出,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)

11、兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)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(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、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(chēng)。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。3方案設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)思路從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電

12、路、單片機(jī)、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3總體設(shè)計(jì)框圖所示： 復(fù)位電路信號(hào)檢測(cè)電路圖3 總體放大89c51驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示圖3 總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門(mén)限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位

13、電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。3.2具體模塊設(shè)計(jì)3.2.1紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的紅外傳感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖4所示, 在VCC電源端利用C1和R2來(lái)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(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖4紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖5所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。圖5 放大電路圖3.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反

14、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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖6所示為時(shí)鐘電路。圖6 時(shí)鐘電路圖3.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)

15、計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖7示為復(fù)位電路。圖7 復(fù)位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)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(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。圖8所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。圖8發(fā)光二極管報(bào)警電路3.3 紅外報(bào)警器原理圖紅外報(bào)警器的設(shè)計(jì)原理如上圖，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： 89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)

16、，D3D6亮紅燈開(kāi)始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開(kāi)始工作。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)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(bào)警結(jié)束檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開(kāi)始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN圖9 主程序工作流程圖3.5 設(shè)計(jì)編程程序3.5.1 主程序清單如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開(kāi)放中斷，INT

17、0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(cè)輸入信號(hào)，是否有輸入信號(hào) LA: ACALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，若有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)入報(bào)警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P

18、1.2 ;開(kāi)始報(bào)警使運(yùn)行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報(bào)警啟動(dòng)CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時(shí): MOV 51H,#14H ;10S循環(huán)次數(shù) MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器T0定時(shí) 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時(shí)初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;啟動(dòng)T0 L2:JBC TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報(bào)警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報(bào)警結(jié)束，正常運(yùn)行綠指示燈亮 LJMP LP ;循環(huán),繼續(xù)工作 3.5.2 外部中斷INTO服務(wù)程序： PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務(wù)程序開(kāi)始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB