紅外探測報警電路的設(shè)計

1、河南理工大學畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書摘 要時代在飛速的發(fā)展，科技的更新更是日新月異，人們的防盜意識也在不停的提高。各種防盜報警器也應運而生，智能防盜系統(tǒng)也在科技的推動下取得了令不法分子望而卻步的成就，但是隨著我們高要求的需要，這些還是日顯不足，對此現(xiàn)實給了我們更高的要求和解決問題的動力。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理，設(shè)計的新型探測器，測量范圍廣, 響應速度快, 靈敏度高，抗干擾能力強，安全可靠 。并采用單片機89C51作為人體探測系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機進行數(shù)據(jù)判斷及處理。當檢測到有被測物體進入測量范圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警

2、信號，等待一段延遲時間后自動消除報警信號，并可手動解除報警信號。當有主人在家系統(tǒng)無需報警時,可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測到有人經(jīng)過時照明燈亮,等待一段延遲時間后自動熄滅,并可手動來控制延遲時間的長短。系統(tǒng)的另外一個功能是檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制，當探測頭探測到有人經(jīng)過時,系統(tǒng)自動計數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報警信號，并通過LED顯示檢測到的人數(shù)與最大容量報警人數(shù)。最后通過試驗，驗證了所設(shè)計方案的可行性。關(guān)鍵詞: 熱釋電傳感器； 單片機； 聲光報警； 鍵控44- -AbstractWith the Rapid developmen

3、t of the society and the scientific technology, more attention has been put upon the precautions against burglars. Therefore, a variety of anti-theft alarms have gained numerous applications for the robbery protection. However, the existing intelligent anti-theft alarm systems seem to be insufficien

4、t to meet the increasing requisitions for the severe situations. This fact gives a motivation for our design of a practical alarm system. It operates based on the infrared radiation and measurement through the pyroelectric infrared sensor. An 89C51 is introduced as the core for the anthropometric de

5、tection system and a pyroelectric infrared sensor for the data gathering. The obtained signal is processed in the 89C51 after the amplification. The designed system has the functions described as follows. In the case of the entrance of the sensitive object, a sound and light alarm will be emitted au

6、tomatically. Then the alarm will close down automatically after certain time duration, or alternatively can be shut down manually. On the other hand, in the case of the presence of the owner and then no need of alarming, the corridor light-monitoring system will work, where the alarm light will turn

7、 on at the emergence of the outsider and turn off after certain time duration automatically. Also the duration time of the light can be controlled manually. Another commendable characteristic of the designed system is the people-countering and the control of the maximum capacity. The current populat

8、ion and the maximum capacity are both displayed on the LED. The maximum capacity is controlled by the keyboard. When it is exceeded at some time instance, the system will emit an alarm signal automatically. Finally, the simulation results are also presented to validate the effectiveness of the desig

9、ned system. Keywords: pyroelectric sensor； microcontroller； sound and light alarm； keying目錄1 緒論.12 應用元件的介紹.321 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)322 紅外測溫原理423 熱釋紅外傳感器的原理特性524 菲涅爾透鏡6什么是菲涅爾透鏡6菲涅爾透鏡分類7菲涅爾透鏡基本原理和應用83 總體電路設(shè)計1031系統(tǒng)組成1032 單片機系統(tǒng)12單片機簡介12單片機在本系統(tǒng)中的應用1633 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計17高低通放大器17電壓比較器18開關(guān)電路20延時電路2134執(zhí)行電路

10、2235鍵盤控制電路設(shè)計2336 LED顯示電路的設(shè)計254 軟件設(shè)計2941 主控程序3042 鍵盤掃描程序3143 動態(tài)顯示程序設(shè)計3244 系統(tǒng)的總程序3345 系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析365 本設(shè)計的功能及使用環(huán)境395.1 本設(shè)計的功能395.2 本設(shè)計使用環(huán)境396 結(jié)論40致謝41參 考 文 獻.42附錄一 AT89C51 PDIP 40引腳說明.43附錄二 系統(tǒng)總體電路圖.441 緒論隨著人們生活水平的不斷提高和電子技術(shù)的發(fā)展，防盜報警系統(tǒng)及閉路監(jiān)控系統(tǒng)越來越廣泛地應用于教育、銀行、交通、電力、酒店、超市等公共場合，維護社會公共安全為目的，防入侵、防被盜、防破壞、防火、防暴和安全檢

11、查等，而為了達到防入侵、防被盜、防破壞等目的我們采用了以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機等技術(shù)為基礎(chǔ)的安全防范技術(shù)的器材設(shè)備，并將其構(gòu)成一個系統(tǒng)。由此應運而生的安全防范技術(shù)正逐步發(fā)展成為一項專門的公安技術(shù)學科，尤其是在現(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，加強現(xiàn)代化的安全防范技術(shù)，滿足人們對保安系統(tǒng)日益提高的要求和期望，就顯得更為重要。防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)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(shè)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?/p>

12、準確顯示出事地點，使于迅速采取應急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)通常由報警探測器（又稱防盜報警器）、傳輸通道和報警控制器三部分構(gòu)成。其中報警探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵行為及各種異常情況，報警探測器一般是由傳感器和信號處理組成的，用來探測入侵者入侵行為的，由包括電子和機械兩種處理部件組成的裝置，是防盜報警系統(tǒng)的關(guān)鍵，而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件，可以構(gòu)成不同種類、不同用途、達到不同探測目的的報警探測裝置。報警探測器按工作原理主要可分為紅外報警探測器、微波報警探測器

13、、被動式紅外/微波報警探測器、玻璃破碎報警探測器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器、磁控開關(guān)報警探測器、開關(guān)報警探測器、視頻運動檢測報警器、聲音探測器等許多種類。傳輸通道是報警探測器電子信號對外傳輸?shù)耐ǖ馈Ｄ壳皞鬏數(shù)姆绞接腥N，即有線，無線，借用線三種不同的通信方式。報警控制器是能將報警探測器發(fā)出來的報警信息變成聲光報警信號，并加以顯示和記錄、存儲的裝置。常用的有臺式、柜式、箱式和壁掛式幾種。但產(chǎn)生報警聲音，顯示報警部位，存儲記錄報警信息是必須具備的基本功能。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)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進行了很大的改進，不但可以用于單一

14、的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(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。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相連接，利用計算機統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機內(nèi)存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。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：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當主機停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效范圍小，而且各種開關(guān)

15、也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復雜，而且技術(shù)要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。綜合以上報警器的不足，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，不易被發(fā)現(xiàn)。同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后利于跟計算機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。2 應用元件的介紹21 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)熱釋電傳感器是

16、利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)中的主要手段，其特點是測溫范圍廣，響應速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點：（1）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準確度。（2）測溫范圍寬。（3）探測器的響應時間短，反應速度快，易于快速與動態(tài)測量。（4）不必接觸被測物體，操作方便。（5）可以確定微小目標的溫度。非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.7

17、61000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應，即在強電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器。22 紅外測溫原理紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學可知，處于絕對溫度（273.15）

18、以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度T與輻射能之間的關(guān)系為： (2-1)其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑體輻射能。實際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：(2-2)其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力; 為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由上可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率

19、就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。23 熱釋紅外傳感器的原理特性目標大氣衰減光學接收器光學調(diào)制器探測器信號處理探測器制冷設(shè)備顯示圖2-1 紅外傳感器工作原理熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體

20、放出的紅外線能量變化并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達104M，故引入的溝道結(jié)型場效應管應接成共漏形式即源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設(shè)計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。圖2-2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

21、源負極，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0.2-20。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。24 菲涅爾透鏡 什么是菲涅爾透鏡

22、 圖2-3 費涅爾透鏡外形菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀.菲涅爾（Augustin.Fresnel)發(fā)明的，他在1822年最初使用這種透鏡設(shè)計用于建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統(tǒng)燈塔透鏡。 菲涅爾透鏡(Fresnel Lense)是一種微細結(jié)構(gòu)的光學元件，從正面看其象一個飛鏢盤，由一環(huán)一環(huán)的同心園組成。菲涅爾透鏡分類(1)從光學設(shè)計上來劃分：正菲涅爾透鏡： 光線從一側(cè)進入，經(jīng)過菲涅爾透鏡在另一側(cè)出來聚焦成一點或以平行光射出。焦點在光線的另一側(cè)，并且是有限共軛。 這類透鏡通常設(shè)計為準直鏡（如投影用菲涅爾透鏡，放大鏡）以及聚光鏡（如太陽能用聚光聚熱用菲涅爾透鏡。 負菲涅爾透鏡： 和正焦菲涅爾透鏡剛好

23、相反，焦點和光線在同一側(cè)，通常在其表面進行涂層，作為第一反射面使用。 (2) 從結(jié)構(gòu)上劃分：圓形菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡陣列柱狀菲涅爾透鏡線性菲涅爾透鏡衍射菲涅爾透鏡菲涅爾反射透鏡菲涅爾光束分離器菲涅爾棱鏡 菲涅爾透鏡基本原理和應用 其工作原理十分簡單：假設(shè)一個透鏡的折射能量僅僅發(fā)生在光學表面（如：透鏡表面），拿掉盡可能多的光學材料，而保留表面的彎曲度。 另外一種理解就是，透鏡連續(xù)表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光

24、線調(diào)整成平行光或聚光。這種透鏡還能夠消除部分球形像差。目前人體驗知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)

25、活動時，進人一個視場后，又走出這個視場，再進人另一視場對傳感器而言，相當于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應的電信號。圖2-4 菲涅爾透鏡外形圖菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右。菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預熱”時間，在這段時期內(nèi)該傳感器不起作用。3 總體電路設(shè)計31系統(tǒng)組成 89C51單片機紅外探頭比較放大電路門限電路手動清除執(zhí)行電路LED顯示聲光報警驅(qū)動電路系統(tǒng)組成如圖3-1所示。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的

26、。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)測量放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出下TTL電平至89C51單片機.在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計平均及識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出人侵報警狀態(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。相應動作，當報警延遲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)。同時,還可把整個系統(tǒng)變?yōu)樽詣娱_關(guān)燈系統(tǒng),當有主人在時,可用手動解除報警功能,并且可以開啟開關(guān)燈執(zhí)行電路,在探測頭感應到有人時執(zhí)行電路執(zhí)行開燈。同時系統(tǒng)還可以使用在一些大型的公共場合，作為檢測人數(shù)個數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。 圖3-1 系統(tǒng)

27、組成框圖如下圖3-2為系統(tǒng)總體電路圖圖3-2 系統(tǒng)總體電路圖32 單片機系統(tǒng) AT89C51單片機簡介 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalshProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的

28、AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖6 系統(tǒng)總體電路圖圖3-3 51系列單片機外形圖（1）主要特性：·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和

29、時鐘電路 （2）管腳說明：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

30、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

31、收輸出4個TTL門電流。當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，如表3-1所示：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（記時器0外部輸入）P3.5T1（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。表3-1 AT89C51 P3口引腳與功能表RST：復位

32、輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，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

33、。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/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/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。（3）振蕩器特性：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)振蕩器。石晶振蕩

34、和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。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。（4）芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)

35、容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 圖3-4 單片機系統(tǒng)的電路圖33 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計 高低通放大器IC1使用廉價的通用四運放LM324,用其中兩個運放組成高、低通放大器。按圖3-5所示參數(shù)計算得到,第一級放大增益為:A1=R6/R4=220,第二級放大增益為:A2=R10/R8=270,總放大增益為:A=220×270=59400=95.5dB。我們知道,在運算放大電路中,放大倍數(shù)一般不宜取的太大,否則容易引起輸出端波形失真且導致電路自激振蕩。故將R6改為200,將R10改為1M,此時的總增益為A=20×100=2000=66

36、dB,比較符合實際應用,能保證電路工作可靠。圖3-5 熱釋電傳感器的基本電路圖 電壓比較器LM324另外兩個運放組成電壓比較檢測窗口,由R3、R5和R7、R16將高、低通放大器的輸入引腳均設(shè)置為1/2Vcc,即2.5V。當紅外傳感器檢測到人體的活動,其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大,傳送到LM324的A（與D1相連正輸入端）、C（與D2相連負輸入端）腳時,用示波器可以檢測到峰值約為5V的正弦波,那么無論是信號的正半周還是負半周,兩個比較器中必有一個輸出為低電平,使NE555的TR腳由高電平跳成低電平,以便控制延時電路工作。而當紅外傳感器沒有檢測到人活動時,由靜態(tài)電路可知,該3V直流信號同時加到LM

37、324的A、C腳,又知道R11、R12、R13即B（與D1相連負輸入端）腳偏置為2.8V,D（與D2相連正輸入端）腳偏置為2.2V。此時,電壓比較器輸出端E（與D1相連輸出端）、F（與D2相連輸出端）均為低電平;而NE555的TR腳原來經(jīng)R9上拉電阻設(shè)置為高電平,則VD1、VD2都導通,將NE555的TR腳鉗位成低電平。在圖3-5電路中,NE555為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,TR腳一旦有下降沿脈沖觸發(fā),則定時器就工作,OUT腳就輸出高電平。若沒有檢測到人體活動,而末端能輸出高電平,驅(qū)動后級的繼電器等電路單元工作,電路工作屬不正常, 為了避免電路誤動作對原電路進行了修改。電壓比較器部分修改后的電路如圖3-6

38、所示。將兩個二極管倒個方向，在其后加一個開關(guān)三極管，以它的輸出來控制延時電路。靜態(tài)時, LM324的E、F均為低電平，開關(guān)管截止，NE555的TR腳仍為高電平，延時電路不工作。當紅外傳感器檢測到人的活動，在輸入信號的正半周時,C腳的電平高于D腳所加的2.2V比較電壓,下比較器由F腳輸出低電平，VD2截止；此時由于A腳電平高于B腳，比較器輸出高電平，VD1導通，其高電平使得開關(guān)管飽和導通，將NE555的TR腳拉成低電平，致使延時電路工作。在信號負半周時，上、下比較器輸出電平剛好相反，即E腳輸出低電平，F(xiàn)腳輸出高電平，VD2導通?？梢?只要傳感器檢測到人體活動，無論是信號的正半周還是負半周，兩個比

39、較器中必有一個輸出為高電平，通過開關(guān)三極管從而控制延時電路工作。圖3-6 電壓比較電路圖通過電壓比較器，實現(xiàn)了兩個作用：（1）去除了噪聲信號對報警器的干擾，調(diào)節(jié)靈敏度。電路中總是會存在著各種噪聲信號，當外界的條件不同時，噪聲信號的大小也是有所不同的，當噪聲信號足夠大的時候，就會被電路當作一種有效信號存在于電路里影響電路的報警，當設(shè)置一個比較電壓后，把超過這個電壓的部分當作是報警信號，輸出一個有效的信號，即報警信號，把小于這個電壓的信號認為是噪聲信號，同時也不會使報警部分發(fā)出報警動作。（2）實現(xiàn)與數(shù)字器件的連接。因為這個報警器放大部分是用模擬電路完成的，處理的都是模擬信號，而實際的生活中的智能報

40、警控制電路往往是用數(shù)字器件制作的，所以，當模擬信號通過電壓比較器以后就變成了方波信號，然后通過一些方法對方波進行處理，使方波的高電壓為5V，低電壓為0V，就變成了單片機可以接收處理的標準數(shù)字信號，實現(xiàn)與數(shù)字器件的連接。第二級出來的爭先模擬信號經(jīng)過一個0.5V的參考電壓比較后得到一個易于處理、運用的波形。開關(guān)電路如圖3-6所示,在比較器后加上三極管Q1,整個電路不但工作可靠,且輸出電流大,能驅(qū)動后級的執(zhí)行電器工作。下面介紹一下三極管怎樣實現(xiàn)開關(guān)功能的，輸入電壓Vin控制三極管開關(guān)的開啟與閉合動作，當三極管呈開啟狀態(tài)時，負載電流便被阻斷，反之，當三極管呈閉合狀態(tài)時，電流便可以流通。詳細的說，當Vi

41、n為低電壓時，由于基極沒有電流，因此集電極亦無電流，致使連接于集電極端的負載亦沒有電流，而相當于開關(guān)的開啟，此時三極管乃勝作于截止區(qū)。同理，當Vin為高電壓時，由于有基極電流流動，因此使集電極流過更大的放大電流，因此負載回路便被導通，而相當于開關(guān)的閉合，此時三極管乃勝作于飽和區(qū)。對硅三極管而言，其基射極接面之正向偏壓值約為0.6伏特，因此欲使三極管截止，Vin必須低于0.6伏特，以使三極管的基極電流為零。通常在設(shè)計時，為了可以更確定三極管必處于截止狀態(tài)起見，往往使Vin值低于 0.3伏特。 當然輸入電壓愈接近零伏特便愈能保證三極管開關(guān)必處于截止狀態(tài)。欲將電流傳送到負載上，則三極管的集電極與射極

42、必須短路，就像機械開關(guān)的閉合動作一樣。欲如此就必須使Vin達到夠高的準位，以驅(qū)動三極管使其進入飽和工作區(qū)工作，三極管呈飽和狀態(tài)時，集電極電流相當大，幾乎使得整個電源電壓Vcc均跨在負載電阻上，如此則VcE便接近于0V，而使三極管的集電極和射極幾乎呈短路。在理想狀況下，根據(jù)奧姆定律三極管呈飽和時，其集電極電流應該為： (3-1)因此，基極電流最少應為： (3-2)上式表出了IC和IB之間的基本關(guān)系，式中的值代表三極管的直流電流增益，對某些三極管而言，其交流值和直流值之間，有著甚大的差異。欲使開關(guān)閉合，則其Vin值必須夠高，以送出超過或等于3-2式所要求的最低基極電流值。由于基極回路只是一個電阻和

43、基射極接面的串聯(lián)電路，故Vin可由下式來求解： （3-3） （3-4） 一旦基極電壓超過或等于3-4 式所求得的數(shù)值，三極管便導通，使全部的供應電壓均跨在負載電阻上，而完成了開關(guān)的閉合動作。延時電路延時電路使用單時基電路NE555。NE555定時器由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。如圖3-7虛線邊沿標注的數(shù)字為管腳號。其中，1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使NE555定時器直接復位；5腳為電壓控

44、制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，NE555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V18V范圍內(nèi)使用。此電路圖中NE555定時器可延時時間為T=1.1R14×C960。其作用有二。一是為自己離開檢測區(qū)時提供一段非報警延遲時間；二是在自己進入檢測區(qū)后提供關(guān)斷檢測器所需的時間。延時電路工作時,輸出的高電平或接通報警器電源進行報警。同時使繼電器吸合。繼電

45、器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。圖3-7 NE555內(nèi)部電路圖34執(zhí)行電路如圖3-8所示,當傳感器在無觸發(fā)信號輸入的靜態(tài)時保持低電平,當有檢測信號時,比較器輸出一個高電平,經(jīng)過施密特觸發(fā)器變?yōu)榈碗娖絹碛|發(fā)后級的NE555延遲電路，延遲電路后的三極管飽和導通,發(fā)射極變?yōu)楦唠娖?繼電器動作,常開開關(guān)吸合,照明燈接通電源后亮。圖3-8 執(zhí)行電路35鍵盤控制電路設(shè)計鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預的主要手段。單片機多采用非編碼鍵盤，鍵盤上鍵入及閉合鍵的識別有軟件來實現(xiàn)。非編碼鍵盤只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別、決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成。非編碼

46、鍵盤有獨立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)兩種。在非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動的消除，鍵值查找及一些保護措施的實施等任務，均由軟件來完成。本系統(tǒng)中鍵盤控制主要是對最大容量報警人數(shù)進行設(shè)置，SW-A鍵通過控制單片機輸出來控制LED顯示屏來進行界面在設(shè)置的最大報警人數(shù)和現(xiàn)報警人數(shù)之間轉(zhuǎn)換。SW-B鍵是對設(shè)置的最大報警人數(shù)進行加數(shù)的設(shè)置，SW-C鍵則是對設(shè)置的最大人數(shù)進行減數(shù)的設(shè)置。鍵盤按鈕與單片機的接口電路如圖3-9：圖3-9 鍵盤按鈕與單片機的接口電路鍵盤電路中每個按鈕都是一個常開開關(guān)電路，當按鈕未被按下時，P1.0-P1.3口輸入為高電平，當按鈕按下時，P1.0P1.3口輸入

47、為低電平。通常的按鈕所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當機械觸點斷開、閉合時，電壓信號波形如圖3-10所示。由于機械觸點的彈性作用，一個按鈕開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在斷開與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖3-10所示。抖動的時間長短由按鈕的機械特性決定，一般為510ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作所決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。圖3-10 按鍵時的抖動鍵抖動會引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，在鍵閉合穩(wěn)定時取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。本系

48、統(tǒng)采用了軟件消除抖動的方法。36 LED顯示電路的設(shè)計在單片機的應用系統(tǒng)中，為了便于人們觀察和監(jiān)視單片機的運行情況，常常需要用顯示器顯示運行的中間結(jié)果及狀態(tài)等信息，因此顯示器是必不可少的設(shè)備。單片機應用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED（Light Emitting Diode），近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器具有耗電少、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便。耐振動、受用壽命長等優(yōu)點；后者可進行圖形顯示，但接口較復雜，成本也較高。本系統(tǒng)只需顯示數(shù)字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器。在單片機中通常使用七段LED，構(gòu)成字型“8”，另外還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管以顯示數(shù)字

49、、符號及小數(shù)點，這種顯示器有共陰和共陽兩種，如圖3-11所示。圖3-11 LED數(shù)碼管本系統(tǒng)采用了共陰極的LED,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆畫ag，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被損壞，需外加限流電阻。共陰極七段LED顯示數(shù)字0F、文字、符號及小數(shù)點的編碼（a段為最低位，dp點為最高位）如表3-1所示。表3-2 共陰七段LED顯示字型編碼表 顯示字符共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼03FH C 39H106H D 5EH25

50、BH E 79H34FH F 71H466H P 73H56DH U 3EH67DH r 31H707H y 6EH87FH 8. FFH96FH “滅”（黑） 00HA77H B7CHLED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用了LED動態(tài)顯示方式, 動態(tài)顯示由顯示塊、字型碼鎖存驅(qū)動器、字位鎖存驅(qū)動器三部分組成。在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，有一個8位I/O口控制。而共陰公共端分別由相應的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。圖3-12所示為6位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。圖3-12 LED動態(tài)顯示接口電路由于所有6位段選線皆由一個I/O口控制

51、，因此，在每一瞬間，6位LED會顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因為本系統(tǒng)選用共陰LED，故因送低電平），以保證該位顯示相應字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應顯示字符。段選碼、位選碼每送入一次后應延時1ms來等待數(shù)碼管響應，因人眼的視覺暫留時間為0.1s(100ms),所以每位顯示的間隔不能超過20ms,并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。4 軟件設(shè)計單片機控制電路采用89C51。主要

52、實現(xiàn)對人體的檢測并計數(shù)，報警，鍵盤設(shè)定最大容量報警人數(shù)速度，顯示人數(shù)及最大容量報警人數(shù)。顯著特點是用軟件簡便實現(xiàn)某些硬件功能。本系統(tǒng)使用C語言編程。通過分析本系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)程序可以劃分為以下幾個模塊來寫：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等子函數(shù)。本系統(tǒng)的程序巧妙地利用單片機的內(nèi)部定時/計數(shù)器T0來計時，每50ms中斷一次，并用該值為基準來計算時間；系統(tǒng)檢測到人體的信號經(jīng)過比較放大之后得到標準的脈沖信號，然后輸入單片機的INT0端口，使用外部中斷的方式進行計算。41 主控程序主控程序主要是利用單片機內(nèi)部計數(shù)器T0對所采集到的脈沖數(shù)進行累加，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示所采集到的人數(shù)。如圖4-1為指控程

53、序的流程圖。開始初始化掃描端口是否有人？聲光報警計數(shù)LED顯示結(jié)束N圖4-1 主控程序流程圖42 鍵盤掃描程序在按下某個按鍵時，被按按鍵的橫片總會有輕微的抖動，這種抖動經(jīng)常會持續(xù)10ms左右時間。因此，CPU在按鍵抖動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的行值和列值，最好的辦法是使CPU在檢測到有按下時延遲20ms再進行掃描。如圖4-2為鍵盤掃描流程圖。圖4-2 鍵盤控制程序流程圖43 動態(tài)顯示程序設(shè)計 顯示器的掃描，每隔1.25 ms輪流點亮一位顯示器，對每一位顯示器來說每隔6.25 ms點亮一次，點亮的時間為1.25 ms。本系統(tǒng)中有六位顯示器，在89C51中設(shè)置有六個顯示緩沖單元，分別放置六位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。并通過P2.0P2.5對LED進行控制。如圖4-3為顯示程序流程圖。圖4-3 動態(tài)顯示程序流程圖44 系統(tǒng)的總程序本設(shè)計的程序編程是用C語言編寫的