基于单片机的红外防盗报警系统的设计毕业论文.doc

基于单片机的红外防盗报警系统的设计毕业论文目录摘要Abstract第一章 绪论11 .1课题背景11. 2防盗报警系统在国外的发展11. 3防盗报警系统的发展前景与趋势31. 4结构安排3第二章 防盗报警系统设计介绍42. 1 设计的目的与意义4 2. 2设计容与要求42. 3相关硬件介绍4 2.3.1常见的几种红外传感器介绍52. 3.2热释红外传感器的原理62. 3.3 热释电红外传感器原理特性72. 3.4 热释电红外传感器的选定72. 3.5 AT89C51单片机的概述82. 3.6 AT89C51单片机的引脚分配10第三章 防盗报警系统总体方案设计123.1防盗报警系统总体设计思路12 3.2具体硬件电路模块设计13 3.2.1放大电路的设计13 3.2.2时钟电路的设计14 3.2.3复位电路的设计15 3.2.4发光二极管报警电路的设计15 3.2.5声音报警电路的设计16 3.3硬件电路的选择与说明16 3.4软件的程序实现163.4.1主程序工作流程图163.4.2设计编程程序18第四章 防盗报警系统仿真20 4.1 Proteus简介20 4.2 Keil 简介20 4.3 系统仿真20第五章 防盗报警系统外壳设计235.1Pro/ENGINEER的应用23 5.2 防盗报警系统外壳设计步骤235.2.1 防盗报警系统外壳界面设计235.2.2 防盗报警系统外壳探测器设计235.2.3 防盗报警系统外壳扬声器设计24 5.2.4 防盗报警系统外壳LED灯设计245.2.5 防盗报警系统外壳按键设计255.3 防盗报警系统外壳设计示意图26第六章 设计总结27参考文献28致谢29附录A 外文翻译-原文30附录B 外文翻译-译文32附录C 防盗报警系统原理图34附录D 设计编程程序35第一章 绪论1.1课题背景 随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防方式越来越不能满足人们日常防的要求。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防工作，与时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普与。 而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以与各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防报警系统安全防系统，对室出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行与时处理已经势在必行。 红外线作为一种不可见光，有很强的隐蔽性和性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品，还有红外监控无线报警器、超声波防盗报警器、红外线防盗报警器、高灵敏红外报警器、触摸式延时防盗报警器、 触摸式防盗报警器、红外报警器、 红外线声光报警器等。1.2防盗报警系统在国外的发展从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普与，所以稍后出现的理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以与普与到千家万户，更使得通过线报警的方式得到了前所未有的发展。从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。 国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以下特点，值得我们借鉴。目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、XX、等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。1979年公安部在市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。其实我国的技防工作早在60年代就开始了，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防手段，这是我国技术防工作的初级阶段。当时主要采用的手段是声控报警。罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。值班人员判断出罪犯在行窃，与时报告了领导和 有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。84年以后安防事业在中国进入了普与与提高阶段，而且发展迅速。相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防系统。进入90年代，人们注意到周界防的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。在防护区和禁区采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。1.3 防盗报警系统的发展前景与趋势随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防问题就显得尤为重要”。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势：（1） 更稳定可靠：如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；（2） 更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；（3） 更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室装潢需求；（4） 更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面；（5） 更强大的联网功能；（6） 更方便的扩展性。上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。1.4 结构安排结构安排如下：第一章 为绪论，介绍了防盗报警系统的研究背景、防盗报警系统的发展与前景本论文的设计计划和结构安排。第二章 对防盗报警系统的设计进行了介绍，首先对设计的目的和意义进行了解，再明确设计的容与要求，最后对设计需要的相关硬件进行介绍。第三章 为系统的总体设计，首先对整体的方案进行选择与设计，再针对各个硬件模块进行具体的设计，最后为软件的程序实现。第四章 对防盗报警系统进行了仿真，实现防盗报警系统声光报警的作用。第五章 对防盗报警系统的外壳进行了设计，使设计更加完善。 最后，对本次的研究课题的研究做出了总结与讨论，并且指出设计的不足之处。第二章 防盗报警系统设计介绍2.1设计的目的和意义随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。2.2 设计容与要求(1)本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路与相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2.3相关硬件介绍通过对相关硬件的介绍，会对防盗报警系统设计的原件选择有一个明确的思路，通过比较运用最正确原件，也对防盗报警系统的设计有个整体思路。2.3.1 常见的几种红外传感器介绍（1）红外探测器：红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。（2）红外测温产品：HEITRONICS 拥有40多年非接触红外测温经验，50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。HEITRONICS 系列产品已广泛应用于冶金、玻璃、造纸、纺织、橡胶、木材、制陶、塑料、涂层、沥青、建筑、电子、 食品、石化、水泥等工业制造、科学研究和实验领域。 (3)压电传感器压电传感器(Piezoelectric sensor)是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的。压电传感器的应用：可分为单向力,双向力和三向力传感器。压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向。由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力、位移 、振动加速度等。(4)磁电传感器磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器。磁敏管的应用:不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性；而且体积小 功耗低,因而具有广泛的应用前景。(5)光电传感器光电传感器(Photoelectric sensor)是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单、性能可靠、精度高、反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器。(6) 人体热释电红外传感器 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。（7）无线红外传感器无线红外传感器又名无线红外探测器，无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿、微电流省耗、无误报、无漏报、探测距离远、工作稳定、性能可靠、外形精巧、美观大方。机设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。 它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收围活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防。它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面（S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。2.3.2热释电红外传感器的原理热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件，是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理与设计电路如图2-1所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图2-1 热释电红外传感器原理图热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以与钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 ，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 ，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式 ，该电阻阻抗高达104M，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片， 并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。2.3.3热释电红外传感器的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um围几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。2.3.4 热释电红外传感器的选定 目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHI958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（部开关管D极，DRAIN)、信号输出端（部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND)。本设计传感器采用双元热释电红外传感器RE200B，该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用双灵敏元互补方法抑制干扰，以提高传感器的工作温度。传感器RE200B部电路图如下：D脚接工作电压，其工作电压低且围宽（2.2-15V）；S脚为输出源极电压；GND脚为接地。如图2-2所示，为热释电红外传感器RE200B的部电路框图。图2-2 热释电红外传感器RE200B的部电路框图热释电红外传感器RE200B的主要工作参数：工作电压：常用工作电压围为315V；工作波长：通常为7.514um；源极电压：通常为0.41.1V，R约为47k；输出信号电压：通常大于2.0V；检测距离：检测距离约为610m；水平角度：约为120°；工作温度围：-1040。2.3.5AT89C51单片机的概述（1）AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。（2）AT89C51的管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，它利用部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/VP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存储器。注意加密方式1时，将部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。XTAL1：反向振荡放大器的输入与部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。（3）振荡特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（4）芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。我们常见的单片机就是51系列，但是他们根据类型和特性不同分为好多种,此次设计我们选择了AT89C51单片机。MCS-51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称。INTEL公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机。89C51的特性像上面都罗列了，它的只读存储器即ROM是电可擦除的，也称为FLASHROM，这就方便了我们的使用。2.3.6 AT89C51单片机的引脚分配 将防盗报警系统设计中所需要用到AT89C51的引脚与其功能说明列出表格，以便对防盗报警系统设计有更好的了解与设计。如下表2-1所示：表2-1 AT89C51单片机引脚分配引脚功能说明P1.0接收外接传感器控制信号P1.2控制工作指示灯LED-GREENP3.0（RXD）控制报警指示灯LED-REDP3.1（TXD）控制外接SPEAKERRESET复位P3.2中断VCC供电电压GND接地第三章 防盗报警系统方案设计3.1防盗报警系统总体设计思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路与相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以与外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路与相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如以下图3-1所示： AT89C51复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动图3-1 总体设计框图处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警一段时间后解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位。3.2 具体硬件电路模块设计如以下图3-2所示，为红外防盗报警器的基本原理图。原理图由几个模块电路组成，具体各个模块电路下面将分别进行设计。图3-2 基本原理图3.2.1 放大电路的设计如以下图3-3所示，为放大电路设计图。在电路中，当热释电红外传感器接收到人体信号时，输出一个微弱的低频电信号，其大小仅1mV，频率约为0.3Hz到3Hz，需要通过三极管放大至70dB75dB。晶体管S9014是NPN三极管，其Ic静态工作电流达100mA，放大倍数最大可达1000倍。R9可以给S9014提供静态基极电压。放大后的信号由C6耦合至反相器74LS04输入端。74LS04反相器输出的是TTL电平，若探测器检测到有信号输入，输出低电平，即逻辑信号0,经51单片机处理，将产生报警。若无信号输入，则持续输出高电平，即逻辑信号1，经51单片机处理，将不产生报警。 图3-3 放大电路图3.2.2 时钟电路的设计 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周为1/12us，故而一个机器周期为1us。如以下图3-4所示为时钟电路图。 图3-4 时钟电路图3.2.3 复位电路的设计单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。复位方法一般有上电复位和外部手动复位两种方式。上电复位复位时在单片机接通电源时，对单片机的复位。上电复位电路示意图如图3-5（a）所示。在上电瞬间RST端与VCC电位相同，随着电容上电压的逐渐上升，RST端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是震荡器震荡建立时间加2个机器周期。图3-5（b）为外部手动复位电路的电路示意图。防盗报警系统设计此次采用的是外部手动按键复位电路。当需要外部复位时，按下复位按钮S3即可达到复位目的。（a） （b）图3-5 复位电路图参考图 （a）上电复位电路；（b）外部手动复位电路3.2.4 发光二极管报警电路的设计由一个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管D3被点亮，起到报警作用。以下图3-6所示为发光二极管报警电路。图3-6 发光二极管报警电路图3.2.5 声音报警电路的设计如以下图3-7所示，用一个Speaker、继电器、三极管和电阻接到单片机的TXD引脚上，外接VCC，构成声音报警电路，当TXD引脚被置高电平后，蜂鸣器会发声报警。如以下图所示为声音报警电路。图3-7 声音报警电路图3.3 系统硬件电路的选择与说明硬件电路的设计，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： 电容、电阻、三极管、AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器、继电器等。用这些元器件组成的一些单片机外围应用电路，以与单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为中止/暂停键, S2键作为作为电路复位键。3.4 软件的程序实现3.4.1主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图3-8所示：开始系统初始化检测P1.0口有无信号输入NY启动声光报警电路开始报警声光报警完毕是否还有检测信号等待下次报警 YN完毕 图3-8 主程序工作流程图来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警,报警完毕后，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，可以利用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如以下图3-9所示：中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图3-9 中断服务程序工作流程图3.4.2设计编程程序#include <reg52.h>typedef unsigned char uint8;typedef unsigned int uint16;sbit s1 =P10;sbit s3 =P32;sbit light=P30;sbit speaker=P31;sbit zhishi=P12;void baojing()uint8 counter; TMOD = 0x01;TH0 = 0xB8;TL0 = 0x00;TR0 = 1;while(s3) if(1 = TF0) TF0 = 0; TH0 = 0xB8;TL0 = 0x00; counter+; if(25 = counter) counter = 0; light = light;speaker=speaker; void zs() zhishi=s3;zhishi=s1; void fun() if(s1=0) baojing();void main() zs(); fun();第四章 防盗报警系统仿真4.1Proteus 简介 Proteus 的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点:1) 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势；2) 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机与其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。3) 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以与各种外围芯片。4) 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，可仿真51、AVR、PIC。4.2 Keil 简介 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的与其码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil 提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。4.3 系统仿真编写的程序用Keil软件编译，采用protel绘制原理图，最后通过Proteus软件来进行软硬件联机仿真。如图4-1为Proteus软件下绘制的仿真电路图。 仿真电路以按键S1的开合来代替信号的接收与否，S3按键可以使仿真中断。图4-1 仿真电路 当按下按键S1时，表示有信号输入，经单片机处理可使图中的LED绿灯点亮，LED红灯闪烁，蜂鸣器不断发出报警声音，产生声光报警。如图4-2为声光报警仿真图。图4-2 声光报警仿真当按下按键S3时，LED绿灯熄灭，LED红灯停止闪烁，