基于單片機的報警系統(tǒng).doc

畢 業(yè) 設 計熱釋電人體感應紅外報警器設計制作 學生學號： 141101043 141101066 學生姓名： 張飛鵬 白堆兌 導師姓名： 杜 娟 班級 機電一體化（2）班 專業(yè)名稱 機電一體化提交日期 年 月 日 答辯日期 年 月 日 年 月 摘 要熱釋電紅外傳感器，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，不易被盜賊發(fā)現，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制模塊、紅外探頭模塊、驅動執(zhí)行報警模塊、LED控制模塊等部分組成。處理器采用51系列單片機AT89C51，程序使用C語言編寫。 關鍵字：熱釋電紅外傳感器、AT89C51、紅外線.目錄一、引言1二、設計任務分析1三、技術方案的詳細設計（實施）2（一）本系統(tǒng)的設計方案21.系統(tǒng)概述2（二）硬件電路設計2（三）單片機部分81.AT89C51單片機簡介102.單片機最小系統(tǒng)113.按鍵部分電路114.報警電路125.紅外感應部分136.主程序工作流程圖13四 、 調試及調試中遇到的問題14五、總結評價15致謝16參考文獻17附件一：總體原理圖設計22附件二：實物圖23附件三：程序源代碼23一、引言隨著科技的提高，電子電器飛速發(fā)展，人民生活水平有了很大提高。各種高檔家電和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多。這點就是因為不法分子看到了大部分人防盜意識不夠強所造成的結果。因此越來越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警系統(tǒng)這時為人們解決了大部分問題。但是市場上的報警系統(tǒng)大部分是適用于一些大公司的重要機構。其價格昂貴，使普通家庭難以承受。如果設計一種價格低廉，性能可靠、智能化的報警系統(tǒng)，必將在私人財產的防盜領域起到巨大作用。由于紅外線是不可見光，隱蔽性能良好，因此在防盜、警戒等安保裝置中被廣泛應用。而本設計的電路包括硬件和軟件兩個部分。硬件部分包括紅外感應部分與單片機控制部分，整個系統(tǒng)電路可劃分為：電源部分、傳感器模塊部分、單片機控制電路，而單片機控制由最小系統(tǒng)和指示燈電路、報警電路等子模塊組成。主要工作由熱釋電紅外感應器完成信息采集、處理、數據傳送經過單片機功能設定到達報警模塊這一過程。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元。單片機應用系統(tǒng)也是由硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是主要是工作的程序通過編寫程序來控制輸入的信號。二、設計任務分析1.該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、按鍵設定、報警等。2.本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路、LED指示電路及軟件組成。3.系統(tǒng)可實現功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(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，紅外熱釋電模塊送出TTL 電平至AT89C51單片機，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。三、技術方案的詳細設計（實施）（一）本系統(tǒng)的設計方案1.系統(tǒng)概述（1）系統(tǒng)設計簡介本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外線傳感器，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，不易被盜賊發(fā)現，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。為了探測移動人體，通常使用雙元件型熱釋電紅外線傳感器，在這種傳感器內部，兩個靈敏元件反相連接，當人體靜止時兩元件極化程度相同，互相抵消。但人體移動時，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達到了探測移動人體的目的。該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊化分為數據采集、按鍵控制、報警等模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路、LED指示燈組成。（二）硬件電路設計本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：紅外感應部分、AT89C51單片機、報警系統(tǒng)三大部分。電路結構框圖如圖1所示： 電源開關紅外感應 AT89C 51 單片機復位電路LED指示燈報警電路按鍵控制 圖1 總體設計框圖處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(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，送出TTL 電平至AT89C51單片機。在單片機內，經軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅動蜂鳴器及報警指示燈報警。（三）單片機部分1. AT89C51單片機簡介 AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C15為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C15具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89C15 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報警電路等子模塊。2. 單片機最小系統(tǒng) 要使單片機工作起來最基本的電路構成為單片機最小系統(tǒng)如圖2所示 圖2 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。AT89C51 單片機的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機外界5V直流電源。連接方式為單片機中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復位電路就是確定單片機的工作起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態(tài)。當單片機系統(tǒng)在運行中，受到外界環(huán)境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執(zhí)行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。 時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度。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振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us。 3.按鍵部分電路 本電路的設計就是為了控制電路中布防和緊急狀態(tài)下不同的工作形式，當按下布防按鍵后，15秒后進入監(jiān)控狀態(tài)，當有人靠近時，熱釋紅外感應到信號，傳回給單片機，單片機馬上進行報警。當遇到特殊緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。如圖3所示。圖3按鍵部分4.報警電路在單片機的I/O 里會輸出高低電平,在P20、P21和P22分別接上LED指示燈而P23接上蜂鳴器而蜂鳴器外接個8550的三極管起到開關作用，當三極管達到飽和狀態(tài)下就驅動了蜂鳴器工作了 。圖4報警電路5.紅外感應部分（1） 電源模塊 本系統(tǒng)電壓為4.5v左右，直接接3個1.5V的直流干電池提供電源，然后用導線連接電源接口模塊。（2） 熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器(簡稱PIR)是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動覽測等，人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器，本傳感器是整個系統(tǒng)的關鍵，只有本傳感器才能感應到人體紅外線。如圖5所示。 圖5熱釋感應傳感器（3） 菲涅耳透鏡 菲涅耳透鏡片相當于熱釋感應傳感器的“眼鏡”，它和人的眼睛一樣的作用，配用得當與否直接影響到使用的功效，配用不當產生錯誤的動作，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。它的作用是有效的將探測到空間的紅外線集中到傳感器上，菲涅耳透鏡根據性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。如圖6所示為菲涅耳透鏡模型圖。圖6菲涅耳透鏡（4） BISS0001芯片簡介BISS0001是一款傳感信號處理集成電路，只要熱釋感應器把紅外線接收到信號傳輸到BISS0001里進行信號處理，它本身靜態(tài)電流極小，工作電壓在3V5V之間，當工作電壓為5V時輸出的驅動電流為10MA。配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動式熱釋電紅外傳感器，廣泛用于安防，自控等一些領域，它是有16個管腳組成的一種集成塊。如圖7所示為BISS000集成芯片的內部框圖，管腳功能說明如表1所示。引腳名稱I/O功能說明1AI可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。當A為“1”時，允許重復觸發(fā)；反之，不可重復觸發(fā)2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳前沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間Tx的調節(jié)端4RC1-輸出延遲時間Tx的調節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調節(jié)端7VSS-工作電源負端，一般接0V8VRFI參考電壓及復位輸入端。通常接VCC，當接“0”時可使定時器復位9VCI觸發(fā)禁止端。當VcVR時允許觸發(fā)(VR0.2VDD)10IB-運算放大器偏置電流設置端，經RB接VSS端，RB取值為1M左右。11VCC-工作電源正端，范圍為35V122OUTO第二級運算放大器的輸出端132IN-I第二級運算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運算放大器的反相輸入端161OUTO第一級運算放大器的輸出端 表1管腳說明圖圖7 BISS0001內部框圖由圖可見BISS0001 由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器即參考電壓等構成的數?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰？蓮V泛應用于多種傳感器和延時控制器。首先，根據實際需要，利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM(0.5VDD)后，將輸出信號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Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，當VDD=5V時，可有效抑制1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。 COP3是一個條件比較器。當輸入電壓VcVR時，COP3輸出為高電平，進入延時周期。 當A端接“0”電平時，在Tx時間內任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結束，即所謂不可重復觸發(fā)工作方式。當Tx時間結束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti。在Ti時間內，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。而可重復觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期間，信號Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1”、A=“1”時，Vs可重復觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內一直保持有效狀態(tài)。在Tx時間內，只要Vs發(fā)生上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個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周期結束后Vo恢復為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間Ti時間內，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)（5） 信號采集處理模塊 圖8信號處理模塊圖9實物圖 本電路是將人體輻射的紅外線轉變?yōu)殡娦盘?。熱釋紅外感應2腳輸入到前置放大器OP1進行放大，然后由C4耦合給運算放大器OP2進行第二級放大。再經過電壓比較器COP1和COP2構成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時時間定時器輸出信號在經過R3進入單片機部分進行處理。延時周期可通過R12來調節(jié)輸出，在延時時間內只要Vs發(fā)生上跳變，Vo就會從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了芯片內的定時器，若Vs一直保持為高電平，這樣就可以通過P10傳輸到單片機內進行下一步處理。而根據不同的距離要求來調節(jié)R13，最大可以調節(jié)到7米左右。圖中BISS0001中1腳用跳線連連接住一個接高電平后，在延時時間段內如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖?，本電路設計就是可觸發(fā)方式。6.主程序工作流程圖 按上述工作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如圖10所示。開始布防按鍵按下倒計時結束15秒倒計時開始檢測到有無信號蜂鳴器報警，發(fā)光二級管閃爍緊急按鍵按下YYN蜂鳴器報警結束圖10主程序工作流程圖四、調試及調試中遇到的問題第一步為目測，單片機應用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對每一個焊點都要進行仔細的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。第二步為萬用表測試，先用萬用表復核目測中認為可疑的連線或接點，查看它們的通斷狀態(tài)是否與設計規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現象。第三步為加電檢查。當系統(tǒng)加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是否有符合要求的電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯機檢查。在對硬件電路調試過程中，還遇到了不少問題，第一次把所有的元件都焊上去后，都準備調試了，才發(fā)現正負電源的插針離得太近了，不容易接電源，本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經過“三思而后行”，來不得半點的馬虎，否則浪費了時間和精力五、總結評價本設計研究了一種基于單片機技術的熱釋電智能防盜報警器。該防盜報警器通過以STC89C52單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)范圍內移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。 到目前為止我的畢業(yè)設計也即將告一段落了，在這次的畢業(yè)設計中，自己也學習到了很多以前沒有沒有經歷過的知識，讓我更加清楚了理論知識和實踐能力的差別了，了解到自己的短處，培養(yǎng)了我的獨立思考能力，進一步提高了自己在實際設計過程中研究問題、發(fā)現問題、解決問題的能力，同時，也發(fā)現了自己的不足之處，和一些問題的存在，并有待進一步學習和發(fā)展，讓自己在未來的工作和學習之中更快的適應和提高自己。致謝在本次畢業(yè)設計中，我得到了指導老師杜老師的熱心指導。自始至終關心督促畢業(yè)設計進程和進度。幫助解決畢業(yè)設計中遇到的許多問題。還不斷向我傳授分析問題和解決問題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在設計過程中少走很多彎路。同時，她還提供給我們專門的各種設備及場所，使我在調試過程中能夠有充足的時間。在這里非常感謝杜老師的指導和幫助，并致以誠摯的謝意！同時，身邊的同學給了我許多的幫助。在此，我向身邊關心我的同學致以誠摯的謝意！另外，系里的領導和老師也給了我們必要的指導，我也向系和年級的領導們表示衷心的感謝！最后感謝學院對我這幾年的培養(yǎng)。參考文獻 1胡萍.串口通信的紅外報警器的研制J.計算機與現代化，2010（10）：15-16.2唐德琴.電子溫度測量儀器技術發(fā)展戰(zhàn)略研究J.電子科學技術，2009,27（1）：1-83李行善.基于串口組件的體系結構J.電子串口與儀器學報，2010（08）：15-16.4姜道連等.用于AT89C51設計紅外報警器的設計與制作J.國外電子元器件，2010（12）：31-34.5馮國進嵌入式Linux驅動程序設計從入f-J至U精通D田北京：清華大學出版社,20086蔡文齋. 專業(yè)級串口調試器設計. 現代電子技術, 2010.7熊如貴.串口通信感應裝置J.電子制作，2009（6）:23-31.8 時德鋼等.基于串口通信的紅外報警器的研究J.計算機測量與控制，2009,10（7）：480-482.附件一：總體原理圖設計附件二：實物圖附件三：程序源代碼#include <reg52.h> /調用單片機頭文件#define uchar unsigned char /無符號字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無符號整型 宏定義變量范圍065535#define key_io P1uchar key_can;/ 紅外熱釋電平時為0 有輸出為1sbit beep = P23; /蜂鳴器定義sbit red = P22; /紅色發(fā)光二極管定義sbit green = P21; /綠色發(fā)光二極管定義sbit yellow = P20; /黃色發(fā)光二極管定義sbit hw = P13; /紅外熱釋傳感器定義bit flag_300ms = 0;/*獨立按鍵處理函數*/ void key()static uchar key_new = 0,key_old = 0,key_value = 0;if(key_new = 0) /按鍵松開if(key_io & 0x07) = 0x07)key_value +;else key_value = 0;if(key_value >= 5) /按鍵松開松手檢測key_value = 0;key_new = 1;/按鍵松開后進入等待按鍵狀態(tài)else if(key_io & 0x07) != 0x07) /按鍵按下key_value +;else key_value =0;if(key_value >= 5)/按鍵按下消抖key_value = 0;key_new = 0; /按鍵松開后進入等待松開按鍵狀態(tài)key_can = 20;if(key_new = 0) && (key_old = 1)switch(key_io & 0x07)case 0x06: key_can = 1; break; /得到按鍵值 case 0x05: key_can = 2; break; /得到按鍵值 case 0x03: key_can = 3; break; /得到按鍵值 key_old = key_new; /*定時器0初始化程序*/void time_init() EA = 1; /開總中斷TMOD = 0X01; /定時器0工作方式1ET0 = 1; /開定時器0中斷 TR0 = 1; /允許定時器0定時uchar flag_alarm ; /報警標志位uchar flag_bufang ; /布防標志位uchar flag_bufang_en ; /布防標志位使能uint flag_value; /用做定時器的變量/*紅外報警處理*/ void hongwai_dis()if(flag_alarm = 1) /報警red = red; /紅燈報警beep = beep; /蜂鳴器報警if(flag_bufang_en = 1) /準備開始布防green = green; /綠燈閃 if(flag_bufang = 1) /確認布防green = 0; /如果延時布防成功 綠燈長亮if(hw = 1) /紅外有輸出flag_alarm = 1;/*對應不同按鍵處理*/ void key_with()if(key_can = 1) /按鍵緊急報警flag_alarm = 1; /報警標志位 ; if(key_can = 2) /布防按鍵flag_bufang_en = 1;if(key_can = 3) /取消報警 把變量清零flag_alarm = 0; flag_bufang = 0; flag_bufang_en = 0;flag_value = 0;P2 = 0xff; /*主程序*/ void main()time_init();while(1)key(); yellow = hw; /紅外熱釋電指示燈 有輸出就亮黃燈if(key_can < 10)key_with(); /按鍵設置函數if(flag_300ms = 1)flag_300ms = 0;hongwai_dis(); /紅外報警函數/*定時器0中斷服務程序*/void time0_int() interrupt 1static uint value;TH0 = 0x3c;TL0 = 0xb0; / 50ms value +;if(value % 6 = 0)flag_300ms = 1;if(flag_bufang_en = 1)flag_value +;if(flag_value >= 600) /30秒flag_bufang = 1;flag_bufang_en = 0;flag_value = 0;