用于實(shí)驗(yàn)室的智能防盜報警設(shè)計(jì)

本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） (2015(2015 屆屆) ) 用于實(shí)驗(yàn)室的智能防盜報警設(shè)計(jì) 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 宋俊華 指導(dǎo)教師 申遠(yuǎn) 副教授 2015 年 5 月 學(xué)號：1108441068 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文 I 目目 錄錄 目目 錄錄.I 摘要摘要.I ABSTRACTIII 1 緒論緒論.4 1.1 研究的背景.4 1.2 研究的內(nèi)容與意義4 2 智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理4 2.1 單片機(jī)概述.4 2.2 熱釋電紅外傳感器1 3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 3.1 時鐘電路的設(shè)計(jì).3 3.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)4 3.4 電源模塊設(shè)計(jì)4 3.3 紅外信號采集及其處理5 3.5 聲光報警電路的設(shè)計(jì).5 3.6 數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì)6 3.7 硬件電路的選擇及說明6 4. 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)7 4.1 主程序設(shè)計(jì)7 4.2 中斷子程序設(shè)計(jì)8 4.3 顯示子程序設(shè)計(jì).9 4.4 報警子程序設(shè)計(jì).9 5 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真10 6 6.系統(tǒng)分析與調(diào)試系統(tǒng)分析與調(diào)試11 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).15 附錄附錄 A：系統(tǒng)原理圖：系統(tǒng)原理圖.16 附錄附錄 B：系統(tǒng)：系統(tǒng) PCB 圖圖.17 附錄附錄 C：系統(tǒng)仿真圖：系統(tǒng)仿真圖.18 附錄附錄 D：系統(tǒng)源程序：系統(tǒng)源程序.19 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文 II 摘要摘要 隨著信息科技的快速發(fā)展以及高校實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)儀器水平的大幅度提高，同時，人 們的保護(hù)財產(chǎn)意識不斷增強(qiáng)，更加智能化的防盜措施逐漸被提上了日程，防盜報警系 統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 本文設(shè)計(jì)了用于實(shí)驗(yàn)室的熱釋電紅外防盜報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)以 89C51 為核心，配 以多種功能模塊來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室日常運(yùn)作中的防盜報警需求，本系統(tǒng)采用的傳感器為熱 釋電紅外傳感器，它具有安裝簡單,成本低廉,且不易被發(fā)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),所以也被廣泛應(yīng)用 于其它領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要包括熱釋電紅外傳感器模塊、報警器電路、單片機(jī)控制電路 等。自動檢測功能由紅外傳感器模塊實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有不法分子被此紅外偵測電路發(fā)現(xiàn)時時， 紅外傳感器會立即將偵測到的信號經(jīng)過處理后傳送給單片機(jī)，主機(jī)判斷信號后再決定 是否驅(qū)動報警電路。報警功能由蜂鳴器發(fā)聲裝置實(shí)現(xiàn)，并配以指示燈閃爍報警。該系 統(tǒng)的主要工作原理是用紅外探頭檢測人體信號,信號經(jīng)過電路放大處理后于主機(jī),再由 主機(jī)判斷并決定是否發(fā)送報警信號并驅(qū)動報警電路進(jìn)行聲光報警,從未達(dá)到智能報警與 防盜的效果. 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：防盜報警，紅外探測，聲光報警 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文 III Abstract With the rapid development of communication technique and great improvement of laboratory experimental instrument. At the same time, as the increasing of protecting awareness, security measures have gradually been put on the agenda. Anti-theft alarm system came into being. A kind of intelligent infrared anti-theft alarm system is designed for residential area. In order to meet the security needs of laboratory, this system with various function modules cores with microcontroller 89C51. This system used hydroelectric infrared sensor，it also has some advantages such as easy making, low cost, convenient installation, strong anti- interference ability, high sensitivity, and a more hidden installation and difficult to found. This system includes infrared detecting circuit, LCD control circuit, sound and light alarm circuit and MCU control circuit. Automatic detection can be completed by infrared detecting circuit. When theft is detected, the signal produced by infrared sensor will be transmitted to the signal processing module, and then this circuit sends the signal received to the main circuit which will judge it and drive the alarm module. Alarm function is realized by audible devices as buzzer. This system detects the infrared signal of human body by infrared sensor, so it has the alarming function. This system meets the need of anti-theft and alarm in peoples daily live. KEY WORDS：anti-theft and alarm, infrared detecting, sound and light alarm 4 1 緒論緒論 1.11.1 研究的背景研究的背景 家居防盜報警器的發(fā)展主要是基于傳感器之上， 所以有必要先談?wù)劶t外傳感器 的發(fā)展?fàn)顩r。而傳感器技術(shù)是 21 世紀(jì)人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點(diǎn)， 各發(fā)達(dá)國家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從 20 世紀(jì) 80 年代起， 日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新科技之首，美國等西方國家也將此技術(shù)列 為國家科技和國防技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。從而基于傳感器技術(shù)的防盜報警系統(tǒng)也得到了 高速發(fā)展。 傳統(tǒng)的防盜報警器都是檢測到有盜情的時候只在本地發(fā)出警報聲音，內(nèi)部沒有 控制器，易被破壞失效，安裝，擴(kuò)展也不方便。本文設(shè)計(jì)的家居防盜報警器利用單 片機(jī)控制，功能強(qiáng)大，并且易于擴(kuò)展成多用途的智能家居系統(tǒng)。 本家居防盜報警器主要由紅外人體感應(yīng)模塊和單片機(jī)組成。感應(yīng)部分可以配以 不同探頭，如門磁、煙霧、風(fēng)雨探頭、熱釋電探頭、溫度探頭等，可以實(shí)現(xiàn)防盜、 防火、防水等多功能報警，安裝使用非常方便！ 無論是基于那種方式的防盜報警器，它的工作原理都是將探測到的信號，經(jīng)電 路放大，并通過控制電路判斷是否屬于異常信號，再決定是否發(fā)送報警信號給報警 電路,從而達(dá)到防盜的效果。 1.21.2 研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容與意義與意義 首先是為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案劃分功能模塊.第一部分是紅外人體感應(yīng)器；第二部 分是主機(jī)(含顯示器,處理器,報警器等)；按鍵控制（對防盜器實(shí)行布防和撤防以及測 試)。其次是確定硬件電路的設(shè)計(jì)，包含芯片的選擇，具體電路的設(shè)計(jì)如探測電路、 報警電路等等。最后就是軟件的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)主要是以熟悉硬件電路的工作原 理為前提來設(shè)計(jì)的。 如今市場上成熟的防盜報警產(chǎn)品有被動式的、主動式的和多技術(shù)復(fù)合式的。但 前兩者都有致命的缺點(diǎn)就是誤報率很高，而多技術(shù)復(fù)合式的防盜報警器誤報率很低， 也是未來發(fā)展的主要方向。即使如此，我依舊設(shè)計(jì)的是被動式防盜報警器，因?yàn)槲?以目前的水準(zhǔn)很難對已成熟的產(chǎn)品有所突破而設(shè)計(jì)出一流的產(chǎn)品。個人認(rèn)為設(shè)計(jì)防 盜報警器的意義在于設(shè)計(jì)的過程，在設(shè)計(jì)的過程中我們才會把這幾年在學(xué)校里學(xué)到 的融合，同時也讓自己明白我們的學(xué)習(xí)道路還很遙遠(yuǎn)。 2 智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2.1 單片機(jī)概述單片機(jī)概述 2.1.1 STC89C51 主要性能 5 STC89C51 是STC公司推出的一款超強(qiáng)抗干擾，加密性強(qiáng)，在線可編程，高速， 低功耗CMOS 8位單片機(jī)。單片機(jī)片內(nèi)含 8k bytes 只讀程序存儲器，而且就跟黑板 一樣，可以重復(fù)的寫，重復(fù)的擦。還有隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM），它的內(nèi)存是256 bytes。器件依舊采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，能夠與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳相兼容，單片機(jī)內(nèi)是通用的8位中央處理器 （CPU），存儲單元用的是Flash，具有強(qiáng)大功能的STC89C51單片機(jī)適合于許多較為 復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 2.1.2 STC89C51 外部結(jié)構(gòu)及特性 其外形封裝有兩種方式：雙列直插式 40 腳封裝（DIP）和方形 44 腳封裝 （PLCC），直插式 40 腳封裝（DIP）和外部總線結(jié)構(gòu)如圖 2 和圖 3 所示： 圖 3.1 STC89C51 引腳排列圖 3.2 外部總線 STC89C51 的 4 個 8 位 I/O 口的功能說明如下： （1）P0 口：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能 驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外 部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時，P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時， 輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。 （2）P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器 能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此 時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因， 將輸出電流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分別作定時器/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 （P1.0/T2）和定時器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）。在 flash 編程和校驗(yàn)時， 6 P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 （3）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器 能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高， 此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原 因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲 器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口 使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存 儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗(yàn)時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 （4）P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器 能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時 可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因， 將輸出電流（IIL）。在 flash 編程和校驗(yàn)時，P3 口也接收一些控制信號。P3 口亦 作為 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示： P3.0 RXD(串行輸入口) P3.1 TXD(串行輸出口) P3.2 INTO(外部中斷 0 輸入口) P3.3 INT1(外部中斷 1 輸入口) P3.4 TO(定時器 0 外部輸入) P3.5 TI(定時器 1 外部輸入) P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號) P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號) 2.1.3 STC89C51 內(nèi)部組成 STC89C51單片機(jī)在一塊芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定時器/計(jì)數(shù)器、 看門狗和多種功能的 I/O 口設(shè)備的等，相當(dāng)于一臺計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。 STC89C51單片機(jī)內(nèi)包含的具體部分如下： 一個8 位 CPU。 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 8KB Flash 程序存儲器。 256 B RAM 數(shù)據(jù)存儲器。 三個16 位定時器/計(jì)數(shù)器。 7 可尋址 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲器和 64KB 的外部程序存儲器空間的控制電路。 32 條可編程的 I/O線（4組8 位并行 I/O端口）。 一個可編程全雙工串口通信。 8 個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。 STC89C51單片機(jī)的框圖如圖3.3所示，各功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。 圖 3.3 STC89C51 單片機(jī)框圖 1 2.22.2 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器 2.2.1 熱釋電紅外傳感器的工作原理 這種能夠發(fā)射紅外線和接受紅外線的器件稱為紅外線傳感器4。紅外線傳感器根 據(jù)其機(jī)理不同分為兩大類。一類為主動型紅外線傳感器，一類為被動型紅外線傳感器。 本論文采用的是主動型紅外線傳感器，它也叫做熱探測傳感器。這類傳感器可用來直 接接受目標(biāo)物體發(fā)射的紅外線并將其裝換為電壓信號輸出，它不需要紅外線發(fā)射傳感 器。 熱釋電紅外傳感器的工作原理：自發(fā)極化的鐵電體平時靠捕捉大氣中的浮游電荷 保持平衡狀態(tài)。當(dāng)受到紅外輻射后，其內(nèi)部溫度會升高，介質(zhì)內(nèi)部的極化狀態(tài)便隨之 降低，它的表面電荷濃度也降低了。這也就相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，這種現(xiàn)象 稱為電介質(zhì)的熱釋電效應(yīng)。將釋放出的電荷通過放大器放大后就成了一種控制信號， 利用這一原理制成的紅外傳感器稱為熱釋電紅外傳感器。 2.2.2 熱釋電紅外傳感器的基本結(jié)構(gòu)與類型 熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾波片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。 按照探測元的數(shù)目來分，熱釋電紅外傳感器有單元、雙元和四元等幾種，用于人 體探測的紅外傳感器采用雙元或四元式結(jié)構(gòu)。按照熱釋電紅外傳感器的用途分，有以 下幾種：用于測量溫度的傳感器，它的工作波長為 120um；用于火焰的探測的傳感 器，它的工作波長為 4.350.15um；用于人體探測的傳感器，它的工作波長為 715um6。 將高熱電材料制成一定厚度的薄片并在其兩面鍍上金屬電極，然后加電進(jìn)行極化， 這樣便制成了熱釋電探測元。 2.2.3 菲涅爾透鏡 菲涅爾透鏡是人體熱釋電紅外傳感器不可缺少的組成部分10，其作用有二：一是 將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外元上；二是產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū) 和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元要求不斷變化的要求。 菲涅爾透鏡一般用塑料制造，先將塑料加工成薄鏡片11，然后對鏡片進(jìn)行棱狀或 梳狀處理，使鏡片成為高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的透鏡。在使用時，將熱釋電傳感器 安裝于透鏡的焦點(diǎn)區(qū)，這樣當(dāng)有人在鏡前移動時，其輻射的紅外線就會通過透鏡形成 高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的紅外輻射并傳到傳感器的探測元上，使探測元產(chǎn)生時弱時 強(qiáng)的或時有時無的電脈沖信號，并通過阻抗變換器的變換由輸出端輸出。 2 圖2-2 菲涅爾透鏡的外形和視場圖 菲涅爾透鏡的主要技術(shù)指標(biāo)有： 外形尺寸，根據(jù)傳感器和探測需要來設(shè)計(jì)和產(chǎn)生不同尺寸的透鏡。 水平視角和垂直視角，它表明透鏡的可監(jiān)視范圍。 焦距，它表明鏡片與傳感器的安裝距離。 2.2.4 紅外傳感器的應(yīng)用 熱釋電紅外傳感器可在入侵警報器、移動偵測器、自動照明以及自動門控制等方 面的設(shè)計(jì)電路中應(yīng)用。 3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、報警等子模塊。電 路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機(jī)控制電路。就此設(shè)計(jì)的核心模 塊來說，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。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包 括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個階段。 從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電 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 3-1 總 體設(shè)計(jì)框圖所示。 3 圖 3-1 系統(tǒng)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置 在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路 送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出 TTL 電平至 AT89C51 單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟 件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時發(fā)出入侵報警狀態(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(yīng)動作。當(dāng)報警延遲 10s 一段時間后自動解除，也可人工 手動解除報警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警 10s 鐘后 有定時器實(shí)現(xiàn)自動消除報警。 3.13.1 時鐘電路的設(shè)計(jì)時鐘電路的設(shè)計(jì) 時鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。MCS-51 單片機(jī)允許的時 鐘頻率是因型號而異的典型值為 12MHZ。 MCS-51 內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2 分別為反相放大器輸入和輸出端， 外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個部件3。 AT89C51 是屬于 CMOS8 位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于 NMOS 型的單片機(jī)。 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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€機(jī)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(jī) 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，故而一個機(jī)器周期為 1us。如圖 4 所示為時鐘電路。 4 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 圖 3-2 晶振電路 3.23.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于 一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS-51 單片機(jī)有一個復(fù)位引腳 RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于 CHMOS 單片機(jī)， RST 引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當(dāng)振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期(即 24 個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位7，只要 RST 保持高電平，MCS-51 保持復(fù)位狀 態(tài)。此時 ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3 口都 輸出高電平。RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù) 位，CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機(jī)在時鐘電路工作以后, 在 RESET 端持續(xù)給出 2 個機(jī)器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻 率為 12MHz 時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是自動復(fù)位電路。如 圖 5 示為復(fù)位電路。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 圖3-3 復(fù)位電路 3.43.4 電源模塊設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì) 考慮采用典型的變壓器降壓，全波整流，電容濾波及集成電路穩(wěn)壓的思路進(jìn)行設(shè) 計(jì)。由于單片機(jī)及后續(xù)的無線接收電路等都用 5 V 作為工作電源，所以在經(jīng)整流和濾 波電路后再用三端集成穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定可靠的 5 V 直流電源， 三端穩(wěn)壓集成電路采用 LM7805。具體電路圖如圖 5。 5 圖 3-4 電源電路圖 3.33.3 紅外信號采集及其處理紅外信號采集及其處理 本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器采用這種人體感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電 路如圖 7 所示, 當(dāng)人體感應(yīng)模塊感應(yīng)到人體移動信號時，輸出 out 為高電平。其中三 極管類似于開關(guān)作用，當(dāng)高電平導(dǎo)通時，電流方向?yàn)殡娫慈龢O管P1.0 口，即此時 P1.0 口處于高電平狀態(tài)。單片機(jī)通過紅外傳感器輸入的高電平，控制發(fā)光二極管報警 電路和聲音報警電路的工作狀態(tài)。從而可以起到防盜報警的目的。當(dāng)三極管沒有導(dǎo)通 時，三極管相當(dāng)于開路狀態(tài)，由于下拉電阻 R4 的緣故，常態(tài)下 P1.0 口處于低電平狀 態(tài)。 R3 2.2K 9012 P1.3 V CC D1 LED R5 2.2k 圖 3-5 熱釋電紅外傳感器原理圖 圖 3-6 聲光報警原理圖 3.53.5 聲光報警電路的設(shè)計(jì)聲光報警電路的設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)有報警電路，布放狀態(tài)下檢測到人時，蜂鳴器就會發(fā)聲提示，LED 同時會亮 起，直到主人按下撤防，才會停止鳴叫，控制引腳接在 P1.3 引腳上，利用三極管當(dāng)做 1 2 3 4 C2 104 C4 104 +C1 1000UF +C3 470UF IN 1 2 OUT 3 7805VCC 220V 6 開關(guān)電路可以保護(hù)單片機(jī)，還可以起到放大電流的作用，當(dāng)三極管為高電平時，發(fā)射 極截止，為低電平時，發(fā)射極導(dǎo)通。當(dāng) P1.3 引腳給低電平時，電流方向?yàn)殡娏鞯饺龢O 管，再到蜂鳴器，蜂鳴器和小燈并聯(lián)，然后電流再到負(fù)極。其中 R5 為分壓電阻，避免 將小燈燒壞，電源為 5V，小燈 3V 左右就可以亮，分壓電阻普遍選的是 1.1k 到 10k5, R3 為限流電阻。報警模塊如圖 3-6 所示。 3.63.6 數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì)數(shù)碼管模塊的設(shè)計(jì) 顯示電路是由一位共陽數(shù)碼管顯示，單片機(jī)控制數(shù)碼管每段的高低電平，從而實(shí) 現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。常用的七段顯示器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起 的稱為共陽極顯示器(如圖 3-7 所示)，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器(如圖 c 所示)。 1 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 a控制七個筆畫（段）的 亮或暗，另一個控制一個小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫式的七段顯示器能顯示的字符較 少，字符的開頭有些失真，但控制簡單，使用方便。 此外，要畫出電路圖，首先還要搞清楚他的引腳圖的分布，在了解了正確的引腳 圖后才能進(jìn)行正確的字型段碼編碼。才能顯示出正確的數(shù)字來。 （a）外形 （b）共陽極 (C)共陰極 圖 3-7 數(shù)碼管引腳 3.73.7 硬件電路的選擇及說明硬件電路的選擇及說明 從下圖的硬件電路圖，分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下模塊：51 單片機(jī) AT89C51、由熱釋電紅外傳感器組成的檢測模塊、由 LED 組成的發(fā)光報警模塊、由蜂鳴 器組成的聲音報警模塊等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用模塊，以及單片機(jī)的自動復(fù)位電路和晶 振電路等。本文設(shè)計(jì)的題目是用于實(shí)驗(yàn)室智能防盜報警設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的工作原理是當(dāng) 有人進(jìn)入紅外傳感器的檢測范圍，紅外傳感器把檢測到的信號輸入單片機(jī)。單片機(jī)通 過紅外傳感器輸入的高低電平去控制報警電路，以來通知主人有人進(jìn)入，從而起到防 盜的目的。 7 圖 3-8 系統(tǒng)硬件電路 4. 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì) 4.4.1 1 主程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì) 主程序的主要功能是負(fù)責(zé)檢測人體的熱信號、顯示并處理子程序顯示的結(jié)果，當(dāng)紅 外熱感應(yīng)器檢測到人體熱信號時，蜂鳴器發(fā)聲報警。 主程序流程圖如圖 4-1 所示。 8 Y N 初始化 調(diào)用子程序 人體熱信號 報警處理 開始 結(jié)束 圖 4-1 程序主流程圖 4.24.2 中斷子程序設(shè)計(jì)中斷子程序設(shè)計(jì) （1）要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率）14，然后將此周期 除以 2，即為半周期的時間。利用定時器計(jì)時這個半周期時間，每當(dāng)計(jì)時到后就將輸出 脈沖的 I/O 反相，然后重復(fù)計(jì)時此半周期時間再對 I/O 反相，就可在 I/O 腳上得到此 頻率的脈沖。 定時時間為 1s 報警蜂鳴聲音為 1KHZ=(1/(500us*2)。所以中斷為 500us，中斷一 次 21H 加 1，直到 256*500us，22H 加 1，到 22H.3 為 1，即 256*500us*8=1.024s。 （2）利用 89C51 的內(nèi)部定時器使其工作在計(jì)數(shù)模式 MODE2 下15。中斷子程序流 程圖如圖 4-2 所示。 9 圖 4-2 中斷程序流程圖 4.3 顯示子程序設(shè)計(jì)顯示子程序設(shè)計(jì) 顯示數(shù)據(jù)子程序的主要功能就是把熱紅外感應(yīng)模塊檢測到結(jié)果經(jīng)單片機(jī)處理完畢 的距離顯示在八段數(shù)碼管上。顯示數(shù)據(jù)子程序流程圖如圖 4-3 所示。 開始 數(shù)據(jù)傳送 顯示數(shù)據(jù) 結(jié)束 Y N 圖 4-3 顯示數(shù)據(jù)子流程圖 4.4 報警子程序設(shè)計(jì)報警子程序設(shè)計(jì) 報警子程序的主要功能是熱感應(yīng)模塊檢測到人體熱信號時，能夠使聲光從而達(dá)到 中斷程序開始 TO 初始化 保護(hù)現(xiàn)場 定時單元 滿 1S 讀取 THO 恢復(fù)現(xiàn)場 N Y 10 報警的目的。報警子程序流程圖如圖 4-4 所示。 Y 開始 檢測到熱信號 Y 聲光報警 結(jié)束 圖 4-4 報警子流程圖 5 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 本設(shè)計(jì)通過利用 Proteus 仿真，將所編寫的程序用 Keil 軟件編譯，所仿真原理圖 如下圖所示。 圖 5-1 系統(tǒng)仿真圖 本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目標(biāo)是在接收到人體感應(yīng)模塊帶來的高電平信號，可使圖中 11 的紅燈由暗變亮，蜂鳴器產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈亮，同時蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲。下圖 為布防和聲光報警的兩張實(shí)物圖片: 6 6.系統(tǒng)分析與調(diào)試系統(tǒng)分析與調(diào)試 本設(shè)計(jì)是在 Keil C 環(huán)境下開發(fā)的，Keil C 軟件支持 C 語言的編程及調(diào)試，運(yùn)用方 便，是做 C 語言畢業(yè)設(shè)計(jì)者的首選。設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是安裝和學(xué)習(xí)使用這個軟件，在 簡單的學(xué)習(xí)和了解 Keil C 后，在編譯完 Keil C 后，再運(yùn)用 STC_ISP_V480 軟件燒錄到 開發(fā)板上，實(shí)現(xiàn)實(shí)物與程序的連接。在燒錄前要對 STC_ISP_V480 進(jìn)行一些必要的設(shè)置。 第一步：設(shè)置 MCU Type 為 STC89C51RC；第二步：打開編寫好并編譯的程序文件，它是 以.hex 為后綴的文件；第三步：選擇對應(yīng)的 COM 端口， （可在我的電腦的設(shè)備管理處查 看 COM 選項(xiàng)） ；第四步：點(diǎn)擊 Download/下載，等提示 請給 MCU 上電時，打開開發(fā)板上的開關(guān)，它就自行燒錄了。 Keil C 程序運(yùn)行如圖 6-1 所示，下載圖如圖 6-2 所示： 12 圖 6-1 keil C 運(yùn)行圖 在完成對程序的調(diào)試及燒錄之后，還要對功能進(jìn)行測試，首先用萬用表測試電源 和地有沒有短路，然后再對設(shè)計(jì)進(jìn)行通電。最開始要對主控板進(jìn)行測試，因?yàn)樗呛?心，按下按鍵看下數(shù)碼管是否顯示正常，當(dāng)顯示“b”會顯示 30s，當(dāng)“b”滅掉之后按 下“sos”按鍵看系統(tǒng)會不會報警，如果報警則系統(tǒng)基本正常，再按下“c”撤防。按 鍵功能正常后，在測試人體感應(yīng)部分，按下布放后，將設(shè)計(jì)放在無人的地方（或是用 東西蓋?。?，當(dāng)“b”滅掉之后，讓人體感應(yīng)模塊感應(yīng)人體，主控機(jī)會顯示“一” 。 13 圖 6-2 程序燒錄運(yùn)行圖 本次設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題及解決方法： 萬用表檢測是否短路時，發(fā)現(xiàn)有短路顯現(xiàn)，經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管接錯，數(shù)碼管 的兩個“com”接口是相通的，都接電源或只接一個。我將兩個分別接了電源和地，改 正后，無短路現(xiàn)象。 程序燒錄不了，當(dāng)用同學(xué)的電腦燒錄時，可以燒錄，最后發(fā)現(xiàn)是串口的 com 端口 選擇錯誤，每個電腦的端口都不一樣的。要用“串口調(diào)試助手”測試。 蜂鳴器一直在響，問題應(yīng)該出現(xiàn)在驅(qū)動哪里。最后確定是三極管出了問題，設(shè)計(jì) 中應(yīng)該用 pnp 型三極管結(jié)果誤選了 npn 型的，換過之后可以正常報警。 當(dāng)布防滅掉之后就報警，人體感應(yīng)模塊根本沒有檢測到人體為什么會報警呢？通 過電路的排除和查閱資料，最終確定是人體感應(yīng)模塊的延時調(diào)到了最大，由于剛開機(jī) 的時候會檢測到人體，就一直有電平輸出，放在無人的地方時，還處于延時狀態(tài)，當(dāng) 布防后，還保持輸出信號，所以會報警。 14 總結(jié)總結(jié) 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對所學(xué)的單