紅外報警器畢業(yè)設(shè)計說明書

無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  13 基于單片機的紅外防盜報警器設(shè)計  摘要 ： 本次做的紅外報警器是以單片機（ AT89C51）為核心，結(jié)合相關(guān)的元器件 ,共陰極 LED 數(shù)碼顯示器、 LM2576、 高分貝壓電片作為喇叭 等 ，再配以相應(yīng)的軟件，達(dá)到制作簡易報警器的目的，其硬件部分難點在于元器件的選擇、布局及焊接， 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)。  關(guān)鍵詞 ： 傳感器；單片機；報警器  1 引言  隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要 求。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)。  就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。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，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和 PC 機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。  1.1 設(shè)計任務(wù)與要求  1）該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。 模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、按鍵、報警和顯示等模塊子函數(shù)。  2）本紅外線 防盜 報警系統(tǒng) 由 熱釋電紅外傳感器 、家庭智能報警器 、單片機控制電路、 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、本地顯示、本地報警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。  3）系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時，可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來。當(dāng)有人闖入時， 熱釋電紅外傳感器 將探測到動作， 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)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，經(jīng)單片機處理運算后 驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。  4） 紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報警可采用聲光信號。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  14 2  總體方案設(shè)計  2.1 總體系統(tǒng)的概述  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，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。   該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數(shù)。電路結(jié)構(gòu)做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器 、家庭智能報警器、單片機控制電路、 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、本地顯示、本地報警等功能。  2.2 方案一   從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳探 頭電路 、報警 電路、單片機、復(fù)位電路、 LED 顯示控制電路 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 1總體設(shè)計框圖所示。  圖 1  LED 總體設(shè)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(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)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。在單片機內(nèi)，經(jīng)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(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，然后通過 LED 顯示報警次數(shù)， 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 鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。  2.3 方案二  熱釋電紅外傳探頭電路 、報警 電路、單片機、復(fù)位電路、 LCD 顯示控制電路 及相關(guān)的控制管理軟件組成 ；它們之間的構(gòu)成框 如圖 2所示。  復(fù)位電路  信號檢測電路  放大  CPU AT89 C51 驅(qū)動  驅(qū)動  驅(qū)動  LED 數(shù)碼管顯示示  LED 發(fā)光顯示  執(zhí)行報警電路  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  15 圖 2 LCD 總體設(shè)計框圖  3 分電路設(shè)計與論證  3.1 顯示電路的設(shè)計與論證  3.1.1 方案一： LED 數(shù) 碼顯示   LED 是一種離子注入型全固體半導(dǎo)體發(fā)光器件，它的電壓低，正好與 TTL 電路匹配，發(fā)光效率高，壽命最長，是目前儀表數(shù)字顯示的主體。  圖 3 LED 數(shù)碼管顯示  一般數(shù)碼管內(nèi)部有共陰和共陽兩種連接方式。共陰就是將各個發(fā)光二極管的陰極接地，共陰極數(shù)碼管如下圖 5 所示。圖中一個發(fā)光二極管就相當(dāng)于一個數(shù)碼段。若給某段加上高電平，那么相對的段就會亮。根據(jù)要想顯示的數(shù)值給各段數(shù)碼管加上相應(yīng)的高電平就可以顯示不同的數(shù)值了。  共陽就是將各個發(fā)光二極管的陰極一起接在高電平上。共陽數(shù)碼管如下圖所示，從下圖中可以看出共陽的顯 示器與共陰的顯示器有一點區(qū)別，就是它將陽極連接在一起接到高電平上。這樣在想顯示某個數(shù)的時候，各個發(fā)光二極管賦低電平而不是在共陰時的高電平了，這就是共陰共陽的區(qū)別。下圖 4 是 8 段 LED 數(shù)碼的結(jié)構(gòu)示意圖，其內(nèi)部實質(zhì)上是 8 只發(fā)光二極管。 【 6】  復(fù)位電路  信號檢測電路  放大  CPU AT89 S52 驅(qū)動  驅(qū)動  驅(qū)動  LCD 液晶顯示  LED 發(fā)光顯示  執(zhí)行報警電路  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  16 圖 4 LED 的引腳圖  圖 5 共陰數(shù)碼                    由于它內(nèi)部構(gòu)造不同，在顯示時代碼也有所不同，共陰七段 LED 段選碼表如表 1 所示。   表 1 共陰七段 LED 段選碼  顯示字符  數(shù)顯代碼  顯示字符  數(shù)顯代碼  0 0x3f 5 0x6d 1        0x06         6 0x7d 2        0x5b          7 0x07 3 0x4f         8 0x7f 4        0x66         9 0x6f 方案二： LCD 液晶顯示  LCD 是低電壓驅(qū)動，極微小功耗，與 CMOS 功耗電路可直接匹配，是 LSI 的孿生兄弟，此外其極薄的扁平結(jié)構(gòu)立刻眼在極亮的環(huán)境光下使用，以及信息容量大，生產(chǎn)容易等等，都充分顯示了它的優(yōu)越性能。  但是液晶顯示一個最大的缺點，是工作溫度范圍較窄，特別是低濕范圍不夠，液晶顯示器不宜施加直流電壓，一般來說，使用液晶顯示信息，需要液晶材料或器件，相應(yīng)的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三者統(tǒng)一。  在本設(shè)計中只需要使用幾個數(shù)字來表示被盜地點，用液晶顯示就顯得浪費了，而數(shù)碼顯示就簡單便宜了 。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  17 圖 6  LCD1602 液晶顯示  3.1.2 顯示部分電路  當(dāng)單片機接收到熱釋電紅外傳感器發(fā)出的經(jīng)放大后的信號，通過判斷滿足報警后，則會發(fā)出報警，通過數(shù)碼管來顯示報警地點，如圖 7所示。  E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 8 9 C 5 1abfcgdeD P Y L E D g n 1234567abcdefgD S 1D I S P L A Y1 A 121 A 241 A 361 A 482 A 1112 A 2132 A 3152 A 4171 Y 1181 Y 2161 Y 3141 Y 4122 Y 192 Y 272 Y 352 Y 431G12G19U27 4 L S 2 4 4圖 7  顯示部分電路圖  3. 2 信號檢 測電路設(shè)計與論證  3 2 1 熱釋電紅外傳感器的概述  目前，用于防盜報警的傳感器 ,市場上大多為紅外線或微波類產(chǎn)品，分為主動式和被動式二種。本設(shè)計采用被動式探頭。它的工作原理比較簡單：發(fā)射器按一定的頻率發(fā)射出脈沖式的紅外波束和微波，對方的接收器則按相同的頻率接收紅外波束或微波。當(dāng)一發(fā)一收的頻率經(jīng)中心控制器判別一致時，表明波束行進(jìn)的方向沒有物體存在。反之，光束行進(jìn)路徑上有異物遮擋，光束被反射、散射，接收器接受的信號就會丟失，從而發(fā)無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  18 出報警信號。  而本設(shè)計輸入部分主要是各種各樣的傳感器。不同類型的探測器用不同的手段 探測各種入侵行為，如人體的移動、物體的震動、玻璃的破碎和門窗的開關(guān)等，系統(tǒng)將所得的信號進(jìn)行邏輯判斷，發(fā)出警報。常用的傳感器有對射紅外探測器、磁控管（門磁）、震動開關(guān)、被動紅外探測器（ PIR）、雙鑒探測器、煙感、溫感探測頭等。這些傳感器不僅可以對室內(nèi)的門、窗、敞開的陽臺、固定玻璃、保險箱等的異常情況進(jìn)行監(jiān)測，而且還能對家中的火警進(jìn)行監(jiān)測。在家中無人的情況下還具有探測有無物體移動的功能，以發(fā)現(xiàn)家中是否有偷竊等異常情況。這些器件有效地各施其則，為控制單元傳送現(xiàn)場的資料，提供報警控制。  1熱釋電紅外傳感器簡單介紹  熱釋電紅外線 (PIR)傳感器是 80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。 是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。 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(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等。  自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進(jìn)行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也 稱熱釋電紅外傳感器或被動紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報警、火災(zāi)檢測、自動門、自動水龍頭、自動電梯、  自動照明。及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因為： 被測對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源； 大氣對 2-2.6lLm、3 5lLm、 8 141lm 三個被稱為 “ 大氣窗口 ” 的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測； 中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測 。   2熱釋電紅外傳感器的原理特性  熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué) 系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大 70 分貝以上，這樣就可以測出 1020 米范圍內(nèi)人的行動。  菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的 “ 盲區(qū) ”和 “ 高靈敏區(qū) ” ，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “ 盲區(qū) ” 進(jìn)入 “ 高靈敏區(qū) ” ，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。  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(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)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 。 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi) ， 人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理 而輸出電壓信號。  在該探測技術(shù)中，所謂 “ 被動 ” 是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  19 收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動紅外報警器的特點是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動時所引起的紅外輻 射變化，并能使監(jiān)控報警器產(chǎn)生報警信號，從而完成報警功能。  3熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)特性  圖 8  雙探測元熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)圖  圖 8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 D 端接電源正極， G端接電源負(fù)極， S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 。  當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個由 C1、 C2、 R1、 R2 組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為 16Hz，下限截止頻率為 0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有 1mV 左右），而且是一個變化的信號，同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動速度決定，通常為 0.1 10Hz左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。本設(shè)計運用集成運算放大器 LM324 來進(jìn)行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。  本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種 雙探測元的結(jié)構(gòu) 。 其工作電路原理及設(shè)計電路如  圖 9 所示 , 在 VCC 電源端 2 利用 C1 和 R2 來穩(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。當(dāng)檢測到人體移動信號時 ，電荷信號經(jīng)過 FET 放大后，經(jīng)過 C2， R1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過 NPN 的轉(zhuǎn)化，輸出 OUT 為低電平 。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  20 RSY2 Y1R1 R2C2C1R3R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vO U T圖 9  熱釋電紅外傳感器原理圖  3.2.2 紅外探測部分電路  圖 10中，為熱釋電紅外傳感器的探測部分的電路， 若是雙元件熱釋電紅外傳感器，其 接收波長為 6.514m，適用于防盜報警系統(tǒng)，輸出阻抗為 10k 若 為單元件熱釋紅外線傳感器，接收波長為 120m，適用于溫度遙測，但同樣亦可用于防盜及自動控制系統(tǒng) 。  在這例電路中，當(dāng) 熱釋電紅外傳感器 接收到人體信號時，輸出一個微弱的低頻信號，其頻率約為 0.3 3Hz。經(jīng)晶體管 Q2 將信號放大至 70 75dB，再經(jīng)過反相器 U2A,傳送至單片機的 P1.0 口。  D1G3s2T A N T O UC447uC547uR 1 110KR 1 210KQ29 0 1 4+C647u1 2U 2 A7 4 L S 0 4t a n t o uP 1 .0V C C圖 10  紅外探測部分電路圖  3 3 報警發(fā)聲電路  當(dāng)單片機判斷報警后，在通過數(shù)碼管顯示報警地點的同時，還發(fā)出控制信號使 LED點亮以及使揚聲器發(fā)出警語進(jìn)行聲光報警，聲光報警電路圖如圖 11。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  21 R64K 7D3L E D 紅D4L E D 紅D5L E D 紅D6L E D 紅R7220 RR8220 RR9220 RR 10220 RQ1805 0LSS P E A K E RV C CR X DT X D圖 11  聲光報警電路圖  3.4 最小系統(tǒng)電路設(shè)計  3.4.1 AT89C51 的概述  1 AT89C51 單片機的機構(gòu)  AT89C51 單片機是美國 Atmel 公司生 產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(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 存儲單元，功能強大。  圖 12為 AT89C51 單片機的基本組成方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲器、可編程 I/O 口、定時器 /計數(shù)行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主 要部分。圖 12  AT89C51 基本組成框圖  中斷控制  CPU 片內(nèi)Flash 存儲器  總線控制  片內(nèi)  RAM 4 個 I/O 端口  定時器 1 定時器 0 ETC 振蕩器  串行端口  TXD  RXD P0  P2  P1  P3 計數(shù)器  輸入  外部中斷  擴展中斷  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  22 1). 中央處理器（ CPU）  中央處理器是單片機最核心的部分，是單片機的大腦和心臟，主要完成運算和控制功能。 AT89C51 的 CPU 是一個字長為 8 位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。  2). 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 RAM）   AT89C51 中共有 256 個 RAM 單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面 128個，后 128 個被專用寄存器占用。  3). 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部 ROM）  AT89C51 共有 4 KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。  4). 定時器 /計數(shù)器  AT89C51 共有 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器，可以實現(xiàn)定時和計數(shù)功能。  5). 并行 I/O 口  AT89C51 共有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0、 P1、 P2、 P3 口），可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。  6). 串行口  AT89C51 有 1 個全雙工的可編程串行口，以實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。  7). 時鐘電路  AT89C51 單片機內(nèi)部有時鐘電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。時鐘電路為單片機產(chǎn)生時鐘脈沖 序列。  8). 終端系統(tǒng)  AT89C51 的中斷系統(tǒng)功能較強，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有 5 個中斷源：2 個外部中斷源 /INTO 和 /INT1 ； 3 個內(nèi)部中斷源，即 2 個定時 /計數(shù)中斷， 1個串行口中斷。  由上所述， AT89C51 雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計算機的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計算機。  2 AT89C51 單片機的工作周期  單片機有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時發(fā)出，為了定時計算機內(nèi)部必須有一個準(zhǔn)確的定時脈沖。這種定時脈沖是由晶體 振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期。  1）振蕩周期 ：是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期。  即由單片機的晶體振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖的周期。  2）狀態(tài)周期 ：每個狀態(tài)周期為振蕩周期的  2 倍 , 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。  在一個狀態(tài)周期中有兩個時鐘脈沖，通常稱它為 P1、 P2。  3）機器周期 ：一個機器周期包含  6 個狀態(tài)周期 S1S6, 也就是  12 個振蕩周期。  在一個機器周期內(nèi) , CPU 可以完成一個獨立的操作。   4）指令周期 ：它是指 CPU 完成一條操作所需的全部時間。  控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，以 主振頻率為基準(zhǔn)（主振周期即為振蕩周期），控制器控制 CPU 的時序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個硬件環(huán)節(jié)組織在一起。  一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時相 P1 期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時相 P2 期間，這些內(nèi)部時鐘信號無法從外部觀察，故用 XTAL2 引腳振蕩信號作參考。  3 AT89C51 的指令系統(tǒng)  指令是規(guī)定計算機進(jìn)行某種操作的命令，一條指令只能完成有限的的功能，為使計無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  23 算機完成一定的或復(fù)雜的功能就需要一系列指令。計算機能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機的主要功能也是有指令系統(tǒng)體 現(xiàn)的。  C51 指令系統(tǒng)使用了  7種尋址方式，共有 111 條指令。指令一般有兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。  1） 89C51 匯編語言指令格式如下：   操作碼    操作數(shù)      ； 注釋 操作碼  ：是有助記符表示的字符串，它規(guī)定了指令的操作功能。   操作數(shù)  ：是指參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址。  在 89C51 指令系統(tǒng)中，操作數(shù)可以是 1、 2、 3 個，也可以沒有。不同功能的指令，操作數(shù)作用不同。例如，傳送指令多數(shù)有兩個操作數(shù)，寫在左邊的稱為目的操作數(shù)（表示操作結(jié)果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數(shù)（支出操作 數(shù)的來源）。  例如，一條傳送指令的書寫格式為：  MOV A ， 3A H；  表示將 3A H 存儲單元的內(nèi)容送到累加器  A中。  2） 尋址方式     包括：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址（基址寄存器  + 變址寄存器間接尋址）、相對尋址、位尋址，共 7 種尋址方式，且每種尋址方式所涉及的存儲器空間各有不同。  3） . 數(shù)據(jù)傳送類指令；  4） . 算數(shù)運算類；  5） . 邏輯運算類；  6） . 控制轉(zhuǎn)移類；  7） . 位操作類；  80C51 指令系統(tǒng)的尋址方式、各類指令的格式及功能等相關(guān)內(nèi)容， 請參考相關(guān)書籍，這里不再贅述。但指令系統(tǒng)是學(xué)習(xí)和使用單片機的一個很重要環(huán)節(jié)，應(yīng)理解和熟練掌握這些指令系統(tǒng)。且不同種類的單片機其指令系統(tǒng)一般是不同的。  3.4.2 復(fù)位電路  當(dāng)整個系統(tǒng)報警后，要消除報警信號，卡伊按下 S2 進(jìn)行對系統(tǒng)的復(fù)位，恢復(fù)的未報警前的狀態(tài)，如圖 13。  R32 2 0 RS2C330uR44 K 7R52 2 0 RD2L E D 綠V C CP 1 .2R E S E TRD / WRf u w e i圖 13  復(fù)位電路原理圖  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  24 3.4.3 時鐘電路  為了讓單片機內(nèi)的定時器、計數(shù)器正常運作，我們還需要由 12MHZ 的晶振 Y1 和電容 C1、 C2組成的時鐘電路，如圖 14。  C130pC230pY11 2 M H ZX1X2 圖 14  時鐘電路圖  3 5 電源電路設(shè)計  AT89C51的工作電源電壓 為 5（ 10.2 ） V且典型值為 5V。  該裝置采用 9 12V直流電源供電，由 T降壓，全橋 U整流， C6濾波，檢測電路采用 IC6 7806供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉(zhuǎn)換，無后顧之憂。原理圖如 15所示。  E12 VC71. 0U F+C847 U F+C922 U F+C?47 0U FV D 1I N 40 01TACV+ACV-+ 5 VS321I C 5X P 122 0V+ 1 2V25 V12 V1278 05G N D圖 15  單片機系統(tǒng)電源原理圖  當(dāng)交流停電時，打開主機背后的直流電源開關(guān)即可（要在主機的電池盒內(nèi)按電池極性裝好電池）。  4 軟件設(shè)計  軟件設(shè)計是設(shè)計中最為重要的部分。它關(guān)系到一個系統(tǒng)能否實現(xiàn)其預(yù)定的要求。本設(shè)計分主程序設(shè)計和中斷子程序的設(shè)計，其中主程序的功能是對輸入信號的檢測，確有警情時發(fā)出報警命令。中 斷子程序是對完成其報警功能 。  4 1 程序流程圖  4 1 1 主程序流程圖  本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機檢測到外部熱釋點傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警點路開始報警，報警持續(xù) 10 秒鐘后自動停止報警，同時顯示出報警次數(shù)以便人們查詢，然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到 10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。  其中， 10 秒鐘的定時采用定時器 T0 定時工作在方 式 1 ,單片機晶振 Fosc=12MHz，所以機器周期 T=12 t0=12 (1/12MHz)=1us 設(shè)定時器 T0 初始值為 X，則： (2 16-X) 1us=50ms 從而可知定時器 T0 初始值 X= 65536-50000=15536=3CB0H,在此用 50H、 51H無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  25 單元分別進(jìn)行 1 秒和 10 秒的計數(shù)，它們內(nèi)的賦值分別為 14H、 0AH ， T0 的初值置為TL0=0B0H、 TH0=3CH。  圖 16  主程序 工作流程圖  入口  結(jié)束  N 初始化  監(jiān)測外部有無信號輸入  顯示報警的次數(shù)且啟動聲光報警電路開始報警  聲光報警是否持續(xù) 10秒  聲光報警結(jié)束 ,LED 顯示出報警次數(shù)  是否還有檢測信號等待 下次報警  Y N Y N Y 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  26 4 1 2 中斷服務(wù)程序流程圖  手工按鍵 停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下 圖 17 所示 : 圖 17  中斷服務(wù)程序流程圖  4 2 程序清單  4 2 1 主程序  ORG  0000H LJMP  MAIN  ORG  0003H LJMP PINT0 ORG  0200H MAIN: MOV  IE,#81H    CPU 開放中斷， /INT0 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  MOV  R0,#00H 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)測輸入信號，是否有輸入信號   LA:ACALL DELAY        延時消抖  JNB  P1.0,ALARM     ;再 次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報警子程序  AJMP LP DELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH 中斷源發(fā)出中斷請求  關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場  INTO/有信號輸入關(guān)閉警報  恢復(fù)現(xiàn)場、關(guān)中斷  中斷返回  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  27 LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET  ALARM:SETB P1.2     ;開始報警使運行正常綠燈熄滅，紅燈和聲報警啟動  MOV A,#00H  INC  R0       ;報警次數(shù)加一  CJNE R0,#0AH,LP1 MOV R0,#00H LP1:MOV  A,R0         ;顯示報警次數(shù)  MOV DPTR,#TAB  MOVC A,A+DPTR MOV P2,A         TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH DB 66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH ;10S 鐘定時 :  MOV 50H,#14H      1S 循環(huán)次數(shù) 20 MOV 51H,#0AH      10S 循環(huán)次數(shù)  MOV TMOD,#01H     ;定時器 T0 定時  方式 1 MOV TL0,#0B0H     ;置 50ms 定時初值   MOV TH0,#3CH SETB TR0          啟動 T0 L2:JBC TF0,L1        查詢記數(shù)溢出  SJMP  L2  L1:CPL P3.0 CPL P3.1 MOV  TL0,#0B0H     ;重新賦值  MOV  TH0,#3CH DJNZ 50H,L2       ;未到 1S 繼續(xù)循環(huán)  CPL P3.0 CPL P3.1 MOV  50H,#14H DJNZ 51H,L2      未到 10S 繼續(xù)循環(huán)  SETB P3.0         ;10s 到關(guān)閉報警  CLR P3.1       CLR P1.2        報警結(jié)束，正常運行綠指示燈亮  LJMP LP        循環(huán) ,繼續(xù)工作  END   4 2 2 外部中斷 INTO 服務(wù)程序 ：  PINT0:CLR  EX0     ;外部中斷 0服務(wù)程序開始，屏蔽外部中斷  PUSH  PSW    PUSH  ACC JNB  P3.2,LN    監(jiān)測是否有中斷輸入  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）  28 LN:LCALL DELAY     ;延時消抖  JNB  P3.2,LN1 AJMP LN2         無中斷輸入 ,中斷返回  LN1:  SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2       ;使報警結(jié)束，綠指示燈亮  POP  ACC    POP  PSW  SETB EX0        開