采用89c51單片機設計紅外傳感器

1、摘 要 :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。 本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。 硬件部分 包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、 LED 控制電路等部分 組成。處理器采用 51系列單片機 89C51,整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作 的。關(guān)鍵詞 :單片機 ; 紅外傳感器 ; 報警電路; 89C51目錄1 引言 . 12.1 設計主要內(nèi)容及要求 . 1 2.2 紅外傳感器簡單介紹

2、. 1 2.3 89C51單片機的結(jié)構(gòu) . 22.4 89C51管腳說明 . 23 方案設計 . 5 3.1 總體設計思路 . 5 3.2 具體電路模塊設計 . 63.2.1紅外傳感器原理 . 6 3.2.2 放大電路的設計 . 6 3.2.3 時鐘電路的設計 . 7 3.2.4 復位電路的設計 . .7 3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計 . 83.3 紅外報警器原理圖 . 8 3.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn) . 9 3.5 設計編程程序 . 10 3.5.1 主程序清單 . 10 3.5.2 外部中斷 INTO . 11 總結(jié) . 13 參考文獻 . 141. 引言隨著社會的不斷進步和科學技術(shù)、經(jīng)

3、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)的保護意識在不斷的增強, 因而對防盜措施提出了 新的要求。 本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防 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。 而本設計中所使用的紅外線是不可見光, 有很強的隱蔽性和 保密性, 因此在防盜、 警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。 這種熱釋電紅 外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒?號,同時,熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置,也可用于制動控制、 接

4、近開關(guān)、遙測等領域。2.1設計主要內(nèi)容及要求:a .硬件電路設計(1完成 89C51應用系統(tǒng)設計 (晶振電路, 上電復位電路等 (2紅外收發(fā)模塊與單片機的正確連接;b .程序設計編寫程序當紅外接收管接到紅外線時對應發(fā)光二極管點亮。要求完成主程序的設計及對應的子程序設計。c .選芯片 , 元件按設計連線d .完成子程序調(diào)試e .完成總調(diào)試2.2 紅外傳感器簡單介紹紅外傳感器是 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

5、出。 將這個電壓信號加以放大, 便可驅(qū)動各種 控制電路。如圖 1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖 1紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3 89C51單片機的結(jié)構(gòu)89C51單片機是美國 Atmel 公司生產(chǎn)低電壓,高性能 CMOS 8位單片機, 片內(nèi)含 4k bytes的可反復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), 兼容標準 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。 AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用 場合, 可靈活

6、應用于各種控制領域。 圖 2為 AT89C51單片機的基本組成功能 方塊圖。 由圖可見, 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)器、串行口等, 圖 2 89C51功能方塊圖2.4 89C51管腳說明89C51單片機是高性能單片機,因為受引腳數(shù)目的限制,所以有不少引 腳具有第二功能。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

7、位。 在 FLASH 編程時, P0 口作 為原碼輸入口,當 FLASH 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

8、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 殊功能寄存器的內(nèi)容。 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。P3口也可作為 AT89C51的一些

9、特殊功能口,如下表所示:P3口管腳 備選功能P3.0 RXD(串行輸入口P3.1 TXD(串行輸出口P3.2 INT0(外部中斷 0P3.3 INT1(外部中斷 1P3.4 T0(記時器 0外部輸入P3.5 T1(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。RST :復位輸入。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, 地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖 存地址的地址字節(jié)。 在 FLASH 編程期間, 此引腳用于輸入編程脈沖。 在平時,

10、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。 PSEN :外部程序存儲器的選通信號端。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 /VP:當 EA 保 持 低 電 平 時 , 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器 (

11、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。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:反向振蕩器的輸出 , 如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,應不接。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。 模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、 鍵盤控制、 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、功能設定、本地報警

12、等功能。就此設計的核心模塊來說,單片機就是設計的中心單元,所以此系統(tǒng)也是 單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。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),軟件是各種工 作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設 計等幾個階段。3方案設計3.1 總體設計思路從設計的要求來分析該設計須包含如下結(jié)構(gòu):熱釋電紅外傳感探頭電路、 報警電路、單片機、復位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成;它們之間的構(gòu)成框 圖如圖 3總體設計框圖所示: 圖 3 總體設計框圖處理器采用 51系列單片機 89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作 的。 設置在

13、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備完成相應動作。 當 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, 當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位, 或者是在聲光報警 10s 鐘后有定時器實現(xiàn)自動消 除報警。本設計所用的紅外傳感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。 其工作電路原理 及設計電路如圖 4所示 , 在 VCC 電源端利用 C1和 R2來穩(wěn)定工作電壓, 同樣 輸

14、出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。 當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?再經(jīng)過 NPN 的轉(zhuǎn) 化,輸出 OUT 為低電平。 圖 4紅外傳感器原理圖如圖 5所示為最基本的放大電路, Vi 是輸入電壓信號, Vo 是輸出放大 的電壓信號。 圖 5 放大電路圖3.2.3 時鐘電路的設計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

15、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,故而一個機器周期為 1us 。如圖 6所 示為時鐘電路。 圖 6 時鐘電路圖3.2.4 復位電路的設計復位方法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。例如使用晶振頻率為 12MHz 時,則復位信號持續(xù)時間應不小于 2us 。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖 7示為復位電路。 圖 7 復位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計由 4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的 RXD 的引

16、腳,外接 VCC ,當單 片機的 RXD 引腳被置低電平后,發(fā)光二極管被點亮,起到報警作用。圖 8所示為發(fā)光二極管報警電路。 圖 8發(fā)光二極管報警電路3.3 紅外報警器原理圖紅外報警器的設計原理如上圖, 從以上的分析可知在本設計中要用到如 下器件: 89C51、熱釋電紅外傳感器、 LED 、按鍵、反相器 74LS04、蜂鳴器 等一些單片機外圍應用電路,以及單片機的手工復位電路等。其中 D1為電 源工作指示燈, D2是正常工作指示燈, D3 D6是起報警指示作用,當 RXD 腳被置低電平時, D3 D6亮紅燈開始報警, 同樣, TXD 腳置高電平時聲音報 警電路開始工作。電路設有 2個按鍵, S

17、1鍵作為倒計時的暫停鍵 , S2鍵作 為作為電路復位鍵。按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖 9所示; 圖 9 主程序工作流程圖 3.5 設計編程程序3.5.1 主程序清單如下 :ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H LJMP PINT0ORG 0200HMAIN: 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 P1,#0FFH ;使 P1口全部置 1MOV P2,#00H ;P2口清零LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測輸入信號,是否有輸入信號LA:

18、 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 LPDELAY:MOV R1,0AAHLD2:MOV R2,0BBHLD1:NOPDJNZ R2,LD1DJNZ R1,LD2RETALARM:SETB P1.2 ;開始報警使運行正常綠指示燈熄滅,紅燈和聲報 警啟動;10S 鐘定時 :MOV 51H,#14H ;10S循環(huán)次數(shù)MOV TMOD,#01H ;定時器 T0定時 方式 1MOV TL0,#0B0H ;置 50ms 定時初值MOV TH0,#3CHSETB TR0 ;啟動 T0L2:JBC TF0,L1 ;查詢記

19、數(shù)溢出SJMP L2L1:MOV TL0 #0B0HMOV TH0 #3CHDJNZ 51H,L2 ;未到 10S 繼續(xù)循環(huán)SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報警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3.5.2 外部中斷 INTO 服務程序:PINT0: CLR EX0 ;外部中斷 0服務程序開始,屏蔽外部中斷 PUSH PSWPUSH ACCJNB P3.2,LN ;監(jiān)測是否有中斷輸入LN: LCALL DELAY ;延時消抖JNB P3.2,LN1AJMP LN2 ;無中斷輸入 , 中斷返回CLR P1.2 ;使報警結(jié)束,綠指示燈亮POP ACCPOP PSWSETB EX0 ;開放外部中斷 0LCALL LP ;在中斷繼續(xù)檢測是否有輸入信號 LN2: RETIEND本設計通過利用 Proteus 仿真,將所編寫的程序用 Keil 軟件編譯。總結(jié)本設計研究了一種基于