紅外防盜警報器畢業(yè)設(shè)計說明

1、 1 緒論隨著人類社會的發(fā)展，人們的物質(zhì)財富不斷增長，工廠的貴重設(shè)備也在增多，文藝場所像博物館等的貴重文物也不斷增多，由此吸引了許多不法分子徒勞而獲的欲望，安防在現(xiàn)代社會顯得越來越重要，在許多高新技術(shù)的應(yīng)用下，類型眾多的防盜報警產(chǎn)品進(jìn)入了市場，而紅外防盜報警器更以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在市場受到了極歡迎。設(shè)計紅外防盜報警器需要解決紅外線的發(fā)射電路和接收電路，聲光報警電路。1.1 課題研究的意義紅外防盜報警器在社會中應(yīng)用廣泛，對于預(yù)防盜賊、實(shí)時監(jiān)控具有重要意義，極大的減輕了人的工作負(fù)擔(dān)，保障了社會的安定和諧。各國對紅外線技術(shù)的研究促使紅外線技術(shù)應(yīng)用到很多高新科技領(lǐng)域，紅外線技術(shù)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)制作的紅外防盜

2、報警具有很廣闊的研究前景，單片機(jī)使得報警功能越來越智能化、人性化，可以實(shí)現(xiàn)人們的各種防盜報警要求。太線中有很多種不可見光線，而紅外線是其中的一種，又稱為紅外線熱輻射。光譜中波長自0.76400微米的一段稱為紅外線。紅外防盜報警主要分為兩種類型：主動式和被動式。主動式紅外防盜報警器主要由發(fā)射和接收兩個單元組成，也就是由于障礙物對由發(fā)射電路和接收電路組成的不可見光線的阻擋使得接收器接收不到紅外線而產(chǎn)生報警信號，是外界主動的去影響紅外傳感器，所以稱為主動式紅外防盜報警器。被動式紅外防盜報警器沒有發(fā)射單元，主要依靠熱釋電人體紅外傳感器來接收人體輻射出的紅外線產(chǎn)生報警信號。由物理學(xué)中光部分知，溫度高于0

3、K的物體，都會發(fā)出紅外線，所發(fā)紅外線的波長有所不同，人體輻射出的紅外線波長一般在9.679.64m之間，熱釋電人體紅外傳感器恰可對這段波長產(chǎn)生反映，由此發(fā)出報警信號。兩種類型的紅外防盜報警器都有自身難以克服的缺點(diǎn)，也有其自身的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計采用主動式類型。1.2 課題研究的目的主動式紅外防盜報警器主要由紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、聲光報警電路組成，本設(shè)計就是要實(shí)現(xiàn)用38kHz的方波對紅外線進(jìn)行調(diào)制發(fā)射出去，由接收電路進(jìn)行紅外線的接收，接收電路輸出低電平，當(dāng)有障礙物遮擋住這束紅外線時，接收電路產(chǎn)生高電平送人單片機(jī)，由單片機(jī)部程序作用產(chǎn)生聲光報警驅(qū)動信號，并由數(shù)碼管顯示報警次數(shù)。由此，紅外防盜報

4、警器的功能便得以實(shí)現(xiàn)，完成了入侵自動報警的功能，也即是本課題的研究目的。2 總體方案系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。單片機(jī)聲光報警電 路紅外線接收單元紅外線發(fā)射單元顯 示報警次 數(shù)圖2.1系統(tǒng)方框圖紅外線發(fā)射單元由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生38kHz的脈沖信號驅(qū)動三極管工作，使紅外二極管導(dǎo)通，以38kHz的頻率發(fā)射紅外線。紅外線接收單元由紅外接收二極管接收紅外線產(chǎn)生接收信號，送入單片機(jī)，單片機(jī)接收到變化脈沖即表示有入侵者，產(chǎn)生信號驅(qū)動聲光報警電路報警。聲光報警電路由發(fā)光二極管和蜂鳴器等元件組成。各單元之間環(huán)環(huán)相扣，各自完成自己的任務(wù)，組合在一起就能完成紅外線的發(fā)射、接收、檢測入侵信號的功能

5、，便構(gòu)成了紅外防盜報警器的設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了入侵報警功能。3 硬件電路設(shè)計硬件電路分為四部分：紅外線發(fā)射電路、紅外線接收電路、單片機(jī)控制電路、聲光報警電路。下面分別進(jìn)行介紹。3.1 紅外線發(fā)射電路發(fā)射單元由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路和紅外二極管電路組成，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線的距離與其發(fā)射功率成正比，且當(dāng)紅外發(fā)光二極管工作在脈沖狀態(tài)下時，紅外線的傳輸距離與脈沖峰值電流成正比，用38kHz對紅外線進(jìn)行調(diào)制可以防止日光和燈光的干擾，調(diào)制的是紅外線的幅度，和電波的調(diào)制不一樣，波長沒變還是紅外線波長，且一般公司生產(chǎn)的紅外接收探頭也都是針對38kHz的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，可以使紅外線傳播的更遠(yuǎn)，接收也更靈

6、敏，所以需要用38kHz的脈沖信號對紅外線進(jìn)行調(diào)制。生成38kHz方波的方法很多，本設(shè)計采用廉價且高效的555集成定時器構(gòu)成多諧振蕩器來生成38kHz脈沖信號。3.1.1 555定時器與其構(gòu)成的多諧振蕩電路555集成定時器由于具有寬圍的單電源電壓，能輸入模擬電平，輸出驅(qū)動功率較大、定時準(zhǔn)確等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。555集成定時器是一種將數(shù)字電路和模擬電路集成一體的電子器件，它將模擬功能和邏輯功能融為一體，能夠產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，驅(qū)動555集成定時器只需使用單電源，555集成定時器可獨(dú)立構(gòu)成定時電路，它的最大輸出電流可達(dá)到200毫安，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管、喇叭等小功率器件。這些特點(diǎn)使

7、的555的使用很靈活，只需在外部連接一些阻容元件，便能構(gòu)成具有多種用途的電路，比如單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)電路等。555集成定時器的部電路結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示。圖3.1555集成定時器的部電路結(jié)構(gòu)555定時器1部由3個阻值為5的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G4組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號。其中，1引腳是接地端；2引腳是低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6引腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖可使555定時器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經(jīng)0

8、.01F的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V18V圍使用。555定時器2工作時過程分析如下：5腳經(jīng)0.01F電容接地，比較器C1和C2的比較電壓為：UR1=VCC、UR2=VCC。當(dāng)VI1VCC，VI2VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，G3輸出高電平，放電三極管TD導(dǎo)通，定時器輸出低電平。當(dāng)VI1VCC，VI2VCC時，比較器C1輸出高電平，

9、比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，555定時器輸出狀態(tài)保持不變。當(dāng)VI1VCC，VI2VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器兩端都被置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。當(dāng)VI1VCC，VI2VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，G3輸出低電平，放電三極管TD截止，定時器輸出高電平。555集成定時器的引腳排列圖如下圖3.2所示。圖3.2555集成定時器的引腳排列圖555集成定時器部由兩個電壓比較器，一個電阻分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個三級管放電開關(guān)和一個輸出緩沖器實(shí)現(xiàn)了下表3.1的邏輯功能

10、。表3.1555集成定時器功能表輸 入輸 出高電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端復(fù)位輸出放電管VT的狀態(tài)00導(dǎo)通VCCVCC11截止VCCVCC10導(dǎo)通VCCVCC1不變不變多諧振蕩器是自激振蕩器，接通電源后，能自行產(chǎn)生具有一定頻率和脈寬的矩形波發(fā)生器。本設(shè)計需要用555集成定時器產(chǎn)生38kHz的脈沖信號驅(qū)動紅外發(fā)光二極管，設(shè)計電路圖并用Proteus軟件繪制電路圖仿真如下圖3.3所示。圖3.3 38kHz方波生成電路由示波器可檢測出電路輸出周期約為26s的波形，實(shí)現(xiàn)了要求。此振蕩器的原理主要是利用電容的充放電，利用比較器來實(shí)現(xiàn)放電管VTd的導(dǎo)通與截止，控制鎖存器的反復(fù)自行翻轉(zhuǎn)，由反相器輸出脈沖信號，反相

11、器的作用是提高電路的帶負(fù)載能力，并隔離負(fù)載對定時器的影響。電路的振蕩周期可通過公式估算以確定元件參數(shù)?？蓞⒖既缦碌墓竭M(jìn)行估算。 振蕩周期： (3.1)占空比： (3.2)取=10K =220K C=82pF生成38kHz波形也可通過邊調(diào)節(jié)電阻值邊觀察波形得出，本設(shè)計在進(jìn)行實(shí)物制作時由于沒有買到82pF電容，所以實(shí)際采用的電路圖為下圖3.4所示。可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器和來改變振蕩周期。圖3.4 38kHz方波生成電路3.1.2 紅外發(fā)光二極管電路紅外發(fā)光二極管是由紅外輻射效率高的材料制造而成的PN結(jié)，再外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流，從而激發(fā)出紅外光。光譜功率分布為中心波長830nm950nm，

12、半峰帶寬約40nm左右，它是窄帶分布，可感受的光譜圍。其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以完全無紅暴，或僅有微弱紅暴；另外，紅外發(fā)光二極管還具有壽命長的特點(diǎn)。常用的紅外線發(fā)光二極管有SE303·PH303。下圖3.5為紅外發(fā)光二極管的實(shí)物圖。圖3.5 紅外線發(fā)射管上圖中，紅外發(fā)光二極管有一長一短兩個引腳，其通斷性質(zhì)和普通二極管相似，具有單向?qū)ㄐ?，長引腳接電壓正極，短引腳接負(fù)極。如果判斷不出引腳長短可用萬用表來區(qū)分，并可檢測紅外線二極管是否可用。方法是將萬用表置于R×1K擋，測量紅外發(fā)光二極管兩引腳的電阻，通常，正向電阻應(yīng)在30K左右，反向電阻要在500K以上，這樣的管子才能正常使用。并且反

13、向電阻越大越好。紅外發(fā)光二極管具有多種特性，其特性決定了使用它時應(yīng)注意的方面，現(xiàn)簡要介紹一下:(1) 電流電壓特性對紅外發(fā)光二極管施加正向電壓可驅(qū)動它發(fā)射紅外線，由于發(fā)出的是紅外線，人眼不可見，所以實(shí)際上并不能用肉眼看到有光線發(fā)出，可用萬能表測其兩端電壓，以判斷是否工作。一般其正向?qū)〞r兩端電壓在1V2V之間為宜，電壓太高將會使其燒毀。對其施加反向電壓時紅外二極管將截止，能承受的最大反向電壓在3V6V之間。(2)熱損紅外線發(fā)光二極管所消耗的功率，一部分轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)，一部分轉(zhuǎn)化為紅外線發(fā)射出去。功率的損其最大值與周圍溫度也有很大關(guān)系。(3)發(fā)射束電流特性一般可見光的發(fā)光二極管其輸出光的強(qiáng)度是用

14、光度表示的，而不可見光向紅外線發(fā)光二極管輸出光的能量大小，是用發(fā)射束Fe來表示的，單位為瓦特。發(fā)射束的意義是在單位時間，其所能發(fā)射、搬移光能量的多少。(4)發(fā)光頻譜發(fā)光二極管所發(fā)射的光的波長，因制作材料的不同而不同。紅外線發(fā)光二極管一般用砷化鎵制作，其峰值發(fā)光波長在940950 nm之間，而當(dāng)波長在900 nm以上時，人眼就不可見了，這也就是我們?nèi)搜劭床坏郊t外線的原因。(5)方向特性紅外線發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線方向也是有一定規(guī)律的，各個方向的紅外線強(qiáng)度不同，方向角度就是發(fā)射強(qiáng)度的相對值。當(dāng)方向角度是零度時，放射強(qiáng)度定為100，方向角度越大，放射強(qiáng)度相對減少，發(fā)射強(qiáng)度如由光軸取其方向角度一半時，

15、其值即為峰值的一半，這個角度稱為方向半值角，角度越小就代表元件的指向性越靈敏。一般紅外線發(fā)光二極管在出廠前均附有透鏡，可以使它的指向性更靈敏。紅外線發(fā)射強(qiáng)度與角度對于報警器的靈敏性與可監(jiān)控圍有很大影響，安裝時應(yīng)注意發(fā)射管與接收管對準(zhǔn)。(6)包裝與外型紅外發(fā)光二極管的包裝主要有三種類型，透鏡消除型、瓷型與樹脂分子型，如下圖3.6所示。圖3.6 紅外線發(fā)射二極管包裝構(gòu)造圖上圖即為其包裝構(gòu)造圖，材料不同，性能自然有很大差異，如果使用環(huán)境和用途要求嚴(yán)格，就使用性能較佳的瓷型。將紅外線發(fā)光二極管接入電路時需要接限流電阻，以防止其被燒毀。下圖3.7為本設(shè)計中發(fā)射紅外線的電路圖。圖3.7 紅外線發(fā)射電路圖在

16、該電路中，通過IN引腳輸入接收到由555集成定時器輸出的38kHz脈沖信號，脈沖信號通過R3產(chǎn)生電流，使三極管的基極有電流流過，三極管導(dǎo)通，從而有電流從發(fā)射極的紅外二極管流過，紅外二極管導(dǎo)通，發(fā)射出紅外線限流電阻可通過公式計算， (3.3)電流一般取20左右，通過計算得出限流電阻為220歐姆左右。3.2 紅外線接收電路紅外線接收一般有兩種方法，一種是利用紅外線接收管加處理電路，另一種是利用紅外接收探頭。3.2.1 紅外線接收管紅外線發(fā)射出去后需要接收才能組成一個整體，紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件，核心是一種特殊材料的PN結(jié)，它工作于反向電壓下。沒有紅外線光照射時，反向電流

17、很小(一般小于0.1微安)，稱暗電流。當(dāng)有紅外線光照射時，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入PN結(jié)，把能量傳送給共價鍵上束縛著的電子，使部分電子掙脫共價鍵，成為自由電子，從而產(chǎn)生電子空穴對。它們在反向電壓的作用下做漂移運(yùn)動，反向電流便明顯變大，光度越強(qiáng)，反向電流就越大。這種特性稱“光電導(dǎo)”。紅外線接收管在一般光線的照射下，產(chǎn)生的電流叫做光電流。如果在外電路接上負(fù)載，負(fù)載就能獲得電信號，電信號將隨著光照的變化而變化。一般情況都使用紅外線接收二極管，其外型如下圖3.8所示。圖3.8 紅外線接收二極管紅外線接收二極管輸出的信號不能直接被單片機(jī)接收，需要視具體情況而定。本設(shè)計對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)可知，紅外線接

18、收管兩端的電壓與紅外對管之間的距離有關(guān)，這也驗(yàn)證了紅外對管的原理，當(dāng)接收到的紅外線信號變化時，接收管的電阻將進(jìn)行變化，繼而其兩端的電壓發(fā)生變化，由于條件有限，本設(shè)計只在很短距離進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)把紅外線接收二極管與10K電阻連接，外加5V反向偏壓，當(dāng)接到收紅外線時，其輸出電壓為 0.14V，當(dāng)紅外線被遮擋時其電壓為2.44V，將輸出段與比較器連接，當(dāng)電壓大于1V時，輸出低電平，當(dāng)電壓小于1V時，輸出高電平，與單片機(jī)輸入口連接即可，電路仿真圖為下圖3.9所示。圖3.9紅外線接收管電路圖中電阻與可變電阻組成電壓比較器正相的輸入電壓，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器改變正相電壓的值，當(dāng)接收到入侵信號，比較器輸入端翻轉(zhuǎn)，

19、輸出段產(chǎn)生低電平送入單片機(jī)形成報警信號。3.2.2 紅外接收頭紅外接收頭是把紅外接收電路集成在一個元件中，稱為一體化紅外接收頭，體積很小，和三極管相似。它的部電路一般由紅外線接收二極管，放大器，限幅器，帶通濾波器，積分電路，比較器等組成。當(dāng)紅外線接收二極管監(jiān)測到紅外信號，把檢測到的信號送入放大器進(jìn)行放大，然后送人限幅器，限幅器能把脈沖的幅度控制在規(guī)定的圍。交流信號送入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30kHz60kHz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路把信號解調(diào)，再經(jīng)過積分電路送入比較器，由比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。紅外接收頭的作用很大，本設(shè)計采用它有點(diǎn)大材小用了，但由于紅外接收頭所具有的

20、種種優(yōu)點(diǎn)，可以更加準(zhǔn)確的接收紅外線，并且可以大大增加檢測距離，所以選用了它。紅外接收頭的種類很多，各種類型的引腳定義也不一樣，但一般都有三個引腳，為供電腳，接地和信號輸出腳。圖3.10為紅外接收頭的圖片。圖3.10 紅外接收探頭由于本設(shè)計采用單片機(jī)中斷判斷是否發(fā)出報警，所以要求要報警時輸入低電平，而紅外接收探頭在接收不到紅外線時輸出高電平，所以電路中需加入反相器，然后把信號送入單片機(jī)。反相器采用CD4069型號，CD4069由六個COS/MOS反相器電路組成。下圖3.11為其引腳功能圖。圖3.11 CD4069的引腳功能圖由圖可知，反相器的14引腳接直流電源，7引腳接地，六個反相器各自獨(dú)立，本

21、設(shè)計采用1引腳輸入和2引腳輸出，輸出段直接與單片機(jī)連接，形成檢測入侵信號口。3.3 單片機(jī)控制電路單片機(jī)25是一種集成電路芯片，是一種典型的嵌入式微控制器。單片機(jī)應(yīng)用非常廣泛，現(xiàn)代社會生活中幾乎每件電子產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品中都會有成單片機(jī)。單片機(jī)節(jié)省了大量的硬件電路，并具有硬件電路所不能完成的功能，使得產(chǎn)品更加的智能化，改變著人們的生活方式。3.3.1 單片機(jī)主控芯片的性能以與標(biāo)準(zhǔn)功能單片機(jī)是指把微處理器(CPU)、存儲器、基本的I/O接口以與定時/計數(shù)、通信部件集成在一塊芯片中，也就是在一個芯片上實(shí)現(xiàn)一臺微型計算機(jī)的基本功能。由于單片機(jī)的巨大的應(yīng)用市場，世界許多公司都在生產(chǎn)，因此單片機(jī)的種類與型號

22、很多，并且更新?lián)Q代速度很快，但考慮到實(shí)際應(yīng)用中許多地方并不需要性能很高的單片機(jī)，并且為了程序的兼容，各種類型的單片機(jī)差別并不是太大，并且?guī)追N質(zhì)量比較好的單片機(jī)成了市場的主流產(chǎn)品。本設(shè)計采用了應(yīng)用廣泛的51系列單片機(jī)中ATMEL公司生產(chǎn)的51AT89C52，完成對報警信號處理并發(fā)出報警信號。AT89C52是一個低電壓，高性能的8位單片機(jī)。總的來說，單片機(jī)就是一個高級的電路，由于具有CPU，所以可以通過編寫程序去控制它工作，通過程序來指揮它，達(dá)到編程者預(yù)期的目的。用高級語言編寫的程序更加的直觀方便，使得單片機(jī)的功能大大提升，但單片機(jī)只能輸出高低的電平信號，所以，單片機(jī)必須與外部的硬件電路結(jié)合才能完

23、成更多的目的功能。單片機(jī)要在程序的指令下才能工作，所以需要有存儲程序的工具，這就是單片機(jī)部的存儲器的作用，AT89C52的部存儲器可存儲256個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果部存儲器不夠用，可用外部存儲器進(jìn)行擴(kuò)展。以前單片機(jī)的部存儲器不能反復(fù)擦寫，一般在出廠前就用專門的機(jī)器把程序加載到存儲器，單片機(jī)只能完成固定的任務(wù)。現(xiàn)在許多廠家專門設(shè)計出了方便學(xué)習(xí)的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，可方便學(xué)習(xí)者隨時用電腦把自己寫的程序燒錄進(jìn)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，有的端口做不同的用途，通過設(shè)置功能字來設(shè)定選用

24、的功能。單片機(jī)有2個外部中斷端口，使單片機(jī)變得靈活多樣，對外部的控制更方便有效。其部還有3個16位可編程定時/計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，這些功能都通過設(shè)置控制字來實(shí)現(xiàn)對其的控制，使用非常方便。下圖3.12為單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。圖3.12 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖每個框圖都是由各種芯片和電路構(gòu)成，各單元之間通過部總線進(jìn)行通信。圖3.13為單片機(jī)的引腳圖。圖3.13 單片機(jī)的引腳圖單片機(jī)8的40個引腳大致可分為4類：(1)電源 (a) 芯片電源VCC，接+5V；        (b) 接地端VSS(G

25、ND)；(2) 時鐘：XTAL1、XTAL2是晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。(3)控制線共有4根，第一是ALE/PROG:地址鎖存允許/片EPROM編程脈沖， ALE的功能是用來鎖存P0口送出的低8位地址，PROG的功能是在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖；第二是PSEN:外ROM讀選通信號；第三是RST/VPD：復(fù)位/備用電源，RST是復(fù)位信號輸入端，VPD的功能是在Vcc掉電情況下，接備用電源；第四是EA/Vpp：外ROM選擇/片EPROM編程電源，EA功能是外ROM選擇端，Vpp功能是在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。(4) 輸入/輸出線80C51共有4個8位并行I/O端

26、口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號。  3.3.2 單片機(jī)在本設(shè)計中的應(yīng)用本設(shè)計中應(yīng)用到單片機(jī)的外部中斷、輸出口、復(fù)位電路、時鐘電路，現(xiàn)一一進(jìn)行介紹。中斷是指當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生了中斷信號，AT89C52中共有五個中斷源，分別為：INT0：外部中斷0，由P3.2端口線引入，低電平或下跳沿引起。INT1：外部中斷1，由P3.3端口線引入，低電平或下跳沿引起。T0：定時器/計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。T1：定時器/計數(shù)器l中斷，由T1計滿回零引起。TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收

27、后引起。本設(shè)計采用外部中斷1。單片機(jī)允許中斷后，便終止了當(dāng)前所執(zhí)行的程序，并用堆棧對目前的程序與狀態(tài)進(jìn)行記錄，以便于中斷結(jié)束后返回原程序繼續(xù)執(zhí)行，然后便進(jìn)入中斷程序，執(zhí)行中斷里的程序，單片機(jī)事先規(guī)定了幾個特殊的地址，其中就有關(guān)于中斷的，既是中斷入口地址，中斷允許后便進(jìn)入中斷入口地址。設(shè)置中斷需要設(shè)置單片機(jī)的中斷控制寄存器IE，設(shè)置各位為0或1，便可控制中斷的方式。下表3.2即為IE各位功能。表3.2 中斷控制寄存器IEIEIEEAESET1EX1ET0EX0上表中各位表示的含義說明如下：EA：全局中斷允許位。EA=0，關(guān)閉全部中斷；EA=1，打開全局中斷控制，在此條件下，由各個中斷控制位確定相

28、應(yīng)中斷的打開或關(guān)閉。ES：串行I/O中斷允許位。ES=1，打開串行I/O中斷；ES=0，關(guān)閉串行I/O中斷。ETl：定時器/計數(shù)器1中斷允許位。ETl=1，打開T1中斷；ETl0，關(guān)閉T1中斷。EXl：外部中斷l(xiāng)中斷允許位。EXl=1，打開INT1；EXl=0，關(guān)閉INT1。ET0：定時器/計數(shù)器0中斷允許位。ET0=1，打開T0中斷；ET0=0，關(guān)閉T0中斷。EX0：外部中斷0中斷允許位。EX0=1，打開INT0，EX0=0，關(guān)閉INT0。本設(shè)計需要開中斷1所以可設(shè)置IE=84H。當(dāng)紅外線被障礙物遮擋時，便產(chǎn)生中斷信號送入中斷輸入口INT1。P0、P1、P2、P3四個口可作為輸入輸出口使用，

29、P0口做I/O口使用時外加上拉電阻，但本設(shè)計中用P0口接上拉電租驅(qū)動共陰數(shù)碼管顯示報警次數(shù)時，卻由于P0口電壓太低，不能驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字。這四個口也都有其各自的特殊用途，但除P0口外，其它的電路結(jié)構(gòu)都很相似，做I/O口時無需外加上拉電阻。本設(shè)計還利用到P3.1口作為聲光報警的驅(qū)動信號，當(dāng)報警產(chǎn)生時，讓P3.0輸出脈沖波，驅(qū)動發(fā)光二極管的閃爍和蜂鳴器的報警。復(fù)位電路采用的是手動電平復(fù)位電路，當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳維持兩個周期的高電平時，單片機(jī)將復(fù)位。在下圖3.14中。圖3.14 單片機(jī)的復(fù)位電路當(dāng)按下按鈕時，單片機(jī)的復(fù)位端將出現(xiàn)一個由100電阻和1K電阻分壓的電平，這個電平可維持兩個周期以上的，所

30、以單片機(jī)就復(fù)位。在本設(shè)計中單片機(jī)的復(fù)位按鈕可以使報警器手動停止報警，并可把報警次數(shù)清零。單片機(jī)的工作都要在一定的時鐘信號控制下完成，單片機(jī)的時鐘電路可以為單片機(jī)提供時鐘信號，時鐘電路有兩種連接方式，一種稱為部時鐘方式，另一種稱為外部時鐘方式。本設(shè)計采用部時鐘方式。電路連接圖如下圖3.15所示。圖3.15 單片機(jī)的時鐘電路時鐘電路中在引腳XTAL1和引腳XTAL2之間跨接一個12M的晶體振蕩器，再接入兩個微調(diào)電容，電容的作用是協(xié)調(diào)晶體振蕩器的頻率和幫助它起振。由于在XTAL2引腳上能輸出3V作用的正弦波，所以不需外加電源。時鐘電路中晶振的頻率決定著單片機(jī)的指令周期。 單片機(jī)的引入使得紅外防盜報警

31、器更加的智能化，并可減少大量的硬件電路。3.4 聲光報警電路當(dāng)單片機(jī)接收到報警信號后，經(jīng)過部處理，便輸出報警信號，為了能更加直觀方便的通知工作人員有入侵者進(jìn)入，就需要報警電路，報警電路包括聲報警、光報警、數(shù)碼管顯示三個部分。3.4.1 光報警電路發(fā)光二極管簡稱為LED，發(fā)光二極管由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能發(fā)射出人眼可見的光線，因而可以用來制成發(fā)光二極管。發(fā)光二極管經(jīng)常用在電路與儀器中作指示燈用。不同化合物制成的二極管能發(fā)出不同顏色的可見光，如磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用需要選擇不同的發(fā)光二極管，報警

32、時一般采用紅色的。發(fā)光二極管的特性與紅外發(fā)光二極管有很多相似之處，在此不詳細(xì)介紹。發(fā)光二極管也需要加限流電阻，以免被燒毀，限流電阻的計算公式與紅外發(fā)光二極管的限流電阻公式一樣，本設(shè)計采用的連接電路方式為下圖3.16所示。圖3.16 發(fā)光二極管電路3.4.2 蜂鳴器電路蜂鳴器在市場上有兩種類型，一種是電壓型，一種是脈沖型，電壓型的只有對蜂鳴器送電它便會發(fā)出聲音，它的發(fā)聲頻率是固定的。脈沖型的必須加入脈沖才會發(fā)出聲音，并且它的發(fā)聲頻率是加入脈沖的頻率，本設(shè)計采用了脈沖型的蜂鳴器。下圖3.17為低電平驅(qū)動蜂鳴器的電路圖。圖3.17 低電平驅(qū)動蜂鳴器電路圖中R7為限流電阻，以防止蜂鳴器被燒毀。R6為泄

33、放電阻，目的是讓三極管從飽和到截止時提供一個泄放基極和發(fā)射極間的少數(shù)載流子的路徑，以加速切換，防止拖音。3.4.3 七段LED數(shù)碼管數(shù)碼管用于顯示報警的次數(shù)，方便查看。數(shù)碼管一般分為共陽極和共陰極。本設(shè)計采用共陰極七段LED數(shù)碼管，將其對應(yīng)引腳直接接到單片機(jī)的P0口和P2口，分別用于顯示個位和十位。下圖3.18分別為共陰極數(shù)碼管的引腳圖和原理圖。圖3.18 共陰極數(shù)碼管的引腳圖和原理圖從圖中可以看出數(shù)碼管9的工作原理，引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線(即a,b,c

34、,d,e,f,g,dp)連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對應(yīng)一個字節(jié)的8位，a對應(yīng)最低位，dp對應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。可以看出兩個編碼的各位正好相反。4 軟件部分設(shè)計紅外防盜報警器的軟件設(shè)計主要是對單片機(jī)編寫程序，使單片機(jī)能在接收到入侵信號后發(fā)出報警信號。4.1 程序總體設(shè)計圖4.1為主程序的工作流程圖，由圖可見，本課題的程序編寫并不是太復(fù)雜，主要功能就是等待中斷信號，發(fā)出報警信號

35、。開 始循環(huán)程序NH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / m有入侵？H / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mY x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x

36、 =1轉(zhuǎn)向報警程序x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8圖4.1 主程序工作流程圖4.2 程序的編寫本設(shè)計若采用匯編語言會比較繁瑣，故采用C語言進(jìn)行編寫，主要思路是利用外部中斷采集入侵信號，

37、主程序?yàn)闊o限循環(huán)，等待入侵信號產(chǎn)生的中斷，當(dāng)中斷產(chǎn)生時，進(jìn)入中斷子程序，利用P3.0端口交替輸出高低電平，利用延遲函數(shù)進(jìn)行軟件延遲。中斷發(fā)出報警信號30s后，回到主程序，繼續(xù)等待下一次入侵信號。報警結(jié)束時，有數(shù)碼管顯示報警次數(shù)。C語言1015是一種計算機(jī)程序設(shè)計語言。它既具有高級語言的特點(diǎn)，又具有匯編語言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計語言，編寫不依賴計算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，適于編寫系統(tǒng)軟件。是單片機(jī)以與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的主流語言。C語言優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 簡潔緊

38、湊、靈活方便 C語言一共只有32個關(guān)鍵字，9種控制語句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實(shí)用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元。 (2) 運(yùn)算符豐富 C語言的運(yùn)算符種類很多，包含了許多數(shù)學(xué)中的運(yùn)算符。C語言中共有三十多種種運(yùn)算符。C語言把括號、賦值等都作為運(yùn)算符處理，從而使C語言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。靈活運(yùn)用C語言中豐富的運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)其它高級語言難以實(shí)現(xiàn)的功能。 (3) 數(shù)據(jù)類型豐富 C語言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實(shí)現(xiàn)

39、各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。(4) 它是結(jié)構(gòu)式語言 結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼與數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦阌谑褂谩⒕S護(hù)以與調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 (5) 語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大 C語言的語法非常靈活，思維邏輯非常人性化，可以最大程度的發(fā)揮人的想象力，允許編寫者有大的自由度。(6) 允許直接訪問物理地址，對硬件進(jìn)行操作 由于C語言允許直接訪問物理地址，可以直接對硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高

40、級語言的功能，又具有低級語言的許多功能，能夠像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元，可用來寫系統(tǒng)軟件。 (7) 生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高 一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低1020%。 (8) 適用圍大，可移植性好 C語言有一個突出的優(yōu)點(diǎn)就是適合于多種操作系統(tǒng)，一般流行的操作系統(tǒng)都可適用，由于C語言的廣泛應(yīng)用各廠家生產(chǎn)的設(shè)備做了統(tǒng)一規(guī)定，C語言適用于各種機(jī)型，移植性很好。 紅外防盜報警器的軟件設(shè)計所使用的C語言都是很簡單的語句，用主函數(shù)進(jìn)行中斷的掃描，當(dāng)中斷產(chǎn)生后進(jìn)入中斷子函數(shù)，進(jìn)行聲光報警，在子函數(shù)中又嵌套了延遲函數(shù)，產(chǎn)生頻率一定的脈沖，使發(fā)光二

41、極管閃爍。5 實(shí)物制作與調(diào)試實(shí)物的制作過程就是理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的過程，主要分為兩步：實(shí)物的電路圖搭建與電路的調(diào)試。5.1 電路的搭建由于條件限制與考慮到電路比較簡單本設(shè)計采用面包板來搭建。首先，選擇一塊大小合適的面包板，復(fù)習(xí)面包板的連線規(guī)律與技巧。然后開始挑選購買實(shí)物，先統(tǒng)計好各類元件的種類與所需數(shù)目，然后選定其型號。所需主要元件表如下表5.1所示。表5.1實(shí)物元件表元件名稱元件型號數(shù)量555集成定時器NE555P1紅外發(fā)射對管2紅外接收探頭3521晶振12Mhz1蜂鳴器SEAL1發(fā)光二極管1八段LED數(shù)碼顯示管共陰2按鈕1電容103、30各2個滑動變阻器1K3單片機(jī)AT89C521比較器LM3

42、231反相器HLF10081電阻3.3K 2電阻1K12電阻10K2購買好所需元件后，先在面包板上以主要元件布局，然后按照電路圖進(jìn)行搭建電路。所搭建的電路圖如下圖5.1所示。圖5.1 紅外防盜報警器的實(shí)物電路圖5.2 電路的調(diào)試電路的調(diào)試是至關(guān)重要的，可以進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計的正確性。在電路的調(diào)試中，由于面包板與導(dǎo)線接觸不良經(jīng)常產(chǎn)生故障，所以要注意運(yùn)用萬能表檢測電路故障。在用示波器調(diào)試38kHz脈沖信號進(jìn)行調(diào)試時，一邊觀察示波器上的波形，一邊輪流調(diào)節(jié)兩個滑動變阻器。紅外發(fā)射管應(yīng)與接收管對齊，不然便不能準(zhǔn)確的檢測入侵信號，并會引起誤報警。用接收頭接收時，由于它只接收38kHz左右的紅外信號，所以可以防

43、止外界光線的干擾，適合用在防距離短的地方。用接收二極管接收時，要外加處理電路，外界光線的干擾會引起誤報警，需要加外罩，防止外界的干擾。經(jīng)過調(diào)試，電路完成了所要求的功能。當(dāng)紅外對管之間有障礙物經(jīng)過時，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出報警，報警時間可由程序中的延遲函數(shù)來調(diào)節(jié)，報警結(jié)束后由數(shù)碼管顯示報警次數(shù)，報警中也可通過復(fù)位鍵停止報警，使數(shù)碼管清零。6 總結(jié)在制作紅外防盜報警器的過程中我學(xué)到了很多知識。拿到課題后，我先利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館進(jìn)行了相關(guān)資料的搜集，了解了紅外線防盜報警器的歷史與相關(guān)信息。然后選定了制作被動式紅外防盜報警器。在制作報警器過程中，首先確定了其各個功能模塊，然后對每一部分進(jìn)行電路設(shè)計，

44、設(shè)計好后，利用軟件進(jìn)行模擬仿真，論證其理論的正確性，最后購買元件，在面包板上搭建實(shí)物。在實(shí)物制作過程中遇到了很多問題，通過老師的指導(dǎo)，找出了很多理論與實(shí)踐相矛盾的地方，進(jìn)行了改正。本設(shè)計只是在面包板上進(jìn)行了理論驗(yàn)證，在具體安裝被動式紅外防盜報警器時，要注意把紅外對管放置在恰當(dāng)?shù)母叨?，以仿真動物等?jīng)過時引起的誤報警。若安防要求很高，則應(yīng)該多設(shè)計幾束紅外線，提高防盜系統(tǒng)的檢測圍和可靠性。通過這次畢業(yè)設(shè)計體會到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，在設(shè)計中，運(yùn)用到了許多基本理論課程中的相關(guān)知識，更深刻的體會到了大學(xué)教育的重要性、基礎(chǔ)性，為以后的工作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。結(jié)束語紅外線技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，單片機(jī)與通

45、信功能也得到了大大的應(yīng)用，紅外防盜報警器必然會越來越智能化、人性化，可更加方便可靠的幫助人們完成監(jiān)視的任務(wù)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的場合需要提高安防級別，紅外防盜報警器必將會滿足這些場所的要求，其應(yīng)用市場會越來越廣闊。紅外防盜報警器會約束盜賊的行為，同時盜賊也必會采用干擾措施逃脫紅外線的監(jiān)控，所以必須深入實(shí)際，不斷研發(fā)更加隱蔽防干擾的措施，使紅外防盜報警器不斷更新?lián)Q代，讓人們用的更放心。本課題采用紅外接收探頭接收紅外線，使系統(tǒng)更加的可靠，監(jiān)視圍也大大調(diào)高，系統(tǒng)靈敏度也上升到一個高的層次。單片機(jī)的引入使紅外防盜報警器具備了向智能化方向發(fā)展的基礎(chǔ)，可以利用單片機(jī)的各種優(yōu)秀的處理功能使紅外

46、防盜報警器具有更多的功能，比如可以將很多監(jiān)控地點(diǎn)通過單片機(jī)的通信系統(tǒng)集中管理，也可實(shí)現(xiàn)無線通信等功能。致首先要感指導(dǎo)我畢業(yè)設(shè)計的文老師對我的細(xì)心指導(dǎo)，在文老師的精心指導(dǎo)下我得以順利完成了畢業(yè)設(shè)計的各個步驟。畢業(yè)設(shè)計每個階段都有每個階段的任務(wù)，每個任務(wù)都有具體要求，經(jīng)過老師對每個任務(wù)的審閱，提出建議和要求，然后由我進(jìn)行修正，才得以完成整個畢業(yè)設(shè)計課題。在這期間我感受到了文老師認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，豐富的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在文老師耐心的指導(dǎo)下，我首先對畢業(yè)設(shè)計的課題進(jìn)行了資料收集，然后確定了每個模塊的實(shí)施方案，在軟件上進(jìn)行仿真后，得以做出實(shí)物。老師的指導(dǎo)給我明確了研究的方向，給了我很大的幫助。同時文老師每周都要我進(jìn)行匯報畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)展情況，并指出方案的缺點(diǎn)，提出意見，這樣使得我在順利完成畢業(yè)設(shè)計的同時學(xué)到了許多相關(guān)知識。同時也要感夏翔老