畢業(yè)論文-基于AT89S52單片機(jī)紅外聲控報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、 緒論1.1研究背景隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也越來(lái)越高，因此如何保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全也成為了每個(gè)人關(guān)注的問(wèn)題，因此，國(guó)內(nèi)外防盜器的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)不斷發(fā)展。隨之而來(lái)的是各種各樣的防盜設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生總體來(lái)說(shuō)死有線的、無(wú)線的。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)進(jìn)行分類，可以分為家居、汽車和便攜防盜器。紅外防盜器是各種防盜設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備之一，應(yīng)用簡(jiǎn)單、方便，但是，外界干擾也比較大。單片機(jī)以其高可靠性、高性能價(jià)格比、控制方便簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)、智能化儀器儀表等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，采用單片機(jī)來(lái)控制紅外線元件來(lái)來(lái)達(dá)到報(bào)警功能，可靠性將大大提高，而且也可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的多樣性，同時(shí)

2、，在紅外防盜系統(tǒng)中加入聲控防盜模塊也可以進(jìn)一步提高防盜的可靠性。1.2研究意義隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，各種各樣的智能控制系統(tǒng)越來(lái)越多，在眾多控制系統(tǒng)中，單片機(jī)扮演這重要的角色。當(dāng)單片機(jī)接收到入侵信號(hào)后，進(jìn)行判斷和運(yùn)算得到相應(yīng)的控制量去控制外圍執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。由于紅外線是不可見光，所以有很好的隱蔽性，因此采用紅外的方式將使報(bào)警系統(tǒng)更可靠、更安全。這種基于單片機(jī)控制的紅外報(bào)警器一旦發(fā)現(xiàn)入侵者可立即發(fā)出報(bào)警，好像在重要區(qū)域的周界出增加了一雙“電子眼”忠誠(chéng)地守衛(wèi)著要害目標(biāo)。保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，保障社會(huì)秩序，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。1.3研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要研究并設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的紅外聲控報(bào)警系統(tǒng)

3、，并實(shí)現(xiàn)對(duì)AD數(shù)據(jù)的采集和聲光的報(bào)警控制?？刂葡到y(tǒng)主要是由AT89S52單片機(jī)、聲控電路、紅外電路、時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、LED顯示與鍵盤輸入人機(jī)接口電路等部分組成。單片機(jī)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換8路傳感器來(lái)所得到的信號(hào)，進(jìn)行比較處理，并且能夠存儲(chǔ)各個(gè)通道的報(bào)警上限和報(bào)警時(shí)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，并且在安全值內(nèi)，輪回顯示當(dāng)前通道的測(cè)量值和設(shè)定值，在安全值外，產(chǎn)生聲光報(bào)警，并且輪回顯示報(bào)警通道的當(dāng)前值、設(shè)定值，并且通過(guò)時(shí)鐘電路對(duì)開始和結(jié)束時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)制作一個(gè)紅外聲控模塊電路，具有當(dāng)有人通過(guò)時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并通過(guò)發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器來(lái)報(bào)警。當(dāng)紅外聲控模塊處于待機(jī)時(shí)，發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器不發(fā)光

4、也沒有聲響。鍵盤可設(shè)置防盜模塊的開始工作和結(jié)束的時(shí)間，也可手動(dòng)直接開啟和結(jié)束其工作。合理布局安裝防盜設(shè)備，減少紅外、聲控設(shè)備誤報(bào)警的發(fā)生。 整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射紅外光譜變換成電信號(hào)，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電平至單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10S后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲控報(bào)警10S鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。2.2系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)由聲控模塊、紅外模塊

5、、單片機(jī)控制模塊、揚(yáng)聲器、時(shí)鐘控制模塊和LED模塊及鍵盤顯示電路組成。系統(tǒng)總體框圖如圖2.1所示。用戶可以通過(guò)鍵盤設(shè)置報(bào)警的條件，如啟動(dòng)時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，然后通過(guò)采集紅外、聲控的信號(hào)，然后通過(guò)LED燈和揚(yáng)聲器來(lái)報(bào)警。圖2.1 系統(tǒng)總體框圖3 系統(tǒng)硬件選擇及特性3.1 主控制器的選擇按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能要求，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須采用單片機(jī)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的自動(dòng)控制能力來(lái)配合按鍵控制，來(lái)控制紅外、聲控模塊及顯示、揚(yáng)聲器。對(duì)于單片機(jī)的選擇，如果用8031系列，由于它沒有內(nèi)部RAM，系統(tǒng)又需要大量?jī)?nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，因而不可用；51系列單片機(jī)的ROM為4K，對(duì)于本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能有點(diǎn)小，這里選用AT89S52

6、，它有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器,AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器 1 。AT89S52單片機(jī)的主要特性如下2： （1）主要性能與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz-33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 （2）功能特性描述AT89S52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(chǔ)器2。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令

7、和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)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 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash, 256字節(jié)RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外,AT89S52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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式

8、下,RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié), 單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止3。（3）引腳圖AT89S52單片機(jī)有40個(gè)引腳，引腳圖如圖3.1所示。圖3.1 AT89S52引腳圖各引腳所表示的內(nèi)容如下： VCC：電源 GND：接地 P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1口：P1口是

9、一個(gè)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(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1端口寫“1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入(P1.0/T2)和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX),具體如下表3.1所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 P1口引腳的第二功能如表3.1所示。表3.1 P1口引腳的第二功能表引腳號(hào) 第二功能P1.0T2(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入),時(shí)鐘輸出P1.1T2EX(定時(shí)器

10、/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制)P1.5MOSI(在系統(tǒng)編程用) P1.6MISO(在系統(tǒng)編程用) P1.7SCK(在系統(tǒng)編程用) P2口：P2口是一個(gè)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(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì) P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，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(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX DPTR) 時(shí)，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(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

11、器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口：P3口是一個(gè)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(dòng) 4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì) P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流(IIL)。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表3.2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。P3口引腳的第二功能如表3.2所示。表3.2 P3口引腳的第二功能 引腳號(hào) 第二功能P3.0RXD(串行輸入)P3.1TXD(串

12、行輸出) P3.2INT0(外部中斷 0) P3.3INT1(外部中斷 1) P3.4T0(定時(shí)器0外部輸入) P3.5T1(定時(shí)器1外部輸入)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通) RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T 狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG:地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳(PROG)也用作

13、編程輸入脈沖。在一般情況下,ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖,可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而,特別強(qiáng)調(diào),在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要通過(guò)將地址為8EH的SFR的第 0位置“1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置 “1”, ALE僅在執(zhí)行 MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則,ALE將被微弱拉高。這個(gè) ALE使能標(biāo)志位(地址為8EH的SFR的第0位)的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效4。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN)是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存

14、儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。 EA/VPP：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令,EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令,EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間,EA也接收12伏VPP電壓。 XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K尋址。程序存儲(chǔ)器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。 對(duì)于AT89S52，如果 EA接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器(地址為 0000H1FFFH)開

15、始，接著從外部尋址，尋址地址為:2000HFFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：AT89S52有 256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。高 128字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說(shuō)高128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問(wèn)高于7FH的地址時(shí)，尋址方式?jīng)Q定 CPU訪問(wèn)高 128字節(jié) RAM還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問(wèn)特殊功能寄存器(SFR) 5。例如，下面的直接尋址指令訪問(wèn)0A0H(P2口)存儲(chǔ)單元： MOV 0A0H , #data 使用間接尋址方式訪問(wèn)高 128字節(jié) RAM。例如,下面的間接尋址方式中，R0內(nèi)容為 0A0H,訪問(wèn)的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口(它的地

16、址也是0A0H)。 MOV R0 , #data 堆棧操作也是簡(jiǎn)介尋址方式。因此,高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆棧空間。 （5）中斷 AT89S52有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷(INT0和INT1),三個(gè)定時(shí)中斷(定時(shí)器0、1、2)和一個(gè)串行中斷。中斷允許控制寄存器如表3.3所示。表3.3 中斷允許控制寄存器符號(hào)位地址功能EAIE.7中斷總允許控制位。EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設(shè)定。 -IE.6預(yù)留 ET2 IE.5定時(shí)器2中斷允許控制位 ES IE.4串行口中斷允許控制位 ET1 IE.3定時(shí)器1中斷允許控制位 EX1 IE.2外部中斷1允許控制位 ET0 IE.1

17、定時(shí)器0中斷允許控制位 EX0 IE.0外部中斷0允許控制位每個(gè)中斷源都可以通過(guò)置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無(wú)效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA,它能一次禁止所有中斷。如表3.3所示，IE.6位是不可用的。對(duì)于AT89S52， IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預(yù)留。定時(shí)器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后， 這些標(biāo)志位都可以由硬件清0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是TF2或 EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0。定時(shí)器0和定時(shí)器 1標(biāo)志位TF0和TF1在計(jì)數(shù)溢出

18、的那個(gè)周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來(lái)6。然而，定時(shí)器2的標(biāo)志位TF2在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的S2P2被置位，在同一個(gè)周期被電路捕捉下來(lái)。3.2 時(shí)鐘控制模塊的選擇該系統(tǒng)報(bào)警器啟動(dòng)和結(jié)束時(shí)間需要通過(guò)時(shí)鐘模塊進(jìn)行計(jì)時(shí)控制，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種時(shí)鐘控制模塊可供選擇使用。一是使用專用時(shí)鐘芯片，使用微控制器控制專用時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)控制，這種方案有著計(jì)時(shí)精度高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且更易于實(shí)現(xiàn)日期/時(shí)間顯示、定時(shí)烹調(diào)等計(jì)時(shí)擴(kuò)展功能；二是采用MCU內(nèi)部定時(shí)器，AT89S52內(nèi)部含有3個(gè)定時(shí)器，可以利用一個(gè)定時(shí)器與程序計(jì)數(shù)器相結(jié)合的方式，在系統(tǒng)晶振的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。綜上比較由于

19、MCU內(nèi)部定時(shí)器具有較好的靈活性、較少的電路器件和較高的性價(jià)比，而且通過(guò)精確的軟件補(bǔ)償使精度完全可以滿足控制需要，所以選擇該定時(shí)器完成設(shè)計(jì)。 3.3 紅外元器件的選擇紅外線掃描是此報(bào)警器系統(tǒng)的重要組成部分，這兒有收發(fā)一體化元件和獨(dú)立收、發(fā)紅外元件兩種。如果使用發(fā)射接收一體化元件，這是一個(gè)把接收與發(fā)射做在一起的元件如TCRT5000，使用時(shí)不用考慮接收端與發(fā)射端是否對(duì)齊，因此使用這種元件，會(huì)使電路變的更方便；第二個(gè)是使用獨(dú)立的發(fā)射、接收紅外元件，這是兩個(gè)元件，一個(gè)是接收的，一個(gè)是發(fā)射的，在使用安裝這種元件時(shí)，要把接收端與發(fā)射端的對(duì)齊才能使用，這樣會(huì)帶來(lái)給多的不便。 由于發(fā)射接收一體化元件使用起來(lái)

20、會(huì)更方便，所以選擇TCRT5000來(lái)完成設(shè)計(jì)。紅外元器件的主要性能如下：光感測(cè)器是利用光敏元件將光訊號(hào)轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的感測(cè)器?，F(xiàn)在常用光敏元件的感應(yīng)波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)附近，如紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光感測(cè)器不只是應(yīng)用于光的測(cè)量，更常用于作為探測(cè)元件，組成其它類型的感測(cè)器，對(duì)非電量或溫度進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光訊號(hào)的變化，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量的檢測(cè)。目前典型的光感測(cè)器有紅外感測(cè)器、紫外線感測(cè)器色彩感測(cè)器、CCD圖像感測(cè)器等，但具體每種光感測(cè)器采用的光敏元件和工作原理是有一定的差別7。紅外線感測(cè)器采用熱電型紅外線光敏元件和量子型紅外線光敏元件來(lái)制作。我們常用來(lái)作防盜報(bào)警、來(lái)客告知和非接觸開關(guān)等。

21、紅外線領(lǐng)域的熱釋電感測(cè)器就是采用熱電型紅外線光敏元件來(lái)制作。還有一種有兩個(gè)管即發(fā)射管和接收管的紅外感應(yīng)器，這兩個(gè)管的外型像發(fā)光二極管，紅外接收管的反向暗阻，一般都在幾十兆以上，而在有紅外照射的情況下，電阻會(huì)降至200k至500k左右（由光照強(qiáng)度和管子的特性決定）。常用的紅外系統(tǒng)一般分發(fā)射和接收兩個(gè)部分。發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實(shí)際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時(shí)，它便發(fā)出的是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為940nm左右，外形與普通發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。紅外發(fā)光二極管一般有黑色、深藍(lán)

22、、透明三種顏色。判斷紅外發(fā)光二極管好壞的辦法與判斷普通二極管一樣：用萬(wàn)用表電阻擋量一下紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻即可。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率要用專門的儀器才能精確測(cè)定，而業(yè)余條件下只能用拉距法來(lái)粗略判定8。接收部分的紅外接收管是一種光敏二極管。在實(shí)際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時(shí)是反向運(yùn)用，這樣才能獲得較高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW左右），所以紅外接收二極管接收到的信號(hào)比較微弱，因此就要增加高增益放大電路9。接收管PT334性能指標(biāo)10：有效波長(zhǎng)范圍：840-1200

23、nm； 導(dǎo)電電流：2.0mA-20mA；飽和特性：Vce(sat）0.4V；上升/下降時(shí)間：15us；紅外線發(fā)射管：IR333-A；電壓：1.2-1.5V。3.4 鍵盤電路的選擇用戶可以通過(guò)鍵盤設(shè)置報(bào)警的條件，而對(duì)于鍵盤電路的選擇也是有兩種，一是獨(dú)立式鍵盤電路，獨(dú)立式鍵盤的各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵獨(dú)立地與一根數(shù)據(jù)輸入線（即單片機(jī)并行口或其他接口芯片的并行口相連）。在按鍵較多的情況下由于其占用的I/O口線多而不采用獨(dú)立式鍵盤電路；二是矩陣式鍵盤電路，矩陣式鍵盤采用行列式結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上，當(dāng)口線數(shù)量為8時(shí)，可以將4根口線定義為行線，另4根口線定義為列線，形成44鍵盤，可以配置16個(gè)按

24、鍵11。由于設(shè)計(jì)中采用數(shù)個(gè)鍵盤，故采用矩陣式鍵盤電路。3.5發(fā)聲器件的選擇系統(tǒng)采用一個(gè)蜂鳴器來(lái)作為報(bào)警系統(tǒng)， 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)IO引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路12。S52增強(qiáng)型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板通過(guò)一個(gè)三極管2N3906來(lái)放大驅(qū)動(dòng)蜂鳴器.。蜂鳴器的正極接到VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極E，三極管的基級(jí)B經(jīng)過(guò)限流電阻R7后由單片機(jī)的P1.3引腳控制，當(dāng)P1.3輸出高電平時(shí)，三極管Q1截止，沒有電流流過(guò)線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)

25、P1.3輸出低電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。因此，我們可以通過(guò)程序控制P1.3腳的電平來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉13。在本系統(tǒng)中蜂鳴器模塊電路如圖3.2所示。圖3.2 蜂鳴器模塊電路蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，它廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電話機(jī)等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型14。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴

26、片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成，當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲15。此次設(shè)計(jì)用到的蜂鳴器是電磁式蜂鳴器，如圖3.3所示。圖3.3電磁式蜂鳴器4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1紅外報(bào)警電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)作為報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)光二極管顯示電路圖如圖4.1所示。當(dāng)p1.2=1時(shí)，二極管獲得一個(gè)高電平，又因二極管另一端接地，所以二極管被點(diǎn)亮。圖4.1 發(fā)光二極管顯示電路本次采用PT334、IR333紅外傳感元件，來(lái)判斷元件之間光線是否有斷開的采集并轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)，直接輸出數(shù)字量

27、，可以直接和單片機(jī)進(jìn)行通訊，然后單片機(jī)根據(jù)這個(gè)信號(hào)做出報(bào)警反應(yīng)，紅外接收電路如圖4.2所示，電源為電路提供5V的電壓。圖4.2 紅外接收電路4.2聲控電路設(shè)計(jì)本次采用聲控元件駐極體話筒也叫咪咪頭作為聲控傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的采集和轉(zhuǎn)換，直接輸出數(shù)字量，可以直接把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，與單片機(jī)進(jìn)行通訊，大大簡(jiǎn)化了電路的復(fù)雜度。聲控模塊電路如圖4.3所示。圖 4.3聲控模塊電路由于實(shí)際電容器的電容量很小，輸出的電信號(hào)極為微弱，輸出阻抗極高，可達(dá)數(shù)百兆歐以上。因此，它不能直接與放大電路相連接，必須連接阻抗變換器。通常用一個(gè)專用的場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)二極管復(fù)合組成阻抗變換器。 駐極體話筒的特性如下：1.駐極體話筒

28、具有體積小，頻率范圍寬，高保真和成本低的特點(diǎn)，目前，已在通訊設(shè)備，家用電器等電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用。話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極（被稱為背電極）構(gòu)成。駐極體面與背電極相對(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器。電容的兩極之間有輸出電極。由于駐極體薄膜上分布有自由電荷。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)；改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量發(fā)生變化，由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定，根據(jù)公式：Q =CU 所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出電信號(hào)

29、，實(shí)現(xiàn)聲電的變換。駐極體話筒的結(jié)構(gòu)圖如圖4.4所示。圖4.4駐極體話筒的結(jié)構(gòu)圖2.駐極體話筒的特性參數(shù)工作電壓：1.5-12v，常用的有1.5v，3v，4.5v三種； 工作電流：0.1mA-1mA之間； 輸出阻抗一般小于2K(歐姆)；靈敏度：?jiǎn)挝唬ǚ?帕），國(guó)產(chǎn)的分為4檔，紅點(diǎn)（靈敏度最高）黃點(diǎn)，藍(lán)點(diǎn)，白點(diǎn)（靈敏度最低）；頻率響應(yīng)：一般較為平坦；指向性：全向。等效噪聲級(jí)：小于35分貝。4.3鍵盤電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用行列式矩陣鍵盤電路如圖4.5所示。鍵盤的列線一端經(jīng)電阻接+5V電源，另一端接單片機(jī)的輸入口，各行線接輸出口，另一端懸空。為判斷有沒有鍵被按下，可先經(jīng)輸出口向所有列線輸出低電平，然后再經(jīng)

30、輸入口輸入各行線狀態(tài)。若各列線狀態(tài)皆為低電平，則表明沒有鍵按下；若各列線狀態(tài)中有低電平出現(xiàn)，則表明有鍵按下。圖4.5行列式矩陣鍵盤電路在掃描鍵盤過(guò)程中應(yīng)該注意一下問(wèn)題：（1）當(dāng)操作者按下或松開按鍵時(shí)，按鍵會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)。這種抖動(dòng)經(jīng)常發(fā)生在按下或松開的瞬間，一般持續(xù)幾到十幾毫秒，抖動(dòng)時(shí)間隨按鍵的結(jié)構(gòu)不同而不同，在掃描鍵盤鍵盤過(guò)程中，必須想辦法消除按鍵抖動(dòng)，否則會(huì)引起錯(cuò)誤。消除按鍵抖動(dòng)可以用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，用R-S觸發(fā)器來(lái)鎖定按鍵的狀態(tài)，以消除抖動(dòng)的影響。也可以利用現(xiàn)成的專用消抖電路，如MC14490就是六路消抖電路。較為簡(jiǎn)單的方法是用軟件延時(shí)方法來(lái)消除按鍵的抖動(dòng)，也就是說(shuō)一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下，

31、就延時(shí)20ms以后再檢測(cè)按鍵的狀態(tài)。這樣就避開按鍵發(fā)生抖動(dòng)的那一段時(shí)間，使CPU能可靠地讀按鍵狀態(tài)。在編制鍵盤掃描程序時(shí)，只要發(fā)現(xiàn)按鍵狀態(tài)有變化，即無(wú)論是按下還是松開，程序都應(yīng)當(dāng)延時(shí)20ms以后在進(jìn)行其他操作。 （2）在鍵盤掃描時(shí)，應(yīng)防止按一次鍵而有多個(gè)對(duì)應(yīng)鍵值輸入的情況。這種情況的發(fā)生是由于掃描速度和鍵處理速度較快，當(dāng)某一個(gè)按下的鍵還未松開時(shí)，鍵掃描程序和鍵處理程序已經(jīng)執(zhí)行多遍。這樣由于程序執(zhí)行和按鍵動(dòng)作不同步而造成按一次鍵有多個(gè)鍵值輸入的錯(cuò)誤狀態(tài)。為避免發(fā)生這種情況，必須保證一次鍵，CPU只對(duì)該鍵作一次處理。為此，在鍵掃描程序中不僅要檢測(cè)是否有按鍵按下，在有按鍵按下的情況，做一次處理，而且

32、在鍵處理完畢后，還應(yīng)檢測(cè)按下的鍵是否松開，只有當(dāng)按下的鍵松開以后，程序才往下執(zhí)行。這樣每按一個(gè)鍵，只作一個(gè)鍵處理，使兩者達(dá)到同步，消除按一次按鍵有多次鍵值輸入的錯(cuò)誤情況。開關(guān)編號(hào)對(duì)應(yīng)的鍵值如表4.1所示。 表4.1鍵值表 開關(guān)編號(hào)鍵值開關(guān)編號(hào)鍵值S10X11S90X44S20X12S100X81S30X14S110X82S40X21S120X84S50X22S130X18S60X24S140X28S70X41S150X48S80X42S160X885系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 主程序流程圖主程序流程圖如圖5.1所示。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用循環(huán)查詢來(lái)處理紅外與聲控模塊，一旦觸發(fā)就通過(guò)中斷來(lái)處理信息，并給出警

33、報(bào)。圖5.1主程序流程圖5.2 各個(gè)子程序流程圖5.2.1 紅外線掃描子程序流程圖紅外線掃描子程序流程圖如圖5.2所示。 圖5.2紅外線掃描子程序流程圖 圖5.3聲控掃描子程序流程圖5.2.2 聲控掃描子程序流程圖聲控掃描子程序流程圖如圖5.3所示。5.2.3鍵盤處理子程序流程圖鍵盤處理子程序流程圖如圖5.4所示。圖5.4鍵盤處理子程序流程圖1. 鍵盤程序流程圖（1）A鍵開始子程序流程圖如圖5.5所示。圖5.5 A鍵開始子程序流程圖（2）B鍵暫停子程序流程圖如圖5.6所示。圖5.6 B子程序流程圖（3）C鍵系統(tǒng)設(shè)置子程序流程圖如圖5.7所示。圖5.7 C鍵系統(tǒng)設(shè)置子程序流程圖（4）D鍵復(fù)位子程

34、序流程圖如圖5.8所示。圖5.8 D鍵復(fù)位子程序流程圖（5）E鍵停止子程序流程圖如圖5.9所示。圖5.9 E鍵停止子程序流程圖6系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試及誤差分析6.1系統(tǒng)整機(jī)調(diào)試在J2處加上電源并按下按鍵A鍵，系統(tǒng)就可以開始工作。1)當(dāng)啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，沒有按下A鍵（開始）的話，系統(tǒng)沒有工作，蜂鳴器和發(fā)光二極管也不工作。2)具有5種按鍵功能，A鍵開始，B鍵暫停，C鍵設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，D鍵復(fù)位， E鍵停止。3)C鍵設(shè)置功能，按下C鍵后，可通過(guò)鍵盤上的1-9的九個(gè)數(shù)字進(jìn)行設(shè)置啟動(dòng)的時(shí)間和結(jié)束的時(shí)間，時(shí)間到后，停止運(yùn)行。4)報(bào)警功能，當(dāng)電路觸發(fā)報(bào)警時(shí)，蜂鳴器會(huì)響，發(fā)光二極管發(fā)亮。6.2 誤差分析1)防盜報(bào)警器故障

35、引起的誤報(bào)警 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，不能完成規(guī)定的功能，稱為故障。故障的類型有損壞性故障和漂移性故障。損壞性故障包括性能全部失效和突然失效。這類故障通常是由元器件的損壞或生產(chǎn)工藝不良(如虛焊等)造成。 漂移性故障是指元器件的參數(shù)和電源電壓的漂移所造成的故障。例如：溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電阻阻值的變化，此時(shí)設(shè)備表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞。事實(shí)上，環(huán)境溫度、元件制造工藝、設(shè)備制造工藝、使用時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間及電源負(fù)載等因素都可能導(dǎo)致元器件參數(shù)的變化，產(chǎn)生漂移性故障。無(wú)論是損壞性故障還是漂移性故障都將使系統(tǒng)誤報(bào)警，要減少由此產(chǎn)生的誤報(bào)警必須提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，在作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，還需作可行性設(shè)計(jì)，如冗

36、余設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì)(防潮、防鹽霧、防霉菌)等。在此基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品制造過(guò)程的可行性，如對(duì)元器件質(zhì)量的嚴(yán)格篩選。2)報(bào)警器設(shè)計(jì)引起的誤報(bào)警 設(shè)計(jì)要求十分熟悉報(bào)警器的原理、特點(diǎn)、適用范圍和局限性。排布元件時(shí)要注意元件與元件之間的干擾。3)報(bào)警器安裝引起的誤報(bào)警報(bào)警器安裝位置、安裝角度、防護(hù)措施以及系統(tǒng)布線等方面。例如：將被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器對(duì)著空調(diào)、換氣扇安裝時(shí)，將會(huì)引起系統(tǒng)的誤報(bào)警；室外用主動(dòng)紅外探測(cè)器如果不作適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)防護(hù)(有遮陽(yáng)罩的最好也作防護(hù))，勢(shì)必會(huì)引起系統(tǒng)的誤報(bào)警；報(bào)警線路與動(dòng)力線、照明線等強(qiáng)電線路間距小于1.5m時(shí)，而未加防電磁干擾措施，系統(tǒng)亦將產(chǎn)生誤報(bào)警。4)用戶使用不當(dāng)引起的誤報(bào)警由

37、于用戶使用不當(dāng)常常會(huì)引起報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)警。例如：打開報(bào)警器后發(fā)射與接收之間有物體阻隔5)環(huán)境引起的誤報(bào)警由于環(huán)境引起的誤報(bào)警是指報(bào)警系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下產(chǎn)生的，從原理上講是不可避免的，而事實(shí)又是不需要的，屬于誤報(bào)警。例如：老鼠在防范區(qū)出沒；寵物在居室內(nèi)走動(dòng)等其它聲音或者物體經(jīng)過(guò)而觸發(fā)，造成誤報(bào)警。隨著傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路的推廣應(yīng)用，報(bào)警系統(tǒng)智能化程度將不斷提高，環(huán)境噪擾引起的誤報(bào)警現(xiàn)象必將隨之降低。結(jié)論系統(tǒng)以AT89S52芯片為核心部件，根據(jù)電子線路綜合測(cè)試、數(shù)字電子技術(shù)以及單片機(jī)原理的知識(shí)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了紅外聲控報(bào)警的可編程智能定時(shí)控制，且各項(xiàng)功能基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，例如實(shí)現(xiàn)了按鍵設(shè)置時(shí)間倒計(jì)時(shí)，蜂鳴器和發(fā)光二級(jí)管的報(bào)警，以及結(jié)束系統(tǒng)工作等基本要求。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，并最大限度挖掘單片機(jī)片內(nèi)資源，來(lái)滿