家庭用智能防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的大幅度提高，人們對住宅的需求已從追求簡單的生存空間向著追求質(zhì)量、功能、服務(wù)等多重需求過渡。同時(shí)，隨著人們的保護(hù)意識不斷增強(qiáng)，防盜措施的緊迫性也逐漸被提上了日程，防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計(jì)了住宅智能化中的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)以單片機(jī)89C51為核心，配以各種功能模塊，來滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械陌踩枨?，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，抗干擾力強(qiáng)、靈敏度高，而且安裝較隱蔽，不易被發(fā)覺。該系統(tǒng)主要包括紅外探測電路、LCD控制電路、聲光報(bào)警電路及單片機(jī)控制電路等。自動(dòng)檢測功能由紅外探測電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有盜賊穿過此裝置時(shí)，紅外傳感器立即將檢測到的信號經(jīng)過信號處理后傳送給主機(jī)電路，由主機(jī)來判斷信號并驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警。報(bào)警功能由揚(yáng)聲器、蜂鳴器等發(fā)聲裝置實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過RS-485通信報(bào)警給小區(qū)警衛(wèi)。本設(shè)計(jì)通過紅外傳感器探測人體紅外線信號，從而達(dá)到報(bào)警的功能，滿足了人們?nèi)粘Ｉ顚Ψ辣I報(bào)警功能的需要。關(guān)鍵詞：防盜報(bào)警，紅外探測，RS-485通信，聲光報(bào)警

ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofcommunicationtechniqueandgreatimprovementofpeople’slivingstandard,theneedhasbeenchangedfromonlythelivingspacetomultiformneedsofquality,function,serviceandsoon.Atthesametime,astheincreasingofprotectingawareness,securitymeasureshavegraduallybeenputontheagenda.Anti-theftalarmsystemcameintobeing.Akindofintelligentinfraredanti-theftalarmsystemisdesignedforresidentialarea.Inordertomeetthesecurityneedsofdailylife,thissystemwithvariousfunctionmodulescoreswithmicrocontroller89C51.ThissystemusedPyroelectricinfraredsensor，italsohassomeadvantagessuchaseasymaking,lowcost,convenientinstallation,stronganti-interferenceability,highsensitivity,andamorehiddeninstallationanddifficulttofound.Thissystemincludesinfrareddetectingcircuit,LCDcontrolcircuit,soundandlightalarmcircuitandMCUcontrolcircuit.Automaticdetectioncanbecompletedbyinfrareddetectingcircuit.Whentheftisdetected,thesignalproducedbyinfraredsensorwillbetransmittedtothesignalprocessingmodule,andthenthiscircuitsendsthesignalreceivedtothemaincircuitwhichwilljudgeitanddrivethealarmmodule.Alarmfunctionisrealizedbyaudibledevicessuchasspeaker,buzzer,etc.,anditcanbetransmittedtosub-districtguardhousethroughRS-485communicationsalerting.Thissystemdetectstheinfraredsignalofhumanbodybyinfraredsensor,soithasthealarmingfunction.Thissystemmeetstheneedofanti-theftandalarminpeople’sdailylive.KEYWORDS：anti-theftandalarm,infrareddetecting,RS-485communication,soundandlightalarm目錄摘要 IABSTRACT II第1章緒論 11.1前言 11.2防盜報(bào)警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展 11.3防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢 21.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 2第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 32.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 32.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 32.3傳感器簡介 4熱釋電紅外傳感器簡介 4熱釋電紅外傳感器電路圖 5被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性 62.451系列單片機(jī)的內(nèi)部組成 6單片機(jī)的內(nèi)部組成 7單片機(jī)引腳及功能 82.5RS485接口 10第3章硬件設(shè)計(jì) 123.1電源電路設(shè)計(jì) 123.2熱釋電紅外傳感器原理 13傳感器選型 133.3放大電路的設(shè)計(jì) 133.4紅外探測信號輸入電路 143.5鍵盤電路設(shè)計(jì) 173.6時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 173.7復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 183.8聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 183.9實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路 19實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理 19引腳功能及結(jié)構(gòu) 193.10液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 20模塊引腳說明 21接口時(shí)序 223.11RS-485通信的設(shè)計(jì) 23芯片選型 23簡介 23電路設(shè)計(jì) 25第4章軟件設(shè)計(jì) 284.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 284.2主程序工作流程圖 284.2中斷服務(wù)程序工作流程圖 304.3報(bào)警電路子程序流程圖 314.4顯示電路子程序流程圖 324.5信號采集電路子程序流程圖 32第5章結(jié)論與展望 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36附錄 37附錄1硬件原理圖 37附錄2主要源程序代碼 39第1章緒論1.1前言隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。1.2防盜報(bào)警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展從上世紀(jì)初，報(bào)警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍具雛形。在北美，報(bào)警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時(shí)發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時(shí)，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通信技術(shù)的發(fā)展，提供遠(yuǎn)程通信服務(wù)的電報(bào)公司加入到這個(gè)行業(yè)中，從而使得報(bào)警信息可以通達(dá)到更遠(yuǎn)的地方；不過，這種電報(bào)方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話理所當(dāng)然地成為報(bào)警通訊的主要手段。而此后自動(dòng)撥號系統(tǒng)的出現(xiàn)以及電話普及到千家萬戶，更使得通過電話線報(bào)警的方式得到了前所未有的發(fā)展。從以上過程來看，報(bào)警行業(yè)的發(fā)展是以工業(yè)技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)的，只有具備良好的通信手段，才能夠把各地的報(bào)警信息匯聚到相應(yīng)的權(quán)威部門，然后由權(quán)威部門負(fù)責(zé)分配有限的警力來幫助到所有的社會個(gè)體。國外智能監(jiān)控防盜技術(shù)發(fā)展已處于一個(gè)較高水平階段，從具有代表性的北美發(fā)展過程，可以清楚的看出世界智能監(jiān)控防盜技術(shù)的發(fā)展概況。其具有以下特點(diǎn)，值得我們借鑒。目前，對北美的安防產(chǎn)業(yè)來說，最成功的經(jīng)營模式就是聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)模式，聯(lián)網(wǎng)報(bào)警將整個(gè)北美的安防產(chǎn)業(yè)從橫向到縱向進(jìn)行整合串并，形成了一個(gè)集中許多高科技手段和產(chǎn)業(yè)化管理水準(zhǔn)的一體化綜合性產(chǎn)業(yè)。比如世界排名第一，北美最大的安防跨國公司--美國棋諾亞公司，它在世紀(jì)年代開始搞簡單的防盜報(bào)警，其當(dāng)時(shí)的業(yè)務(wù)范圍和技術(shù)水平跟中國現(xiàn)在很多安防企業(yè)是相當(dāng)?shù)?。?0年代，它對其產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展方向做了很大的調(diào)整，變?yōu)槁?lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)商，建立了首家網(wǎng)管中心，尤其是在年代引用了大量的網(wǎng)管技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和電子技術(shù)，現(xiàn)己成為十分先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)平臺，它在美國、加拿大、英國、香港、臺灣等多個(gè)國家和地區(qū)都有分公司，北美的客戶數(shù)已超過600萬，2003年防盜報(bào)警收入總產(chǎn)值達(dá)105億美元。1.3防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢隨著社會的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會的基本單元“安全防范問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時(shí)間久了會有高空墜物的危險(xiǎn)等。所以作為新一代的智能安全防盜報(bào)警器系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并日益受到廣泛的重視和運(yùn)用。另外，為了進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級標(biāo)準(zhǔn)，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目中。1.4設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD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、本地報(bào)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(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)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(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測到動(dòng)作，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89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號發(fā)聲,并通過RS-485總線傳送給小區(qū)警衛(wèi)。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)由五路熱釋電紅外探測器采集五路（門、窗、陽臺等報(bào)警監(jiān)測點(diǎn)）報(bào)警信號，將報(bào)警信號送入89C51控制芯片，觸發(fā)聲光報(bào)警，并通過串口通信將報(bào)警信號傳給小區(qū)警衛(wèi)，進(jìn)行警情處理從而實(shí)現(xiàn)家庭用防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能?；竟ぷ髟砣缦?利用被動(dòng)式熱釋電型紅外傳感器檢測人體輻射的紅外線，當(dāng)檢測到紅外信號變化時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，經(jīng)過信號處理電路對電信號進(jìn)行濾波、放大、比較、輸出高電平作為告警信息送給CPU，CPU判斷是否報(bào)警，如果滿足報(bào)警條件，就會發(fā)出控制信號，完成聲音報(bào)警和發(fā)光報(bào)警。此外，CPU有一個(gè)全雙工的串行通信口，需通過RS-485總線通信將報(bào)警區(qū)域的地址傳送到小區(qū)監(jiān)控中心的PC機(jī)上，監(jiān)控中心可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)報(bào)警的具體地點(diǎn)，進(jìn)行警情的處理。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD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、本地報(bào)警等功能。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(gè)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(bào)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2.1總體設(shè)計(jì)框圖所示：信號信號處理電路89C51單片機(jī)傳感器1傳感器5復(fù)位電路12864液晶顯示小區(qū)警衛(wèi)聲光報(bào)警電路......RS485總線時(shí)鐘電路圖2.1總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)89C51。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51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(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號放大并推動(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一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)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(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。2.3傳感器簡介2.3.1熱釋電紅外傳感器簡介被動(dòng)式紅外探測器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。被動(dòng)式紅外探測器是利用熱釋電效應(yīng)進(jìn)行探測的。被動(dòng)式紅外探測器又稱為熱釋電紅外探測器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強(qiáng)介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯(cuò)酸鉛P(zT)等)的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出[1]。熱釋電紅外傳感器通過接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號。當(dāng)熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個(gè)立體探測空間內(nèi)熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報(bào)警器。當(dāng)有人體突然進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，會造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號U，送往報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警信號。紅外探測器的探測波長為8~14um，人體的紅外輻射波長正好處于這個(gè)范圍之內(nèi)，因此能較好的探測到活動(dòng)的人體。被動(dòng)式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。由于被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用紅外探測器作為報(bào)警探測器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。2.3.2熱釋電紅外傳感器電路圖熱釋電紅外線(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(bào)警器或各種自動(dòng)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(gè)電壓信號加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。圖2.2為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖2.2熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3.3被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性人體的體溫一般在37℃由于這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對波長為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。被動(dòng)紅外探頭的傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，因此探測器無信號輸出。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，并被熱釋電元件接收，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)信號處理后即可報(bào)警。根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。2.451系列單片機(jī)的內(nèi)部組成AT89C51單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128bytes的隨機(jī)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(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[2]。MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。MCS-51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：MCS—51系列單片機(jī)的典型芯片是89C51，所以以89C51為例來介紹MCS—51系列單片機(jī)。8位的CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路,工作頻率為1～12MHz（Atmel89Cxx為0～24MHz）片內(nèi)有128/256字節(jié)RAM片內(nèi)有0K/4K/8K字節(jié)程序存儲器ROM可尋址片外64K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM可尋址片外64K字節(jié)程序存儲器ROM片內(nèi)21/26個(gè)特殊功能寄存器（SFR）4個(gè)8位的并行I/O口（PIO）1個(gè)全雙工串行口（SIO/UART）2/3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER）可處理5/6個(gè)中斷源，兩級中斷優(yōu)先級內(nèi)置1個(gè)布爾處理器和1個(gè)布爾累加器（Cy）MCS-51指令集含111條指令[3]89C51單片機(jī)的內(nèi)部組成圖2.3畫出了89C51單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)組成的基本框圖：外時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)2X16位定2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘電路256BRAM4KBROM時(shí)鐘電路256BRAM4KBROM89C89C51單片機(jī)中斷控制串行接口并行接口64KB中斷控制串行接口并行接口64KB總線控制器內(nèi)中斷INT0INT1控制并行口串行通訊圖2.3MCS—51單片機(jī)系統(tǒng)組成基本框圖由圖2.3可以看出，MCS—51系列單片機(jī)89C51是由中央處理器CPU、隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、輸入/輸出（I/O）口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，即可構(gòu)成一個(gè)基本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[4]。89C51單片機(jī)引腳及功能共40條引腳，分為端口、控制、電源三類：(1)端口線：4個(gè)8位端口共32條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。P0口（P0.0~P0.7）：多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。P0口在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。P1口（P1.0~P1.7）：單功能端口，用于數(shù)據(jù)輸入/輸出傳輸。P2口（P2.0~P2.7）：多功能端口，用于傳輸?shù)刂沸畔⒒蜃鳛槠胀↖/O端口。P3口（P3.0~P3.7）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通I/O端口。傳輸控制信息時(shí)： P3.0：RXD，串口輸入 P3.1：TXD，串口數(shù)出 P3.2：INT0，外部中斷0輸入 P3.3：INT1，外部中斷1輸入 P3.4：T0，計(jì)數(shù)器0輸入 P3.5：T1，計(jì)數(shù)器1輸入 P3.6：WR，“寫”控制信號線 P3.7：RD，“讀”控制信號線(2)電源線：共2條，VCC、VSS(GND)。(3)控制線：共6條，傳送控制信號。ALE：地址鎖存，用于區(qū)分在多功能端口傳送的數(shù)據(jù)/地址信息，ALE=0/1：數(shù)據(jù)/地址。EA：允許訪問外程序存儲器。EA=0/1：片外/片內(nèi)存儲器有效。PSEN：片外ROM選通。RST：芯片復(fù)位線。XTAL1、XTAL2：外接石英晶體輸入線[5]。圖2.4為89C51單片機(jī)的引腳圖：圖2.489C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)2.5RS485接口RS485采用差分信號負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“1”，-6V～-2V表示“0”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。主要特點(diǎn)為：單+5V電源供電；低功耗時(shí)工作電流120～500uA，靜態(tài)電流120uA；關(guān)閉方式，由低電流關(guān)機(jī)模式，靜態(tài)電流為0.1uA；驅(qū)動(dòng)器有過載保護(hù)功能；共模輸入電壓范圍-7～+12V。RS485總線電氣性能如下表2.1所示：表2.1RS-485總線具體參數(shù)性能指標(biāo)RS485總線工作模式差分傳輸（平衡傳輸）允許的收發(fā)器數(shù)目32（受芯片驅(qū)動(dòng)能力限制）最大電纜長度4000英尺（1219米）最高數(shù)據(jù)速率10Mbps最小驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍±1.5V最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍±5V最大輸出短路電流250mA最大輸入電流1.0mA/12Vin驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗54歐輸入端電容≤50pF接收器輸入靈敏度±200mV接收器最小輸入阻抗12k接收器輸入電壓范圍-7V~+12V接收器輸出邏輯高>200mV接收器輸出邏輯低<200mV

第3章硬件設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)電源電路的功能介紹：此電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著很重要的作用，是提供器械運(yùn)轉(zhuǎn)的原動(dòng)力。此電源為直流穩(wěn)壓電源包括降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓三部分，最終將電網(wǎng)中220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓提供給后面的工作電路。在整個(gè)電路中電源部分起到重要的作用，如果電源部分不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路都不能運(yùn)行。（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=η，式中η是變壓器的效率。在本電源電路中取η的數(shù)值為22，故降壓后副邊電壓值為10V。（2）整流電路：利用D1～D44個(gè)二極管組成的一個(gè)橋式整流電路，將50Hz的正弦交流電轉(zhuǎn)化成脈動(dòng)的直流電。整流后的電壓約為9V。（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過C101加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：芯片7805穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻的變化而變化。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源[6]。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸也三端穩(wěn)太器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。LM7805簡介：LM7805是常用的三段穩(wěn)壓器，一般使用的是TO-220封裝，能提供DC5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路[7]。圖3.1直流穩(wěn)壓電源電路3.2熱釋電紅外傳感器原理傳感器選型傳感器采用雙元熱釋電紅外檢測元件RE200B，如圖3.2所示。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測紅外輻射，并采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。其內(nèi)部電路如下：1腳接工作電壓，其工作電壓低且范圍寬（2.2～15V）；2腳為輸出源極電壓；3腳為公共地。使用時(shí)，一般在2腳與3腳之間加47KΩ的源極電阻，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整源極電阻[8]。圖3.2RE200B紅外檢測元件內(nèi)部電路圖3.3放大電路的設(shè)計(jì)如圖3.3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。由于本模塊考慮到模塊實(shí)用性的問題，所以運(yùn)放芯片采用低電壓、單電源、低功耗LMV324芯片，如圖3.3所示。LMV324功耗是比同類產(chǎn)品低120μA；在5V時(shí)，其典型工作電流為100μA。該運(yùn)放芯片工作電壓為2.5～5.5V，采用軌到軌的輸出。LMV324的引腳和NS、TI和Maxim的LMV3XX系列兼容，因此可直接替換。當(dāng)LMV324工作在5V時(shí)，帶寬為1.4MHz,轉(zhuǎn)換速率為1.5V/us。圖3.3LMV324引腳及功能圖3.4紅外探測信號輸入電路紅外探測信號輸入部分由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、數(shù)字信號輸入電路組成。當(dāng)工作中的紅外線傳感器J1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時(shí)，由J1的S端引腳輸出微弱的電信號（1～10Hz）,經(jīng)三極管Q1等組成第一級放大電路放大（見圖3.4），再通過C2輸入到運(yùn)算放大器U1A中進(jìn)行高增益、低噪聲放大（見圖3.5），此時(shí)由U1A輸出的信號已足夠強(qiáng)。如圖3.6所示，U1B是電壓比較器，二級放大信號OUT2由運(yùn)放芯片U1B中5腳輸入，R6、R7、R9、D1組成基準(zhǔn)電壓電路，輸入信號與反向輸入端基準(zhǔn)電壓比較，一旦有盜賊闖入監(jiān)控的范圍內(nèi)，熱釋紅外線傳感器監(jiān)測到信號后，發(fā)出一個(gè)微弱的交變信號，經(jīng)兩級交流放大后，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，此時(shí)，經(jīng)過放大的信號大于基準(zhǔn)電壓[9]。通過U1B的比較，其輸出電平為運(yùn)放工作電壓高電平5V，三極管Q2導(dǎo)通，J2輸出為低電平；當(dāng)OUT2端輸入沒有信號時(shí)，輸出為0V，所以三極管Q2截止，J2引腳輸出為高電平。調(diào)試時(shí)，在紅外線傳感器前人走動(dòng)，調(diào)整R9，直到J2引腳輸出為低電平[9]圖3.4第一級放大電路圖圖3.4中，R1是源極電阻，其阻值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；產(chǎn)生的微弱信號由S9014進(jìn)行放大。S9014是NPN型三極管，其IC靜態(tài)工作電流達(dá)100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá)1000倍。R3給S9014提供靜態(tài)基極電壓。放大后的信號由C2耦合到下一級。圖3.5二級放大電路圖圖3.6電壓比較器電路圖圖3.7中，用三極管S9013把OUT3的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的入口電平信號。其主要原因是，當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號后，OUT3輸出約為5V的工作電壓，需要用三極管將其轉(zhuǎn)換成低電平。這樣，當(dāng)有報(bào)警信號時(shí)，J2引腳輸出低電平，將給單片機(jī)一個(gè)低電平，而這樣一個(gè)低電平信號將使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，同時(shí)喚醒整個(gè)電路；而沒有報(bào)警時(shí)，將輸出持續(xù)的高電平。圖3.7數(shù)字信號輸入電路3.5鍵盤電路設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示電路由三個(gè)獨(dú)立的按鍵組成，其中這三個(gè)獨(dú)立的按鍵與單片機(jī)的P1.0～P1.2口連接，S2為功能鍵，S3為加一鍵，S4為減一鍵，可通過控制按鍵實(shí)現(xiàn)所需的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘功能。按鍵電路如下圖3.8所示：圖3.8鍵盤電路3.6時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。圖3.9為時(shí)鐘電路。圖3.9時(shí)鐘電路圖3.7復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。圖3.10為復(fù)位電路。圖3.10復(fù)位電路圖3.8聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖3.11所示，報(bào)警電路控制端由單片機(jī)的P2.4端來完成，高電平有效。當(dāng)P2.4輸出高電平時(shí)，NPN三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音報(bào)警信號，同時(shí)電路中的LED導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警[10]。圖3.11聲光報(bào)警電路圖3.9實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路3.9.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。3.9.2引腳功能及結(jié)構(gòu)DS1302的引腳排列,其中VCC1為后備電源，VCC為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由VCC1或VCC兩者中的較大者供電。當(dāng)VCC大于VCC1＋0.2V時(shí)，VCC給DS1302供電。當(dāng)VCC小于VCC1時(shí)，DS1302由VCC1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在VCC>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端[11]。圖3.12為DS1302的引腳功能圖：圖3.12實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路3.10液晶顯示模塊設(shè)計(jì)12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。圖3.13為12864模塊的引腳結(jié)構(gòu)及其與單片機(jī)的連接[12]：圖3.1312864引腳結(jié)構(gòu)和接口3.10.112864模塊引腳說明12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128列*64行的陣列。每個(gè)顯示點(diǎn)對應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)，1表示亮，0表示滅。存儲這些點(diǎn)陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲器。要顯示某個(gè)圖形或漢字就是將相應(yīng)的點(diǎn)陣信息寫入到相應(yīng)的存儲單元中。圖形或漢字的點(diǎn)陣信息由自己設(shè)計(jì)，問題的關(guān)鍵就是顯示點(diǎn)在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲器中的地址之間的關(guān)系。由于多數(shù)液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電路是由一片行驅(qū)動(dòng)器和兩片列驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，所以12864液晶屏實(shí)際上是由左右兩塊獨(dú)立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一個(gè)512*8bits顯示數(shù)據(jù)RAM。下表3.1所示具體說明了12864模塊的引腳結(jié)構(gòu)：邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V電源地(GND)：0V工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫)/-20～75℃（寬溫）[12]表3.112864模塊引腳說明引腳號引腳名稱功能說明1VCC模塊的電源地2VDD模塊的電源正端3VLLCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端（調(diào)對比度）4RS(CS)并行的數(shù)據(jù)（H）/指令（L）選擇信號（串行的片選信號）5R/W(SID)并行的讀（H）/寫(L)選擇信號（串行的數(shù)據(jù)口）6E(CLK)并行的使能信號（串行的同步時(shí)鐘）7DB0并行數(shù)據(jù)08DB1并行數(shù)據(jù)19DB2并行數(shù)據(jù)210DB3并行數(shù)據(jù)311DB4并行數(shù)據(jù)412DB5并行數(shù)據(jù)513DB6并行數(shù)據(jù)614DB7并行數(shù)據(jù)715PSB并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RST復(fù)位低電平有效18NC空腳19LED_A背光源正極20LED_K背光源負(fù)極3.10.2接口時(shí)序8位并行連接時(shí)序圖:(1)MPU寫資料到模塊圖3.14MPU寫資料到模塊(2)MPU從模塊讀出資料圖3.15MPU從模塊讀出資料3.11RS-485通信的設(shè)計(jì)3.11.1RS-485芯片選型由于PC機(jī)是系統(tǒng)的主控機(jī)，主機(jī)PC和單片機(jī)之間采用的是RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用RS-485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS-485通信的低功率收發(fā)器件，半雙工通信方式，每種芯片都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)收發(fā)器組成。3.11.2MAX485簡介MAX485是一個(gè)8個(gè)引腳的芯片，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485收發(fā)器，只能進(jìn)行半雙工的通訊，內(nèi)含一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)信號接收器。MAX485具有低功耗設(shè)計(jì)，靜態(tài)電流僅為300uA。MAX485具有三態(tài)輸出特性，在使用MAX485時(shí)，總線最多可以同時(shí)連接32個(gè)MAX485芯片。圖3.16是MAX485的俯視圖和邏輯圖。圖3.16MAX485邏輯圖下面是MAX485的引腳定義：RO（引腳1）：接收信號的輸出引腳?？梢园褋碜訟和B引腳的總線信號，輸出給單片機(jī)。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。RE（引腳2）：接收信號的控制引腳。當(dāng)這個(gè)引腳低電平時(shí)，RO引腳有效，MAX485通過RO把來自總線的信號輸出到單片機(jī)；當(dāng)這個(gè)引腳高電平時(shí)，RO引腳處于高阻狀態(tài)。DE（引腳3）：輸出信號的控制引腳。當(dāng)這個(gè)引腳低電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器無效；當(dāng)這個(gè)引腳高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器有效，來自DI引腳的輸出信號通過A和B引腳被加載到總線上。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。DI（引腳4）：輸出驅(qū)動(dòng)器的輸入引腳。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。當(dāng)DE是高電平時(shí)，這個(gè)引腳的信號通過A和B腳被加載給總線。GND（引腳5）：電源地線。A（引腳6）：連接到RS485總線的A端。B（引腳7）：連接到RS485總線的B端。VCC（引腳8）：電源線引腳。圖3.17MAX485典型半雙工RS-485網(wǎng)絡(luò)3.11.3MAX485電路設(shè)計(jì)RS485總線長距離通訊時(shí)易受強(qiáng)信號干擾，所以應(yīng)加保護(hù)措施，可選擇的方法如下隔離保護(hù)方法：采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離。將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦6N137芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。（1）6N137簡介6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850nm波長AlGaAsLED和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)、肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。（2）6N137工作參數(shù)最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v最大允許高電平電壓：VCC最大電源電壓、輸出：5.5V扇出(TTL負(fù)載)：8個(gè)(最多)工作溫度范圍：-40°C～+85°C典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如下圖所示。圖3.186N137內(nèi)部結(jié)構(gòu)

需要注意的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有—個(gè)0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時(shí)，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。

6N137光耦合器的使用需要注意兩點(diǎn)：第一是6N137光耦合器的第6腳Vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個(gè)電阻；第二是6N137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻。（3）工作原理信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。雖然輸出低電平時(shí)可吸收電路達(dá)13mA，但仍應(yīng)當(dāng)根據(jù)后級輸入電路的需要選擇阻值。因?yàn)殡娮杼?N137耗電增大，加大對電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個(gè)模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上，一般可選2K~5.1kΩ，若后級是TTL輸入電路，且只有1到2個(gè)負(fù)載，則用47kΩ或15kΩ也行。圖3.1為RS-485通信與單片機(jī)的電路連接：圖3.19MAX485與單片機(jī)電路的連接

第4章軟件設(shè)計(jì)4.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的相應(yīng)子程序模塊就大體定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。下面分別說明各個(gè)子程序的編寫原理：聲光報(bào)警子程序：當(dāng)搜索到報(bào)警要求的信號后，調(diào)用報(bào)警子程序即可完成報(bào)警功能。其報(bào)警原理：控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，輸出高電平信號使發(fā)光二極管發(fā)光。串行口通信子程序：單片機(jī)和微機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，首先要設(shè)置串行口的波特率為9600,1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。串口通信程序可以采用查詢和中斷方式，由于單片機(jī)發(fā)送子程序的查詢和中斷方式的資源占用是一樣的，故發(fā)送采用查詢，接收子程序采用中斷[13]。4.2主程序工作流程圖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4.1所示：結(jié)束是否還有檢測信號等待下次報(bào)警聲光報(bào)警結(jié)束聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警開始檢測有無信號輸入系統(tǒng)初始化q結(jié)束是否還有檢測信號等待下次報(bào)警聲光報(bào)警結(jié)束聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警開始檢測有無信號輸入系統(tǒng)初始化q圖4.1主程序工作流程圖主程序代碼設(shè)計(jì)：MAIN:MOVIE,#81H;CPU開放中斷，INT0允許中斷SETBIT0;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式MOVSP,#30H;指針入口地址SETBP3.0CLRP3.1MOVP1,#0FFH;使P1口全部置1MOVP2,#00H;P2口清零CLRP1.2LP:JNBP1.0,LA;監(jiān)測輸入信號，是否有輸入信號LA:ACALLDELAY;延時(shí)消抖JNBP1.0,ALARM;再次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報(bào)警子程序AJMPLPDELAY:MOVR1,0AAHLD2:MOVR2,0BBHLD1:NOPDJNZR2,LD1DJNZR1,LD2RET4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋電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(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,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(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖[14]，如下圖4.2所示；中斷源發(fā)出中斷申請中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場INT0端有輸入信號關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖4.3報(bào)警電路子程序流程圖報(bào)警電路控制端由單片機(jī)的P2.4端來完成，高電平有效。當(dāng)P2.4輸出高電平時(shí)，NPN三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音報(bào)警信號，同時(shí)電路中的LED導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警。聲光報(bào)警電路子程序流程圖如下圖4.3所示：開始初始化P2.4是否為高電平電路啟動(dòng)聲光報(bào)警報(bào)警結(jié)束開始初始化P2.4是否為高電平電路啟動(dòng)聲光報(bào)警報(bào)警結(jié)束圖4.3報(bào)警電路子程序流程圖子程序設(shè)計(jì)：PINT0:CLREX0;外部中斷0服務(wù)程序開始，屏蔽外部中斷PUSHPSWPUSHACCJNBP3.2,LN;監(jiān)測是否有中斷輸入LN:LCALLDELAY;延時(shí)消抖JNBP3.2,LN1AJMPLN2;無中斷輸入,中斷返回LN1:SETBP3.0CLRP3.1CLRP1.2;使報(bào)警結(jié)束，指示燈亮POPACCPOPPSWSETBEX0;開放外部中斷0LCALLLP;在中斷繼續(xù)檢測是否有輸入信號LN2:RETIEND4.4顯示電路子程序流程圖本設(shè)計(jì)除了實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的功能外，還具有實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘顯示的功能。在設(shè)計(jì)中采用了液晶12864顯示模塊[15]。下圖4.4所示為顯示電路子程序流程圖：開始A0是否為高電平初始化LCD實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示顯示結(jié)束開始A0是否為高電平初始化LCD實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示顯示結(jié)束圖4.4顯示電路子程序流程圖4.5信號采集電路子程序流程圖本設(shè)計(jì)需要采集五路報(bào)警信號（門、窗、陽臺等報(bào)經(jīng)檢測點(diǎn)），設(shè)計(jì)中采用了熱釋電紅外傳感器進(jìn)行輸入信號的采集。圖4.5為信號采集流程圖。開始開始信號經(jīng)處理輸出高電平盜賊入侵初始化單片機(jī)INT0口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集采集完畢？信號采集結(jié)束圖4.5信號采集電路子程序流程圖

第5章結(jié)論與展望本設(shè)計(jì)研究了一種基于51單片機(jī)技術(shù)的家庭智能防盜報(bào)警器。該防盜報(bào)警器通過以89C51單片機(jī)為工作處理器核心，外接熱釋電紅外傳感器，它是一種新穎的被動(dòng)式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時(shí)能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時(shí)傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機(jī)，作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸出控制信號，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警。該報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報(bào)警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我覺得不論從理論知識還是從實(shí)際操縱中都學(xué)到了不少知識。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，它讓我接觸更多平時(shí)沒有接觸過的科學(xué)儀器設(shè)備、元器件以及獲得相關(guān)的儀器調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面很多不足之處。體會到理論知識對實(shí)踐有很大的指導(dǎo)作用，學(xué)會了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶爾還會遇到錯(cuò)誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)當(dāng)注意重點(diǎn)與細(xì)節(jié)的關(guān)系。

致謝四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將畫上一個(gè)句號，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走的辛苦卻也收獲滿囊。本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師龐中華老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。龐老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的敬意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，由多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝！

參考文獻(xiàn)唐文彥.傳感器.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2007.15～16伊念東.單片機(jī)基礎(chǔ)實(shí)用教程.中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2005趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社，1999.43～46吳政江.單片機(jī)控制紅外線防盜報(bào)警器.錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2001,27(12):55～59宋文緒.傳感器與檢測技術(shù).高等教育出版社,2004李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出