1、信息工程學院 家用多功能報警器的設計前 言隨著社會經濟的快速發展以及人們生活水平的日益提高，在家庭中液化石油氣、管道煤氣、天然氣進入了大多數家庭，各種家用電器也得到了廣泛的使用，人們在享受這些現化設施所帶來便利的同時，卻也增加了火災隱患和有害氣體中毒等的危險。與此同時，經濟的飛速發展伴隨著城市流動人口的急劇增加，給城市的社會治安增加了新的難題，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現出不斷增長的趨勢，人們越來越渴望有一個安全舒適的生活空間?，F在一般居民住宅的主要防盜措施僅限于傳統的防盜窗、防盜網等機械式家居防衛設備，其雖具有一定的防盜作用，但在實際使用中不僅影響市容的美觀，更帶來了很多安全隱患。因此人們

2、迫切需要一種智能型的多功能家庭防火防盜報警系統，使其能可靠進行日常安全防范工作，及時發現各種警情并做出相應處理，以便將警情消滅在萌芽狀態，保障居民生命和財產的安全。但是因經濟、技術等原因，目前防火防盜報警系統設計不盡合理的情況比較普遍，在信號檢測、信號處理上還存在一定問題，致使一些系統經常出現誤報或者漏報，以及報警系統不動作。人們希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全，家庭防火防盜問題就成為人們極為關心的問題。因此，對防火防盜報警裝置的研究對現實意義重大。摘 要該系統采用了超聲波測距傳感器與單片機的結合，其中采用超聲波測距傳感器來提供報警信號的方法使得成本低，易于維護，探頭小，可安放于隱蔽的地方且

3、不易被發現，接受信號靈敏，因此有明顯的優勢和廣闊的發展前景。本次設計的產品以AT89C52單片機作為系統控制核心，完成對外來人員的連續監測，提供了一個帶有4位LED顯示、并使其集中到一塊面板上，使得操作方便快捷，直接在LED顯示實時溫度，該設計中使用DS18B20作為溫度測量傳感器，對溫度進行實時采集，使用紅外傳感器采集人體信號信息，使用煙霧傳感器采對氣體煙霧進行檢測，返回信號都由單片機接收并將信息反饋出來。該系統不僅具有傳統防盜控制方法的優點，還具有易于維護和實現非接觸、高可靠監測的特點，并且硬件開銷成本低，適宜大多數普通家庭、寢室、辦公住所等。 關鍵詞： 單片機； 紅外檢測； 溫度檢測；

4、煙霧檢測目 錄1 緒 論31.1 防火防盜報警系統的概述31.2 國內外防盜控制系統的歷史、現狀與發展31.3 研究的目的和意義52 系統的總體設計62.1 總體設計思想62.2 系統總機構72.3 系統設計原理圖73 檢測信號放大電路設計93.1 熱釋紅外線傳感器典型電路93.2 紅外線探測信號放大電路設計113.2.1 集成電路運算放大器133.2.2 精密多功能運算放大器INA105133.2.3 低功耗、雙運算放大器LM358154 單片機接口電路設計164.1 單片機的選型164.1.1 AT89S51的主要功能特性164.1.2 AT89S51的內部結構及管腳174.2 溫度檢測電

5、路194.2.1 溫度傳感數據采集電路194.2.2 DS18B20溫度傳感器引腳功能204.3 鍵盤電路214.4 顯示電路225 軟件部分設計255.1 主程序255.2 按鍵掃描程序265.3 按鍵執行程序27結 論31致 謝32參考文獻33附錄A 電路圖33附錄B 程序351 緒 論1.1 防火防盜報警系統的概述防盜控制廣泛可應用于工廠、家庭、汽車等場合。實現無接觸、智能化報警是防盜控制系統目前的發展方向。隨著工業的發展，計算機、微電子、傳感器等高新技術的應用和研究，近年來防盜控制的研制得到了長足的發展，以適應越來越高的應用要求。從監測范圍來說，有的防盜控制只能監測幾厘米，有的卻可達幾

6、十米。從監測條件和環境來說，有的非常簡單，有的卻十分復雜。例如:有的是利用紅外線感溫傳感器，有的是壓力傳感器，有的震動，也有聲響來監測，有的從安裝上提出苛刻的限制，有的從維護上提出嚴格的要求等。因此在進行綜合分析后進行了該設計。它將實現自動監控的智能防盜系統，通過超聲波傳感器采集距離信號，通過AD傳給系統核心單片機，單片機通過處理與分析將距離值顯示于三位的數碼管上，檢測到需要報警時，LED二極管將實時點亮，達到報警的功能，本設計的程序應用單片機C語言編寫實現。國外關于防盜控制早期從防火的基礎上發展起來的，逐步向智能化自動化發展，并且發展及應用了許多新的監測原理。在傳統原理中也滲透了電子技術及微

7、機技術，結構有了很大的改善、功能有了很大的提高，從國內外關于防盜控制系統的發展來看當前的發展熱點向非接觸，如超聲波傳感器，紅外線傳感器，無線報警等1。1.2 國內外防盜控制系統的歷史、現狀與發展防盜報警系統是用物理方法或電子技術，自動探測發生在布防監測區域內的侵入行為，產生報警信號，并輔助提示值班人員或其主人發生報警的區域部位，顯示可能采取的對策的系統。防盜報警系統是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發生突發事件，就能通過聲光報警信號，使于迅速采取應急措施。防盜報警系統與出入口控制系統、閉路電視監控系統、訪客對講系統和電子巡更系統等一起構成了入侵防范系統。防盜報警系統通常由探測器（又稱防

8、盜報警器）、傳輸通道和報警控制器三部分構成。 報警探測器是由傳感器和信號處理組成的用來探測入侵者入侵行為的電子和機械部件組成的裝置，是防盜報警系統的核心，而傳感器又是報警探測器的核心元件。采用不同原理的傳感器件，可以構成不同種類、不同用途、達到不同探測目的的報警探測裝置2。 中國防盜控制技術的發展大致起源于上世紀60年代初北京故宮博物院的安防報警系統。當年，中國老一輩的安防技術工作者在完全隱蔽、可靠報警、絕對防火的全木質結構環境下完成了該系統的安裝與調試，該系統就發揮了很好的作用。之后的若干年，中國安防技術一直是以防盜報警系統為主，其應用場合也主要限于金融與文博系統。由于當時基于光電導攝像管的

9、攝像機體積大且價格昂貴，因而在安防技術市場中可視化的閉路電視監控系統的應用案例極少。隨著時代的變遷，智能防盜技術有了較大的發展， 1994年秋在北京全國農業展覽館舉辦的展覽會上，展出了部分關于防盜控制系統產品；1995年夏在天津國際展覽中心的消防安防設備展覽會上，展出了更多的安防技術相關產品，氣氛火熱。緊接著到1996年，由中國安防產品行業協會等單位主辦了全國首屆“國際社會公共安全產品博覽會”，一下子吸引了國內外300多廠商參展，由此標志了中國防盜及安防技術市場的形成。在國內安防防盜市場開始蓬勃發展的同時，2001年11月，中國安防界在深圳成功舉辦了首屆中國安防論壇，全國人大副委員長、中國科協

10、主席周光召院士題詞。中國科學院和中國工程院的5位院士以及國內30多位安防領域的知名專家、教授發表了演說，較全面地展示了中國安全防范領域的技術動態和發展方向，促進了學術界和企業界的交流與合作，探討了中國公共安全行業如何應對WTO，以及行業發展、管理、動作更加科學化、規范化的有關問題。首屆安防論壇的舉辦，為架構中國安防的理論體系，研討中國安防的發展戰略，開創良好的學術氛圍，為舉辦更大規模的學術論壇積累了經驗，創造了條件。到2008奧運項目首都國際機場捷運系統監控項目就是在先進的數字化、網絡化視頻監控系統中進一步整合了無人駕駛車輛自動傳感監控系統、無線移動網絡系統以及多系統的智能網管系統，一改傳統電

11、視監控系統僅僅是畫面監視及簡單報警聯動的實現方式，而安防系統整體解決方案（Total Solution）概念必將成為現代電視監控系統的發展方向。對于超聲波監測的應用隨著自動測量和自動控制技術的發展特別是微機技術的發展，促進了超聲測量技術的研究和應用。80年代中后期，單片機技術的應用使超聲波傳感器的監測向高性能、智能化方向發展。由于使用了單片機作中央處理單元，系統不僅可以進行復雜的數學運算和數據處理、進一步提高了超聲波監測的測量精度，而且還能設計出友好的人機界面。超聲波傳感器是當前應用較多的非接觸型傳感器。該技術基于超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體表面產生反射的原理?？蓪崿F非接觸監測、測量

12、范圍寬、并且測量量不受其他因素的影響，因此它的適用范圍非常廣泛，超聲傳感器監測技術在越來越多的領域發揮其重要作用。由于超聲波傳感器沒有可動部件，不存在機械磨損、機械故障，因而其可靠性和使用壽命比多數接觸型傳感器要高。該監測裝置結構簡單，不需要其它附加設施，且安裝、使用和維護都較方便。隨著電子技術的發展。單片機嵌入應用，超聲波液位計的精度有了進一步的提高，功能更加齊全9。目前，在現代計算機技術、自動控制技術和現代通信技術的支持下，電子地圖、多媒體操作、管理與控制軟件引入到防盜報警系統中。這種新的系統采用多媒體技術同時處理多種信息，并使信息之間、信息與設備之間、設備與設備之間建立邏輯聯系，集成為一

13、個交互式的系統，從而達到自動識別、自動預測、自動處理警情，使整個安防系統成為一種具有智能化的“活”的系統，讓它發揮巨大、有效、可靠、靈活的系統功能。1.3 研究的目的和意義隨著微電子技術與網絡技術的飛速發展，人們對于居住環境的安全、方便、舒適提出了越來越高的要求，因此智能化住宅隨之出現，也隨著改革開放的深入和市場經濟的迅速發展、提高，城市外來流動人口大量增加，帶來許多不安定因素，刑事案件特別是入室盜竊、搶劫居高不下，因此家庭智能安全防范系統是智能化社區建設中不可缺少的一項，而以往的做法是安裝防盜門、防盜網，但普遍存在有礙美觀，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子對住宅的入侵，故利用高科技

14、的電子防盜報警系統也就應運而生。目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盜門，商店的防盜措施主要是監控器和出門口的紅外報警器。隨著人們認識的深入，利用智能防盜、防火、防煤氣將成為人們的首要選擇，智能安防也是安防行業的發展趨勢。本系統采用常用的AT89S52單片機系列作為系統的核心控制部分，是一個利用紅外傳感器作為信號輸入控制部分的多路智能報警器。當有不明物體經過某一發射器與接收器中間時，會有控制信號輸入單片機，進而輸出刺耳的報警聲來引起相關人員的注意，同時利用顯示器來顯示不明物體的地理位置，這樣很大程度上減少了搜索時間，從而提高了實效性。達到了信號接收靈敏度高，顯示反映快，報警聲音響的效果。2 系統

15、的總體設計2.1 總體設計思想以單片機為控制中心，外部傳感器為檢測元件，通過按鍵控制其報警溫度與傳感器的開關，輸出由LED顯示數碼管與聲光報警電路組成，其中溫度傳感器使用數字化的一線總線技術的傳感器DS18B20作為檢測器件，煙霧傳感器使用檢測煙霧氣體的凱聰BS03作為煙敏器件，紅外傳感器JS-311作為人體熱釋電檢測器件，單片機I/O口通過接收各個傳感器的返回狀態值來判斷是否進行報警，報警電路由單片機控制輸出信號，蜂鳴器產生蜂鳴，對應報警指示燈點亮，且數碼管可以顯示實時溫度，整個系統設計簡單合理，通過單片機控制其外圍器件，單片機按鍵輸入顯示輸出紅外檢測溫度檢測煙感檢測聲光報警更加簡單可靠，防

16、盜控制系統的總體設計框圖如圖2.1所示。圖2.1 防火防盜報警系統框圖2.2 系統總機構為了實現設計要求的基本功能，本系統必須包含四個基本功能模塊：1.單片機控制模塊2.傳感器模塊3.報警模塊4.顯示模塊其中單片機控制模塊主要用于回應傳感器信號和進行顯示程控；傳感器模塊主要用于感應是否有物體通過，并形成電平信號輸出；報警模塊主要用于報警聲響提示；顯示模塊主要用于顯示報警地點。為完善系統的功能同時能夠達到系統的設計指標，本系統必須包含以下功能模塊：1.復位電路：實現單片機的復位控制2.振蕩電路：提供所需的單片機時鐘頻率2.3 系統設計原理圖本系統基本原理結構圖如圖2.2所示。圖2.2 系統基本原

17、理結構圖由以上系統基本原理框架圖可以看出，本系統的外圍電路相對比較簡單，功能的實現主要是從外部獲取控制信號之后在單片機中進行數據處理，數據處理完畢之后單片機便將控制信號輸出到報警電路進行報警，將顯示數據輸出到顯示電路進行顯示。所以本系統的單片機數據處理方面的程序相對比較復雜一些，所有的感應信號和顯示數據的處理和輸入控制都是在單片機中進行處理，這就要求在設計程序的時候要認真思考單片機存儲空間的合理分配和管腳的分配問題。系統基本原理利用單片機監控傳感器信號來判斷防火以及防盜事務發生并做出相應的反映，以到達時刻預防意外發生并在乎外發生時作出及時的調停辦法。設計分為3個部門：信號監視部門，信號處理部門

18、以及調停實行部門。信號監視部門由于設計的要求，分為兩個分離的小部門，1個用于防火的煙霧傳感器，1個是用于防盜的紅外線發生器以及吸收器。煙霧傳感器有1個極限值，當煙霧濃度超過這個極限時檢驗測定電路就會輸出1個低電平的煙霧信號。紅外線發生器以及紅外線吸收器是一路事情的，紅外線發生器拍發某頻率的紅外線信號給紅外線吸收器，一般情況下，發生器以及吸收器中間是沒有反對物體的，吸收器吸收到的信號是連續的，而當她們中間有物體顛末反對時，吸收器吸收到的信號就會有1個跳變，這里吸收器就會輸出1個低電一般信號給單片機申明有物體進入該區域。信號處理部門是1個承結上下兩個部門的存在，它的事情是單片機接收到監視部門發過來

19、的信號來做出相應的處理，并調用相應的程序來處理事務。調停實行部門就是連結在單片機上的以及種應急開關跟著單片機程序的執行而進行捭闔，比如預防火災的噴泉開首以及防盜防火共用的警報開首。設計簡單但很實用，它在只管即便削減生產力的情況下可以時刻保證監控區域的安全。3 檢測信號放大電路設計紅外技術已經成為先進科學技術的重要組成部分，他在各領域都得到廣泛的應用。由于他是不可見光，因此用他做防盜報警監控器，具有良好的隱蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干擾能力強。而本設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；若更換其他的傳感器，該系統還可以用于火災報警、煤氣泄漏等報警。本

20、章節主要介紹幾種不同的利用紅外線檢測報警的電路，并由此得出檢測信號放大電路。3.1 熱釋紅外線傳感器典型電路熱釋紅外線傳感器由于具有獨特的優異功能，被廣泛應用在國防和民用領域，作遙控、遙測、防盜、警戒、放火及自動化設施，其原理及典型應用電路如圖3.1所示。 熱釋紅外線傳感器主要由高熱系數的鋯鈦酸鉛系陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等配合濾光鏡片窗口組成，它能以非接觸形式，檢測出物體放射出來的紅外能量變化，并將其轉換成電信號輸出5。金屬、塑料封裝熱釋紅外傳感器，內裝有變換阻抗用的場效應晶體管，輸出阻抗一般為1047k，頂端或側面裝有濾光鏡片，用來選擇接收不同波長的熱釋紅外線。人體輻射的紅外線中心波長為

21、910m,而這種探測元件的波長靈敏度特性在0.220m,范圍幾乎是穩定不變的.在硅片表面上截止波長710m的濾光片,使波長超過710m的紅外線通過,而小于7m的紅外線被吸收,于是就得到只對人體敏感的熱釋紅外線。如果用菲涅耳透鏡配合放大電路，將檢測出來的紅外信號放大6070dB，則可檢測出1020m處人的行動。熱釋紅外線傳感器的文字符號為AT。圖3.3為熱釋紅外線傳感器的典型應用電路。若AT為雙元件熱釋紅外線傳感器其內部電路見圖3.1，其接收波長為6.514m，適用于防盜報警系統，輸出阻抗為10k;若AT為單元件熱釋紅外線傳感器其內部電路如圖3.2所示，接收波長為120m，適用于溫度遙測，但同樣

22、亦可用于防盜及自動控制系統。 在這例電路中，當AT接收到人體信號時，輸出一個微弱的低頻信號，其頻率約為0.33Hz。經晶體管VT1和運算放大器A1組成的兩級放大器將信號放大至7075dB。由A2等組成的電壓比較器，設定一個參考電壓。在無目標進入時，末級無輸出；一旦有目標進入探測范圍，AT則有信號輸出，經放大后，電壓高于比較器設定電壓時，A2輸出高電位，VT2導通，繼電器K吸合，其觸點接通報警電路或控制電路，實現熱釋紅外線探測之目的。圖3.1 雙元件熱釋紅外線傳感器 圖3.2 單元件熱釋紅外線傳感器圖3.3 熱釋紅外線傳感器典型電路3.2 紅外線探測信號放大電路設計紅外線探測信號放大電路設計中紅

23、外線探測器能探測人體發出的紅外線，當人進入報警器的監視區域內，即可發出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。 該設計電路原理見圖3.4。由紅外線傳感器、晶體三極管、運算放大器、電壓比較器、V/I轉換器等組成。圖3.4 微弱信號放大電路(1) 檢測部分傳感器采用帶菲涅耳透鏡的熱釋電紅外線傳感器。U2-熱釋電紅外線傳感器U3-低功耗雙運算放大電路LM358U4-電壓比較器LM393U5-低漂移高增益運算放大器OP27U6-V/I轉換器芯片INA105紅外線探測傳感器IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由U2的腳輸出微弱的電信號，經三極管VT1等組成第一級放大電路放大

24、，再通過C2輸入到運算放大器U3中進行高增益、低噪聲放大，此時由U3的7腳輸出的信號已足夠強。U3作電壓比較器，它的第腳由R9、VD2提供基準電壓，當U3的1腳輸出的信號電壓到達U3的5腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時U4的1腳由原來的高電平變為低電平。此時LM393的1腳輸出的是一個方波信號，然后將之輸入到一個V/I轉換器INA105,它的輸出將是一個420mA的電流信號，以便于遠距離傳輸。U2采用進口器件Q74，波長為910um。U3采用運放LM358，具有高增益、低功耗。U4為雙電壓比較器LM393，低功耗、低失調電壓。其中C2、C5一定要用漏電極小的鉭電容，否則調試會受到影響。RP

25、1是調整靈敏度的關鍵元件，應選用線性高精度密封型。制作時，在U2傳感器的端面前安裝菲涅爾透鏡，因為人體活動頻率范圍為0.110Hz，需要用菲涅爾透鏡對人體活動頻率倍增。（2）單片機系統部分檢測信號入單片機接口圖如圖3.5所示。紅外線探測放大電路與單片機的具體連接見附錄總圖。P3.6單片機的P3.6口用來檢測熱釋電紅外傳感器的返回信號，傳感器傳過來的是一個420mA的電流信號，接一個250歐姆的電阻使其轉換成1V5V的電壓信號，此電路中只可能為1V和5V兩種情況，再通過一個電壓比較器LM393,當LM393的2腳為5V時，輸出為高電平，光電耦合器導通，單片機P3.6的輸入口將為低電平（其余時刻為

26、高電平），表示檢測到有人。圖3.5 檢測信號與單片機接口圖3.2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多極直接耦合器放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，圖3.6表示集成運放的內部電路組成框圖。輸入級一般是由BJT、JFET或MOSFET組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個輸入端構成整個電路的反相輸入端和同相輸入端。電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或多級放大電路組成，輸出級一般由電壓跟隨放大器或互補電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。偏置電路是為各

27、級提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環節，如電平移動電路、過載保護電路以及高頻補償環節等18。3.2.2 精密多功能運算放大器INA105INA105精密多功能運算放大器是集成運放與外圍元件有機結合、并利用集成工藝與激光調阻技術相結合所形成的不同于常規集成運放的放大器件。利用這種新器件的不同組合連結，可以組成各種很有特色的精密應用電路。該器件核心部分是一個精密運算放大器，其失調電壓典型值僅為50µV，失調電壓漂移5µV/，共模抑制比大大于86dB。與常規集成運放不同的是，它在芯片上同時制作了四個電阻，分別連接運放的兩個輸入端，如圖3.7所示。這四個電阻通過激光調阻技術將它

28、精確到25K。這樣利用四個電阻的不同連接，就能組成很有特色的應用電路，而且一般無需再外接精密電阻。圖3.6 集成電路運放大器內部組成原理框圖由于激光調阻值精度極高，用它組成增益為1的電壓跟隨器（緩沖器）時，其增益誤差小于0.01%,非線性誤差小于0.001%。該器件最大工作電壓為±18V，工作溫度范圍為070(后綴為P及U)及2585(后綴為M)。1、具有差動輸入的電壓電流變換器電路圖3.8是具有差動輸入的電壓電流變換器電路.輸入的差動電壓分別為V1 、V2。輸出的電流。式中R為外接電阻，改變不同的R值可獲得不同的I0值。2、精密420MA電流變送器電路圖3.9是一種由010V變化的

29、電壓（由傳感器經放大器輸出的電壓）經本電路轉變為420mA的變換器電路。電路設計成在0V時為4mA電流，而在10V為20mA電流的電壓-電流變換電路。其中REF為10V的基準電源。 圖3.7 INA105精密多功能運算放大器電路圖3.8 具有差動輸入的電壓電流變換器電路圖3.9 精密420MA電流變送器電路3.2.3 低功耗、雙運算放大器LM3581、概述LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用

30、運算放大器的場合。引腳圖如下所示。 圖3.10 LM358引腳圖2、LM358的特性(1)內部頻率補償 (2)直流電壓增益高(約100dB) (3)單位增益頻帶寬(約1MHz) (4)源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V) (5)低功耗電流，適合于電池供電 (6)低輸入偏流 (7)低輸入失調電壓和失調電流 (8)共模輸入電壓范圍寬，包括接地 (9)差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍(10)輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)4 單片機接口電路設計4.1 單片機的選型4.1.1 AT89S51的主要功能特性AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS

31、 8位單片機，片內含4k Bytes ISP (In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2

32、個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，看門狗(WDT)電路，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統等可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有適應不同產品需求的PDIP、TQFP和PLCC三種封裝形式。1主要特性1) 8031 CPU與MCS-51 兼容2) 128*8位內部RAM3) 4K字節可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環)4) 全靜態工作：0Hz-24KHz5) 三級程序存儲器

33、保密鎖定6) 32條可編程I/O線7) 兩個16位定時器/計數器8) 6個中斷源9) 可編程串行通道10) 低功耗的閑置和掉電模式11) 片內振蕩器和時鐘電路4.1.2 AT89S51的內部結構及管腳AT89S51的內部結構如圖4.1所示： 圖4.1 AT89S51內部結構圖管腳說明：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。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須

34、被拉高。P1口：P1口是一個由內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收和輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部拉高，將用作輸入，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，被內部上拉電阻拉高，作為輸入。當作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。當P2口用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內部上拉

35、優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。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口管腳也是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后，它們同樣被內部上拉為高電平，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(ILL)。P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 /INT0(外部中斷0)P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 /WR(外部數據存儲器寫選通)P3.7 /RD(外部數

36、據存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。I/O口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳，讀端口時實際上并不從外部讀入數據而是把端口鎖存器的內容讀入到內部總線經過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數據讀入到內部總線上面。輸入緩沖器CPU將根據不同的指令分別發出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的，無需手動操作，然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯。如果不對端口置1，端口鎖存器原來的狀態有可能為0Q端，當0Q為1加到場效應管柵極的信號為1則該場效應管就導通并且對地呈現低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1也會因端口的低

37、阻抗而使信號變低，使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執行置1操作則可以使場效應管截止引腳信號直接加到三態緩沖器中實現正確的讀入，由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作所以這類I/O口被稱為準雙向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作為輸入時都是準雙向接口。RST：復位輸入端口。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，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，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做定時器。然而要

38、注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。ALE只有在執行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態的ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號不會出現。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內部程序存儲器。但是在加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部為程序存

39、儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。4.2 溫度檢測電路4.2.1 溫度傳感數據采集電路傳感器是檢測系統中的必要工具，處于檢測系統的輸入端，是檢測系統的第一環節，通常是檢測系統與被測量對象間的接口，我們將自動檢測裝置中最初感受被測量并將其轉換為可用信號輸出的器件稱為傳感器，它由敏感元件，轉換原件和其他輔助部分組成，傳感器的工作特點具有高精度，低成本，高靈敏度，穩定性好，工作可靠，抗干擾能力強，動態特性良好，結構簡單，便于維護，功耗低等。基本功能如下：(1)它是一種測量裝置，具

40、有一定精度，能完成檢測任務。(2)其輸入量是某一被測量，或是物理，化學，生物。(3)其輸出量是一種物理量，這種量便于傳輸，轉換處理，顯示等。(4)傳感器的輸入量與輸出量是已知的。本電路溫度傳感器數據采集部分由溫度傳感器DS18B20和電阻R14等器件組成。DS18B20支持一線總線接口，測量溫度范圍為55+125?？芍苯訉⒈粶y溫度轉化成串行數字信號，以供單片機處理，通過編程DS18B20可以實現912位的溫度讀數，信息經過單線接口送入DS18B20讀、寫和執行溫度變換所需的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源。由于DS18B20溫度傳感器要求，R14為上拉電阻，選R14=4.7K。如圖4

41、.3所示：圖4.3 溫度傳感數據采集電路4.2.2 DS18B20溫度傳感器引腳功能溫度傳感器選用達拉斯公司的單線數字溫度傳感芯片DS18B20(8引腳SOIC封裝)，其引腳分布如圖4.4所示：圖4.4 DS18B20引腳分布圖引腳功能說明如下：NC(1、2、6、7、8腳)：空引腳，懸空不使用。VDD(3腳)：可選電源腳，電源電壓范圍35.5V。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。DQ(4腳)：數據輸入/輸出腳。漏極開路，常態下高電平。DS18B20內部有4個主要器件：64位激光ROM、溫度傳感器、非易失性溫度告警觸發器(TH和TL)和配置寄存器。DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導

42、體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式。DS18B20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點組網功能；無須外部器件；可通過數據線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機功耗；溫度以9或12位數字；用戶可定義報警設置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度(溫度報警條件)的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20在出廠時以配置為12位，讀取溫度時共讀取16位，所以把后

43、11位的2進制轉化為10進制后在乘以0.0625便為所測的溫度，還需要判斷正負。前5個數字為符號位，當前5位為1時，讀取的溫度為負數；當前5位為0時，讀取的溫度為正數。16位數字擺放是從低位到高位。 4.3 鍵盤電路按鍵分為獨立式按鍵與行列式按鍵，兩種按鍵都可以與單片機I/O口直接相連，但是兩種按鍵的工作方式大不相同，獨立按鍵的每一個按鍵都需要一根獨立的I/O口使用，而矩陣按鍵是成陣列排列的，用行掃描控制的I/O口與列掃描控制的I/O口的個數相乘的個數即為按鍵的個數。所以在使用多按鍵的設計中，大多選用行列式按鍵作為鍵盤的輸入部分，而在本設計中使用了8個按鍵作為按鍵輸入，所以選用矩陣按鍵作為鍵盤

44、的部分，其電路圖如圖4.5所示。使用單片機的P1.0口與P1.1口作為行控制口，使用P1.4P1.7作為列控制口，單片機通過軟件編程控制其按鍵值的判斷，在判斷中我們采用編程掃描的方式，也就是在無中斷產生時，不斷的掃描按鍵程序，判斷過程為：先將P1.0與P1.1置0進行行掃描，判斷是否有列值按下，其判斷時對P1口賦值0XF0，如果有按鍵按下，行列將會有一處交點，相當于對兩個I/O短路，則另一個列I/O口也被強制下拉為低電平，該值中的高8位將會有某一列全部為0，有按鍵按下，則將該列編碼值保存，然后將P1口賦值0X0F；進行全列掃描，判斷行是否有為0的狀態，然后將這個行編碼值保存，最后將行列值的編碼

45、值進行或運算，就組成按鍵的原始編碼值，完成了按鍵的掃描。圖4.5 鍵盤電路圖4.4 顯示電路數碼管顯示的工作原理八段LED顯示器由8個發光二極管組成。基中7個長條形的發光管排列成“日”字形，另一個點形的發光管在顯示器的右下角作為顯示小數點用，它能顯示各種數字及部份英文字母。LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器；另一種是8個發光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極LED顯示器。如圖4.6所示:圖4.6 數碼管顯示器在選用共陰的LED時，只要在某一個發光二極管加上高電平，該二極管即點亮，反之則暗。而選用共陽極的LED時，要使某一個發光二極

46、管發亮，則需加上低電平，反之則暗。為了保護各段LED不受損壞，需要外加限流電阻。為了要顯示某個字型，則應使此字形段的相應點二極管點亮，也即送一個不同的電平組合代表數據來控制LED顯示的字型，此數據稱為字符的段碼。共陰和共陽結構的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當二極管導通時，相應的筆劃段發亮，由發亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個筆劃段Dpgfedcba對應于一個字節(8位)的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進制碼就可以表示需要顯示的字符的字形代碼。例如，對于共陰LED顯示器，當公共陰極接地(為零電平)，而陽極Dphgfedcba各段為01110011時

47、，顯示器顯示"P"字符，即對于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。如果是共陽LED顯示器，共陽極接高電平，顯示“P”字符的字形代碼應為10001100(8CH)。本電路采用共陰極接法。十六進制數字型代碼表如表4.1所示:表4.1 十六進制數字型代碼表共陰極接法七段代碼D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Dp g f e d c b a 00 0 1 1 1 1 1 13FH10 0 0 0 0 1 1 006H20 1 0 1 1 0 1 15BH30 1 0 0 1 1 1 14FH40 1 1 0 0 1 1 066H50 1 1 0 1 1 0

48、16DH60 1 1 1 1 1 0 17DH70 0 0 0 0 1 1 107H80 1 1 1 1 1 1 17FH90 1 1 0 1 1 1 16FHA0 1 1 1 0 1 1 177HB 0 1 1 1 1 1 0 07CHC0 0 1 1 1 0 0 139HD0 1 0 1 1 1 1 05EHE0 1 1 1 1 0 0 179HF0 1 1 1 0 0 0 171HP0 1 1 1 0 0 1 173H單片機驅動LED顯示有很多方法,按顯示方式可以分為靜態顯示和動態顯示。靜態顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數據送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時

49、再傳送一次新的數據。只要當前顯示的數據沒有變化，就無須理睬數碼顯示管。靜態顯示的數據穩定，占用的CPU時間少。靜態顯示中，每一個顯示器都要占用單獨具有鎖存功能的I/O口，該接口用于筆畫段字型代碼。這樣單片機只要把顯示的字型數據代碼發送到接口電路，該字段就可以顯示要發送的字型。當需要要顯示新的數據時，單片機再發送新的字型碼。另一種方法是動態掃描顯示。動態掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫字段(ag和dp)同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使哪一位則由I/O線決定。動態掃描用分時的方法

50、輪流控制每個顯示器的COM端，使每個顯示器輪流電亮。在輪流點亮過程中，每位顯示器的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩定的顯示數據。圖4.7 顯示電路本設計中使用動態掃描的方式對數碼管進行控制掃描，其電路圖如圖4.7所示，圖中SRD2為上拉電阻排，電阻值為10K，驅動芯片用74HC573作為驅動使用，U2為位選驅動，U3為段碼驅動，單片機的P0口接LED的段碼驅動，單片機的P2口接LED的位選碼驅動，該器件驅動電流可以達到100mA，而LED數碼管全亮時，最大電流可以達到32mA，如果全部驅動輸出會將數碼管燒壞，所以在程序中使用PWM輸出的控制，

51、在消隱時，也就是禁止數碼管的輸出，之后加上一段時間的延時，要確保加入的時間與顯示時間和不能超過20ms，同時74HC573具有鎖存功能，在本設計中沒有使用該功能。5 軟件部分設計5.1 主程序主程序完成對程序的初始化設置與按鍵程序的執行，初始化單片機的I/O口與定時器0的設置，I/O口的初始化主要有關閉蜂鳴器，關閉報警指示燈，檢測口復位，然后進行定時器的設置，設置定時器0，選擇模式1，然后將定時值設定為1ms，開定時器，之后進入按鍵掃描與按鍵執行程序，對按鍵的掃描在中斷的空閑時將會一直執行，流程圖如圖5.1所示。開 始關閉顯示延時等待1s定時器0設置開定時器按鍵掃描按鍵動作圖5.1 主程序流程

52、圖5.2 按鍵掃描程序按鍵掃描程序是按鍵判斷的程序，判斷按鍵是否按下，哪個按下，由于密碼鎖程序所需按鍵為8個，所以我們使用矩陣式鍵盤，4個I/O口即可完成對按鍵的掃描與判斷，其中P1口的低四位作為行掃口，高四位作為列掃口，先將行清0，判斷列值，如果有按鍵按下，延時50ms進行延時去除抖動，以防止有勿動產生，然后再次判斷是否有按鍵按下，如果第二次判斷成功，有按鍵按下，則將此時的列值儲存，其中有一列值為0，然后將列值全置0，去掃描行，行中也同時又一行為0，記錄這個值，然后將記錄的行列值組合起來，在取反，則會得到按鍵處行列相交的兩個I/O口都為0的鍵碼值，返回這個鍵碼值，以待處理，同時進行按鍵釋放的

53、等待程序，如果按鍵不釋放，按鍵程序將不會繼續進行判斷，如果沒有按鍵按下，返回值為0，流程圖如圖5.2所示。開 始全行置0有按鍵動作延時50ms再次判斷儲存列鍵值全列置0儲存行鍵值行列值組合取 反按鍵釋放返回鍵值返 回行列全置1行列全置1YNYNYN圖5.2 按鍵掃描流程圖5.3 按鍵執行程序 按鍵執行程序流程圖如圖5.3所示，此程序主要接收在按鍵掃描程序返回的鍵碼值，并對鍵碼值進行查詢，查詢出需要執行的按鍵對應程序，執行后判斷是否有數字按鍵輸入，如果有按鍵輸出，在判斷是否是在密碼輸入界面，如果兩者俱全則進入屏幕的移動程序，后面的密碼數字的輸入推動前面的都向前移動一位，當輸入滿六個數字后在輸入的

54、密碼將無效，8個按鍵的功能如下：按鍵1：菜單切換按鍵，在主測量界面與設置溫度界面來回切換。按鍵2：在設置溫度界面，為溫度值加1。按鍵3：在設置溫度界面，為溫度值加10。按鍵4：屏蔽所有判斷程序，即屏蔽對溫度、紅外、煙感的檢測。按鍵5：單獨屏蔽紅外檢測。按鍵6：開啟紅外檢測。按鍵7：單獨屏蔽煙感檢測。按鍵8：開啟煙感檢測。圖5.3 按鍵執行程序流程圖5.4 中斷服務子程序圖5.4 中斷服務程序流程圖開 始重裝初始值中斷次數清0中斷累計值加1中斷300次半秒位取反顯示子程序判斷位為1判斷程序中斷次數初始化初始化開始測溫轉換數據溫度值轉換讀取溫度返 回YNYNYN在本設計中，中斷服務程序為定時器0中斷服務程序，中斷程序中完成對外部檢測的判斷、數碼管顯示的掃描、對時間的定時、溫度值的提取，為程序中的重要部分，進入中斷后，先重裝初始值，然后將中斷累加為加1，記錄中斷次數，記錄300次時，將半秒屏蔽位取反，進入數碼管掃描程序，顯示完成后，判斷是否允許判斷程序執行，如果允許則執行判斷程序，如果不是則進行溫度提取程序，由于為數碼管動態掃描顯示，所以掃描的周期時間不能大于20ms，而DS18B20提取溫度的時間最短為5ms，這樣只能顯示4個數碼管，如果中斷時在執行其他命令，則顯示部分就會閃爍，所示我們使用溫度提取分步執行的方法來進行溫度值的提取，在第十