1、 高等教育自學考試畢 業 論 文學生：周升 考籍號：3專業年級： 工業自動化 題 目：基與AT89C51單片機的遙控報警系統設計 指導教師： 徐麗莎 評閱教師： 年月目 錄1 緒論.11.1發展概況與設計背景.11.2本設計概述.22總體設計方案. .32.1方案選擇論證. .32.2主控芯片單片機的選擇. .32.2.1 AT89C51的主要性能.42.2.2 AT89C51的引腳結構.52.3傳感器的選擇.62.3.1傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結構.72.3.4 菲涅爾透鏡.82.4熱釋電紅外傳感器控制電路芯片的選擇.93 系統硬件設計.103.1低頻帶通放大電路.113.2電壓比較

2、整形電路.123.2.1雙限電壓比較器的工作原理.133.3報警電路.143.4燈光警示電路.153.5狀態顯示電路.163.6供電電源電路.173.7單片機最小系統.184 系統軟件.194.1主程序流程圖.194.2中斷函數流程圖.205結論.21致.22參考文獻.23摘 要整個系統主要由AT89S52芯片、熱釋電傳感器、聲光報警、鍵控組成。性能好，工作穩定，非常適合防盜報警領域，而今制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發現。同時它的信號經過單片機系統處理后利于跟PC機通信，便于多用戶統一管理。關鍵詞：報警，

3、AT89C51，安全，低頻，靈敏度，1 緒 論1.1發展概況與設計背景隨著社會的不斷進步和科學技術、經濟的不斷發展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財產也不斷地增多，因而也對防盜措施提出了新的要求。從現代人們住宅發展的趨勢來看，現代人們住宅主要是向群體花園式住宅區發展，向高空中發展，一般都是一個住宅區有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅單元，不利于統一管理，而且也不能滿足現代住宅區的發展要求，所以很有必要對家庭電子防盜報警器進一步完善和提高。本設計就是為了滿足現代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統。它在以前的防盜器基礎上進行了很大的改進，不但

4、可以用于單一的住宅區，也可以規模用于比較大規模住宅區的防盜系統，它的工作性能好，不易出現不報和誤報現象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相連接，利用計算機統一管理，使整個小區的住戶基本情況、資料等在計算機存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統一管理。目前市面上裝備主要有壓力觸發式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發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：（一）壓力觸發式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子，當主機停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效圍小，而且各

5、種開關也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發防盜報警器在受到太照射就會引起誤報，同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監控電路防盜系統而言：它的安裝線路復雜，而且技術要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。1.2本設計概述綜合以上報警器的不足，本系統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，不易被盜賊發現。同時它的信號經過單片機系統處理后利于跟PC機通信，便于多用戶統一管理。2 總體設計方案2.1方案選擇論證防盜報警系統一般是由入侵

6、探測器、防盜報警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。它的最簡單形式是本地（家庭、單位）報警系統，它的組成部分是入侵探測器和本地報警控制器，以與聲光報警器。該系統設計方案有以下兩種：方案一；利用固定點聯網防盜報警系統來實現家庭防盜報警，該系統由編程主機、探測器、門磁和遙控器組成，一旦發生警情，能把報警信息通過郵電通訊網絡瞬間遠程傳輸到用戶設定的固定上，同時向接警中心報告，中心聯網電腦可通過電子地圖、數據庫、電腦語音提示、監聽現場情況，顯示發生警情的單位、地址、方位、發案時間、所轄派出所（巡邏大隊）經歷分布，與時調動警力做出快速處理。方案二；通過傳感器檢測家庭安全隱患，把檢測結果送入單片機，通過單

7、片機控制報警燈和高音報警器的啟動。通過比較，方案二能滿足我們實時快捷的要求，更加簡單有效，固本設計選擇方案二。2.2主控芯片單片機的選擇20世紀80年代以來，單片機的發展非常迅速，就單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產品就有50多個系列，數百個品種。目前世界上較為著名的8位單片機的生產廠家和主要機型如下： 美國intel公司：MCS-51系列與其增強型系列美國Motorola公司：6801系列和6805系列美國Atmel公司：89C51等單片機美國Zilog公司：Z8系列與SUPER8美國Fairchild公司：F8系列和3870系列美國Rockwell公司：6500/1系列美

8、國T1（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS(美國國家半導體)公司：TMS7000系列盡管單片機的品種很多，但是在中國使用最多的還是intel公司的MCS-51系列單片機和美國的Atmel公司的89C51單片機。MCS-51系列單片機包括三個基本型8031、8051/8751。8031部包括一份8位CPU、128個字節，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串形口、2個16位定時器，但片無程序存儲器，外擴EPROM芯片。比較麻煩，不予采用。8051是在8031的基礎上，片集成有4KB ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節的小系統。ROM的程序是公

9、司制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機。所以8051適合與應用在程序已定，且批量大的單片機產品中。也不予采用。8751是在8031基礎上，增加了4K字節的EPROM,它構成了程序小于4KB的小系統。用戶可以將程序固定在EPROM中，可以反復修改程序。但是價格相對8031較貴。8031為外擴一片4KB EPROM的就相當于8751，它的最大優點是價格低。隨著大規模集成電路不斷發展，能裝入片的外圍接口電路也可以是大規模的。不予采用。80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash許程序存儲區在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程

10、Flash,使得AT89S52位眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效地解決方案。AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效

11、微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。故此設計采用AT89C51。2.2.1 AT89C51的主要性能 1)與MCS-51單片機產品兼容 2) 4k字節在系統可編程Flash存儲器 3)1000次擦寫周期 4)全靜態操作：0HZ24HZ 5)三級程序存儲器鎖定 6)32個可編程I/O口線 7)兩個16位定時器/計數器 8)五個中斷器 9)可編程串行通道10)低功耗空閑和掉電模式 12)看門狗定時器2.2.2 AT89C51的引腳結構圖2-1 AT89C51的引腳結構圖2.3傳感器的選擇2.3 熱釋電傳感器的紅外輻

12、射與紅外探測的原理結構熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術中的主要手段，其特點是測溫圍廣，響應速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應用于工業、農業、交通等領域。非接觸紅外測溫有以下幾點優點：（1）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準確度。（2）測溫圍寬。（3）探測器的響應時間短，反應速度快，易于快速與動態測量。（4）不必接觸被測物體，操作方便。（5）可以確定微小目標的溫度。非接觸測溫技術的意義是顯而易見的。隨著工農業、國防事業、醫學的發展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍

13、重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區域稱為紅外光譜區，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應，即在強電介質溫度變化P的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質被稱為熱釋電極或熱釋電效應。有些熱釋電晶體，他們的自發極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩定地工作，提高靈敏度，增強抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器2.4 菲涅爾透鏡目前人體驗知系統中的光調制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它

14、起到紅外輻射收集器和調制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m圍。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續，也不交叉，都相隔一個盲區(如圖4所示)。這樣，當人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監控圍運動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區和亮區，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監控圍活動時，進人一個視場后，又走出這個視場，再進人另一視場對傳感器而言，相當于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷

15、改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應的電信號。圖2-5菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區和盲區，而且還有聚用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預熱”時間，在這段時期該傳感器不起作用。2.5熱釋電紅外傳感器控制電路芯片選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小。要經過放大、比較等幾個環節才能輸出控制信號。使電路執行相關動作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據檢測信號的特點和輸出信號的要求，完成上述功能的電路。本套系統采用通用原件構成熱釋電紅外傳感器的控制系統。下圖2-6是控制電路的結構框圖：低頻放大比較整形V

16、iVo圖2-6LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態電流為MC1741的靜態電流的五分之一。共模輸入圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖2-7所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸

17、入端的相位一樣。LM324的引腳排列見圖2-8。圖2-7圖2-8LM324的特點：1.短路保護輸出2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個運算放大器。 6.具有部補償的功能。 7.共模圍擴展到負電源 8.行業標準的引腳排列 3.1低頻帶通放大電路熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅1mV左右，頻率為0.110HZ，需經高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進一步處理，一般來講，要求放大器的增益為6070dB,帶寬0.37HZ。放大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動作率高！ 如圖3-1所示，

18、本系統采用LM324中的兩個集成運算放大器構成低頻帶通放大電路，LM324部集成了四個獨立的高增益運算放大器，其電流小（典型值Is=1.0mA），且與所加電源電壓的大小無關，頻率補償與偏置電流均采用了溫度補償措施，性能穩定。采用單電源供電。圖3-1放大器要求：增益：6070DB帶寬：0.37HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2fR12C4/(1+2fR7C4)(1+2fR12C4)一般要求放大電路的增益為65Db。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7,FL=1/R7C4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運放輸出電壓有較大的動態圍。靜態下應將輸出端電位設在1/2處，

19、方法是：ICA外接R4、R10分壓器，將1/2VCC引至運放的同相輸入端，這相當于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態電位定在1/2VDD處。與ICA一樣，ICB為了保證運放輸出電壓有較大的動態圍，同樣設置了分壓器。3.2電壓比較整形電路圖3-2電壓比較器的作用是將一個模擬電壓與一個參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產生越變。本系統應用LM324剩余的兩個集成運算比較器構成一個雙限電壓比較器。3.2.1雙限電壓比較器的工作原理如上圖3-2所示：基準電壓分別由(R6+R14)和R14分壓提供。當輸入電壓VO1<6引腳電壓時，比較器輸出高電平；當VO1>1

20、3腳電壓時，比較器也輸出高電平。而當6引腳電壓<VO1<13腳電壓時，比較器輸出低電平。如下圖3-3所示：圖3-3當人體通過菲涅爾透鏡組成的傳感器現場時，傳感器輸出一交變信號。其變化幅度大于13引腳電壓，小于6腳電壓，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級放大器靜態時輸出電壓基本為1/2VCC，處在6引腳和13引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2VCC，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產生誤動作，若兩引腳的差值遠離1/2VCC，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準電壓可按下列式子來計算：V差值=（45）VN式子中VN為噪聲電壓。傳感器給出的

21、噪聲電壓，是指傳感器噪聲輸出的信號經過70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰-峰值。本產品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（45）80mV=320400 mV.這樣，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.3聲音報警電路如下圖3-4所示：高音報警電路選用12V的高音喇叭作為報警裝置，使用SS8050大功率三極管做驅動電路，當SPK為高電平時，三極管導通。反之則截至。本系統中經過軟件設置使報警器真實模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過程。形成頻率在9761945Hz之間平滑遞增的聲音效果。實現報警器聲音非常逼真。圖3-43.4燈光警示電路如下圖3-5所示：這里我們選用12V的炫目

22、燈做燈光警示電路，因炫目燈在正常工作狀態下電流比較大，所以這里我們選用使用繼電器控制其開關的方案。這里我們照樣使用三極管驅動繼電器工作。圖3-5并聯在線圈的兩端的是續流二極管，線圈在通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續流二極管并聯在線兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。在電路中反向并聯在繼電器或電感線圈的兩端，當電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不是立即消失，此時殘余電動勢通過一個二極

23、管釋放，起這種作用的二極管叫續流二極管。3.5狀態顯示電路如下圖3-6所示：本系統使用共陰極數碼管做為狀態顯示電路，在正常無人非法闖入室時數碼管的DP點閃爍，若有人闖入數碼管則顯示E來提示有人非法闖入。圖3-6在這里，串聯的幾個470歐電阻是限流電阻。因為數碼管是由發光二極管按照一定的順序排列制成的元件，每個發光二極管的阻非常小，正常工作電流大致在1025mA,如不串入限流保護電阻，直接連接很有可能瞬間燒壞數碼管。我們可以依公式來計算出限流電阻的阻值：R=U/I;其中U=5V,I=（1015）mA,可得R=330500歐。這里我們選用典型值470歐。10K電阻為上拉電阻，以保證P0口可以輸出高

24、電平！3.6供電電源電路如下圖3-7所示，本系統采用L7805CV來做電壓芯片，因為其輸出電流可達1.5A,可滿足本系統5V供電電壓。圖3-7在電源的兩端并聯的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率圍的濾波特性。3.7單片機最小系統如下圖3-8所示，單片機的電源采用5V供電，時鐘電路也就是振蕩電路采用11.0592MHZ晶振，向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執行速度。圖中的電容起穩定作用。其復位電路采用混合復位電路，在上電的時候會自動復位，也可手動復位。方便在單片機死機的時候進行重啟。 圖3-84 系統軟件設計

25、4.1主程序流程圖如下圖4-1所示:在開機后，單片機首先進行初始化，將數碼管、高音警報器、炫目燈等外設關閉，同時將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時計數器T1開啟，關閉外部中斷1允許位和定時計數器T0。其中布防/撤防按鍵用來觸發外部中斷0，熱釋電傳感器用來觸發外部中斷1，外部中斷1允許位的開啟與關閉由外部中斷0來控制。方便對報警器進行布防與撤防功能。定時計數器T0用來控制高音報警器的發音頻率以使其發出逼真的報警聲；定時計數器T1用作延時函數。初始化完成后，若無中斷請求信號，系統則使數碼管的Dp小點閃爍。開始初始化DP點閃爍圖4-1初始化完成后，若布防/撤防按鍵第一次按下，則觸發外部中斷0，將

26、外部中斷1允許位打開，也就是說現在單片機可以接收傳感器的信號并作出相應的動作，若傳感器感受到在檢測圍有人活動，則將信號傳輸給單片機，觸發外部中斷1，使數碼管顯示E、同時炫目燈與高音報警器打開，實現聲光報警功能！4.2中斷函數流程圖下圖4-2、4-3為中斷函數流程圖：外部中斷0請求打開外部中斷1允許位，并將數碼管、高音報警器、炫目燈關閉。圖4-2外部中斷1請求數碼管顯示E，炫目燈開啟。同時開啟定時中斷0允許位延時20S關閉各個外設定時中斷T0請求T0重裝初值、高音報警器取反圖4-35結論本設計采用KeilC51開發系統，完成了程序模塊規劃與各個模塊的設計與編程，實現了對信號處理過程的編程和調試。

27、它具有電路簡單、功能齊全、性能齊全、性價比高等特點，是一種經濟、實用的家庭防盜報警系統。本論文完成了軟硬件主要功能模塊的設計，為進一步設計開發與功能擴展打下了良好的基礎。整個系統主要由AT89S52芯片、熱釋電傳感器、聲光報警、鍵控組成。性能好，工作穩定，非常適合防盜報警領域！由于時間關系和水平有限，設計中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的進一步設計過程中不斷完善。當然防盜報警監控系統的開發是一個實踐應用性很強的課題，要使其產品化，能夠經受住實際應用的嚴格考驗，還要進行許多深入細致的工作。而且隨著科技水平的不斷提高，對智能住宅小區的智能管理系統必然會有不斷增長的要求。為了提高靈敏度，減少誤報率，可以采用攝像頭作為探測頭，將采集到的信號進行圖像處理與判斷