目錄基于51單片機(jī)的紅外防盜報警系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u20019基于51單片機(jī)的紅外防盜報警系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)設(shè)計案例 1274711硬件電路設(shè)計 1308451.1AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 264311.2紅外檢測電路 4157841.3顯示電路 4245591.4按鍵電路 581631.5聲音提示電路 5103361.6整機(jī)硬件電路 6163332軟件設(shè)計 723162.1主程序設(shè)計 776702.2按鍵子程序設(shè)計 9226322.3中斷子程序設(shè)計 1161092.4LCD顯示子程序設(shè)計 121硬件電路設(shè)計1.1AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計該設(shè)計采用51系列單片機(jī)中的AT89C51。本款單片機(jī)芯片具有系統(tǒng)穩(wěn)定性強、采集及時、AD轉(zhuǎn)換精度高、速度快等特點。該單片機(jī)內(nèi)的內(nèi)存有8K，這會讓大型多行代碼的程序能夠有足夠的空間，保證運行的平穩(wěn)性。工作溫度：-40°C~85°C，適用于正常環(huán)境下的使用REF_Ref22573\r\h[4]。此單片機(jī)I/O口數(shù)量眾多，該芯片性價比極高，基于本畢設(shè)的功能以及成本的角度來講，結(jié)合前文對單片機(jī)方案的選型。AT89C51十分適合本畢設(shè)的芯片選型。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3-1所示。晶振電路是最小系統(tǒng)的組成部分，同時還有復(fù)位電路。 圖3-1單片機(jī)的最小系統(tǒng)晶振電路如圖3-2所示，單片機(jī)晶振分為外部晶振和內(nèi)部時鐘晶振，外部晶振是我們用的比較多的一種，本設(shè)計用的內(nèi)部晶振。晶振的作用我們可以從單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖上來理解。每一類單片機(jī)可以看做一個樹，一個時鐘樹。而晶振是為整個單片機(jī)系統(tǒng)以及外設(shè)提供精準(zhǔn)的時鐘功能，晶振可分頻變小也可通過鎖相環(huán)倍頻變大。這些需要具體情況具體來分析。晶體數(shù)值可以在1.2MHz至12MHz之間選擇，并且可以達(dá)到24MHz或更高，但是更高的頻率會消耗更多的功率。晶體振蕩器和陶瓷諧振器件都可以用作振蕩源。該設(shè)計使用11.0592M晶體。單片機(jī)的主頻仍舊是單片機(jī)價格的主要參考，頻率越高的單片機(jī)計算速度越快，性能更加穩(wěn)定，所以晶振是一個單片機(jī)的基準(zhǔn)。圖3-2單片機(jī)晶振電路復(fù)位電路如圖3-3所示，通過電阻、電容、按鍵連接單片機(jī)的RST引腳，在程序不知道運行到哪里去了俗稱程序跑飛，或者我們需要讓單片機(jī)程序從頭開始運行時，可以按鍵復(fù)位操作給單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。程序下載電路如圖3-4所示，程序下載方式選用串口現(xiàn)在的形式，此種方式的優(yōu)點在于不需要過多的占用單片機(jī)的I/O口，也不需要獨特的下載器，下載口還可以為單片機(jī)供電，十分的簡單實用，電路設(shè)計更為簡單。圖3-3單片機(jī)復(fù)位電路圖3-4程序下載電路1.2紅外檢測電路基于單片機(jī)的紅外防盜報警器的紅外檢測部分選擇的是人體熱釋電傳感器。單片機(jī)程序需要設(shè)置模塊的觸發(fā)方式和延時時間。硬件上要保證接線穩(wěn)定和調(diào)節(jié)紅外檢測的測試閾值。由于它體積十分小，不占設(shè)計空間，可以直接連接單片機(jī)引腳，硬件接法十分簡單，紅外檢測內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。由場效應(yīng)管完成阻抗變換，傳感器對信號做感應(yīng)處理。它的工作電壓在5V左右，探測距離在8-11m。在做仿真設(shè)計時，用按鍵輸入模擬紅外檢測器輸入，按下按鍵，單片機(jī)接收到信號表示接收到紅外信號，開始執(zhí)行算法等一系列操作。圖3-5紅外檢測內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.3顯示電路本設(shè)計顯示器件選用的是LCD，能夠滿足系統(tǒng)的要求。顯示器件選用的是LCD1602工業(yè)字符型液晶，在設(shè)計這部分電路時，LCD有時會出現(xiàn)花屏的現(xiàn)象，就是屏幕出現(xiàn)閃爍顯示不清晰的現(xiàn)象，經(jīng)過查閱資料以及文獻(xiàn)而知，是因為地的干擾，一般設(shè)備的干擾均來自于地的干擾，正常無干擾的狀態(tài)下，地是一個穩(wěn)定的參考點，但是隨著干擾的波動影響，會對地產(chǎn)生偏移，解決這個花屏的問題LCD芯片手冊中有一部分穩(wěn)定電路，我們可以利用上，就是在VEE端加一個滑動變阻器，經(jīng)過調(diào)試可以讓顯示屏達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)REF_Ref22122\r\h[6]。顯示電路如圖3-6所示。本設(shè)計在仿真上利用74HCT574擴(kuò)展芯片橋接單片機(jī)與顯示屏，以達(dá)到顯示效果更加穩(wěn)定的狀態(tài)。在正常模式下，若檢測到有人進(jìn)入范圍，LCD顯示人體觸發(fā)報警器的時間；在不報警的工作模式下，則LCD一直顯示初始值00000000；在緊急報警的工作模式下，不管有沒有人進(jìn)入，都會觸發(fā)報警，LCD顯示報警時間。圖3-6顯示電路1.4按鍵電路基于單片機(jī)紅外防盜報警器的設(shè)計共有3個按鍵，采用獨立按鍵模式，每一個按鍵接單片機(jī)的一個I/O端口。每個按鍵都接地，要想電路通行形成回路，則需按下按鍵，使I/O端輸入低電平時，按鍵實現(xiàn)切換設(shè)備報警模式功能的作用。該模塊設(shè)置了三個工作模式：正常模式、不報警模式、緊急模式。按鍵電路如圖3-7所示。圖3-7按鍵電路1.5聲音提示電路基于單片機(jī)的紅外防盜報警器的設(shè)計在聲音提示方面進(jìn)過前文的方案分析，選取的是蜂鳴器提示為該系統(tǒng)電路進(jìn)行服務(wù)。因為蜂鳴器需要的工作電流較大，而僅僅依靠單片機(jī)的I/O口的輸出電流，是不能使蜂鳴器正常工作的，所以在電路原有的基礎(chǔ)上加上三極管。用單片機(jī)驅(qū)動三極管，三極管驅(qū)動蜂鳴器，這樣才能實現(xiàn)對蜂鳴器的控制和驅(qū)動。三極管選擇的是NPN型三極管，連接到蜂鳴器與GND的之間。硬件電路如圖3-8所示。圖3-8聲音提示電路1.6整機(jī)硬件電路整機(jī)電路設(shè)計了三個按鍵控制所選擇的工作模式，引腳P2.7連接一個按鍵，按鍵輸入模擬紅外探測器輸入，當(dāng)按鍵輸入低電平（紅外探測器檢測到人進(jìn)入）時，單片機(jī)接收到信號，之后對輸入的信號進(jìn)行處理操作，通過按鍵選擇工作模式，LCD顯示器對處理的信號進(jìn)行顯示，顯示計時的報警時間，通過蜂鳴器進(jìn)行聲音提示也就是報警。通過復(fù)位按鍵對電路工作模式進(jìn)行刷新。整機(jī)硬件電路如圖3-9所示。 如圖3-9整機(jī)硬件電路2軟件設(shè)計該設(shè)計的軟件方面的控制核心是AT89C51型號的單片機(jī)，它有很多優(yōu)點，比如：穩(wěn)定運行、通用。本設(shè)計使用的軟件是KEIL5，它的執(zhí)行速度快，運用C語言編寫軟件程序。2.1主程序設(shè)計本設(shè)計的主程序采用的思路是先對系統(tǒng)整體方案進(jìn)行分析，了解每個環(huán)節(jié)應(yīng)該什么時候工作的基本情況，再做程序方面的工作，這樣會目標(biāo)清晰，工作效率高。所以要先對總體流程做出大致的流程圖。主要的程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖從流程圖中可以看出，程序開始時需要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括對傳感器的初始化，單片機(jī)引腳聲明以及相關(guān)的宏定義。之后對傳感器進(jìn)行時序的驅(qū)動并接受傳感器發(fā)送來的數(shù)值，并進(jìn)行相關(guān)的算法公式的轉(zhuǎn)換，將最終的數(shù)值利用LCD進(jìn)行顯示。在設(shè)計主程序的時候需要注意的是時序的控制，確定好中斷的優(yōu)先級以及使用方法。在設(shè)計程序的時候需要將子程序都封裝好，這樣主程序設(shè)計時更加方便與可靠。下面是對系統(tǒng)初始化的程序設(shè)計：一些宏定義：單片機(jī)引腳聲明：2.2按鍵子程序設(shè)計本設(shè)備主要的輸入量來自于按鍵輸入。在這一部分設(shè)計的時候，首先按照前文分析的獨立按鍵的模式去進(jìn)行程序的設(shè)計。程序需要掃描按鍵是否按下，如果按下我們第一次不做判斷，而是要進(jìn)行按鍵去抖。接著繼續(xù)進(jìn)行判斷按鍵的具體內(nèi)容，最終實現(xiàn)按鍵功能。流程圖如圖4-2所示。圖4-2按鍵檢測流程圖1、判斷復(fù)位按鍵輸入：2、判斷“正常模式”功能按鍵 的輸入：3、判斷“不報警模式”功能按鍵的輸入：4、判斷“緊急報警”功能按鍵的輸入：2.3中斷子程序設(shè)計中斷響應(yīng)流程圖如圖4-3所示。圖4-3中斷響應(yīng)流程圖中斷是一個單片機(jī)的魅力所在，中斷簡單理解為當(dāng)前系統(tǒng)正在進(jìn)行事件A，但是事件B比事件A更加必要，所以我們要停下事件A，去做事件B。當(dāng)事件B完成后，繼續(xù)做事件A沒完成的部分REF_Ref22210\r\h[8]。在本控制系統(tǒng)中，當(dāng)按鍵突然按下，單片機(jī)進(jìn)入中斷，執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能程序，并在檢測環(huán)節(jié)也用到定時器中斷。2.4LCD顯示子程序設(shè)計LCD顯示當(dāng)前采集的信息，在設(shè)計LCD的單片機(jī)程序部分時，最便捷的最有效的開發(fā)方式是先畫出LCD的流程圖，按照流程圖一步一步的設(shè)計程序，這樣我們的思路會非常清晰，功能也會一目了然，不會出現(xiàn)落下某些重要的顯示信息。LCD的流程如圖4-3所示。流程圖中表明在顯示程序開始時，程序需要判斷顯示的數(shù)據(jù)是在LCD的第幾行和第幾列，之后把顯示的地址寫入到LCD的寄存器中，之后利用判斷語句對顯示內(nèi)容進(jìn)行判斷，如果顯示完全則將顯示內(nèi)容統(tǒng)一顯示到LCD中，