1、毕业设计单片机江苏城市职业学院毕业设计（论文）（ 2014 届 ）设计（论文）题目 基于51单片机红外报警 电路的设计 系 部 信息工程系 专 业 应用电子技术 班 级 11应用电子技术2班 学 号 112106350341 姓 名 起 讫 日 期 2013年11月2014年4月 指导教师 陈雷 陈希 职称 高级工程师 讲师 2014 年 4 月 8 日摘要 本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。本设计包括
2、硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。关键词：单片机；红外传感器；数据采集；报警电路 第一章 绪论1.1本课题的研究的背景以及现实意义近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部
3、分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂，一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 第二章 方案设计2.1 总体设计思路本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。从设计的要
4、求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示：图2-1 总体设计框图2.2 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片
5、可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。2.3 热释电红外传感器简单介绍热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放
6、大，便可驱动各种控制电路2。如图2-3示为热释电红外传感器的内部电路框图。图2-3 热释电红外传感器的内部电路框图2.4 AT89C51单片机的结构 VCC：供电电压 GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 P2口：P2口为一个内部
7、上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次
8、有效的/PSEN信号将不出现。/VP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。图2-4 AT89C5引脚图 第三章 硬件设计3.1 单片机最小系统电路 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.下面给出一个51单片机的最小系统电路图 图3-1 最小系统电路图3.2 热释电红外传感器电路本设计所用的热释感器就采用
9、这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图3-1所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图3-2 热释电红外传感器原理图3.3 放大电路的设计如图5所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。图3-3 放大电路图3.4 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接
10、。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us5。如图6所示为时钟电路。图3-4 时钟电路图3.5 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作6。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us7。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图7示为复位电路。图3-5 复位电路图3.6 发光二极管报警电路的设计 由4个发光二极
11、管接上电阻后连上单片的RXD的5引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用8。图8所示为发光二极管报警电路。图3-6 发光二极管报警电路图3.7 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图9示为声音报警电路。图3-7 声音报警电路图第四章 软件设计4.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图所示；图4-1 主程序工作流程图4.2 中断服务程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过
12、单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图4-2所示；图4-2 中断服务程序工作流程图 第五章 仿真结果及分析本设计通过利用Proteus仿真7，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录B。本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器2带来的低电平信号，可使图中的绿灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮
13、起。本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器1。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。第六章 结束语 通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识
14、，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。并且让我深刻认识到了自己在一些方面上的不足，发现并改正了自己的缺点，让我向着更好的人生之路前进。参考文献 1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报, 2001. 911.2 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.1222.3 余锡存. 单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000.2341.4 唐桃波, 陈玉林. 基于AT89C51的智能无线安防报警器 J. 电子设计应用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利. 单片机原理
15、及接口技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社,2004.3241.6 薛均义, 张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用M. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.4351.7 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.6571.8 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.8799.致 谢 三年的大学生涯转眼间就过去了，当我还在迷惘彷徨的时候，毕业悄悄来临面对毕业设计，当初的自己真的一片茫然，全然不知如何去做。庆幸的是我得到了许多同学和老师的鼎力相助，帮我度过了一个有一个艰难险阻，并助我
16、最终完成了毕业设计。在本次论文的设计过程中，参考了各方面的相关文献资料，使本人对单片机的使用和设计有了更深刻的认识。为了完成这份论文，老师付出了很多心血，耐心指导，认真批改，给予了我很大的帮助，设计过程中，她从多方面进行指导，不断对文章提出建议，使设计更具有可靠性，在此，深表感谢。其次，本人要感谢自己的所有任课老师，感谢他们在大学四年里的关心和培养，并使本人掌握了高深的专业知识和熟练的专业技能。最后，要感谢对这次论文有所帮助的所有老师和同学。我还要感谢我的学校江苏城市职业学院。在这片热土上，我学到了很多的东西，更学会了如何做人，如何与人相处，如何更好地去适应社会。附录A 设计编程程序1. 主程
17、序清单如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H ;指针入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;监测输入信号，是否有输入信号 LA: ACALL DELAY ;延时消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJ
18、MP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1;10S钟定时: MOV 51H,#14H ;10S循环次数 MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定时初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;启动T0 L2:JBC TF0,L1 ;查询记数溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3
19、CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S继续循环 SETB P3.0 ;10s到关闭报警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;报警结束，正常运行绿指示灯亮 LJMP LP ;循环,继续工作 2. 外部中断INTO服务程序： PINT0: CLR EX0 ;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;监测是否有中断输入 LN: LCALL DELAY ;延时消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使报警结束，绿指示灯亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;开放外部中断0 LCALL LP ;在中断继续检测是否有输入信号 LN2: RETI END附录B Proteus仿真原理图
