基于AT89C51单片机的家庭防盗报警系统设计

1、基于单片机的家庭防盗报警系统设计 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传！ 目目 录录 摘 要 .i abstract .ii 1 绪论 .1 1.1 序言 .1 1.1.1 防盗报警系统的构成.1 1.1.2 防盗报警器的分类.2 1.1.3 防盗报警系统在国内外的发展.2 1.1.4 防盗报警系统的发展前景与趋势.3 1.2 设计要求与研究内容 .4 1.2.1 设计要求.4 1.2.2 研究内容.5 2 系统总体设计方案 .5 2.1 方案选择论证 .5 2.2 主控芯片单片机的选择 .7 9jwkffwvg#tym*jginfrared sensor;signal receiving

2、;alarm circuit 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 1 1 绪论 1.1 序言 随着社会经济的飞速发展，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望 拥有舒适的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。这时，传统 的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防 盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以 便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产 不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研 制日益被科研单位和生产厂家所重视。 随着电子通讯技术的飞速发展，单片

3、机以其具有体积小、价格低、集成度高、 性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用 电器等方面得到了广泛应用。因此，利用单片机和一些简单的外围器件来开发种适 合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防盗报警系统，对室内出现入室盗窃等 自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。红外线作为一种不可见 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。 红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电 型红外报警器,还有红外监控无线报警器、超声波防盗报警器、红外线防盗报警器、 高灵敏红外报警器、触摸式延时防盗报警器

4、、 触摸式防盗报警器、红外报警器、 红外线声光报警器等。 为满足现代住宅防盗的需要而设计的基于单片机的家庭防盗报警系统，它在以 前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用 于比较大规模住宅区的防盗。它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可 靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样非常有利于与计算机相连接， 利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来， 方便来访人的查询和保安人员的统一管理。 1.1.1 防盗报警系统的构成 防盗报警系统是用物理方法或电子技术自动探测发生在布防监测区域内的侵入 行为，产生报警信号，并提示值班人员

5、发生报警的区域部位，显示可能采取对策的 系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件， 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 2 就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。 防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系 统等一起构成了安全防范系统。 防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成。控制 器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电 路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时12秒对该端口进行一次扫描确 保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警

6、，同时通过液晶显示器显示 单元显示具体的事发位置。 1.1.2 防盗报警器的分类 报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式 红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、 激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、 声音探测器等许多种类。 报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。 报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面 控报警探测器和空间防范报警探测器。 防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。从防盗探测器与报警主 机的连接方式可分有线与无线。除了

7、以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际 应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同 的安全防范要求。报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各 种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。因 此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。 1.1.3 防盗报警系统在国内外的发展 在我国，家庭智能报警是一项重要内容，报警器应具有多个探测器接口，可接 收红外及微波探测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信 号，然后通过通讯网络将报警信息传送到相关人的通讯设备上，以使灾情得到及时 处理，保护人们的生

8、命财产安全。 国内报警设备主要是在两方面发展较快，一方面是探测器技术和探测器的发展， 一方面是远程报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 3 和微波三种不同的探测技术。但前途的是复合式探技术，即在同一个封装盒里安装 两种以上不同的探测器，两者组合后误报率将会大大降低。 目前我国有关报警系统主要就是无线式系统。它具有安装方便、简单，一次性 投资小的特点，但它存在覆盖面积小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。 但由于此类产品具有体基于彩信的无线红外防盗报警系统的硬件设计.体积小、耗电 低、成本低、功能单一等优点，适合住宅小区的防盗报警。

9、在北美，从上世纪初报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以 寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的 警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报 公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电 报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。 而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方 式得到了前所未有的发展。 目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联 网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集

10、中许多高 科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界排名第一，北美最大的 安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的 业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。到70年代，它对其产业的 整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其 引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警 服务平台。 从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好 的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负 责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。在现代计算机技术、自动

11、控制技术和 现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系 统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理， 标志我国的安防事业进入一个新阶段。 1.1.4 防盗报警系统的发展前景与趋势 传统的机械式家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 4 观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了 会有高空坠物的危险等。因此，作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生， 并日益受到广泛的重视和运用。 数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发 现防

12、盗报警的技术发展趋势：更稳定可靠：如探测器可抗rfi/emi（电磁干扰/射频 干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、 防喷盖、防破坏等；更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求； 更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面；更强大的联网功能；更方便 的扩展性。上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技 术基础上。 1.2 设计要求与研究内容 1.2.1 设计要求 现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生。防盗报警系统是 利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防、探测。当探测器探测到非 法入侵，报警器工作

13、状态变为报警状态，产生报警声。本论文的目的就是设计出一 种符合上述要求的防盗报警系统。本文所研制的报警系统的功能要求如下: 主控芯片：at89c51,工作在 12mhz 时钟频率； 检测信号：采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接 使用，增加报警可靠性，下降沿触发，低电平保持宽度 1ms，监测负载 600； 输入通道：16 路监测信号，220v 交流电源输入； 报警方式：声光报警，蜂鸣器和 led； 显示方式：2*16 字符液晶显示，led 电源指示，led 报警显示； 输入方式：4*4 矩阵键盘和系统复位独立按键； 系统电源：工作电源 220v 交流输入，3.6v 备用电

14、源； 相关功能：正常情况下显示当前时间，时间可调；实时对 16 路输入信号异常产 生声光报警，并显示当前异常通道和产生异常时间并记录相应时间，报警时长可调 （0198s，199 不自动停止） ，每通道能够记录 2 次异常时间（最早和最新时间） ； 具有记录查询和删除功能，能够查询每路历史异常记录，并能删除记录 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 5 系统对自身部分数据处理错误能产生提示。 1.2.2 研究内容 本课题需要研究的内容主要有以下几个方面： 根据系统功能要求且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。该方案采 用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。 系统硬件设计包括芯片的选型

15、、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。 主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、传感器的选择、报警电路的设计。 下面分3章从系统总体的方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计对本设计 做详细的介绍。 2 系统总体设计方案 2.1 方案选择论证 该系统设计方案有以下两种： 方案一：显示方式采用数码显示，占用 i/o 较多，体积较大，采用扫描显示占 用机时，采用静态显示则需要更多芯片；数据存储直接利用单片机内部 ram 存储 记录数据；按键方式采用中断矩阵键盘，相同按键占用 i/o 口较少，中断方式不占 用多余机时，但多占用一位中断口；16 路信号检测方式采用扫描检测，占用机器周 期，存在扫描

16、间隔时间，而且需多出扫描子程序；时间运行方式采用单片机内部定 时中断计时，存在加大误差，而且完成日的处理程序复杂。 方案二：显示方式采用 1602 液晶显示模块，仅需 8 位数据线和 3 位控制线，占 用 i/o 口较少，而且能显示字符，显示位数更多，不需要其余外围芯片；数据存储 利用外扩存储器；按键方式采用扫描矩阵键盘，相同按键占用 i/o 口较少，扫描键 盘占用机时；16 路信号检测方式采用中断方式，能及时发现并处理异常，主程序以 及子程序省掉相关扫描子程序；时间运行方式采用外部时钟芯片，误差小，能够够 自动校正日期。 通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择

17、方案二。因为本系统要存储每路两次报警历史记录，每次记录占用 7 字节空间，则 共需要 224b 地址空间，at89c51 内部仅 128b 内存空间，需要外扩存储器。此处选 择外扩 at24c02 可擦除存储器，具有 256b 存储空间，采用 i2c 总线方式，仅占用 2 位 i/o 口。采用扫描式 4*4 扫矩阵键盘，仅当需要输入时扫描键盘。采用中断方式 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 6 监测 16 路信号，当信号发生异常时，进入中断，扫描 16 路检测信号输入状况，并 对信号进行计算处理，判断异常通道号，并记录相关数据，然后出发报警中断，进 行报警提示。采用外部时钟芯片精确计时，单片机

18、定时中断同时计时，每过 24 点自 动从外部时钟芯片 ds1302 校准时间。 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、信号放大处理、 人工键盘控制、报警执行、报警显示等子模块。系统电路结构可划分为：传感器检 测、报警执行电路、单片机控制电路、lcd 控制显示电路及相关的控制管理软件组 成。用户终端完成信息采集、数据处理、数据传送、功能设定、本地报警、本地显 示等功能。从系统设计的要求来分析该设计构成框图如图 21 所示： 信号检测电路 键盘 时钟电路 外扩存储电路 单片机 at89c51 led 发光报警 蜂鸣器报警 lcd 显示 图 21 总体设计框图 整个系统由 at89c

19、51、键盘、lcd 显示屏、ds1302 时钟芯片、at24c02 存储 芯片、检测信号输入、声光报警电路组成。通过结构框图系统可看出：以 at89c51 为系统中心，单片机与 at24c02 交换历史记录信息，从 ds1302 获得校准时间，通 过 4*4 矩阵键盘扫描输入相关信息，通过 lcd 显示屏显示相关信息，检测信号异 常时对单片机申请中断，单片机通过相关处理产生异常信息，通过声光报警（蜂鸣 器，报警指示灯） 。 本系统电源可采用 220v 交流电输入，也可直接提供 5v 电源，ds1302 可根据 需要提供备用电源（3.6v 纽扣电池或者大电容） 。系统的单片机时钟采用 12mhz

20、 晶 振；4*4 矩阵键盘输入行线接入 p1.0p1.3 口，列线接入 p1.4p1.7 口；时钟芯片 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 7 ds1302 时钟 sclk 引脚接 mcu p1.6 口，复位 rst 引脚接 p1.7 口，数据 i/o 引脚 接 p3.6 口；at24c02 为 i2c 双总线传输方式，时钟信号 sck 接 p2.2 口，数据线 sda 接 p2.3 口；p3.4 口接报警系统的蜂鸣器驱动，蜂鸣器采用三极管驱动，并联续 流二极管防止三级管击穿；p3.7 口接报警系统的报警指示灯。单片机的 p0 口做数据 输入输出口；lcd 的数据输入、输出和 16 路检测信号的

21、输入都经过 p0 口，lcd 三 位控制线分别连接 p2.5、p2.6、p2.7；16 路监测信号经过 74ls373 锁存输入给单片 机。 2.2 主控芯片单片机的选择 所谓单片机就是一块芯片上集成了 cpu、rom、ram、定时/计数器和多种 i/o 接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比较，它在 硬件结构、指令设置上均有其独到之处。 单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：体积小，成本低，运用灵活， 易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化； 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更佳的性能 价格比；抗干

22、扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作， 这是其他机种无法比拟的；实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠 性大为提高。 at89c51 是一种带 4kb flash 存储器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低电压、高性能 cmos 8 位微处理器，俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 atmel 高密度非易 失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将 多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中，at

23、mel 的 at89c51 是一种高 效微控制器。at89c51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的 方案。故此设计采用 at89c51。 2.3 传感器的选择 2.3.1 常见的几种红外传感器介绍 红外探测器 红外探测器按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。 热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 8 测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。 多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变 化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量

24、变化。 红外测温产品 50 多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供 最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国 的 heitronics 以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流 的红外测温产品供应者而受到信任。 人体热释电红外传感器 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛， 因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 无线红外传感器 无线红外传感器又名无线红外探测器，无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国 军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控

25、制， 自动温度补偿、微电流省耗、无误报、无漏报、探测距离远、工作稳定、性能可靠、 外形精巧、美观大方。机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加 省电的效果。它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测 器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。它是目前可靠性 较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理 ic。高频发射部分 采用最新声表面（s）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏 度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。 总而言之，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为，如人体的移动、 物体的震动、玻璃

26、的破碎和门窗的开关等，系统将所得的信号进行逻辑判断，发出 警报。常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门磁） 、震动开关、被动红外探测 器（pir） 、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。这些传感器不仅可以对室内的门、 窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监测，而且还能对家中的火 警进行监测。在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动的功能，以发现家中是 否有偷窃等异常情况。这些器件有效地为控制单元传送现场的资料，提供报警控制。 而本设计采用由热释电红外线传感器和振动位移传感器构成的复合式传感器，通过 探测人体特有的红外线和人体的运动来检测盗情。 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 9 2

27、.3.2 热释电红外传感器的原理 热释电红外(pir)传感器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大，便 可驱动各种控制电路。其工作电路原理及设计电路如图 22 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。 rs y2 y1 r1 r2

28、c2 c1 r3 r4 q2 npn q1 fet vccvcc 3v12v out 图 22 热释电红外传感器原理图 热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。其内部的热电元 由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成， 其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在 工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接 触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。 设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀

29、上金属电极，然后加 电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的， 因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 2.3.3 热释电红外传感器的选定 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 10 目前常用的热释电红外传感器型号主要有 p228、lhi958、lhi954、re200b、 等。热释电红外传感器通常采用 3 引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（内部 开关管 d 极，drain)、信号输出端（内部开关管 s 极，source）、接地端 （ground)。本设计传感器采用双元热释电红外传感器 re200b，该传感器翻用热 释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用

30、双灵敏元互补方法抑制干扰， 以提高传感器的工作温度。传感器 re200b 内部电路图如下：d 脚接工作电压，其 工作电压低且范围宽（2.2-15v）；s 脚为输出源极电压；gnd 脚为接地。如图 2 3 所示，为热释电红外传感器 re200b 的内部电路框图。 图 23 热释电红外传感器 re200b 的内部电路框图 热释电红外传感器 re200b 的主要工作参数： 工作电压：常用工作电压范围为 315v； 工作波长：通常为 7.514um； 源极电压：通常为 0.41.1v，r 约为 47k； 输出信号电压：通常大于 2.0v； 检测距离：检测距离约为 610m； 水平角度：约为 120；

31、工作温度范围：-1040。 2.3.4 振动位移传感器的选定 本系统采用nd1型振动位移传感器，它是一种集振动和位移于一体的全方位 传感器。它的技术指标及参数见表21。其内部采用先进的固态加速度检测器件， 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 11 对外来振动十分敏感。图24是nd1型振动位移传感器的内部组成框图，它由振 动和位移传感元件、灵敏度限制电路、检测控制电路、延时电路和输出级等构成。 由于器件内部集成度很高,外围电路相当简单，图中的c是延时控制电容，取值 越大，延时就越长，反之则越短，一般取值0.1uf10uf，这里取值为4.7uf。当人 体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时

32、，当人体停止运动时，输出 转为低电平。r是外接灵敏度设定电阻，取值在51k100k之间，阻值越大，灵敏度 就越高，此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。 图24 nd1型振动位移传感器的内部 表21 振动位移传感器技术指标及参数 2.4 显示器工作原理及其选择 led 数码管在单片机系统中应用非常普遍，其由发光二极管组成。led 数码管 有静态和动态两种方法。 所谓静态显示就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二级管恒定地导通 或截止。这种显示方式每一位都需要有一个 8 位输出口控制，静态显示时，较小的 电流就可以得到较高的亮度且字符不闪烁，所以可以采用 8255a 的输出口直接驱动。 当显

33、示器位数较少时采用静态显示的方法是适合的。当位数较多是，用静态显示所 工作电压静态电流灵敏 度 检测方 向 位移检测依 据 工作温度体积 3v12v3v 时 500 毫 安 0.1g全向加速度3065 122232m m 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 12 需 i/o 口太多，一般采用动态显示方法。 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描） ，对于显示器的每 一位来说，每隔一段时间点亮一次。利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但 必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。显示的亮度既与导通电流有关，也与点 亮时间和间隔时间有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若

34、 显示的位数不大于 8 位，则控制显示器公共位只需要一个 i/o 口（称为扫描口） ，控 制显示器的各位所显示的字型也需一个 8 位口（称为段数据口） ，为了防止闪烁，显 示的时间在 12ms。 lcd 是低电压驱动，极微小功耗，与 cmos 功耗电路可直接匹配，此外其极薄 的扁平结构在极亮的环境光下使用，以及信息容量大，生产容易等，都充分显示了 它的优越性能。但是液晶显示一个最大的缺点，是工作温度范围较窄，特别是低湿 范围不够，液晶显示器不宜施加直流电压，一般来说，使用液晶显示信息，需要液 晶材料或器件，相应的驱动系统和控制系统三者统一。但在本设计中需要使用液晶 显示。 1602lcd 主要

35、技术参数：显示容量为 162 个字符；芯片工作电压为 4.55.5v；工作电流为 2.0ma(5.0v)；模块最佳工作电压为 5.0v；字符尺寸为 2.954.35(wh)mm。 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块， 能够同时显示 16x02（2 行，每行 16 个）即 32 个字符，如图 25 为 lcd1602 引脚 排列图： 1 脚：vss 为电源地。 2 脚：vcc 接 5v 电源正极。 3 脚：v0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对 比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10k 的电位器调整对

36、比度） 。 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平选择指令寄存器。 5 脚：rw 为读写信号线，高电平读操作，低电平写操作。 6 脚：e(或 en)端为使能端。 714 脚：db0db7 为 8 位双向数据端。 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 13 1516 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极，16 脚背光负极。 图 25 lcd1602 2.5 时钟芯片 ds1302 的介绍 ds1302 是一种高性能、低功耗、带 ram 的实时时钟芯片，它可以对年、月、 日、周、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5v5.5v。 采用三线接口与 cpu 进行同

37、步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信 号或 ram 数据。具有主电源/后备电源双电源引脚，同时提供对备用电源进行涓细 电流充电的能力。 ds1302 引脚排列如图 26 所示： 1、8 脚：vcc2 为主电源 vcc1 为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保 持时钟的连续运行；ds1302 由 vcc1 或 vcc2 两者中的较大者供电；当 vcc2 大 于 vcc1+0.2v 时，vcc2 给 ds1302 供电。当 vcc2 小于 vcc1 时，ds1302 由 vcc1 供电。 2、3 脚：x1 和 x2 是振荡源，外接 32.768khz 晶振。 5 脚：rst 是复位/

38、片选线，通过把 rst 输入驱动置高电平来启动所有的数据传 送。rst 输入有两种功能：rst 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器； rst 能终止单字节或多字节数据的传送。当 rst 为高电平时，所有的数据传送被初 始化，允许对 ds1302 进行操作。传送过程中 rst 置为低电平，终止此次数据传送， i/o 变为高阻态。上电运行时，vcc2.0v 之前，rst 必须保持低电平。只有 sclk 为低电平，才能将 rst 置为高电平。 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 14 6 脚：i/o 为串行数据输入输出端(双向)。 7 脚：sclk 为时钟输入端。 图 26 ds1302

39、2.6 外扩存储器 at24c02 的介绍 at24c02 为 2k 位串行 cmos eeprom，内部含有 256 个 8 位字节，有一个 16 字节页写缓冲器。该器件通过 i2c 总线接口进行数据和地址的传输，总线数据传送 协议 i2c 规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收数据的器 件为接收器，数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的，主 器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据的模式，通过 器件地址输入端 a0、a1 和 a2 可以实现将最多 8 个 at24c02 器件连接到总线上。 如图 27 为 at24c02 引脚排列图：

40、 1、2、3 脚：器件地址输入端。输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，悬 空时默认值为 0。当使用 at24c02 时最大可级联 8 个器件。 5 脚：sda 串行数据/地址。双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或 接收，sda 是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或 （wire-or） 。 6 脚：scl 串行时钟。串行时钟脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟。 7 脚：wp 写保护。wp 管脚连接到 vcc，内容都被写保护为只读。当 wp 管 脚连接到 gnd 或悬空允许器件进行正常的读/写操作。 at24c02 的极限参数：工作温度工业级-55+125；

41、商业级 0 +75；贮 存温度-65+150；各管脚承受电压-2.0+2.0v；vcc 管脚承受电压-2.0 +7.0v；封装功率损耗（ta=25）1.0w；焊接温度(10 秒) 300；输出短路电流 100ma。at24c02 的特性如下：数据线上的看门狗定时器；可编程复位门栏电平； 高数据传送速率为 400khz 和 1c 总线兼容；2.7v 至 7v 的工作电压；低功耗 cmos 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 15 工艺；16 字节页写缓冲区；片内防误擦除写保护；高低电平复位信号输出；100 万 次擦写周期；数据保存可达 100 年；商业级、工业级和汽车温度范围。 图 27 at24

42、c02 3 系统硬件设计 3.1 用户端探测器设计 本系统采用复合式传感器对每路的信号进行检测。此传感器由一个热释电红外 探测器和一个振动位移传感器构成，两个传感器通过一个或非门连在一起，任何一 个传感器接收到报警信号，单片机都会做出反应。这样的设计增加了安全性，减少 了漏报的可能性。对于每一路的信号探测输入电路如图 31 所示。而 16 路检测信 号用到了 2 片 4 输入双与非门 74ls20 和 4 输入或非门 74ls25，每 4 路信号相与取 非后对 4 路与非门输出取或非。检测信号正常情况下为高电平，当一路或者多路信 号异常，即跳低电平时，或非门输出低电平，下降沿对外部中断 0 申

43、请中断，同时 74ls373 le 端低电平锁存 dn 端信号。外部中断 0 中断程序扫描 p2.0、p2.1，分别 置低电平，74ls373 为 oc 低电平时，qn 端输出锁存的信号。16 路检测信号输入电 路的设计如图 32 所示。 s gd 1 2 3 传传传传 47u c4 vcc2 47u c5 10k r11 10k r12 gnd c6 47ugnd 1 2 3 4 5 传传传传传传传 q2 9014 c19 10u56kr19 gnd vcc 200k r0 2 3 1 u5a 74ls02 图 31 检测信号电路的设计 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 16 oc 1 c

44、11 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 8d 18 8q 19 u6 74ls373 oc 1 c 11 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 8d 18 8q 19 u7 74ls373 g 3 a 1 b 2 c 4 d 5 y 6 74ls25 1y 6 2y 8 1a 1 1b 2 1c 4 1d 5 nc 3 gnd 7 2a 9 2b 10 2c 12

45、2d 13 vcc 14 nc 11 74ls20 1y 6 2y 8 1a 1 1b 2 1c 4 1d 5 nc 3 gnd 7 2a 9 2b 10 2c 12 2d 13 vcc 14 nc 11 74ls20 1 2 3 4 5 6 7 8 gnd xp1 gnd 1 2 3 4 5 6 7 8 gnd xp2 gnd vcc p2.0 p2.1 vcc gnd vcc gnd gnd vcc 1k*16 1k*8 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.7 p0.0 into 8传传传传传传传传 传8传传传传传传传传 图 32 16 路检测信号输入电路的设

46、计 3.2 lcd 显示电路设计 lcd 显示器的种类繁多，安排列形状可分为字段型、点阵字符型和点阵图形型。 在单片机应用系统中，常使用点阵字符型 lcd 显示器。液晶显示的原理是利用液晶 的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出 图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色 显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、pda 移动通信工具 等众多领域。lcd 显示电路结构如图 33 所示。1602 的驱动程序包含读显示模块 状态（duzt） 、读数据(dusj)、写状态(xiezt)和写数据(xiesj)，接口为 a。

47、基于单片机的家庭防盗报警系统设计 17 p0.1 p0.2 p0.3 p0.4 p0.5 p0.6 p0.0 p0.7 gnd 1 vcc 2 vo 3 rs 4 r/w 5 en 6 d0 7 d1 8 d2 9 d3 10 d4 11 d5 12 d6 13 d7 14 bgvcc 15 bggnd 16 u4 lcd1602 vcc gnd p2.7 p2.6 p2.5 rp vcc gnd vcc gnd 图 33 lcd 显示电路图 3.3 报警执行电路设计 针对声光报警实现，设计了一种实用化的基于单片机 at89c51 的报警执行电路。 此电路接受单片机传送来的电平信号，驱动声光报

48、警从而达到报警效果。采用红色 发光二极管和压电式蜂鸣器完成声光报警。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电 蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。当接通电源后,多谐振荡器起振,输出 1.52.5khz 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 驱动电路通过 p3.4 口将高电平信号送至放大电路然后传给蜂鸣器，从而达到声 音报警的效果。驱动电路又通过 p3.7 口将低电平信号送至红色发光二极管的阴极， 从而达到光报警的效果。声光报警电路结构如图 34 所示。 vcc1 传传传 4k r6 q5 npn gnd gnd p3.4 speaker 4k r7 d3 vcc d4 d9 d8 d7 l

49、ed传 led传 led传 led传 220 r17 220 r8 220 r9 220 r10 vcc p3.7 图 34 报警执行电路图 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 18 3.4 时钟电路设计 为实现精确的时钟功能并节省单片机 i/o 口资源，该设计使用专用的接口方式 为串行的时钟芯片 ds1302，该芯片线路简单、体积小、易于操作，且价格低廉。 ds1302 与单片机之间能简单的采用同步串行方式进行通信，仅需用到三个口线： rst，i/o，sclk。x1 和 x2 是振荡源，外接 32.768khz 晶振。rst 是复位/片 选线，通过把 rst 输入驱动置高电平来启动所有的数据传

50、送。 rst 输入有两种 功能：首先， rst 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， rst 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当rst 为高电平时，所有的数 据传送被初始化，允许对 ds1302 进行操作。如果在传送过程中 rst 置为低电 平，则会终止此次数据传送， i/o 引脚变为高阻态。上电运行时，在 vcc2.0v 之前，rst 必须保持低电平。只有在 sclk 为低电平时，才能将 rst 置为高电 平。ds1302 存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。 ds1302 可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实 现数据与出现

51、该数据的时间同时记录。 ds1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟 信息时功率小于 1mw。如图 35 所示时钟电路。ds1302 驱动程序分为读时间 （get1302）和设置时间（set1302）,时间数据直接放入内存 40h47h 或者从内 存 40h47h 读取。 gnd 22pf c11 12 332768hz xtal 22pf c12 gnd vcc p1.6 p3.6 p1.7 3.6v bt2 gnd vcc x1sclk vcc x2 gnd ds1302 io 10 11 12 13 14 15 16 rst 17 图 35 时钟电路图 3.5 晶振与复位电路设计 通过振

52、荡得到一个稳定的时钟频率。利用中断方式可以实现报警持续时间未到 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 19 10 秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。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。有余输入至内部时钟信号要通过一个 二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电 平要求的宽度。 复位则是通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复 位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出 错或由于操作错

53、误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。单片机在时 钟电路工作以后, 在 rst 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。 例如使用晶振频率为 12mhz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。 “看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监 控，防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路8。晶振与复位电路如图 36 所示。 y1 12m hz 12 c10 30p 12 c9 30p gnd x1x2 220 r3 sb17vcc gnd 4k r4 30u c3 rs

54、t ea 图 36 晶振与复位电路图 3.6 电源电路设计 本系统电源电路原理图如图 37 所示，系统的电源采用 220v 交流供电。电网 的 220v 交流电经桥路整流，电容滤波，送入 7805、7809 和 7812 的输入端，最后 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 20 输出 5v、9v 和 12v 的直流电。在电源的两端并联的大电容和小电容起滤波作用。 大电容是滤除低频，小电容是滤除高频。在其两端再并入同系列的大小电容可获得 很宽频率范围的滤波特性。 下面对三端集成稳压器的作简单的介绍。输出电压固定的三端集成稳压器 7800 系列组成的电源,cw7800/cw78m00/cw78l00

55、 系列的最后两位数字表示该集成稳压 器的输出电压值。这类集成稳压器的输出电压有 5v、6v、9v 和 24v 等几种。其输 出电压的偏差在2%以内。若考虑输出电流的要求，则在 1.5a 以内的,应选用 cw7800 系列的;在 0.5a 以内的,选用 cwm00 系列的;小于 100ma 的,选用 cw78l00 系列10。有正电压输出的 78lxx 系列的基本电路有：启动电路、基准电压电路、取 样比较放大电路和调整电路、保护电路这些部分组成。 12 c14 0.1u vinvout ref u27812 12 c15 0.1u c13 2200u c16 100u gnd t d6 220v

56、 vinvout ref u37805vcc 12 c23 0.1u c24 100u vinvout ref u47809 12 c29 0.1u c22 100u vcc1 vcc2 图 37 电源的电路结构 3.7 外扩存储电路设计 at24c02 数据/地址的传输遵循 i2c 协议，i2c 协议为双总线方式，其对时序有 严格的要求。如图 39 为读/写周期的时序图，当对 at24c02 进行读写操作时，首 先向总线发起始命令（拉低 sda） ，然后向总线发送芯片地址，相应芯片收到呼叫 后将返回应答信号，每次向芯片写数据/地址后都应检查应答信号，然后发送片内地 址，对芯片进行读写操作，操

57、作完成后发送结束信号（scl 高电平时拉高 sda） 。 对 at24c02 读写的程序工作在第 3 组寄存器状态，分为读 7 字节（r_7da） 、写 7 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 21 字节（w_7da） ，输入输出参数为：10h 存放 i2c 操作数据首地址 11h 存放 mcu 操作数据首地址，和读 1 字节（r_by，参数：r0 存放 i2c 数据地址, a 存放结果） 、 写 1 字节（r_by ，参数：r0 存放 i2c 地址，r2 存放写入的数据） 。 at24c02 的 电路结构图如 38 所示。 p2.2 p2.3 wp 7 a0 1 a1 2 a2 3 sck 6

58、 vcc 8 gnd 4sda 5 u5 at24c02 gnd vcc 图 38 at24c02 的电路结构 图 39 读/写周期时序 图 310 数据有效时序 图 311 起始/停止定义 图 312 输出应答 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 22 3.8 键盘电路设计 4*4 矩阵键盘电路结构如图 313，相对应的按键的键值如表 31，4*4 矩阵键 盘按键的功能如图 314。键盘采用扫描方式，当需要输入时调用键盘子程序扫描 键盘，判断是否有按键按下并判断键值，并将键值放入寄存器 r4 。若没有按键按 下，则按键为空，相对应键值为 16。 sb1sb2sb3sb4 sb5sb6sb7sb

59、8 sb9sb10sb11sb12 sb13sb14sb15sb16 p1.0 p1.1 p1.2 p1.3 p1.5p1.4p1.6p1.7 图 313 键盘电路结构 789调时 456设置/删除 123返回 0确认 图 314 键盘功能 表 31 对应的按键的键值 s4/7s3/8s2/9s1/15 s8/4s7/5s6/6s5/14 s12/1s11/2s10/3s9/13 s16/10s15/0s14/11s13/12 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 23 4 系统软件设计 4.1 软件设计分析 软件是系统的指挥中心，由它来配合控制完成各种预定功能。为了充分发挥 at89c51 优越

60、的性能价格比，在设计上尽量做到硬件“软化”，进一步体现软件编程 的灵活性，使系统硬件设计得到简化。系统软件采用 mcs-51 单片机汇编语言编写， 采用了模块化结构设计。为增强系统的实时性，对那些偶然事件采用中断方式处理， 主程序主要用于系统的控制和管理。 软件设计时，首先是做好准备工作，即读出每个按键的键值，并检查数码管是 否可以正确显示所有数字。电路设计时是按模块设计的，软件设计也一样，采用中 断子程序方式，首先编写大概的主程序，然后理出所需设计的子程序并逐个分析和 设计子程序，编写出子程序后应给予编译检查错误，若有错误再更正，直到通过编 译即没有语法错误，等每个子程序编写完以后，再修改主