【电气设计自动化论文】用于实验室的智能防盗报警设计
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智能防盗报警
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本科毕业论文（设计）开题报告学号 姓名指导教师题目用于实验室的智能防盗报警设计课题内容： 本文详细介绍了一种基于单片机和EEPROM的防盗报警控制器的设计。 以下对该系统所涉及的原理和应用到的技术，如：单片机技术、Keil技术、Proteus等做了简要的介绍。随着社会的不断发展，人们对室内财产的安全要求也越来越高，而比较普遍的防盗措施是安装防盗报警装置，而防盗报警器的控制电路和控制程序在整个防盗报警装置中处于重要地位。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，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，使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。 防盗报警系统通常由:探测器和传输通道、报警控制器、报警装置三部分构成。报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置。传输通道是探测器与警控制器的之间的信道，用来传输探测器的信号给报警控制电路。报警装置则是采用声、光、电等信号采取的报警措施。报警控制器经过分析探测器传来的信号，驱动报警装置，做出相应的处理。随着科学技术的进步，为对付不断升级的偷盗手段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器。l 第一代是机械式防盗器l 第二代是电子式防盗器l 第三代是芯片式数码防盗器l 第四代是网络防盗系统采用不同原理的探测器、报警器就可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。而报警控制器则相对统一，变化不大，但又处于整个报警系统的重要地位。没有报警控制器则无法对探测器的信号进行分析处理，同时无法控制报警装置发出报警信号。课题关键问题及难点：1.选择合适的传感器模块。2.人体感应红外模块将检测的信号输送到单片机。3.单片机对输送信号计数并通过数码管显示不同字母.拟采取的方式、方法及计划进程安排：实验室防盗报警器主要是由人体感应模块、中央控制单元、数码管显示单元、按键电路、报警电路和电源电路等部分组成。系统的组成结构如下：系统总体设计方案划分功能模块.第一部分是红外人体感应器；第二部分是主机(含显示器,处理器,报警器等)；按键控制（对防盗器实行布防和撤防以及测试)。其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、报警电路等等。最后就是软件的设计，软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原理为前提来设计的。通过对比本设计采用被动式检测，用人体感应模块采集入侵者信息，利用单片机处理，最后显示并报警。参考文献：1焦玉全 俞伟钧 等主编 .MCS-51单片机原理及应用M.东南大学出版社，2010.2雷伏容 张小林 崔浩 编著 .51单片机常用模块设计查询手册M.清华大学出版社，2010.3楼然苗 李光飞 编著.51系列单片机设计实例M.北京航天航空大学出版社，2003.4黄继昌 乔苏文 等编著.实用报警电路M.人民邮电出版社，2005.5安防系统语音新秀WT588D.电子制作J，2009，（05）.6孙华 李扬.热释电红外传感器原理及其应用N.内江科技，2010，（12）.7康华光.电子技术基础M.北京:高等教育出版社，1988. 8刘迎春.MCS-51单片机原理及应用教程M. 北京:清华大学出版社，1996.9阎石.数字电路技术基础M.北京:高等教育出版社,1998.10刘琰,李辉，顾亮.射频识别技术软硬件系统研制J. 电子技术，2004,14(3):29.11陈星.无线通信集成电路与单片无线收发集成电路及无线数据通信IC高级技术M.北京:北京电子科技出版社,2006.指导教师意见：教师签名： 年 月 日指导小组(教研室)意见：组长签名： 年 月 日本科毕业论文（设计）中期报告（学生填写）学号姓名指导教师题目用于实验室的智能防盗报警设计（简述开题以来工作进展和成效、存在的问题、下一步计划与安排） 从开题以来，论文基本完成，剩下的需要再稍加修改，程序的编写，原理图，PCB图，仿真图都已经做出来，实物图也可以运行了。 现在存在的问题是，论文需要修改，不断地完善。下一步计划是查阅资料，完善论文，然后再检查该设计是否能够更加完善，软件编写能否再使用其他的软件来是实现。，并逐步完善其功能，使其更人性化。指导教师意见：教师签名： 月 日指导小组(教研室)意见：组长签名： 月 日本科毕业论文（设计）指导记录（指导教师、学生共同填写）学号姓名指导教师题目用于实验室的智能防盗报警设计第1次指导 时间：2014.11.5 地点：躬行楼实验室 指导形式：面谈 指导老师通知毕业设计相关事宜，包括对于老师的选择，毕业设计的方向，选择等给予一定的指导性意见和建议。第2次指导 时间：2014.11.19 地点：躬行楼实验室 指导形式：面谈根据第一次指导，通过老师的建议对毕业设计题目进行选取，在选择自己有兴趣的课题时，还要确定自己要跟的老师，以后就跟那个老师进行毕业设计。第3次指导 时间：2014.12.10 地点：躬行楼实验室 指导形式：面谈老师根据我们每个人选择的题目不同，进行任务的布置。明确指出首先要设计出原理图，根据原理图画出其PCB图，按老师的指导完成自己的任务。第4次指导 时间：2015.1.7 地点：躬行楼实验室 指导形式：面谈写开题报告。明确对自己所要设计的实验的要求，知道先做什么再做什么，了解大体方针，不至于连干什么都不清楚。第5次指导 时间：2015.3.11 地点：躬行楼实验室 指导形式：面谈经过两个多月的学习与研究，画出原理图、仿真图和PCB图，在编写程序的过程中遇到了困难，部分的程序基本编写完成，并确定下次的进度是论文的编写，以及实物的焊接。第6次指导 时间：2015.3.25 地点：博约楼105 指导形式：面谈完成论文初稿的编写和对实物的焊接，并且解决在前阶段遗留下来的问题。论文初稿主要是按照模板进行编写，大体的结构要出来，并且准备下次预答辩。第7次指导 时间：2015.4.15 地点： 指导形式：面谈本次主要是进行预答辩，熟悉正式答辩的流程。检查和毕业论文相关是否已经基本的完成，包括原理、仿真图、PCB图、论文、实物。其中这一阶段主要根据老师提出相应的问题对论文的内容和论文的格式修改。第8次指导 时间：2015.4.22 地点： 指导形式：面谈本次主要是进行指导答辩，首先是检查上一阶段的任务，论文格式和内容的修改，论文的查重。其次是答辩PPT的制作，要多图少字，直观简洁。学生签名： 教师签名： 7 本科毕业论文（设计）本科毕业论文（设计） (2015(2015 届届) ) 用于实验室的智能防盗报警设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 指导教师 副教授 年 5 月 学号： I 目目 录录 目目 录录.I 摘要摘要.I ABSTRACTIII 1 绪论绪论.4 1.1 研究的背景.4 1.2 研究的内容与意义4 2 智能防盗系统设计原理智能防盗系统设计原理4 2.1 单片机概述.4 2.2 热释电红外传感器1 3.硬件系统设计硬件系统设计2 3.1 时钟电路的设计.3 3.2 复位电路的设计4 3.4 电源模块设计4 3.3 红外信号采集及其处理5 3.5 声光报警电路的设计.5 3.6 数码管模块的设计6 3.7 硬件电路的选择及说明6 4. 程序设计程序设计7 4.1 主程序设计7 4.2 中断子程序设计8 4.3 显示子程序设计.9 4.4 报警子程序设计.9 5 系统仿真系统仿真10 6 6.系统分析与调试系统分析与调试11 参考文献参考文献.15 附录附录 A：系统原理图：系统原理图.16 附录附录 B：系统：系统 PCB 图图.17 附录附录 C：系统仿真图：系统仿真图.18 附录附录 D：系统源程序：系统源程序.19 II 摘要摘要 随着信息科技的快速发展以及高校实验室实验仪器水平的大幅度提高，同时，人 们的保护财产意识不断增强，更加智能化的防盗措施逐渐被提上了日程，防盗报警系 统应运而生。 本文设计了用于实验室的热释电红外防盗报警系统。本系统以 89C51 为核心，配 以多种功能模块来实现实验室日常运作中的防盗报警需求，本系统采用的传感器为热 释电红外传感器，它具有安装简单,成本低廉,且不易被发现等优点,所以也被广泛应用 于其它领域。该系统主要包括热释电红外传感器模块、报警器电路、单片机控制电路 等。自动检测功能由红外传感器模块实现，当有不法分子被此红外侦测电路发现时时， 红外传感器会立即将侦测到的信号经过处理后传送给单片机，主机判断信号后再决定 是否驱动报警电路。报警功能由蜂鸣器发声装置实现，并配以指示灯闪烁报警。该系 统的主要工作原理是用红外探头检测人体信号,信号经过电路放大处理后于主机,再由 主机判断并决定是否发送报警信号并驱动报警电路进行声光报警,从未达到智能报警与 防盗的效果. 关键词关键词：防盗报警，红外探测，声光报警 III Abstract With the rapid development of communication technique and great improvement of laboratory experimental instrument. At the same time, as the increasing of protecting awareness, security measures have gradually been put on the agenda. Anti-theft alarm system came into being. A kind of intelligent infrared anti-theft alarm system is designed for residential area. In order to meet the security needs of laboratory, this system with various function modules cores with microcontroller 89C51. This system used hydroelectric infrared sensor，it also has some advantages such as easy making, low cost, convenient installation, strong anti- interference ability, high sensitivity, and a more hidden installation and difficult to found. This system includes infrared detecting circuit, LCD control circuit, sound and light alarm circuit and MCU control circuit. Automatic detection can be completed by infrared detecting circuit. When theft is detected, the signal produced by infrared sensor will be transmitted to the signal processing module, and then this circuit sends the signal received to the main circuit which will judge it and drive the alarm module. Alarm function is realized by audible devices as buzzer. This system detects the infrared signal of human body by infrared sensor, so it has the alarming function. This system meets the need of anti-theft and alarm in peoples daily live. KEY WORDS：anti-theft and alarm, infrared detecting, sound and light alarm 4 1 绪论绪论 1.11.1 研究的背景研究的背景 家居防盗报警器的发展主要是基于传感器之上， 所以有必要先谈谈红外传感器 的发展状况。而传感器技术是 21 世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点， 各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从 20 世纪 80 年代起， 日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列 为国家科技和国防技术发展的重点。从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了 高速发展。 传统的防盗报警器都是检测到有盗情的时候只在本地发出警报声音，内部没有 控制器，易被破坏失效，安装，扩展也不方便。本文设计的家居防盗报警器利用单 片机控制，功能强大，并且易于扩展成多用途的智能家居系统。 本家居防盗报警器主要由红外人体感应模块和单片机组成。感应部分可以配以 不同探头，如门磁、烟雾、风雨探头、热释电探头、温度探头等，可以实现防盗、 防火、防水等多功能报警，安装使用非常方便！ 无论是基于那种方式的防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，经电 路放大，并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警 电路,从而达到防盗的效果。 1.21.2 研究的内容研究的内容与意义与意义 首先是为系统总体设计方案划分功能模块.第一部分是红外人体感应器；第二部 分是主机(含显示器,处理器,报警器等)；按键控制（对防盗器实行布防和撤防以及测 试)。其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、 报警电路等等。最后就是软件的设计，软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原 理为前提来设计的。 如今市场上成熟的防盗报警产品有被动式的、主动式的和多技术复合式的。但 前两者都有致命的缺点就是误报率很高，而多技术复合式的防盗报警器误报率很低， 也是未来发展的主要方向。即使如此，我依旧设计的是被动式防盗报警器，因为我 以目前的水准很难对已成熟的产品有所突破而设计出一流的产品。个人认为设计防 盗报警器的意义在于设计的过程，在设计的过程中我们才会把这几年在学校里学到 的融合，同时也让自己明白我们的学习道路还很遥远。 2 智能防盗系统设计原理智能防盗系统设计原理 2.1 单片机概述单片机概述 2.1.1 STC89C51 主要性能 5 STC89C51 是STC公司推出的一款超强抗干扰，加密性强，在线可编程，高速， 低功耗CMOS 8位单片机。单片机片内含 8k bytes 只读程序存储器，而且就跟黑板 一样，可以重复的写，重复的擦。还有随机数据存储器（RAM），它的内存是256 bytes。器件依旧采用STC公司的高密度、非易失性存储技术生产，能够与标准 MCS51指令系统及8052产品引脚相兼容，单片机内是通用的8位中央处理器 （CPU），存储单元用的是Flash，具有强大功能的STC89C51单片机适合于许多较为 复杂控制应用场合。 2.1.2 STC89C51 外部结构及特性 其外形封装有两种方式：双列直插式 40 脚封装（DIP）和方形 44 脚封装 （PLCC），直插式 40 脚封装（DIP）和外部总线结构如图 2 和图 3 所示： 图 3.1 STC89C51 引脚排列图 3.2 外部总线 STC89C51 的 4 个 8 位 I/O 口的功能说明如下： （1）P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能 驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外 部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时， 输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 （2）P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此 时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（IIL）。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入 （P1.0/T2）和定时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX）。在 flash 编程和校验时， 6 P1 口接收低 8 位地址字节。 （3）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高， 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原 因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储 器（例如执行 MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口 使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存 储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 （4）P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器 能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时 可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流（IIL）。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。P3 口亦 作为 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示： P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外部中断 0 输入口) P3.3 INT1(外部中断 1 输入口) P3.4 TO(定时器 0 外部输入) P3.5 TI(定时器 1 外部输入) P3.6 WR(外部数据存储器写选通信号) P3.7(外部数据存储器读选通信号) 2.1.3 STC89C51 内部组成 STC89C51单片机在一块芯片中集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、 看门狗和多种功能的 I/O 口设备的等，相当于一台计算机所需要的基本功能部件。 STC89C51单片机内包含的具体部分如下： 一个8 位 CPU。 一个片内振荡器及时钟电路。 8KB Flash 程序存储器。 256 B RAM 数据存储器。 三个16 位定时器/计数器。 7 可寻址 64KB 的外部数据存储器和 64KB 的外部程序存储器空间的控制电路。 32 条可编程的 I/O线（4组8 位并行 I/O端口）。 一个可编程全双工串口通信。 8 个中断源、两个优先级嵌套中断结构。 STC89C51单片机的框图如图3.3所示，各功能部件由内部总线连接在一起。 图 3.3 STC89C51 单片机框图 1 2.22.2 热释电红外传感器热释电红外传感器 2.2.1 热释电红外传感器的工作原理 这种能够发射红外线和接受红外线的器件称为红外线传感器4。红外线传感器根 据其机理不同分为两大类。一类为主动型红外线传感器，一类为被动型红外线传感器。 本论文采用的是主动型红外线传感器，它也叫做热探测传感器。这类传感器可用来直 接接受目标物体发射的红外线并将其装换为电压信号输出，它不需要红外线发射传感 器。 热释电红外传感器的工作原理：自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷 保持平衡状态。当受到红外辐射后，其内部温度会升高，介质内部的极化状态便随之 降低，它的表面电荷浓度也降低了。这也就相当于“释放”了一部分电荷，这种现象 称为电介质的热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号， 利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。 2.2.2 热释电红外传感器的基本结构与类型 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤波片和场效应管匹配器三部分组成。 按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人 体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途分，有以 下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为 120um；用于火焰的探测的传感 器，它的工作波长为 4.350.15um；用于人体探测的传感器，它的工作波长为 715um6。 将高热电材料制成一定厚度的薄片并在其两面镀上金属电极，然后加电进行极化， 这样便制成了热释电探测元。 2.2.3 菲涅尔透镜 菲涅尔透镜是人体热释电红外传感器不可缺少的组成部分10，其作用有二：一是 将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外元上；二是产生交替变化的红外辐射高灵敏区 和盲区，以适应热释电探测元要求不断变化的要求。 菲涅尔透镜一般用塑料制造，先将塑料加工成薄镜片11，然后对镜片进行棱状或 梳状处理，使镜片成为高灵敏区和盲区交替出现的透镜。在使用时，将热释电传感器 安装于透镜的焦点区，这样当有人在镜前移动时，其辐射的红外线就会通过透镜形成 高灵敏区和盲区交替出现的红外辐射并传到传感器的探测元上，使探测元产生时弱时 强的或时有时无的电脉冲信号，并通过阻抗变换器的变换由输出端输出。 2 图2-2 菲涅尔透镜的外形和视场图 菲涅尔透镜的主要技术指标有： 外形尺寸，根据传感器和探测需要来设计和产生不同尺寸的透镜。 水平视角和垂直视角，它表明透镜的可监视范围。 焦距，它表明镜片与传感器的安装距离。 2.2.4 红外传感器的应用 热释电红外传感器可在入侵警报器、移动侦测器、自动照明以及自动门控制等方 面的设计电路中应用。 3.硬件系统设计硬件系统设计 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、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。就此设计的核心模 块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。 单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围 应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包 括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。 从设计的要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 3-1 总 体设计框图所示。 3 图 3-1 系统框图 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。设置 在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路 送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89C51 单片机。在单片机内，经软 件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大 并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟 10s 一段时间后自动解除，也可人工 手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警 10s 钟后 有定时器实现自动消除报警。 3.13.1 时钟电路的设计时钟电路的设计 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51 单片机允许的时 钟频率是因型号而异的典型值为 12MHZ。 MCS-51 内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2 分别为反相放大器输入和输出端， 外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件3。 AT89C51 是属于 CMOS8 位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于 NMOS 型的单片机。 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。 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 1us。如图 4 所示为时钟电路。 4 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 图 3-2 晶振电路 3.23.2 复位电路的设计复位电路的设计 计算机在启动运行时都需要复位，使中央处理器 CPU 和系统中的其它部件都处于 一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST，它是史密特触发输入(对于 CHMOS 单片机， RST 引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现 2 个机器周期(即 24 个时钟周期)以上的高电平，使器件复位7，只要 RST 保持高电平，MCS-51 保持复位状 态。此时 ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3 口都 输出高电平。RST 变为低电平后，退出复 位，CPU 从初始状态开始工作。 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。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。本设计采用的是自动复位电路。如 图 5 示为复位电路。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 图3-3 复位电路 3.43.4 电源模块设计电源模块设计 考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设 计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用 5 V 作为工作电源，所以在经整流和滤 波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的 5 V 直流电源， 三端稳压集成电路采用 LM7805。具体电路图如图 5。 5 图 3-4 电源电路图 3.33.3 红外信号采集及其处理红外信号采集及其处理 本设计所用的热释感器采用这种人体感应模块的结构。其工作电路原理及设计电 路如图 7 所示, 当人体感应模块感应到人体移动信号时，输出 out 为高电平。其中三 极管类似于开关作用，当高电平导通时，电流方向为电源三极管P1.0 口，即此时 P1.0 口处于高电平状态。单片机通过红外传感器输入的高电平，控制发光二极管报警 电路和声音报警电路的工作状态。从而可以起到防盗报警的目的。当三极管没有导通 时，三极管相当于开路状态，由于下拉电阻 R4 的缘故，常态下 P1.0 口处于低电平状 态。 R3 2.2K 9012 P1.3 V CC D1 LED R5 2.2k 图 3-5 热释电红外传感器原理图 图 3-6 声光报警原理图 3.53.5 声光报警电路的设计声光报警电路的设计 该设计有报警电路，布放状态下检测到人时，蜂鸣器就会发声提示，LED 同时会亮 起，直到主人按下撤防，才会停止鸣叫，控制引脚接在 P1.3 引脚上，利用三极管当做 1 2 3 4 C2 104 C4 104 +C1 1000UF +C3 470UF IN 1 2 OUT 3 7805VCC 220V 6 开关电路可以保护单片机，还可以起到放大电流的作用，当三极管为高电平时，发射 极截止，为低电平时，发射极导通。当 P1.3 引脚给低电平时，电流方向为电流到三极 管，再到蜂鸣器，蜂鸣器和小灯并联，然后电流再到负极。其中 R5 为分压电阻，避免 将小灯烧坏，电源为 5V，小灯 3V 左右就可以亮，分压电阻普遍选的是 1.1k 到 10k5, R3 为限流电阻。报警模块如图 3-6 所示。 3.63.6 数码管模块的设计数码管模块的设计 显示电路是由一位共阳数码管显示，单片机控制数码管每段的高低电平，从而实 现数码管的显示。常用的七段显示器的结构如下图所示。发光二极管的阳极连在一起 的称为共阳极显示器(如图 3-7 所示)，阴极连在一起的称为共阴极显示器(如图 c 所示)。 1 位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管 a控制七个笔画（段）的 亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较 少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。 此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚 图后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来。 （a）外形 （b）共阳极 (C)共阴极 图 3-7 数码管引脚 3.73.7 硬件电路的选择及说明硬件电路的选择及说明 从下图的硬件电路图，分析可知在本设计中要用到如下模块：51 单片机 AT89C51、由热释电红外传感器组成的检测模块、由 LED 组成的发光报警模块、由蜂鸣 器组成的声音报警模块等一些单片机外围应用模块，以及单片机的自动复位电路和晶 振电路等。本文设计的题目是用于实验室智能防盗报警设计。本系统的工作原理是当 有人进入红外传感器的检测范围，红外传感器把检测到的信号输入单片机。单片机通 过红外传感器输入的高低电平去控制报警电路，以来通知主人有人进入，从而起到防 盗的目的。 7 图 3-8 系统硬件电路 4. 程序设计程序设计 4.4.1 1 主程序设计主程序设计 主程序的主要功能是负责检测人体的热信号、显示并处理子程序显示的结果，当红 外热感应器检测到人体热信号时，蜂鸣器发声报警。 主程序流程图如图 4-1 所示。 8 Y N 初始化 调用子程序 人体热信号 报警处理 开始 结束 图 4-1 程序主流程图 4.24.2 中断子程序设计中断子程序设计 （1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率）14，然后将此周期 除以 2，即为半周期的时间。利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出 脉冲的 I/O 反相，然后重复计时此半周期时间再对 I/O 反相，就可在 I/O 脚上得到此 频率的脉冲。 定时时间为 1s 报警蜂鸣声音为 1KHZ=(1/(500us*2)。所以中断为 500us，中断一 次 21H 加 1，直到 256*500us，22H 加 1，到 22H.3 为 1，即 256*500us*8=1.024s。 （2）利用 89C51 的内部定时器使其工作在计数模式 MODE2 下15。中断子程序流 程图如图 4-2 所示。 9 图 4-2 中断程序流程图 4.3 显示子程序设计显示子程序设计 显示数据子程序的主要功能就是把热红外感应模块检测到结果经单片机处理完毕 的距离显示在八段数码管上。显示数据子程序流程图如图 4-3 所示。 开始 数据传送 显示数据 结束 Y N 图 4-3 显示数据子流程图 4.4 报警子程序设计报警子程序设计 报警子程序的主要功能是热感应模块检测到人体热信号时，能够使声光从而达到 中断程序开始 TO 初始化 保护现场 定时单元 满 1S 读取 THO 恢复现场 N Y 10 报警的目的。报警子程序流程图如图 4-4 所示。 Y 开始 检测到热信号 Y 声光报警 结束 图 4-4 报警子流程图 5 系统仿真系统仿真 本设计通过利用 Proteus 仿真，将所编写的程序用 Keil 软件编译，所仿真原理图 如下图所示。 图 5-1 系统仿真图 本设计所要求达到的目标是在接收到人体感应模块带来的高电平信号，可使图中 11 的红灯由暗变亮，蜂鸣器产生报警，可观察到红灯亮，同时蜂鸣器发出鸣叫声。下图 为布防和声光报警的两张实物图片: 6 6.系统分析与调试系统分析与调试 本设计是在 Keil C 环境下开发的，Keil C 软件支持 C 语言的编程及调试，运用方 便，是做 C 语言毕业设计者的首选。设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在 简单的学习和了解 Keil C 后，在编译完 Keil C 后，再运用 STC_ISP_V480 软件烧录到 开发板上，实现实物与程序的连接。在烧录前要对 STC_ISP_V480 进行一些必要的设置。 第一步：设置 MCU Type 为 STC89C51RC；第二步：打开编写好并编译的程序文件，它是 以.hex 为后缀的文件；第三步：选择对应的 COM 端口， （可在我的电脑的设备管理处查 看 COM 选项） ；第四步：点击 Download/下载，等提示 请给 MCU 上电时，打开开发板上的开关，它就自行烧录了。 Keil C 程序运行如图 6-1 所示，下载图如图 6-2 所示： 12 图 6-1 keil C 运行图 在完成对程序的调试及烧录之后，还要对功能进行测试，首先用万用表测试电源 和地有没有短路，然后再对设计进行通电。最开始要对主控板进行测试，因为它是核 心，按下按键看下数码管是否显示正常，当显示“b”会显示 30s，当“b”灭掉之后按 下“sos”按键看系统会不会报警，如果报警则系统基本正常，再按下“c”撤防。按 键功能正常后，在测试人体感应部分，按下布放后，将设计放在无人的地方（或是用 东西盖住） ，当“b”灭掉之后，让人体感应模块感应人体，主控机会显示“一” 。 13 图 6-2 程序烧录运行图 本次设计出现的问题及解决方法： 万用表检测是否短路时，发现有短路显现，经过排查，发现数码管接错，数码管 的两个“com”接口是相通的，都接电源或只接一个。我将两个分别接了电源和地，改 正后，无短路现象。 程序烧录不了，当用同学的电脑烧录时，可以烧录，最后发现是串口的
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