小区智能化报警系统设计_毕业设计.doc

I 小区智能化报警系统设计 摘要 随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高 人们对住宅的 需求已从追求简单的生存空间向着追求质量 功能 服务等多重需求过渡 同 时 随着人们的保护意识不断增强 防盗措施的紧迫性也逐渐被提上了日程 智能化报警系统应运而生 本文设计了住宅智能化中的红外防盗报警系统 本系统以单片机 89C51 为 核心 配以各种功能模块 来满足人们日常生活中的安全需求 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 抗干扰力强 灵 敏度高 而且安装较隐蔽 不易被发觉 该系统主要包括红外探测电路 LCD 控制电路 声光报警电路及单片机控制电路等 自动检测功能由红外探测电路 实现 当有盗贼穿过此装置时 红外传感器立即将检测到的信号经过信号处理 后传送给主机电路 由主机来判断信号并驱动电路报警 报警功能由扬声器 蜂鸣器等发声装置实现 同时通过 RS 485 通信报警给小区警卫 本设计通过红 外传感器探测人体红外线信号 从而达到报警的功能 满足了人们日常生活对 安防报警功能的需要 关键词 安防报警 红外探测 关键词 安防报警 红外探测 RS 485RS 485 通信 声光报警通信 声光报警 II INTELLIGENT COMMUNITY ALARM SYSTEM ABSTRACTABSTRACT With the rapid development of communication technique and great improvement of people s living standard the need has been changed from only the living space to multiform needs of quality function service and so on 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 daily life this system with various function modules cores with microcontroller 89C51 This system used Pyroelectric 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 such as speaker buzzer etc and it can be transmitted to sub district guardhouse through RS 485 communications alerting 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 people s daily live KEYWORDS anti theft and alarm infrared detecting RS 485 communication sound and light alarm i 目录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 前言 1 1 2 防盗报警系统在国内外的发展 1 1 3 防盗报警器的发展前景与趋势 1 1 4 设计任务与要求 2 2 系统方案设计 3 2 1 系统总体设计思路 3 2 2 系统方案设计 3 2 3 传感器简介 4 2 3 1 热释电红外传感器简介 4 2 3 2 热释电红外传感器电路图 5 2 3 3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 5 2 4 51 系列单片机的内部组成 6 2 4 1 89C51 单片机的内部组成 7 2 4 2 89C51 单片机引脚及功能 7 2 5 RS485 接口 9 3 硬件设计 10 3 1 电源电路设计 10 3 2 热释电红外传感器原理 11 3 3 放大电路的设计 11 3 4 红外探测信号输入电路 12 3 5 键盘电路设计 14 3 6 时钟电路的设计 14 3 7 复位电路的设计 15 3 8 声光报警电路的设计 15 3 9 实时时钟电路 16 3 9 1 实时时钟芯片 DS1302 的结构及工作原理 16 3 9 2 引脚功能及结构 16 3 10 液晶显示模块设计 17 3 10 1 12864 模块引脚说明 17 ii 3 10 2 接口时序 18 3 11 RS 485 通信的设计 19 3 11 1 RS 485 芯片选型 19 3 11 2 MAX485 简介 19 3 11 3 MAX485 电路设计 21 4 软件设计 23 4 1 软件的程序实现 23 4 2 主程序工作流程图 23 4 2 中断服务程序工作流程图 25 4 3 报警电路子程序流程图 26 4 4 显示电路子程序流程图 27 4 5 信号采集电路子程序流程图 27 5 结论 29 参考文献 30 附录 31 附录 1 硬件原理图 31 附录 2 主要源程序代码 33 致谢 36 1 1 绪论 1 1 前言 随着社会的不断进步和科学技术 经济的不断发展 人们生活水平得到很 大的提高 对私有财产的保护意识在不断的增强 因而对防盗措施提出了新的 要求 本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于 51 单片机的家庭 式电子防盗系统 1 2 防盗报警系统在国内外的发展 从上世纪初 报警系统就已经在北美稍具雏形 在北美 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 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 国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段 从具有代表性的北 美发展过程 可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况 其具有以下 特点 值得我们借鉴 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 1 3 防盗报警器的发展前景与趋势 随着社会的发展 农村城镇化和人员流动性增大 社会治安状况更趋复杂 因此作为社会的基本单元 安全防范问题就显得尤为重要 传统的机械式 防 盗网 防盗窗 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 所以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 另外 为了进一步规范住宅小区智能化建设 建设部特别制定 2 了智能小区的等级标准 按照其要求智能小区中必须具有安全防范 信息管理 物业管理和信息网络等系统 因此 小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小 区建设的必备项目中 1 4 设计任务与要求 1 该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 报警等模块子函数 2 本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器 报警器 单片机控制电路 LCD 控制电路及相关的控制管理软件组成 用户终端完成信息采集 处理 数 据传送 功能设定 本地报警等功能 终端由中央处理器 输入模块 输出模 块 通信模块 功能设定模块等部分组成 3 系统可实现功能 当人员外出时 可把报警系统设置在外出布防状态 探测器工作起来 当有人闯入时 热释电红外传感器将探测到动作 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 89C51 单片机 经单片机处理运 算后驱动执行报警电路使警号发声 并通过 RS 485 总线传送给小区警卫 3 2 系统方案设计 2 1 系统总体设计思路 本系统由五路热释电红外探测器采集五路 门 窗 阳台等报警监测点 报警信号 将报警信号送入 89C51 控制芯片 触发声光报警 并通过串口通信 将报警信号传给小区警卫 进行警情处理从而实现家庭用防盗报警系统的功能 基本工作原理如下 利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线 当检测到红外信号变化时 将其转化为微弱的电信号 经过信号处理电路对电 信号进行滤波 放大 比较 输出高电平作为告警信息送给 CPU CPU 判断是否 报警 如果满足报警条件 就会发出控制信号 完成声音报警和发光报警 此 外 CPU 有一个全双工的串行通信口 需通过 RS 485 总线通信将报警区域的地 址传送到小区监控中心的 PC 机上 监控中心可以及时的发现报警的具体地点 进行警情的处理 2 2 系统方案设计 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 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 LCD 控制电路及相关的控制管理软件组成 用户终端完成信息采集 处 理 数据传送 功能设定 本地报警等功能 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 2 1 总体设计框图所示 处理器采用 51 系列单片机 89C51 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 51 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 4 或者是在声光报警 10s 钟后有定时器实现自动消除报警 信号 处理 电路 89C51 单片机 传感 器 1 传感 器 5 复位 电路 12864 液晶显 示 小区 警卫 声光报 警电 路 RS485 总 线 时钟 电路 图图2 12 1 总体设计框图总体设计框图 2 3 传感器简介 2 3 1 热释电红外传感器简介 被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源 本身不向外界发射任何能量 而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射 因此才有被动式之称 被动 式红外探测器是利用热释电效应进行探测的 被动式红外探测器又称为热释电 红外探测器 其主要工作原理便是热释电效应 热释电效应是指如果使某些强 介电质材料 如钦酸钡 钦错酸铅 P zT 等 的表面温度发生变化 则随着温度 的上升或下降 材料表面发生极化 即表面上就会产生电荷的变化 从而使物 质表面电荷失去平衡 最终电荷变化将以电压或电流形式输出 热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线 可以将 其转化为与人体运动速度 距离 方向有关的低频电信号 当热释电红外传感 器受到红外辐射源的照射时 其内部敏感材料的温度将升高 极化强度减弱 表面电荷减少 通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷 由于热释电电荷 的多少可以反映出材料温度的变化 所以由热释电电荷经电路转变成的输出电 压也同样可以反映出材料温度的变化 从而探测出红外辐射能量的变化 红外 探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上 这样 红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化 当防范区域内没有移动的人体时 由于所有的背景物体 如墙壁 家具等 在室温下红外辐射的能量比较小 而且基本上是稳定的 所以不能触发报警器 5 当有人体突然进入探测区域时 会造成红外辐射能量的突然变化 红外探测器 将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电 信号 电信号的大小 决定于敏感元件温度变化的快慢 经过后级比较器与状 态控制器产生相应的输出信号 U 送往报警器 发出报警信号 红外探测器的 探测波长为 8 14um 人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内 因此能较好 的探测到活动的人体 被动式红外探测器属于空间控制型探测器 其警戒范围 在不同方向呈多个单波束状态 组成锥体感热区域 构成立体警戒 由于被动式红外技术具有监测距离较远 灵敏度较高 节能价廉等优点 本课题采用红外探测器作为报警探测器 并在设计中增加了自动声光报警的功 能 使报警系统更加趋于完善 2 3 2 热释电红外传感器电路图 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大 便可驱动 各种控制电路 图 2 2 为热释电红外传感器的内部电路框图 图图2 22 2 热释电红外传感器的内部电路框图热释电红外传感器的内部电路框图 2 3 3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 人体的体温一般在 37 所以会发出特定波长 10um 左右的红外线 被动 式红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的 人体发射 的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上 红外感应源通常采用热 释电元件 这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡 向外释放电荷 经后续电路检测处理后就能产生报警信号民 该探头具有如下 特点 6 1 由于这种探头是以探测人体辐射为目标的 所以热释电元件对波长为 10um 左右的红外辐射必须非常敏感 2 为了仅仅对人体的红外辐射敏感 在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼 尔滤光片 使环境的干扰受到明显的控制作用 3 被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元 而且制成的两个 电极化方向正好相反 环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用 使 其产生的释电效应相互抵消 因此探测器无信号输出 4 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 元件接收 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 经信号处理后即可报警 5 根据性能要求不同 菲尼尔滤光片具有不同的焦距 感应距离 从而产 生不同的监控视场 视场越多 控制越严密 2 4 51 系列单片机的内部组成 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 EPROM 和 128 bytes 的随 机存取数据存储器 RAM 器件采用 Atmel 公司的高密度 非易失性存取技术生 产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可提供许多高性价比的应用场合 可灵 活应用于各种控制领域 MCS 51 单片机是在一块芯片中集成了 CPU RAM ROM 定时器 计数器和多 种功能的 I O 线等一台计算机所需要的基本功能部件 MCS 51 单片机内包含下 列几个部件 MCS 51 系列单片机的典型芯片是 89C51 所以以 89C51 为例来介绍 MCS 51 系列单片机 8 位的 CPU 片内有振荡器和时钟电路 工作频率为 1 12MHz Atmel 89Cxx 为 0 24MHz 1 片内有 128 256 字节 RAM 2 片内有 0K 4K 8K 字节程序存储器 ROM 3 可寻址片外 64K 字节数据存储器 RAM 4 可寻址片外 64K 字节程序存储器 ROM 5 片内 21 26 个特殊功能寄存器 SFR 6 4 个 8 位的并行 I O 口 PIO 7 1 个全双工串行口 SIO UART 8 2 3 个 16 位定时器 计数器 TIMER COUNTER 9 可处理 5 6 个中断源 两级中断优先级 7 10 内置 1 个布尔处理器和 1 个布尔累加器 Cy 11 MCS 51 指令集含 111 条指令 2 4 1 89C51 单片机的内部组成 图 2 3 画出了 89C51 单片机的内部系统组成的基本框图 外时钟源 外部事件计数 内中断 INT0 INT1 控制 并行口 串行通讯 图图2 32 3 MCSMCS 5151单片机系统组成基本框图单片机系统组成基本框图 由图 2 3 可以看出 MCS 51 系列单片机 89C51 是由中央处理器 CPU 随机 存储器 RAM 只读存储器 ROM 输入 输出 I O 口电路 定时器 计数器等若 干部件组成 再配置一定的外围电路 如时钟电路 复位电路等 即可构成一 个基本的微型计算机系统 2 4 2 89C51 单片机引脚及功能 共 40 条引脚 分为端口 控制 电源三类 1 端口线 4 个 8 位端口共 32 条引脚 用于传输数据 地址 控制 状 态等信息 时钟电路4KB ROM 256B RAM 2X16 位定 时 计数器 89C51 单 片机 中断控制 64KB 总线 控制器 并行接口串行接口 8 P0 口 P0 0 P0 7 多功能端口 用于传输数据 地址 P0 口在传输数 据信息时 输入带缓冲 输出带锁存 使用非常方便 P1 口 P1 0 P1 7 单功能端口 用于数据输入 输出传输 P2 口 P2 0 P2 7 多功能端口 用于传输地址信息或作为普通 I O 端 口 P3 口 P3 0 P3 7 多功能端口 用于传输控制信息或作为普通 I O 端 口 传输控制信息时 P3 0 RXD 串口输入 P3 1 TXD 串口数出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 计数器 0 输入 P3 5 T1 计数器 1 输入 3 6 WR 写 控制信号线 P3 7 RD 读 控制信号线 2 电源线 共 2 条 VCC VSS GND 3 控制线 共 6 条 传送控制信号 ALE 地址锁存 用于区分在多功能端口传送的数据 地址信息 ALE 0 1 数据 地址 EA 允许访问外程序存储器 EA 0 1 片外 片内存储器有效 PSEN 片外 ROM 选通 RST 芯片复位线 XTAL1 XTAL2 外接石英晶体输入线 图 2 4 为 89C51 单片机的引脚图 9 图图2 42 4 89C5189C51单片机引脚结构单片机引脚结构 2 5 RS485 接口 RS485 采用差分信号负逻辑 2V 6V 表示 1 6V 2V 表示 0 RS485 有两线制和四线制两种接线 四线制是全双工通讯方式 两线制是半双 工通讯方式 在 RS485 通信网络中一般采用的是主从通信方式 即一个主机带 多个从机 主要特点为 单 5V 电源供电 低功耗时工作电流 120 500uA 静态电流 120uA 关闭方式 由低电流关机模式 静态电流为 0 1uA 驱动器有过载保护 功能 共模输入电压范围 7 12V RS485 总线电气性能如下表 2 1 所示 表表2 12 1 RS 485RS 485总线具体参数总线具体参数 性能指标RS485总线 工作模式差分传输 平衡传输 允许的收发器数目32 受芯片驱动能力限制 最大电缆长度4000英尺 1219米 最高数据速率 10Mbps 最小驱动输出电压范围 1 5V 最大驱动输出电压范围 5V 最大输出短路电流 250mA 最大输入电流 1 0mA 12Vin 驱动器输出阻抗54欧 输入端电容 50pF 接收器输入灵敏度 200mV 10 接收器最小输入阻抗 12k 接收器输入电压范围 7V 12V 接收器输出逻辑高 200mV 接收器输出逻辑低 2 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 18 I O 为串行数据输入输出端 双向 后面有详细说明 SCLK 为时钟输入端 图 3 12 为 DS1302 的引脚功能图 图图3 123 12 实时时钟电路实时时钟电路 3 10 液晶显示模块设计 12864 汉字图形点阵液晶显示模块 可显示汉字及图形 内置 8192 个中文 汉字 16X16 点阵 128 个字符 8X16 点阵 及 64X256 点阵显示 RAM GDRAM 图 3 13 为 12864 模块的引脚结构及其与单片机的连接 12 图图3 133 13 1286412864引脚结构和接口引脚结构和接口 19 3 10 1 12864 模块引脚说明 12864 点阵液晶显示模块 LCM 就是由 128 64 个液晶显示点组成的一个 128 列 64 行的阵列 每个显示点对应一位二进制数 1 表示亮 0 表示灭 存 储这些点阵信息的 RAM 称为显示数据存储器 要显示某个图形或汉字就是将相 应的点阵信息写入到相应的存储单元中 图形或汉字的点阵信息由自己设计 问题的关键就是显示点在液晶屏上的 位置 行和列 与其在存储器中的地址之间的关系 由于多数液晶显示模块的 驱动电路是由一片行驱动器和两片列驱动器构成 所以 12864 液晶屏实际上是 由左右两块独立的 64 64 液晶屏拼接而成 每半屏有一个 512 8 bits 显示数据 RAM 下表 3 1 所示具体说明了 12864 模块的引脚结构 逻辑工作电压 VDD 4 5 5 5V 电源地 GND 0V 工作温度 Ta 0 60 常温 20 75 宽温 表表3 13 1 1286412864模块引脚说明模块引脚说明 3 10 2 接 口时序 8 位 并行连接 时序图 引脚号引脚名称功能说明 1 VCC 模块的电源地 2 VDD 模块的电源正端 3 VL LCD驱动电压输入端 调对比度 4 RS CS 并行的数据 H 指令 L 选择信号 串行 的片选信号 5 R W SID 并行的读 H 写 L 选择信号 串行的数据 口 6 E CLK 并行的使能信号 串行的同步时钟 7 DB0 并行数据0 8 DB1 并行数据1 9 DB2 并行数据2 10 DB3 并行数据3 11 DB4 并行数据4 12 DB5 并行数据5 13 DB6 并行数据6 14 DB7 并行数据7 15 PSB 并 串行接口选择 H 并行 L 串行 16 NC 空脚 17 RST 复位 低电平有效 18 NC 空脚 19 LED A 背光源正极 20 LED K 背光源负极 20 1 MPU 写资料到模块 图图3 143 14 MPUMPU写资料到模块写资料到模块 2 MPU 从模块读出资料 图图3 153 15 MPUMPU从模块读出资料从模块读出资料 3 11 RS 485 通信的设计 3 11 1 RS 485 芯片选型 由于 PC 机是系统的主控机 主机 PC 和单片机之间采用的是 RS 485 总线标 准进行通信 所以在电路设计时采用 RS 485 通信收发器芯片为 MAX485 它是 MAXIM 公司生产的用于 RS 485 通信的低功率收发器件 半双工通信方式 每种 芯片都有一个驱动器和一个收发器组成 3 11 2 MAX485 简介 MAX485 是一个 8 个引脚的芯片 它是一个标准的 RS485 收发器 只能进行 半双工的通讯 内含一个输出驱动器和一个信号接收器 MAX485 具有低功耗设 计 静态电流仅为 300uA MAX485 具有三态输出特性 在使用 MAX485 时 总线 最多可以同时连接 32 个 MAX485 芯片 图 3 16 是 MAX485 的俯视图和逻辑图 21 图图3 163 16 MAX485MAX485逻辑图逻辑图 下面是 MAX485 的引脚定义 RO 引脚 1 接收信号的输出引脚 可以把来自 A 和 B 引脚的总线信号 输出给单片机 是 COMS 电平 可以直接连接到单片机 RE 引脚 2 接收信号的控制引脚 当这个引脚低电平时 RO 引脚有效 MAX485 通过 RO 把来自总线的信号输出到单片机 当这个引脚高电平时 RO 引 脚处于高阻状态 DE 引脚 3 输出信号的控制引脚 当这个引脚低电平时 输出驱动器 无效 当这个引脚高电平时 输出驱动器有效 来自 DI 引脚的输出信号通过 A 和 B 引脚被加载到总线上 是 COMS 电平 可以直接连接到单片机 DI 引脚 4 输出驱动器的输入引脚 是 COMS 电平 可以直接连接到单 片机 当 DE 是高电平时 这个引脚的信号通过 A 和 B 脚被加载给总线 GND 引脚 5 电源地线 A 引脚 6 连接到 RS485 总线的 A 端 B 引脚 7 连接到 RS485 总线的 B 端 VCC 引脚 8 电源线引脚 图图3 173 17 MAX485MAX485典型半双工典型半双工RS 485RS 485网络网络 22 3 11 3 MAX485 电路设计 RS485 总线长距离通讯时易受强信号干扰 所以应加保护措施 可选择的 方法如下隔离保护方法 采用高频变压器 光耦等元件实现接口的电气隔离 将瞬态高压转移到隔离接口中的电隔离层上 不会产生损害性的浪涌电流 起 到保护接口的作用 电路设计中可以考虑采用高速光耦 6N137 芯片 也可以优化普通光耦电路 参数的设计 使之能工作在最佳状态 1 6N137 简介 6N137 光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器 其内部有一个 850 nm 波长 AlGaAs LED 和一个集成检测器组成 其检测器由一个光敏二极管 高增益 线性运放及一个 肖特基钳位的集电极开路的三极管组成 具有温度 电流和 电压补偿功能 高的输入输出隔离 LSTTL TTL 兼容 高速 典型为 10MBd 5mA 的极小输入电流 2 6N137 工作参数 最大输入电流 低电平 250uA 最大输入电流 高电平 15mA 最大允许低电平电压 输出高 0 8v 最大允许高电平电压 VCC 最大电源电压 输出 5 5V 扇出 TTL 负载 8 个 最多 工作温度范围 40 C 85 C 典型应用 高速数字开关 马达控制系统和 A D 转换等 6N137 光耦合器的内部结构 管脚如下图所示 图图 3 183 18 6N1376N137 内部结构内部结构 23 需要注意的是 在 6N137 光耦合器的电源管脚旁应有 个 0 1uF 的去耦电 容 在选择电容类型时 应尽量选择高频特性好的电容器 如陶瓷电容或钽电 容 并且尽量靠近 6N137 光耦合器的电源管脚 另外 输入使能管脚在芯片内 部已有上拉电阻 无需再外接上拉电阻 6N137 光耦合器的使用需要注意两点 第一是 6N137 光耦合器的第 6 脚 Vo 输出电路属于集电极开路电路 必须上拉一个电阻 第二是 6N137 光耦合器的 第 2 脚和第 3 脚之间是一个 LED 必须串接一个限流电阻 3 工作原理 信号从脚 2 和脚 3 输入 发光二极管发光 经片内光通道传到光敏二极管 反向偏置的光敏管光照后导通 经电流 电压转换后送到与门的一个输入端 与 门的另一个输入为使能端 当使能端为高时与门输出高电平 经输出三极管反 向后光电隔离器输出低电平 当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时 输出高电平 但这个逻辑高是集电极开路的 可针对接收电路加上拉电阻或电 压调整电路 脚 6 是集电极开路输出端 通常加上拉电阻 RL 虽然输出低电平时可吸收 电路达 13mA 但仍应当根据后级输入电路的需要选择阻值 因为电阻太小会使 6N137 耗电增大 加大对电源的冲击 使旁路电容无法吸收 而干扰整个模块 的电源 甚至把尖峰噪声带到地线上 一般可选 2K 5 1k 若后级是 TTL 输 入电路 且只有 1 到 2 个负载 则用 47k 或 15k 也行 图 3 1 为 RS 485 通信与单片机的电路连接 图图 3 193 19 MAX485MAX485 与单片机电路的连接与单片机电路的连接 24 4 软件设计 4 1 软件的程序实现 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的 当硬件基本定型后 软 件的相应子程序模块就大体定下来了 从软件的功能不同可分为两大类 一是 监控软件 主程序 它是整个控制系统的核心 专门用来协调各执行模块和操 作者的关系 二是执行软件 子程序 它是用来完成各种实质性的功能如测量 计算 显示 通讯等 每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块 下面分 别说明各个子程序的编写原理 声光报警子程序 当搜索到报警要求的信号后 调用报警子程序即可完成报警功能 其报警原理 控制三极管的导通和关断时 间来驱动蜂鸣器发声 输出高电平信号使发光二极管发光 串行口通信子程序 单片机和微机进行通信时 首先要设置串行口的波特 率为 9600 1 位停止位 无奇偶校验 串口通信程序可以采用查询和中断方式 由于单片机发送子程序的查询和中断方式的资源占用是一样的 故发送采用查 询 接收子程序采用中断 4 2 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 4 1 所 示 25 图图 4 14 1 主程序工作流程图主程序工作流程图 主程序代码设计 MAIN 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 q q 是 是 否 否 开始 系统初始化 启动声光报警电路开始报警 声光报警结束 是否还有检测信号 等待下次报警 声光报警是否 持续 10 秒 检测有无信号 输入 结束 是 否 是 是 否 否 26 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 AJMP LP DELAY MOV R1 0AAH LD2 MOV R2 0BBH LD1 NOP DJNZ R2 LD1 DJNZ R1 LD2 RET 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 14 如下图 4 2 所示 中断源发出中断申请 关中断 保护现场 INT0 端有输入信号关闭报警 恢复现场 开中断 中断返回 图图 4 24 2 中断服务程序工作流程图中断服务程序工作流程图 27 4 3 报警电路子程序流程图 报警电路控制端由单片机的 P2 4 端来完成 高电平有效 当 P2 4 输出高 电平时 NPN 三极管导通 驱动扬声器产生声音报警信号 同时电路中的 LED 导通 发光二极管被点亮 进行发光报警 声光报警电路子程序流程图如下图 4 3 所示 开始 初始化 P2 4 是否为高 电平 电路启动声 光报警 报警结束 是 否 图图 4 34 3 报警电路子程序流程图报警电路子程序流程图 子程序设计 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 指示灯亮 POP ACC POP PSW 28 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 4 4 显示电路子程序流程图 本设计除了实现防盗报警的功能外 还具有实时日历时钟显示的功能 在 设计中采用了液晶 12864 显示模块 15 下图 4 4 所示为显示电路子程序流程图 开始 A0是否为高电 平 初始化 LCD 实时时钟显 示 否 否 显示结束 图图 4 44 4 显示电路子程序流程图显示电路子程序流程图 4 5 信号采集电路子程序流程图 本设计需要采集五路报警信号 门 窗 阳台等报经检测点 设计中采用 了热释电红外传感器进行输入信号的采集 图 4 5 为信号采集流程图 29 开始 信号经处理 输出高电平 盗贼入侵 初始化 单片机 INT0 口进行数据 采集 采集完 毕 信号采集结束 否 否 否 图图 4 54 5 信号采集电路子程序流程图信号采集电路子程序流程图 30 5 结论 本设计研究了一种基于 51 单片机技术的家庭智能防盗报警器 该防盗报警 器通过以 89C51 单片机为工作处理器核心 外接热释电红外传感器 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 经单片机内部软件编程处理后 单片机输出控制信号 驱动声光报警电路 开始报警 该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单 易懂 灵活 且安 装方便 智能性高 误报率低 随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的 快速发展 相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用 经过这次毕业设计 使我觉得不论从理论知识还是从实际操纵中都学到了 不少知识 经过这次毕业设计 它让我接触更多平时没有接触过的科学仪器设 备 元器件以及获得相关的仪器调试经验 同时我也发现自己在这方面很多不 足之处 体会到理论知识对实践有很大的指导作用 学会了高效率的查阅资料 运用工具书 利用网络查找资料 各种参数都需要自己去调整 偶尔还会遇到 错误的资料现象 这就要求我们应更加注重实践环节 在毕业设计中 我们应 当注意重点与细节的关系 31 参考文献参考文献 1 唐文彦 传感器 哈尔滨工业大学出版社 2007 15 16 2 黄友锐 单片机原理及应用 合肥工业大学出版社 2006 3 赵茂泰 智能仪器原理及应用 电子工业出版社 1999 43 46 4 吴政江 单片机控制红外线防盗报警器 锦州师范学院学报 2001 27 12 55 59 5 宋文绪 传感器与检测技术 高等教育出版社 2004 6 李全利 单片机原理及接口技术 北京航空航天大学出版社 2004 75 78 7 薛均义 张彦斌 MCS 51 系列单片微型计算机及其应用 西安交通大学出 版社 2005 8 康华光 电子技术基础 模拟部分 高等教育出版社 2004 9 徐爱钧 彭秀华 单片机高级语言 C51 应用程序设计 北京 北京航空航天 大学出版社 2006 97 99 10 邓凯 智能化住宅安防系统的应用 冶金矿山设计与建设 2000 98 99 11 赵晶 Prote199 高级应用 北京 人民邮电出版社 2000 101 103 12 Vizimuller P RF design guide systems circuits and equations Boston 1995 13 Yang Y Yi J Woo Y and Kim B Optimum design for linearityand efficiency of microwave Doherty amplifier using a new loadmatching technique Boston 2001 44 12 20 36 14 Michael R Anti theft device with alarm screening Houston International Society for Experimental Hematology 1974 44 46 15 宋万杰 罗丰 吴顺君 CPLD 技术及其应用 西安 西安电子科技大学 出版社 1999 32 附录 附录 1 硬件原理图 C CAP C1 G C C CAPACITOR POL C CAPACITOR POL 1 2 J CON2 Y CRYSTAL D DIODE Q1 NPN Q NPN R3 1M R2 1k R RES2 R RES2 R RES2 R R RES2 R RES2R1 RES2 R RES2 R RES2 D S VCC AR OPAMP AR OPAMP VDD VDD C03 CAP C04 CAP VCC RST SCLK I O VCC1 X1 X2 GND VCC P3 4 P3 5 RST 1 2 3 4 D1 D4 BRIDGE1 C103 CAP C104 CAP 1 2 J CON2 Y CRYSTAL C101 ELECTRO1 C102 ELECTRO1 R RES2 Vin 1 GND 2 Vout 3 7805 T1 TRANS1 INT1 13 INT0 12 RD 17 WR 16 PSEN 29 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P1 0 1 VCC 40 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 T1 15 T0 14 EA VPP 31 XTAI1 19 XTAL2 18 RESET 9 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 TXD 11 RXD 10 ALE PROG 30 GND 20 89C51 C01 CAP C02 CAP C105 CAP R01 RES2 R02 RES2 S SW PB 5V 2 1 P1 3 J1 2 1 P1 4 J2 2 1 P1 5 J3 2 1 P1 6 J4 2 1 P1 7 J5 33 INT1 13 INT0 12 RD 17 WR 16 PSEN 29 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P1 0 1 VCC 40 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 T1 15 T0 14 EA VPP 31 XTAI1 19 XTAL2 18 RESET 9 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 TXD 11 RXD 10 ALE PROG 30 GND 20 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 89C51 R RES2 R RES2 R RES2 S3 S2 S1 VCC OE 1 Q0 2 Q1 5 Q2 6 Q3 9 Q4 12 Q5 15 Q6 16 Q7 19 D0 3 D1 4 D2 7 D3 8 D4 13 D5 14 D6 17 D7 18 LE 11 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 P0 7 A0 A1 74HC373 GND 1 VCC 2 VL