计控课程设计

1、摘要随着现在社会的发展，时代进步，高新技术的快速融入，人们的生活发生了巨大的改变，人们置购了大量高新技术的产品，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。现在许多小区都有着保安看管，但在一些农村就没有这些设施了，于是，许多家庭都安装了报警系统，这有效的保护了大家的财产安全。人们对居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求，因此智能化住宅就随之出现了，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃，抢劫居高不下，因此家庭只能安全

2、防范系统是智能化小区和新农村建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但是普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效的防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗系统也就应运而生。安防就是安全防范，是指防盗，放入侵、防火、防煤气泄漏等。目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盗门，商店的防盗措施主要是监控器和出门口的红外报警器。随着人们认识的深入，利用智能防盗，防火，防煤气将成为人们的首要选择，智能安防也是安防行业的发展趋势。所谓的智能安防，即是通过相关系统的将安防进行信息化、生动化，而且能把事件控制在发生之前，有效的防止相关危险事件的发生，智能安防一般包括系统控制模块、报警模

3、块、传感器模块、显示模块等。在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警的系统的设计。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，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。关键字：热释电红外传感器、STC89C52、红外线目录第1章绪论11.1选题的背景与意义11.2设计的主要内容1第2章系统的总体设计32.1设计方案比较

4、与确定32.2系统的总体设计42.2.1系统的概述42.2.2系统设计原理图5第3章硬件设计63.1硬件设计基础63.2传感器部分73.2.1热释电传感器介绍73.2.2热释电传感器原理73.3信号处理部分83.3.1菲涅尔透镜介绍83.3.2 BISS0001芯片介绍83.4硬件电路设计113.4.1系统电源电路的设计113.4.2时钟电路的设计113.4.3复位电路的设计113.4.4信号采集处理模块电路设计123.4.5放大电路的设计133.4.6按键控制电路133.4.7报警电路的设计14第4章软件设计154.1主程序工作流程图154.2系统软件设计16第5章仿真和调试结果175.1仿

5、真原理图175.2程序调试175.3硬件安装调试20结论23参考文献24附录25第1章绪论1.1选题的背景与意义随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此

6、在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。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，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。在本文中，介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警的系统的设

7、计。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，便于多用户统一管理。1.2设计的主要内容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、按键设定、报警等。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。2、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示电路及软件组成。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

8、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，红外热释电模块送出TTL 电平至STC89C52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。第2章系统的总体设计2.1设计方案比较与确定（1）方案一：可编程逻辑电路控制实现采用数字逻辑芯片，本方案具有延时电路、显示电路、报警模块等多个功能模块。各个状态保持或者转移的条件依赖于键盘控制信号。系统结构图如图2-1所示显示模块可编程逻辑电路键盘控制延时电路报警模块图2-1 可编程逻辑电路结构图本方案由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或者小规模可编程逻辑电路实现

9、该系统有一定的困难、需要用大规模的可编程逻辑电路，而且一些模块电路的成本较高，这样整个系统的成本就会更高，因此本设计并未采用这种设计方案。（2）方案二：单片机控制实现本方案采用单片机作为整个控制系统的核心。鉴于市场上的51系列8位单片机的售价比较低廉。因此本设计采用了AT89C52单片机系统。系统结构如图2-2所示图2-2 系统结构图处理器采用51系列单片机STC89C52。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，送出TTL 电平至STC89C52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。驱动蜂鸣器及报警指示

10、灯报警。（3）设计方案的确定经过方案一与方案二的对比，综合考虑制作、功能、实现、造价等因素。最终采用方案二：单片机控制电路，来完成多路智能报警器的设计。2.2系统的总体设计2.2.1系统的概述本系统采用了热释电红外线传感器，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，便于多用户统一管理和用户操作。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。

11、该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采集、按键控制、报警等模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示灯组成。2.2.2系统设计原理图本设计包括硬件和软件设计两个部分。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：红外感应部分、STC89C52单片机、报警系统三大部分。电路总原理图如图2-3所示：传感器感应电源 STC89C52 单片机复位电路LED指示灯报警电路按键控制图2-3 总体设计框图处理器采用51系列单片机STC89C52。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，送出TTL 电平至STC89C5

12、2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。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。第3章硬件设计3.1硬件设计基础STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O

13、口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块。图3-1 AT89C52 管脚图3.2传感器部分3.2.1热释电传感器介绍热释电红外传感器(简称PIR)是80

14、年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。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，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um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，这个滤光片可通过光的波长范围为710-um，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，本传感器是整个系统的关键，只有本传感器才能感应到人体红外线。如图3-2所示。图3-2热释

15、感应传感器3.2.2热释电传感器原理本设计所用的热释电传感器采用双探测元的结构。其工作原理及设计电路图如图3-3所示，在VCC电源端利用C7和C8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C7，R15的稳压使输出变为高电位，在经过NPN的转化，使输出为低电平。图3-3热释电红外传感器的原理图3.3信号处理部分3.3.1菲涅尔透镜介绍菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传

16、感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，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。如图3-4所示为菲涅耳透镜模型图。图3-4 菲涅耳透镜3.3.2 BISS0001芯片介绍BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图3-5所示为BISS0001集成芯片的内部框图，管脚功能说明如

17、表3-1所示。图3-5 BIS0001芯片内部结构图表3-1：管脚说明图引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端，一般接0V8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VCC，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当V

18、cVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端，经RB接VSS端，RB取值为1M左右。11VCC-工作电源正端，范围为35V122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端15IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端3.4硬件电路设计3.4.1系统电源电路的设计本系统电压为4.5v左右，直接接3个1.5V的直流干电池提供电源，然后用导线连接电源接口模块。其电路图如图3-6所示：图3-6电源电路图3.4.2时钟电路的设计时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作

19、节奏，时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。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。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。下图3-7为时钟电路图图3-7时钟电路图3.4.3复位电路的设计复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运

20、行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。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。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值，如图3-8所示为复位电路图3-8复位电路3.4.4信号采集处理模块电路设计本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过

21、R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。图3-9信号处理模块3.4.5放大电路的设计如图3-10所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，

22、Vo是输出放大的电压信号图3-10放大电路图3.4.6按键控制电路本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 30秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图3-11所示：图3-11按键部分3.4.7报警电路的设计在单片机的I/O 里会输出高低电平,在P2.0、P2.1和P2.2分别接上LED指示灯而P2.3接上蜂鸣器而蜂鸣器外接个8550的三极管起到开关作用，当三极管达到饱和状态下就驱动了蜂鸣器工作了。如图3-12所示蜂鸣器报警电路。如图3-13为指示灯

23、显示电路。 图3-12蜂鸣器报警电路 图3-13 指示灯显示电路第4章软件设计4.1主程序工作流程图本系统程序设计思路流程图如图4-1所示：开始布防按键按下倒计时结束30秒倒计时开始检测到有无信号蜂鸣器报警，发光二级管闪烁紧急按键按下YYN蜂鸣器报警结束图4-1 主程序工作流程图4.2系统软件设计来的脉冲信号后，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，持续报警,然后程序开始循环工作，/*红外报警处理*/void hongwai_dis()if(flag_alarm = 1)red = red;beep = beep;if(flag_bufang_en = 1

24、) green = green; if(flag_bufang = 1) green = 0; if(hw = 1)flag_alarm = 1;第5章仿真和调试结果5.1仿真原理图基于PROTUES软件，设计仿真图如图5-1所示：图5-1 仿真原理图5.2程序调试使用KEIL软件，Keil有很强大的调试功能，可以显示C程序的反汇编代码、可以计算代码运行的时间、可以显示程序中某一变量的值能用好这个调试工具对编写单片机程序会有很大的帮助。同样的，在这里，只对Debug进行简单应用介绍，更详细的使用方法可以参看相关书籍资料。图5-2 调试前设置窗口首先，单击，弹出如图5-2所示对话框，在Targe

25、t页面上设置对应的晶振频率。其他不用作修改。设置完成后，单击，进入调试界面（如图5-3所示）。图5-3 Keil调试界面点击中对应的工具按钮则可以开始调试。程序调试结果如图5-4所示：图5-4 程序调试结果 5.3硬件安装调试调试一：按下电源按钮，黄色发光二极管亮，用作传感器指示灯，当传感器有信号输出，此灯会亮，否则熄灭。如图5-5所示为黄色发光二极管显示。图5-5 黄色发光二极管显示调试二：布放键：按下布防键绿色发光二极管会闪烁，如图5-6所示，说明系统准备开始布防。图5-6 绿色发光二极管显示30秒后绿色发光二极管长亮，说明系统进入布防状态了。只要有一个传感器检测到有人进入系统就会马上报警

26、。报警后红色发光二极管闪烁，如图5-7所示：图5-7 红色发光二极管按下取消键，报警取消，恢复初始状态。如图5-8所示：图5-8 取消键后结果调试三：紧急报警建：按下紧急报警建，系统会马上报警如图5-9所示：图5-9 紧急报警建复位键：按下复位键，系统恢复正常状态，报警取消。如图5-10所示：图5-10 复位键显示结论设计了一个多路智能报警器电路，系统主要包括以下模块电路：单片机控制模块、传感器模块、报警模块、显示模块四部分。控制模块外围，有为该系统设计的复位模块电路和振荡电路，使系统更稳定，更实用。系统能够从外部获取控制信号，并在单片机中进行数据处理。数据处理完毕以后单片机便将控制信号输出到

27、报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。实现显示报警地点并通过蜂鸣器发出报警声音的功能，较好的满足了数字化和信息化的安防要求。由于自己的水平有限，设计中存在不足之处，如果知识更全面的话，本设计科技进行如下改进： 1,、增加语言报警部分，可以实现报警更人性化和准确化 2、可以使用摄像头进行监视，从而达到系统的可视性 3、实现红外遥控，便于人机对话 4、增强红外传感的敏感性，保证感应更灵敏。经过这次课程设计，使我进一步了解了学习单片机的重要性，并且通过自己的创新思维设计出电路，加深了我对模拟电路的基本概念，基本电路的工作原理和基本分析方法的理解，提高了自身的能力和水平，使我更深的认识了

28、电子技术在生产生活中的重要意义，我本次设计的多路防盗报警器，通过设计此装置，深刻的明白了它的工作原理，内部结构，应用意义，性能等方面。在设计的过程中使我在满足设计要求的前提下，广开思路大胆创意，并到图书馆翻阅和搜集相关资料，为设计做了充分的准备，设计过程中遇到了一些困难，并没有使我灰心坚持到底，终于通过自己的努力完成了多路防盗报警器的设计。参考文献1胡萍.串口通信的红外报警器的研制J.计算机与现代化，2010（10）：15-16.2唐德琴.电子温度测量仪器技术发展战略研究J.电子科学技术，2009,27（1）：1-83李行善.基于串口组件的体系结构J.电子串口与仪器学报，2010（08）：15

29、-16.4姜道连等.用于AT89C51设计红外报警器的设计与制作J.国外电子元器件，2010（12）：31-34.5冯国进嵌入式Linux驱动程序设计从入f-J至U精通D田北京：清华大学出版社,20086蔡文斋. 专业级串口调试器设计. 现代电子技术, 2010.7熊如贵.串口通信感应装置J.电子制作，2009（6）:23-31.8 时德钢等.基于串口通信的红外报警器的研究J.计算机测量与控制，2009,10（7）：480-482.9 李全利.单片机原理及应用技术（第二版）.北京:高等教育出版社,2000:32-40.10 韩志军,王振波,沈晋源.单片机应用系统设计.北京:机械工业出版社,20

30、06:22-32.11 李光飞,楼然苗,胡佳文,谢象佐.单片机课程设计实例指导.北京:航 空航天大学出版社,2008:23-43.12 李朝清.单片机原理与接口技术.北京:航空航天大学出版社,2000:56-98.13 余永权.ATMEL89系列单片机应用技术.北京:航空航天大学出版社,2008:56-98.14 周志敏.周纪海等编.LED驱动电路设计与应用.北京:人民邮电出版社,2006:67-98.15 袁宇正.电子爱好者实用电子制作.北京:人民邮电出版社,2007:34-78.附录一、总体原理图设计：二、实物图：功能介绍：本设计采用51单片机+红外热释电传感器+蜂鸣器LED声光报警器+功

31、能按键+三节电池盒电源组成。当遇到紧急情况时，可按下紧急报警建，蜂鸣器进行报警。当按下布防键30秒后系统进入布放状态，只要一有人进入传感器的检测范围系统会马上报警，红外发光二极管会闪烁。操作说明：1、 紧急报警建：按下紧急报警建，系统会马上报警。2、 布放键：按下布防键绿色发光二极管会闪烁，说明系统准备开始布防，30秒后绿色发光二极管长亮，说明系统进入布防状态了，只要有一个传感器检测到有人进入系统就会马上报警。3、 取消键：按下取消键可以取消当前报警。4、 红色发光二极管：当有报警时此发光二极管长亮，否则熄灭。5、 绿色发光二极管：用作布防状态指示灯6、 黄色发光二极管：用作传感器指示，当传感

32、器有信号输出，此灯会亮，否则熄灭。三、程序源代码：#include <reg52.h> /调用单片机头文件#define uchar unsigned char /无符号字符型宏定义变量范围0255#define uint unsigned int /无符号整型宏定义变量范围065535#define key_io P1ucharkey_can;sbit beep = P23; /蜂鸣器定义sbit red = P22; /红色发光二极管定义sbit green = P21; /绿色发光二极管定义sbit yellow = P20; /黄色发光二极管定义sbithw = P13;

33、/红外热释传感器定义sbit hw2 =P14; /红外热释传感器2定义bit flag_300ms = 0;/*独立按键处理函数*/void key()staticucharkey_new = 0,key_old = 0,key_value = 0;if(key_new = 0) /按键松开if(key_io& 0x07) = 0x07)key_value +;elsekey_value = 0;if(key_value>= 5) /按键松开松手检测key_value = 0;key_new = 1;/按键松开后进入等待按键状态elseif(key_io& 0x07)

34、!= 0x07) /按键按下key_value +;elsekey_value =0;if(key_value>= 5)/按键按下消抖key_value = 0;key_new = 0; /按键松开后进入等待松开按键状态key_can = 20;if(key_new = 0) && (key_old = 1)switch(key_io& 0x07)case 0x06: key_can = 1; break; /得到按键值case 0x05: key_can = 2; break; /得到按键值case 0x03: key_can = 3; break; /得到按键值