基于STc单片机的红外报警设计毕业设计（外文翻译）

1、沈阳理工大学学士学位论文 I摘 要 随着社会的进步和科学的发展，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。为了创造一个安全的居家环境，报警器便是必不可少的工具。现在市场上主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。所以本设计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

2、强、灵敏度高、安全可靠。本系统包括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、驱动执行报警电路等部分组成。处理器采用 51 系列单片机 STC89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。关键词：红外报警器；STC89C51；单片机；红外传感器沈阳理工大学学士学位论文 IIAbstractWith the social progress and the development of science, the way people work, live and communications, and information about the relationship be

3、tween the increasingly close. The information society is changing the way people live and work habits while also traditional residential challenges, social, technological and economic progress to the mindset of the people followed changes. The home has long been not only the physical space, more att

4、ention is a safe, convenient and comfortable living environment.In order to create a safe home environment, the alarm is an essential tool. Market pressure triggered the anti-theft alarm, the switching electronic anti-theft alarm and pressure blackout triggered burglar alarm alarm, but several of th

5、e more common alarm, there are some drawbacks. This design uses a pyroelectric infrared sensor, it create a simple, low-cost, more convenient to install, and anti-theft performance is relatively stable, strong anti-interference ability, high sensitivity, safe and reliable.The system includes both ha

6、rdware and software design. The hardware part includes the MCU control circuit, infrared probe circuit to drive the implementation of the alarm circuit parts. The processor uses 51 series microcontroller STC89C51. The whole system is working under the control of the system software.Keywords: infrare

7、d alarm; STC89C51; microcontroller; infrared sensor 沈阳理工大学学士学位论文 III目 录1 绪 论.11.1 防火防盗报警器概况.11.1.1 红外报警器技术的发展.11.1.2 红外报警器技术的现状.32 基于单片机的报警器的设计方案.42.1 方案准备.42.2 设计方案.42.2.1 总体框图.5 2.2.2 总电路设计. .63 系统硬件设计.73.1 主要器件介绍.83.1.1 单片机的发展史.83.1.2 常见单片机简介.93.1.3 STC89C51 的基本结构.103.1.4 STC89C51 单片机的的封装和引脚.123.

8、2 传感器电路设计.133.2.1 红外传感器简介.153.2.2 声光报警元件.164 系统软件设计.174.1 编程 KEIL 环境介绍.174.2 程序流程.194.3 主程序.195 调试与仿真.225.1 硬件调试.225.2 软件调试.225.3 系统调试.235.4 调试的步骤.235.5 PROTEL 软件介绍.25沈阳理工大学学士学位论文 IV结 论.26致 谢.27参考文献.28附录 A 英文原文.29附录 B 汉语翻译.38附录 C 程序.45附录 D 实物图.46附录 E 电路原理图.47沈阳理工大学学士学位论文 11 绪 论随着时代的不断进步，电子电器的飞速发展.人民

9、的生活水平有了很大提高人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面。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。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，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分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。所以本设计从价格低廉、技术性能稳定性商考虑设计一款报警器。红外报警器正符合以上各种需要。由于红外线是不见光，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

10、国外的先进技术,其功能也非常先进。本设计需要一定的单片机，C 语言，计算机，电子等丰富知识，在设计中可以将相关的专业知识融会贯通，并且需要动手实验，可以将自己的理论知识进一步深化，对于日后的工作起到了一个很好的开头作用。1.1 防火防盗报警器概况报警器是一种以声音、光、气压等形式来提醒或警示应采取防护行动为防止或预防某事件发生所造成损失的电子产品。人们生活水平随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防火防盗措施提出了新的要求。它不仅要体积小、安装方便、功能较齐全等优点，而且要有很高的性价比。1.1.1 红外报警器技术的发展1、防盗报警

11、主机与控制面板技术提升 比如入侵探测，需要快速回应即时入侵事件，否则可能造成重大的损失。因此，优秀的防盗报警产品，应该在性能与可靠性两方面，寻找平衡。在探测技术上可以采用红外 XX的双重或三重探测技术，尽量降低误报率。沈阳理工大学学士学位论文 2 此外，主机上若再加上嵌入式 MCU 或是微处理 CPU 技术，就可以让防盗报警主机在功能上提升到更多样化界面要求，在控制面板上，从本次测试产品上看，精致简化的控制操作与远端移移动界面的控制已是必然的趋势，加上不同的门禁控制界面，使得控制面板不再是一个死板的键盘而已。防盗报警主机与控制面板也在防入侵防破坏的机制上有了大幅的改良，可看到密码锁盖板等设计的

12、配合，还有外观材质结构着重抗暴与耐候的结构，这一切都在突显整体防盗报警系统的技术提升。 2、防盗报警系统发展人性化 随着人们生活水准大幅提高，在实际生活，防盗报警系统的技术，也可以应用于提供个性化的医疗报警服务。已有业者针对中国老人化的发展趋势，推出远端医疗看护回应系统解决方案。透过防盗报警主机液晶萤幕、按键、呼叫键等功能特点，用户按键后，不需要透过电话，即可直接与保安服务中心或亲人对话。该系统还可即时发现用户摔倒、活动等资讯，并有定时吃药提示等多种事件语音提醒功能。另外，最新的防盗报警主机系统也可根据用户的不同需求，配备具备蓝芽技术的心电图监测仪、血糖仪、血压计、体重计等多种蓝芽医疗设备，可

13、即时检测用户的血糖、心电图等生理状况，并透过报警控制主机，将用户的生理状况(心电图、血糖、血压)资讯，传送给远端医疗人员进行居家照护。 3、防盗报警系统的整合与应用 整合是安防系统的一大发展趋势，防盗报警系统自然也不例外。事实上，防盗报警系统与影像监控、门禁系统等其他安防子系统的整合，早非新鲜事，而近年来，由于其逐步将应用拓展到住宅、社区，因此也开始结合智慧家居，但这些仅是最简单、最基础的整合。另外还可以做到如防盗报警与影像监控的连动，目前仅是利用硬体将前端探测器的输出介面，与影像监控的报警连动输入介面，连接起来，当出现异常情况时，透过预先设定的连动方式，执行影像报警连动实现影像回放、硬碟录影

14、。又如与软件平台的资讯整合，除硬体整合外，软件整合更是各防盗报警子系统间整合的重点。在各系统整合中，目前的关键点是如何解决各系统之间资讯的互动及处理。 再过来就是最近的防盗报警整合要求必须要达到多种报警联网并存的方式，防盗报警联网有个容易混淆的含义，就是将报警控制器与控制中心的联网，跟报警探测器与控制器间的联网，混为一谈。其实报警联网方式，包括有线、无线两种，如连线公安或以无线 GSM 电话通报，而报警探测器与控制主机间的联网，无线是专用无线，如红外线或 Zigbee 等并不是电信运营商所提供的无线平台。这二者就重要性而言，报沈阳理工大学学士学位论文 3警控制器与控制中心的联网，才是系统整合的

15、关键。近年来，随着 IP 网路的盛行，不少报警控制器厂商也开始采用有线或无线的 IP 网路联网方式，但实际看到的连网应用由于使用环境的封闭性，透过 TCP/IP 的方式联网目前应用面尚未大幅成长。1.1.2 红外报警器技术的现状现阶段防盗报警系统主要应用于侵入探测，亦即透过安装各类型的探测器(如主被动红外线、微波、门窗磁簧开关、紧急按钮、玻璃破碎探测器等)，按照预先设定的规则，检测被保护区域是否有非正常侵入；当发现有非正常侵入，报警控制器即进行语音声光的警示，同时显示警报点区域位置，联网的系统还会将报警资讯，透过手机、平板Pad、市内电话线、IP网路或以无线电信网路，通报用户或是监控管理中心。

16、 在防盗报警系统中所能连结的探测器其中，红外线是目前最主要的探测方式之一。在多元探测应用需求不断衍生，建筑环境结构又日益复杂的今日，除了安装技术外，防盗报警系统在探测技术的发展更成为系统是否具有效益优势的指标。我们可以从接下来几种探测技术的应用与发展来检视。 首先应用最多也最普遍的就是红外线防盗探测器，红外线防盗探测器分为主动式(AIR，又称对射式)与被动式(PIR，又称热感应式)。主动式红外线因为具有发光器会主动发出光束，遮断才误报，且光束笔直，所以一般都用于区域的周界防护；至于被动式红外线则是靠探测人体发射的10-12m左右的红外线，而进行感测报警，但因为在常态下，室外温差变化大，热源干扰

17、及扰动多，所以被动式红外线探测器大部份只能适用于室内或特定区域空间使用。除此之外而红外线探测器关系到防盗报警探测系统的的优劣有以下十个误报因素，在必须应用技术慎重加以考虑，这10大红外线探测器误报主因： 1.对RFI&EMI无线电射频的抗干扰能力不良，产生邻频干扰。2.对人员入侵行为判断准确度不足。 3.受到环境温度、强光影响。 4.报警主机和探测器因多套配置导致编码重复。5.透光罩外形设计不良。6.内部光线元器件设计角度误差。7.红外线探测器安装施工方式错误不良。8.多重探测技术应用错误造成相互干扰。沈阳理工大学学士学位论文 49.生产产品工艺不良及操作使用错误造成误报。10.探测距

18、离、范围、温度补偿，灵敏度设定错误或搭配不良。灵敏度和误报率，一直是防盗报警产品必须面对的矛盾，因为产品的灵敏度提高，误报率也经常随着上升。因此，已有不少厂商对此进行改进。由上可知，红外线探测器可能发生误报的情况，多数与产品本身的设计制造能力有关。所以，产品本身性能的选择，是降低误报率极为重要的第一道门槛。沈阳理工大学学士学位论文 52 基于单片机的红外报警器的设计方案2.1 方案准备根据之前制定任务计划，以及论文的设计需要：1、掌握单片机基本原理及接口相关知识； 2、掌握汇编或 C 语言程序设计及开发基础知识； 3、熟悉利用 KeilC51、Protel 等开发工具软件实现系统的软、硬件设计

19、； 4、利用单片机开发板实现报警器的功能。根据系统的先后顺序，先从硬件开始设计，先对于红外报警器的了解，及整体思路的重复思考，设计好原理图，准备好所需要的元器件，然后设计软件，进行调试。此最后修改设计方案，增添附加功能以及完善细节问题，包括应该采集的信号种类、数量、范围，输出信号的形式和响应时间，传感器的对比和选择，技术指标的确定等。2.2 设计方案2.2.1 总体框图根据方案的设计思想，我们从中就可以得到了报警系统的总体框图如图 2.1 所示：沈阳理工大学学士学位论文 6图 2.1 报警系统的总体框图2.2.2 总电路设计根据要求，设计中我们选用 STC89C51 单片机，单片机是防盗报警器

20、的核心部件。STC89C51 单片机的主控电路包括时钟电路、复位电路。 按照之前的设计思路，利用 protel 软件就得到了基于 STC89C51 的报警总电路图如图 2.2 所示：沈阳理工大学学士学位论文 7图 2.2 报警器总电路图沈阳理工大学学士学位论文 83 系统硬件设计3.1 主要器件介绍 单片机微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU 表示单片机，单片机又称单片机微型计算机，他不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是吧一个计算机系统集成到一个芯片上。大年纪由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成。和计算机相比，单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲：一块芯

21、片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。3.1.1 单片机发展史1971 年 intel 公司研制出世界上第一个 4 位的微处理器；Intel 公司的霍夫研制成功世界上第一块 4 位微处理器芯片 Intel 4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的 7 位科学家”之一 。1971 年 11 月，Intel 推出 MCS-4 微型计算机系统（包括 4001 ROM 芯片、4002 RA

22、M 芯片、4003 移位寄存器芯片和 4004 微处理器 ）其中 4004（下图）包含 2300 个晶体管，尺寸规格为 3mm4mm，计算性能远远超过当年的 ENIAC，最初售价为 200 美元。 1972 年 4 月，霍夫等人开发出第一个 8 位微处理器 Intel 8008。由于 8008 采用的是 P 沟道 MOS 微处理器，因此仍属第一代微处理器。1973 年 intel 公司研制出 8 位的微处理器 8080；1973 年 8 月，霍夫等人研制出 8位微处理器 Intel 8080，以 N 沟道 MOS 电路取代了 P 沟道，第二代微处理器就此诞生。 2MHz 的 8080 芯片运算

23、速度比 8008 快 10 倍，可存取 64KB 存储器，使用了基于 6 微米技术的 6000 个晶体管，处理速度为 0.64MIPS（Million Instructions Per Second ） 。 1975 年 4 月，MITS 发布第一个通用型 Altair 8800，售价 375 美元，带有 1KB 存储器。这是世界上第一台微型计算机。沈阳理工大学学士学位论文 9 1976 年 intel 公司研制出 MCS-48 系列 8 位的单片机，这也是单片机的问世。 Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。当时，Zilog、Moto

24、rola 和 Intel 在微处理器领域三足鼎立。 20 世纪 80 年代初，Intel 公司在 MCS-48 系列单片机的基础上，推出了 MCS-51系列 8 位高档单片机。MCS-51 系列单片机无论是片内 RAM 容量，I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。3.1.2 常用单片机简介STC 单片机：STC 公司的单片机主要是基于 8051 内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统 8051,速度快 812 倍,带 ADC,4 路 PWM,双串口,有全球唯一 ID 号,加密性好，抗干扰强.PIC 单片机：是 MICROCHIP 公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简

25、指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH 程序存储器的芯片.EMC 单片机：是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与 PIC8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比 PIC 的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。ATMEL 单片机(51 单片机)：ATMEl 公司的 8 位单片机有 AT89、AT90 两个系列,AT89系列是 8 位 Flash 单片机,与 8051 系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90 系列单片机是增强 RISC 结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash 的单片机,也叫 AVR 单片机。PHLIPIS51L

26、PC 系列单片机(51 单片机)：PHILIPS 公司的单片机是基于 80C51 内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内 RC 振荡器等功能,这使 51LPC 在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.HOLTEK 单片机：台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品.TI 公司单片机(51 单片机)：德州仪器提供了 TMS370 和 MSP430 两大系列通用单片机.TMS370 系列单片机是 8 位 CMOS 单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430 系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的

27、 16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合松翰单片机（SONIX）：是台湾松翰公司的单片，大多为 8 位机，有一部分与 PIC8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有 PMWADC 内振内部杂讯滤波。缺点 RAM 空间过小，抗干扰较好。沈阳理工大学学士学位论文 103.1.3 STC89C51 的基本结构在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器/计数器、串行口和中断系统等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分：STC89C51 的基本结构如图 3.1 所示振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存

28、储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 16 AT89S51 CPU 64 KB 总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断外时钟源外部事件数外中断控制并行口串行通信图 3.1 STC89C51 的基本结构1. 电源引脚 VSS（20 脚）：接地，0V 参考点。 VCC（40 脚）：电源，提供掉电、空闲、正常工作2. 外接晶体引脚 XTAL1（19 脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器的输入端和内部时钟电路输入端。 XTAL2（18 脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大器的输出端。 3. 控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚有 RST/VPD 沈

29、阳理工大学学士学位论文 11等 4 种形式入、输出。4. 输入/输出引脚 (1) P0 口（P0.0-P0.7，32-39 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口。可向其写入 1 使其状态为悬浮，用作高阻输入。P0 口也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉传送 1。 (2)P1 口（P1.0-P1.7，1-8 脚）：是带内部上拉的双向 I/O 口。向 P1 口写入 1时，P1 口被内部上拉为高电平，可用作输入口；当作为输入脚时，被外部拉低的 P1 口会因为内部上拉而输出电流。 (3)P2 口（P2.0-P2.7，21-28 脚）：是带内部

30、上拉的双向 I/O 口。向 P2 口写入 1 时，P2 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P2 口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址，此时通过内部强上拉传送 1。当使用 8 位寻址方式访问外部数据存储器时,P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 (4)P3 口（P3.0-P3.7，10-17 脚）：是带内部上拉的双向 I/O 口。向 P3 口写入 1 时，P3 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P3 口会因为内部上拉而输出电流。P3 口脚具有第二功能，表 2-2 介绍了

31、P3 口的第二功能。如表 3-1 所示：表 3.1 P3 口管脚第二功能管脚功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）沈阳理工大学学士学位论文 123.1.4 STC89C51 单片机的的封装和引脚STC89C51 系列单片机采用双列直插式（DIP）QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Caiier）形式封装。这里仅介绍常

32、用的总线型 DIP40 封装，结构如图 3.2 所示。图 3.2 STC89C51 单片机的的封装和引脚部分管脚说明：1、电源:VCC - 芯片电源，接+5V； VSS - 接地端；2、时钟:XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3、控制线:控制线共有 4 根：（1）ALE/PROG:地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。（2）PSEN:外 ROM 读选通信号。（3）RST/VPD:复位/备用电源。沈阳理工大学学士学位论文 13

33、RST（Reset）功能：复位信号输入端。VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。（4）EA/Vpp:内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。EA 功能：内外 ROM 选择端。Vpp 功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，施加编程电源 Vpp。 3.2 传感器电路设计传感器是指能感受规定的被测量信息，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置，能将检测到的信息转换成为点信号或者其他形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。如今信息时代，随着电子技术的快速发展，自动检测，自动控制技术

34、显露出非凡的工作能力，而大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测的非电量的信号通过传感器转换成电信号。可见，传感器是实现自动检测和自动控制的初始环节。如果没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就不能实现现代自动检测和自动控制系统，现代科学技术的发展也就不能如此迅速。3.2.1 红外传感器简介1 PIR 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大，便可

35、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。自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。它是目前在防盗报警、沈阳理工大学学士学位论文 14火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、 自动照明。及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光

36、源；大气对 2-26lLm、35lLm、8141lm 三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 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的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 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。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜

37、用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70 分贝以上，这样就可以测出 1020 米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区” ，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 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

38、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。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。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完沈阳理工大学学士学位论文 15成报警功能。 3 PIR 结构特性及

39、安装 图 1-2 PIR 结构图 1-2 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些

40、波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由、组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为，下限截止频率为。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设沈阳理工大学学士学位论文 16计运用集成运算放大器来进行两级放大，以使其获得足够的增益。 本设计所用的热释感

41、器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如 图 1-3 所示, 在 VCC 电源端2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。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccVCC3v12vOUT 图 1-3 热释电红外传感器原理图 3.2.23.2.2 声光报警声光报警元件元件 红色发光二极管 D3,D4,D5,D6（发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS） 、磷（P

42、）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性）。蜂鸣器 LS（蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器的分类，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本设计采用的则是压电式蜂鸣器,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

43、共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V 直流工作电压）,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。沈阳理工大学学士学位论文 174 系统软件设计在单片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。用户软件的开发与系统有着密切的关系。硬件是骨架，它构成了软件的运行环境，软件则是连接各个硬件的纽带，对系统的性能起到决定性的作用。为了满足系统的要求，在编程的时候最好从以下的一些基本要求出发，严格做好软件设计1、易理解性、易维护性2、实时性3、可测试性4、准确性5

44、、可靠性4.1 编程 KEIL 环境介绍Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。与汇编相比易学易用，因为 C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。CPU 真正可以执行的是机器码，用汇编语言或者 C 语言编写的源程序必须转换成位机器码才能被执行。用过汇编语言后再使用 C 语言来开发，体会更加深刻。各仿真机厂商都宣称全面支持 Keil 的使用，Keil 已经成为必备的开发工具。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇

45、编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KEILC51 标准 C 编译器为 80C51 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强，更加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编 器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE 可为它们提供单一沈阳理工大学学士学位论文 18而灵活的开发环境。 C51 V7 版本是目前最高效、

46、灵活的 8051 开发平台。它可以支持所有 8051 的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三 方开发工具。因此，C51 V7 版本无疑是 8051 开发用户的最佳选择。C51 工具包的整体结构， uVision 与 Ishell 分别是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用 IDE 本身或其它编辑器编辑 C 或汇编源文件。然后分别由 C51 及 A51 编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由 LIB51 创建生成库文件，也可以与库文件一起经 L51 连接定位生成

47、绝对目标文件(.ABS)。ABS 文件由 OH51 转换成标准的 Hex文件，以供调试器 dScope51 或 tScope51 使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如 EPROM 中5,6。4.2 程序流程沈阳理工大学学士学位论文 19开始初始化判断传感器是否被触发报警记录报警次数返回YN图 4.1 主程序流程图4.3 主程序#includeAT89x52.h#includeintrins.h#include51hei.H#define uchar unsigned char沈阳理工大学学士学位论文 20#define uint unsigne

48、d intunsigned char frq; /报警频率unsigned char j;/记录报警次数void delayms(unsigned char ms);void main()AUXR=0 x01;P1_4=0;guandz();/关闭点阵输出,在每个程序的开头调用一下可防止点阵时不时出现几个亮条.guanled();/关闭所有 ledTMOD = 0 x01;/0001 0000 使用计时器 T0 模式 1frq = 0 x00;/报警频率设定TH0 = 0 x00;TL0 = 0 xff;/设定定时时间TR0 = 1;/启动 Timer0IE = 0 x82;j=0 x00;

49、while(1) if (P1_0=0)/传感器输出信号为低电平 P0_7=1;/指示灯不亮P2_2=1;/警报器不工作沈阳理工大学学士学位论文 21 if (P1_0=1)/单片机接收到传感器触发信号，高电平 P0_7=0;/指示灯亮起 j+;/报警次数加 1 frq+; delayms(1);/延时 /定时中断void timer0() interrupt 1 using 1TH0 = 0 xfe;TL0 = frq;P2_2 = P2_2;/ 延时子程序void delayms(unsigned char ms)unsigned char i;while(ms-)for(i = 0; i

50、 120; i+);沈阳理工大学学士学位论文 225 调试与仿真调试与仿真调试与仿真作为硬件和软件结合重要部分，要在这个步骤完成产品的模拟运行，检验系统的整体性能，使之可以在投放市场钱做好准备。本设计通过利用 Protel 仿真，将所编写的程序用 Keil 软件编译。5.1 硬件调试硬件调试主要是排除明显的硬件故障。将所画电路原理图制成 PCB 版之后将所需要的元器件按电路连接，并检查是否正确，然后对硬件的各个部分进行检测，调试，看各个端口连接是否可靠，还可应用万用表检查电路等等，并着重查看电路的开路短路，地线是否正确可靠。5.2 软件调试系统软件程序在编制好以后，可以通过汇编软件对程序进行编

51、制，变为可执行的目标代码。软件调试的顺序是子程序、中断程序、算法功能模块和主程序。在所有的子程序和中断服务程序都调试完毕后，还需要用主程序将它们连接在一起，进行整体调试，检查各个模块之间、各中断服务程序之间是否存在相互影响，是否会出现程序之间的交叉错误。若出现错误，需及时纠正。整体调试采用逐步扩大的方法，每次只增加一个功能模块，在调试正确后再加入下一个模块，直至将所有程序都与主程序连接起来。若整体调试通过，则说明软件系统基本正确:若不能通过，则需要按照连接时的相反的顺序逐次将子程序模块与主程序分离，直到发现出错原因。5.3 系统调试经过软件调试，程序无误后，将生成的.HEX 文件下载到单片机中

52、。沈阳理工大学学士学位论文 23第一步：将单片机开发板与电脑相连接，通过串口线连接，给单片机系统供电，插上电源线（usb 供电线或者 5v 直流电源），关闭电源开关，系统断电。第二步：打开下载软件，STC_ISP，并根据自己的情况作选择，一般台式机都不用做修改，直接选择 com1 即可；笔记本用户如果使用了 usb 转串口连接线，需要到电脑的属性中查得当前的端口号！并在 STC_ISP 中进行相应的选择。软件第一次启动，MCU type 上应该是 STC89C51。第三步：打开 hex 代码文件，直接 openfile 找到文件即可 第四步：点击 download/下载第五步： 给单片机系统上

53、电。5.4 调试的步骤1、源文件的建立：使用菜单 “File-New”或者点击工具栏的新建文件按钮，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口，在该窗口中输入汇编语言源程序。保存该文件，加上扩展名（.asm 或 a51），这里将文件保存为 Text1.asm。2、建立工程文件：点击“Project-New Project”菜单，出现以个对话框，要求给工程起一个名字，我们输入 Text1,不需要扩展名，点击保存按钮，出现第二个对话框。这个对话框要求选择目标 CPU（即我们所使用的芯片型号 80C51）点击 ATMEL 前面的“+”号，展开该层，点击其中的 80C51，然后点击确定按钮。回到主界

54、面，此时，在工程窗口的文件页中，出现了“Targ et1”，前面有 “+”号，点击“+”展开，可以看到下一层的“Source Group1”,这时的工程还是一个空工程，里面什么文件也没有，需要手动把刚才编写好的源程序加入，点击“Souce Group”使其反白显示，然后，点击鼠标右键，出现一个下拉菜单。选中其中的“Add file to Group”Souce Group1”，对话框，要求寻找源文件，注意该对话框下面的“文件类型“默认为 C Souce file (*.c),也就是以 C 为扩展名的文件，而我们的文件是以 asm 为扩展名的，所以在列表框中找不到 Text1.asm,要将文件类

55、型该掉，点击对话框中”文件类型后的下拉列表，找到并选中“Asm Souce File(*.asm,*.a51)”,这样，在列表框中就可以找到 Text1.asm 文文件了。双击 Text1.asm 文件，将文件加入项目，注意，在文件加入项目后，该对话框并不消失，等待继续加入其他文件，但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同一文件，这时会出现对话框，提示你所选的文件以在列表中，此时点击确定，返回前一对话框，然后，点击”Close”即可返回主界面，返回后，点击沈阳理工大学学士学位论文 24“Souce Goup 1”前的加号，会发现 Text1.asm 文件以在其中。双击文件名，即打开源程序。3、

56、工程的详细设置：首先点击左边 Project 窗口的 Target 1,然后使用菜单“Proget-Option for target target 1”即出现对工程设置的对话框，对这个对话框可谓非常复杂，共有 8 个页面，要全部高清可不容易，好在绝大部分设置项取默认值就行了。设置完成以后安确认返回主界面，工程建立、设置完毕。4、编译、连接：在设置好工程后，既可以进行编译、连接。选择菜单 Project-Build target,对当前工程进行连接，如果当前文件已修改软件会先对该文件进行比阿尼，然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出现在输出窗口中的 Build 页中，如果源程序有语法错

57、误，会有错误报告出现，双击该行，可以定到出错的位置，对源程序反复修改后，最终会得到如图 5.1 所示的结果，提示获得了名为 Text1.hex 的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其他相关文件可被用于KEIL 的仿真与调试5,9。图 5.1 正确连接、编译之后的结果5、程序下载烧写：编译好程序后，我们还要把程序下载到单片机里。采用软件烧写相比较串口下载而言，系统稳定性更高。本系统采用 STC 的烧写下载软件。首先要把单片机放在开发板上，开发板用 USB 线与电脑连接。打开 STC 烧写软件，工作界面如图 5.2 所示。 按照提示步骤进行程序的下载，这里需要注意最后一步往

58、单片机写程序的时候要采用冷启动的方法。所谓冷启动，就是先断开单片机电源，待软件提示可以下载后，再给单片机通电。等显示下载成功后，把程序下载写入到所用的单片机中。沈阳理工大学学士学位论文 25图 5.2 烧写下载软件工作界面5.5 Protel 软件介绍PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件，在电子行业的 CAD 软件中，它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使

59、用 PROTEL。早期的 PROTEL 主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS 环境，对硬件的要求很低，在无硬盘 286 机的 1M 内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，是个庞大的 EDA 软件。沈阳理工大学学士学位论文 26结 论通过对红外报警器的设计，让我对一个产品的产生有了深刻的了解，从它为什么出现，并如何实现各种各样的效果，并在有限的资源内实现最好的价值有了清晰的认识。对以后工作中的意义起到了一个很好的开头作用。在做毕业设计期间，通过阅读大量的资料，然后连接实物，还有遇到的各种难题，然后一一克服，使得自己的思考，动手，

60、解决问题的方法等能力方面有了很大的提高，对学过的知识进行融会贯通，对自己的专业方面有了明确的方向，对未来有一个明确的目标。经过此设计的完满结束，让我对自己充满了信心，对 Protel 的熟练掌握，面对芯片结构的具体应用，和报警器方面的发展都有了明确的认识，并且通过撰写论文，让我对计算机的操作，word 的实际操作以及使用技巧都有很大的提高。我相信毕业设计是对我们大学四年的一个完整的句号，更是引出未来工作的破折号，用完成毕业设计的认真工作的态度完成每一份工作。沈阳理工大学学士学位论文 27致 谢参考文献1 元增民. 单片机原理与应用.国防科学大学出版社 2006.2 李光飞. 传感器技术与应用.北京航空