基于51单片机的家庭防盗报警器设计与制作

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目录

1产品功能分析...............................................................................................................1

1.1设计背景及内容.................................................................................................1

1.2功能分析.............................................................................................................1

2系统方案设计...............................................................................................................1

2.1设计任务分析.....................................................................................................1

2.2系统框图.............................................................................................................2

3产品硬件设计...............................................................................................................3

3.1单片机部分.........................................................................................................3

3.1.1STC89C51单片机简介..............................................................................3

3.2.2单片机最小系统........................................................................................3

3.2.3按键控制电路............................................................................................4

3.2.4指示灯和报警电路....................................................................................4

3.2红外感应部分.....................................................................................................5

3.2.1电源模块...................................................................................................5

3.2.2热释电传感器...........................................................................................5

3.2.3菲涅尔透镜...............................................................................................6

3.2.4BISS0001芯片介绍...................................................................................6

3.2.5信号采集处理模块...................................................................................8

4产品软件设计...............................................................................................................9

4.1主程序流程图.....................................................................................................9

4.2程序设计.............................................................................................................9

4.3程序烧录软件介绍...........................................................................................10

5系统组装与调试.........................................................................................................10

5.1电路组装...........................................................................................................10

5.2系统调试..........................................................................................................11

5.2.1系统软件调试.........................................................................................11

I

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5.2.2系统硬件调试.......................................................................................11

5.3实物测试...........................................................................................................12

5.4产品调试...........................................................................................................13

5.4.1产品实物装配图.....................................................................................13

5.4.2硬件调试及调试中遇到的问题.............................................................13

6产品使用说明.............................................................................................................14

参考资料.........................................................................................................................15

附录1元器件清单.......................................................................................................16

附录2电路原理图.......................................................................................................17

附录3PCB设计图........................................................................................................18

附录4作品实物照.......................................................................................................19

附录5软件程序代码...................................................................................................20

II

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基于51单片机的家庭防盗报警器设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

伴随着电子通讯的快速发展，单片机凭着它集成度高、体积小、性价比高、

价格低等特点，被人们广泛应用到日常生活、工业领域和社会，譬如各种家用

电器、智能仪表、数控机床、数据采集和工业控制等。

现代人对家庭的智能化功能和安全要求日渐提高，迫切需要一个能够信得

过地完成日常安全工作的智能家庭报警系统。这样的报警系统保证人们可以安

心工作和外出，能够保证居民的财产和生命不受损失。

本项目是利用AT89C51单片机实现的家庭防盗报警系统，它通过传感器检

测家庭安全隐患，将检测结果传输给单片机，控制报警灯和高调报警的启动由

单片机来。

（1）设计内容。

1)系统图的选择。

2)硬件电路的组成及使用方法。

3)硬件和软件的调试。

（2）设计要求和预期效果。

1)显示功能：数码管显示，能够读取当前距离。

2)报警功能：对低于阈值的数值发出声音报警。

3)扩展功能：可以设置距离报警的上限。

1.2功能分析

(1)红外热释电传感器报警，当激活按钮被按下30秒（这30秒是为了让人

们离开探测范围），系统进入激活状态。

(2)一旦有人进入探测范围，系统立即报警，蜂鸣器呼叫，红色二极管闪亮。

2系统方案设计

2.1设计任务分析

（1）本项目包括两部分：软件设计和硬件设计；模块包括按键设置、数据

收集和警报三部分组成。

1

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（2）单片机控制电路、热释电红外传感器、蜂鸣器、软件和发光二极管指

示电路五部分构成了红外线防盗报警系统。

（3）该系统能够实现的功能，当有人闯进时，红外热释电传感器会检测到

该动作，设置人体辐射的红外光谱在监控点的红外探头将转换为电信号；当有

人出去时，外出和布防状态将设置为报警系统的一个点进行探测工作。

2.2系统框图

家庭防盗报警器主要由中央控制单片、人体感应模块、按键模块、数码显

示模块、电源电路和报警电路六部分组成。

该系统的组成结构如下：

按键模块数码管显示模块

单

复位电路片声光报警提示模块

机

晶振电路人体感应模块

图1系统框图

设计要求：

（1）主机上有三个控制程序的按钮，一个是撤销布防按钮，一个是满足紧

急报警按钮（或用来测试的按钮），一个是布防按钮，另一个是单片机复位按

钮。

（2）当按下布防按钮，三十秒后将进入到监控的状态（此时有物体靠近不

报警），当有人靠近时，红外热感应信号，传回单片机，单片机立即报警，按

下撤防按钮即可撤防。

（3）在特殊紧急情况下，按下紧急报警按钮（即测试按钮），蜂鸣器会发

出警报。

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3产品硬件设计

3.1单片机部分

3.1.1STC89C51单片机简介

STC89C51是一个高性能、低功耗的8位CMOS微控制器，具有8k的系统闪存。

在单个芯片中存在灵活的8位CPU和系统级可编程的Flash，使得STC89C51成为

许多嵌入式控制应用的超高效和高度灵活的解决方案。

图1STC89C51核心板

3.2.2单片机最小系统

为了使单片机工作，单片机最小系统的电路组成如图2所示。

STC89C51单片机工作电压在4-5.5V之间，所以一般情况下，外部5V直流

电源与单片机相连。该连接包括将微控制器的40号引脚VDC连接到5V的正极，

同时将20号引脚VSS连接到电源的接地端。

单片机在工作过程中因外界环境干扰而使程序脱落，按下复位按钮，内部

程序自动从头起动。该设计采用了外置手动按键复位电路并要求上拉电阻以增

加输出高电平。

3

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U1VCC

VCCP10140

P1.0VCC

P11239

P1.1P0.0

P12338

P1.2P0.1

P13437

P1.3P0.2

S1C110uF536

P1.4P0.3

635

P1.5P0.4

734

P1.6P0.5

J1833

P1.7P0.6

932

4VCCRSTP0.7

1031

3(RXD)P3.0EA/VPP

1130

2(TXD)P3.1ALE/PROG

10K1229

1(INT0)P3.2PSEN

R61328

(INT1)P3.3P2.7

1427

(T0)P3.4P2.6

1526

(T1)P3.5P2.5

1625

(WR)P3.6P2.4

1724P23

(RD)P3.7P2.3

C20.1uF1823P22

XTAL2P2.2

1922P21

XTAL1P2.1

Y12021P20

GNDP2.0

C30.1uF12M

U1

GND

图2信号处理模块

3.2.3按键控制电路

为了在布防和紧急状态下控制不同形式的电路操作便有了该电路的设计。

当有人按下布防按钮时，30秒后进入到的、实时监控状态。当有物体靠近时，

信号被红外热释电检测到并传输到微控制器，微控制器立即发出警报。当某一

紧急情况发生时，按下紧急报警按钮，蜂鸣器将发出警报。如图3所示。

P10

P11

P12

S2S3

S4

GND

图3按键部分

3.2.4指示灯和报警电路

微控制器的I/O发出高低电平，P20、P21和P22分别与发光二极管和P23

与蜂鸣器相连，而蜂鸣器的外部晶体管8550起开关作用。

4

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VCC

P

2

R33

2KQ1

8550

蜂+鸣器

B1

GND

图4指示灯和报警电路

3.2红外感应部分

3.2.1电源模块

这个系统的电压约为4.5V，用电线连接三节1.5V的直流干电池即可。

3.2.2热释电传感器

二十世纪八十年代发明了一种新型的、高灵敏度的传感元器件，热释电红

外传感器（简称PIR）。该电压信号可被放大以驱动各种控制电路，如自动读取

数值、开关控制电源、预防盗贼和火灾警报等。人体红外辐射中心的波长在

9-10um范围内，但传感元件波长的敏感度几乎稳定在0.2-20um的范围内。整个

系统的关键在于传感器，检测人体的红外辐射只有传感器才能做到。如图5。

图5热释感应传感器

5

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3.2.3菲涅尔透镜

热释电传感器的"眼镜"称之为菲涅尔透镜，它有着和人的眼睛一样的作用；

视野越大，监测就越严。视野越小，控制就越窄。图6为菲涅尔透镜的模型。

图6菲涅耳透镜

3.2.4BISS0001芯片介绍

检测信号处理的集成电路一般使用BISS0001芯片，工作电压在3V-5V范围

之内，当工作电压为5V时，输出驱动电流为10MA。组广泛用于自动控制和安全

领域，特质的集成块是一个由16个引脚组成的。BISS0001集成芯片的内部框图，

如图7，各引脚的功能见表1。

图7BISS0001芯片内部框图

6

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表1BISS0001引脚功能

引脚名称I/O功能说明

1AI触发器选择器有重复与否。

VS的上升沿触发控制信号，当输出V0从高电平降低到低电平时，被认为

2VOO

是无效的触发。

3RR1--Tx输出延迟时间调节端

4RC1--Tx输出延迟时间调节端

5RC2--Tx输出延迟时间调节端

6RR2--Ti触发封锁时间调节端

7VSS--工作电源的负极，通常连接到0v

8VRFI参考电压和复位输入。

9VCI触发器禁用终端。当Vc>VR（VR≈0.2VDD）时，允许触发。

10IB--运算放大器的偏置电流设置终端通过RB连接到VSS终端，其数值约为1M。

11VCC--正向操作电源，范围为3~5V

122OUTO第二级运算放大器输出

132IN-I运算放大器第二级的反相输入

141IN+I运算放大器第一级的相位输入

151IN-I运算放大器第一级的反相输入

161OUTO运算放大器第一级的输入

从原理图中可以看出，BISS0001是一种特殊的数字-模拟混合集成电路，由

一个运算放大器、一个延迟定时器、一个状态控制器和一个电压比较器、一个

封锁定时器，即一个参考电压等组成。在Tx时间结束时，Vo下降到一个低电平，

从而进入Ti阻断周期。

7

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3.2.5信号采集处理模块

图8信号处理模块

图9实物图

该电路将人体的红外线辐射转换为电信号。如果在延时期间有活体在这个

检测范围内进行活动，输出值就会一直保持着高电平，一直到人移开后，高电

平才会变为低电平。

8

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

开始

布放键按下

20秒倒计时开始

倒计时结束

NO

YES

检测到有无信号紧急按键按下

YES

蜂鸣器报警，发光二极管闪烁

蜂鸣器报警

结束

图10主程序流程图

4.2程序设计

STC89C51微控制器的软件开发平台是Keiluvision4C51，仿真环境是

Protues，下载软件是STC_ISP。

9

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Protues软件是US(英国)Labcenter电子公司出版的EDA仪器软件。它不但

具有其他EDA工具的模拟方式，还可以模拟微控制器和外围设备。其处理器模

型支持8052、AVR、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、HC11、8086、ARM和MSP430

等。一款针对STC系列单片机设计的烧录编程软件被发现，STC-ISP，它可以下

载12C5410、12C2052和STC89等单片机。

4.3程序烧录软件介绍

KeilC51是由KeilSoftware为51系列C语言软件开发系统。由于C语言

在功能、可读性、结构和可维护性方面比汇编语言有明显的优势，因此很容易

学习和使用另一个重要的方面是，如果你看一下编译后生成的汇编代码，你可

以看到KeilC51生成的目标代码非常的高效，而且汇编代码生成的大多数指令

都非常紧凑，易于人们理解。

图11C51工具包的整体结构框架图

KeilC51微控制器的软件开发系统的结构如图11所示。开发人员根据实际

情况来使用IDE本身或使用其他编辑器来编辑（.C）或汇编源文件。文件从OH51

转换为标准的十六进制文件，供dScope51或tScope51调试器用于源码级调试，

也可以直接被仿真器用于调试目标板，或直接写入程序存储器，如EPROM。

5系统组装与调试

5.1电路组装

第一步开始焊接：

首先清洁要焊接的地方，可用纸巾去除灰尘，然后将两个元件脚稍稍掰开，

以方便焊接，切记不要将两个元件脚挨在一起，否则会影响焊接效果。然后进

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行焊接。注意不要让烙铁头接触到另一个元件，否则会损坏另一个元器件，最

终两个元器件焊接在一起。

第二步是焊接温度：

第二步是加热准备焊接的焊锡丝，将热的烙铁放在元件的脚旁，有些焊锡

丝融化了，切记不要停留太久，会造成很大的堵塞，这样不好，注意烙铁的温

度和加热时间，通常烙铁的温度可以达到400摄氏度左右，加热大概几秒钟。

尽量以环形方式焊接，不要将烙铁在电路板上停留过久，这样会损坏电路板。

第三步：连接杜邦的电线：

确保区分正负极，如果有很多线，确保区分清楚，线尽可能地粘在板上。

粘在面包板上的线比较窄，要避免线容易掉落，造成接触不良，如果发现线接

错了，切记不要用手去拉，应该用专门的镊子去拉，线尽量不要压到其他元件。

第四步检查控制：

最后应进一步检查，主要是检查焊点是否充分填充，确认焊点是否紧固，

是否与其他引脚连接，线路是否掉线或正负极性是否颠倒。

5.2系统调试

在接通系统整体调试之前，必须检查杜邦线的接线是否有问题，如线路是

否断开，正负极是否接反，显示屏的位置是否正确，接通后开发板是否开机。

如果程序调试没有任何问题，下一步就是检查系统功能是否符合我们的需

求；如果功能有问题，就必须反复调试，直到所有问题都得到解决，功能得到

实现。

5.2.1系统软件调试

如果程序已经编译完成，并且没有显示错误，你可以通过串行烧录模块烧

录程序，检查它是否符合功能要求，如果仍然有问题，可以进行调试，直到没

有问题。

创建一个新的文件；将程序代码写入文件内，然后将其保存在文件夹中。

编译和调试程序；第一步是编译程序。如果有错误，我们将找到它并编辑

它。只要没有错误。

5.2.2系统硬件调试

最后是硬件测试，可以用万用表等进行测试，检查所有部件是否可以上电，

是否正常工作，可分为以下几类。

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(1)调试主要分为以下几类:

首先我们观察焊接是否完成，元件是否没有直接焊接，没有忘记焊接，否

则会发生短路。

可以使用万用表检查电源是否短路，电源有没有通电，再看测量针管有没

有连接正确，是否有接线上的错误，避免将针管全部焊接在一起，否则无法达

到工作效果。

连接5V电源线。如果第一个步骤和第二个步骤都没有存在问题的话，下一

步就是上电，看每一个器件是不是正常工作，上电后开发板是否明亮，工作是

否正常。

(2)进入最后一步，检查各个器件是否正常工作，能否满足开发效果，这里

要注意做好产品的保护工作，不要让元器件损坏和丢失。

5.3实物测试

测试正常，如图12所示：

图12系统测试图

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5.4产品调试

5.4.1产品实物装配图

图13没有连通电源的烧录程序的实物图

5.4.2硬件调试及调试中遇到的问题

第一步是目视检查。整体应用系统的电路是纯手工焊接在空腔板上的，所

以必须反复仔细检查每个焊点。

第二步是万用表的测。用万用表目测各个接电处，检查其连接状态，然后

检查每条电源线与地线之间有没有存在短路的现象。

第三步是检查电源。系统通电后，首先检查设备的所有插座或引脚的电压

值，接地端的电压值，固定电平引脚端是否连接到正确的电平。

第四步是在线验证。在调试硬件电路的过程中，也发生了很多问题，一开

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始把所有的元器件都焊好了，就准备调试，才发现电源的正负极引脚离电源太

近，不容易接上电源，导致这么大的失误。

6产品使用说明

这个设计系统是由红外热释电人体感应报警器，在按下布防按钮30秒后

（这30秒是为了让人离开感应距离）系统就会进入布防状态，只要有人进入到

感应范围系统内就会立即报警，蜂鸣器就会立刻呼叫，红色发光二极管会闪烁。

报警方式：

声光报警，红色LED指示灯闪烁，蜂鸣器报警。

操作说明：

（1）紧急报警键：当按下紧急报警键，系统将立即报警。

（2）布防键：当按下布防键绿色LED灯会闪烁，表示系统准备开始布防，

30秒后绿色LED灯就会立刻亮起，表示系统已经进入布防状态，只要有人进入

传感器范围系统就会立即报警。

（3）取消键：摁取消键可以取消当前报警。

（4）红色LED灯：当有报警时，LED等就会立刻亮起，否则会熄灭。

（5）绿色LED灯：用于布防状态指示。

（6）黄色LED灯：用于传感器指示，当传感器有信号输出时，LED灯就会

亮起，否则熄灭。

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参考资料

[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）：1-8

[3]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）：15-16.

[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,2008

[6]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.

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附录1元器件清单

1、7*9万用板

2、Stc89c51单片机

3、40IC座

4、人体感应模块

5、3p母座

6、3p插针

7、杜邦线*3

8、9012

9、10k电阻*2

10、2.2k电阻*3

11、220Ω电阻

12、5v有源蜂鸣器

13、10uf电容

14、12m晶振

15、30pf电容*2

16、小按键*4

17、5mmLED（红、黄、绿）*3

18、DC电源插口

19、自锁开关

20、导线若干

21、焊锡若干

22、Usb电源线（电池盒+DC插头）

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4作品实物照

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附录5软件程序代码

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#include<reg52.h>//调用单片机头文件

#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255

#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535

#definekey_ioP1

ucharkey_can;

//红外热释电平时为0有输出为1

sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器定义

sbitred=P2^2;//红色发光二极管定义

sbitgreen=P2^1;//绿色发光二极管定义

sbityellow=P2^0;//黄色发光二极管定义

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sbithw=P1^3;//红外热释传感器定义

bitflag_300ms=0;

/****************独立按键处理函数************************/

voidkey()

{

staticucharkey_new=0,key_old=0,key_value=0;

if(key_new==0)//按键松开

{

if((key_io&0x07)==0x07)

key_value++;

else

key_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

}

}

else

{

if((key_io&0x07)!=0x07)//按键按下

key_value++;

else

key_value=0;

if(key_value>=5)//按键按下消抖

{

key_value=0;

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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)

{

case0x06:key_can=1;break;//得到按键值

case0x05:key_can=2;break;//得到按键值

case0x03:key_can=3;break;//得到按