热释电红外报警系统的设计-本科毕业论文

1、电子与信息工程学院 本 科 毕 业 论 文本 科 毕 业 论 文 论文题目：热释电红外报警系统的设计 摘要 i 摘要 利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，设计的一种新型探测器， 测量范围广, 响应速度快, 灵敏度高，抗干扰能力强，安全可靠。当检测到有被测物 体进入测量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延迟时间后自动消除报警 信号，也可手动解除报警信号。并且能够检测人数及控制人数的最大容量，当探测头 探测到有人经过时,系统自动计数加一，并通过键盘控制最大容量人数，如果探测到的 人数超过最大容量人数时则发出自动报警信号，并通过 led 显示检测到的人数与最大 容量报警人数。 关

2、 键 词关 键 词：热释电传感器；声光报警；单片机 ii abstract using the principle of pyroelectric infrared sensors infrared radiation and infrared detection，designed a new detector，wide measurement range，fast response， high sensitivity， anti-interference ability and reliable .when detect have measured objects enterd the me

3、asuring range，the system automatic produce sound and light alarm signals，wait sometimes automatic eliminate the alarm signal，sure manual can do.detection and control the number of the maximum people.when probed someone enter，the system automatic count plus one，by keyboard control the number of peopl

4、e.if probed the people more than the maximum，have alarm signals.through the led show the number of detected people. key wordskey words:pyroelectric infrared sensor; sound and light alarm signals; scm 目录 iii 目录 1、绪论.1 1.1 研究的意义.1 1.2 发展的现状及特点.1 1.3 研究的目的.1 2、应用元件的介绍.1 2.1 热释电传感器的原理.1 2.1.1 红外测温的特点.1

5、2.1.2 红外测温的原理.1 2.2 热释红外传感器的结构.2 2.3 菲涅尔透镜.4 3、总体电路设计.1 3.1 系统组成.1 3.2 单片机系统.3 3.3 热释电传感器的电路分析及设计.3 3.3.1 高低通放大器.3 3.3.2 电压比较器.4 3.3.3 开关电路.5 3.3.4 延时电路.5 3.4 执行电路.6 3.5 键盘控制电路设计.6 3.6 led 电路设计.8 4、软件设计.10 4.1 主控程序.10 4.2 键盘扫描程序.11 4.3 动态显示程序设计.12 iv 4.4 系统的总程序.13 5、系统调试.18 5.1 硬件调试.18 5.2 软件调试.19 5

6、.3 调试规则.19 6、小结与展望.20 6.1 结论.20 6.2 展望.21 致谢.25 参考文献.26 附录.29 03、总体电路设计 1 1、绪论 1.1 研究的意义 随着时代的不断进步，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，不得不时刻留意那些不速之客。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，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线 是不可见光，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。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价 格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业

7、人士的欢迎。 1.2 发展的现状及特点 目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射接 收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元 件热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的 红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热 释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领 域。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特 点： 不需要用红外线或电磁波等发射源。 灵敏度高、控制范围大。 隐蔽性好，可流动安装。 1.3 研究的目的 为了满

8、足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。本设计在以前的防 盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以用于比较大规模 住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如 此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管 2 理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和 保安人员的统一管理。 03、总体电路设计 1 2、应用元件的介绍 2.1 热释电传感器的原理 当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于 热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化

9、所产生的束缚电 荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。 当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面 就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度。 热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器，能够利用红外辐 射与红外测温的原理来进行探测。 2.1.1 红外测温的特点 红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响 应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。 非接触红外测温有以下几点优点： （1）测量时不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。

10、 （2）测温范围宽。 （3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。 （4）不必接触被测物体，操作方便。 （5）可以确定微小目标的温度。 2.1.2 红外测温的原理 红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝 对温度（273.15）以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中 与温度有关波长范围内的热能，并将其转换成与温度成比例的电信号，由此测出其温 度。 据斯蒂芬波兹曼常数，绝对黑体其温度 t 与辐射能之间的关系为： 54 4 0 33 2 15 k et c h （2-1） 2 其中：为蒂芬波兹曼常数，其值为 5.669710 -12 w/

11、cm 2 ，t 4 为黑体的温度；e0 为黑体辐射能。 实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为： 0 ee（2-2） 其中： e 为物体在一定温度下的辐射能力； e0为与 e 在同一温度下的黑体辐射能力; 为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在 01 之间。 由（2-2），任何物体只要温度不是绝对零度都在不断地发射红外辐射，物体的温 度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发 射的辐射功率。所以如果能量出物体的辐射功率，则可确定它的温度 1。 2.2 热释红外传感器的结构 红外探测器是热释红外传感器的重要组成部分。它可以分成热释电探测器和光子 探

12、测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子 型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此 其应用领域广， 容易使用。 常用的热释电探测器如： litao2(钽酸锂) 探测器、 bati o2(钛 酸钡) 探测器和 tgs（硫酸三甘酞）探测器等。 窗口 d s g nd 图 2-1 热释电传感器的结构图 03、总体电路设计 3 gnd s djfet grg敏感元 图 2-2 热释电传感器的电路图 如图 2-1， 2-2 所示为热释电红外传感器的结构图、 电路图。 传感器的敏感元为 pzt， 在上下两面做电极，并在表面加一层黑色氧化膜以

13、提高其转化效率。它的等效电路是 一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又 极其微弱，故在管内附有 jfet 及厚膜电阻，以达到阻抗的目的。在管壳的顶部设有滤 光片，人体辐射的红外线中心波长为 910m，而探测元件的波长灵敏度在 0.220m 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 710m， 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。 热释电体的自发极化强度与温度有关。随着温度升高，自发极化强度下降。温度 升高到 tc 时，

14、自极化消失，此温度称为居里温度。温度超过居里温度，铁电体发生变 化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。 由于自发极化，在与极化轴相垂直的晶体两外表面上出现正负极化强度。但是这 些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。因此不能在静 态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷中和所需的时间很长，因晶体自 发极化的持续时间很短， 约 10 12s， 因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自 由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在动态条件下测量 自发极化。 如果在热释电晶体沿极化轴的端面装上电极，那么自发极化在电极上感应的电荷 量为： s q

15、ap（2-3） 4 当红外辐射照射时，热释电晶体温度升高，自发极化电晶体温度升高，自发极化 强度降低，因此电极表面上感应电荷减少，这相当于“释放”了一部分电荷，因此称 之为热释电现象。 v z i d 图 2-3 热释电传感器的电路连接 如图 2-3 所示的电路连接负载，则在红外辐射时，就有电流流过负载经放大后成 为输出信号。 若没有经过调制的红外辐射热释电晶体，使温度升高到一个新的平衡值，那么电 极表面的感应电荷也变化到新的平衡值，不再“释放”电荷，也就不再输出信号。因 此，热释电探测器与其他热释探测器不同，它只存在温度升降的过程中才有信号输出。 所以利用热释电探测器探测的红外辐射必须经过调

16、制 2。 如果用调制频率为 f 的红外线照射热释电晶体，则晶体的温度自发极化强度（ps） 及其引起的面电荷密度均以频率 f 作周期变化。如果 1/f 小于自由电荷中和面束缚电 荷所需要的时间，那么在垂直于 ps的晶体的两个端面之间就会产生开路电压。如果用 负载电阻 rg 把两个电极连接起来， 就会有热释电电流 is通过负载。 热释电晶体自发极 化强度随温度变化，使电极表面感应电荷发生变化。 电流源的电流强度为 is为： d td ap i t s )( （2-4） 式中:p 一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数。 2.3 菲涅尔透镜 03、总体电路设计 5 目前人体验知系统中的光调制器一

17、般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外 辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥 最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足 2m 提高到至少 8m 范围。菲 涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既 不连续，也不交叉，都相隔一个盲区(如图 2-4 所示)。这样，当人体在装有菲涅尔透 镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形 成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出 信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进人一个视场后，又走出这个视场，再进 人另一视

18、场对传感器而言，相当于一会儿看到人，一会儿又看不到人，人体的红外线 辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。 菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而 且还有聚焦作用，其焦距一般在 5cm 左右。菲 涅尔透镜一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色 半透明状。 需要说明的是:在每次接通电源时，传感器要 有几秒到十几秒的“预热”时间，在这段时期 内该传感器不起作用。 图 2-4 菲涅尔透镜视场结构 图 24 菲涅尔透镜外形图 03、总体电路设计 1 3、总体电路设计 3.1 系统组成 系统组成如图 3-1 所示。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

19、变换成电信号，经测量放大电路、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。在单片机内，经软件查询，统 计平均及识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号 3。 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，当报警延迟一段时间后自动解除，也可人工手动 解除报警信号，然后通过 led 显示报警次数。同时,还可把整个系统变为自动开关灯系 统,当有主人在时,可用手动解除报警功能,并且可以开启开关灯执行电路,在探测头感 应到有人时执行电路执行开灯 4。 同时系统还可以使用在一些大型的公共场合， 作为检 测人数个数和人数的最大容量控制。 89c51 单 片 机

20、红外探头 比较放大 电路 门限电路 声光报警 执行电路 手动清 除 led 显示 图 3-1 系统组成 2 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 rxd 10 wr 16 psen 29 ale/p 30 txd 11 p1.7 8 p1.6 7 p1.5 6 p1.4 5 p1.3 4 p1.2 3 p1.1 2 p1.0 1 t1 15 to 14 int1 13 int0 12 peset

21、 9 x2 18 x1 19 ea/vp 31 p2.2 23 rd 17 at89c51 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds1 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds2 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds3 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds4 8 8888 rna 500 x8 s4 s3 s2

22、 r2 470 r7a 4.7k r5a 4.7k d3 +5 y 6m c1 30pf c2 30pf 1k q2 2n3904 10mh +5 port x1 s2 220v gnd c1 100uf r1 1k r3 100k c11 220uf c10 100uf r7 100k r14 220k r14 68k r16 560k c5 47uf r9 1k r12 68k d1c2 470uf r4 10k 3 2 1 411 u1a lm324 3 2 1 411 u2a lm324 3 2 1 411 u3a lm324 c4 10nf c7 10nf r6 200k r10 1

23、mk c3 10uf c17 10uf r5 100k r8 100k r13 220k q1 2n3904 r15 68k trig 2 q 3 r 4 cvolt 5 thr 6 dis 7 vcc 8 gnd 1 ne555 c9 100pf c8 10nf +5 x1d s gnd 图 3-2 系统总体电路图 03、总体电路设计 3 3.2 单片机系统 本系统采用了 89c51,由 t1 进行数据采集，并通过 p0 传输数据到 led 显示，同时 用 p2.0p2.3 进行动态扫描控制。 键盘通过 p1.0 和 p1.1 控制最大报警人数。 如图 3-3 所示。 p0.0 39 p0.

24、1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 32 p2.0 21 p2.1 22 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 rxd 10 wr 16 psen 29 ale/p 30 txd 11 p1.7 8 p1.6 7 p1.5 6 p1.4 5 p1.3 4 p1.2 3 p1.1 2 p1.0 1 t1 15 to 14 int1 13 int0 12 peset 9 x2 18 x1 19 ea/vp 31 p2.2 23 rd 17 at89c51 a bf c g d e dpy 1

25、2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds1 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds2 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds3 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds4 8 8888 rna 500 x8 s4 s3 s2 r2 470 r7a 4.7k r5a 4.7k d3 +5 y 6m c1 30pf c2 30pf 1k q2 2n3904

26、 10mh +5 port x1 s2 220v gnd 图 3-3 单片机系统的电路图 3.3 热释电传感器的电路分析及设计 3.3.1 高低通放大器 使用通用四运放 lm324,用其中两个运放组成一级、二级通放大器。按图 3-4 所示 参数计算得到,第一级放大增益为: 6 1 4 v r a r ,第二级放大增益为: 10 2 9 v r a r ,总放大增 益为: 12 20 100200066 vvv aaadb,比较符合实际应用,能保证电路工作可靠。 4 c1 100uf r1 1k r3 100k c11 220uf c10 100uf r7 100k r11 220k r14 6

27、8k r16 560k c5 47uf r9 1k r12 68k d1c2 470uf r4 10k 3 2 1 411 u1a lm324 3 2 1 411 u2a lm324 3 2 1 411 u3a lm324 c4 10nf c7 10nf r6 200k r10 1mk c3 10uf c17 10uf r5 100k r8 100k r13 220k q1 2n3904 r15 68k trig 2 q 3 r 4 cvolt 5 thr 6 dis 7 vcc 8 gnd 1 ne555 c9 100pf c8 10nf +5 x1d s 15 gnd 图 3-4 热释电传

28、感器的基本电路图 3.3.2 电压比较器 lm324 另外两个运放组成电压比较检测窗口,由 r3、r5和 r7、r8将高、低通放大器 的 u1a脚和 u2a脚均设置为 1/2vcc,即 2.5v。当红外传感器检测到人体的活动，其 产生的微弱电压信号经过放大，传送到 lm324 的 u3a脚时，用示波器可以检测到峰值 约为 5v 的正弦波， 那么比较器中输出为低电平， 使定时器的脚由高电平跳成低电平， 以便控制定时电路工作 5。 而当红外传感器没有检测到人活动时，由静态电路可知，该 5v 直流信号同时加到 lm324 的 u3a脚，又知道 r11、r12、r13将窗口电压上、下限设置为 2.8v

29、 和 2.2v，即 u3a 脚偏置为 2.8v，u3a脚偏置为 2.2v。此时，电压比较器输出端为低电平；而延时 器的脚原来经 r14上拉电阻设置为高电平， 则 d1导通， 将定时器的脚钳位成低电平。 如图 3-5 所示：在二极管加一个开关三极管，以它的输出来控制延时电路 6。静态 时， lm324 的 u3a为低电平，开关管截止，三极管的脚仍为高电平，延时电路不工 作。当红外传感器检测到人的活动，u3a脚的电平高于脚所加的 2.2v 比较电压, d1 导通，其高电平使得开关管饱和导通，将延时器的脚拉成低电平，致使定时电路工 作。 03、总体电路设计 5 r14 68k r16 560k d1

30、3 2 1 411 u3a lm324 q1 2n3904 r15 68k trig 2 q 3 r 4 cvolt 5 thr 6 dis 7 vcc 8 gnd 1 ne555 c9 100pf c8 10nf +5 x1 3.3.3 开关电路 如图 3-5 所示,在比较器后加上三极管 2n3904，整个电路不但工作可靠,且输出电 流大,能驱动后级的执行电器工作。 3.3.4 延时电路 延时电路使用单时基电路 ne555,延时时间1.1trc。 其作用有二:一是为自己离开 检测区时提供一段非报警延迟时间； 二是在自己进入检测区后提供关断检测器所需的时 间。延时电路工作时,输出的高电平或接通

31、报警器电源进行报警 7，同时使继电器吸合。 继电器工作后可控制较大的继电器以接通电灯 8。定时器外部管脚与功能表如下： ne555 定时器 阀值输入 v11 放电端 v 0 触发输入 v12 控制电压 v1c 地 v0 rd复位 vcc 电源 图 3-6 ne555 定时器的管脚 图 3-5 电压比较电路图 6 表 3-1 ne555 定时器功能表 输入输出 阀值输入 v11触发输入 v12 复位rd 输出 v0放电管 t xx00导通 2vcc 3 2vcc 3 vcc 3 10导通 vcc 3 1不变不变 3.4 执行电路 如图3-7所示,当传感器在无触发信号输入的静态时保持低电平,当有检

32、测信号时, 比较器输出一个高电平,经过施密特触发器变为低电平来触发后级的 555 延迟电路，延 迟电路后的三极管饱和导通,发射极变为高电平,继电器动作,常开开关吸合,照明灯接 通电源后亮。 220v k1 relay-spst q2 2n3904 +5 1k gnd 图 3-7 执行电路 3.5 键盘控制电路设计 本系统中键盘控制主要是对最大容量报警人数进行设置，系统的初始化对最大容 量报警人数进行了设置， 所以外部键盘按钮只需用两个按键分别进行加减设置 9。 键盘 按钮与单片机的接口电路如图 3-8： 03、总体电路设计 7 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 dd cc bb

33、aa title numberrevisionsize b date:2004-5-21sheet of file:sheet2.schdocdrawn by: 116 4.7k r7a 116 4.7k r5a sw-pb s4 sw-pb s3 ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p0.0 39 p0.1 38 p0.2 37 p0.3 36 p0.4 35 p0.5 34 p0.6 33 p0.7 3

34、2 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 rd 17 wr 16 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 89c51 +5 图 3-8 键盘按钮与单片机的接口电路 键盘电路中每个按钮都是一个常开开关电路，当按钮未被按下时，p1.0-p1.1 口 输入为高电平，当按钮按下时，p1.0p1.1 口输入为低电平。通常的按钮所用开关为 机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号波形如图 3-9 所示。由于机械触 点的弹性作用，一个按钮开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时夜不会一下子

35、断开。因而在断开与闭合的瞬间均伴随有一连串的抖动 10。抖动的时间长短由按钮的 机械特性决定， 一般为 510ms。 按钮的稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动 作所决定的，一般为零点几秒至数秒。 键抖动会引起一次按键误读多次，为了确保 cpu 对键的一次闭合仅作一次处理， 必须去除键抖动，在键闭合稳定时取键状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。 键按下 闭合稳定 键释放 前沿抖动 后沿抖动 释放稳定 图 3-9 按键时的抖动 8 3.6 led 电路设计 单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称led（light emitting diode），近年也有配置crt显示

36、器的。led显示器价廉、配置灵活，与单片 机接口方便；后者可进行图形显示，但接口较复杂，正本也较高 15。 本系统只需显示数字，不需要显示图形，因此选用led显示器。 在单片机中通常使用七段led，构成字型“8”，另外还有一个小数点发光二极管 以显示数字、符号及小数点，这种显示器有共阴和共阳两种，如图310所示。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 dd cc bb aa title numberrevisionsize b date:2004-5-10sheet of file:h:sheet101.schdocdrawn by: 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e

37、f g 8 dp 9 gnd a bf c g d e dp 10 nc dpy yellow-cc ds? 图3-10 led数码管 本系统采用了共阴极的led,阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由八 个发光二极管组成，其中七个发光二极管构成字型“8”的各个笔画ag，另一个小数 点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮； 不加电压则暗。为了保护各段led不被损坏，需外加限流电阻。 共阴极七段led显示数字0f、文字、符号及小数点的编码（a段为最低位，dp点为 最高位）如表3-2所示。 表3-2共阴七段led显示字型编码表 显示字符共阴极段选码显示字符

38、共阴极段选码 03fhc39h 106hd5eh 25bhe79h 34fhf71h 466hp73h 56dhu3eh 67dhr31h 707hy6eh 87fh8.ffh 03、总体电路设计 9 96fh“灭”（黑）00h a77h b7ch led显示器有静态显示和动态显示两种方式。 本系统采用了 led 动态显示方式,在多位 led 显示时，为了简化电路，降低成本， 将所有位的段选线并联在一起，有一个 8 位 i/o 口控制。而共阴公共端分别由相应的 i/o 线控制，实现各位的分时选通。 10 4、软件设计 单片机控制电路采用89c51。主要实现对人体的检测并计数，报警，键盘设定最大

39、 容量报警人数速度，显示人数及最大容量报警人数。 本系统使用单片机汇编语言编程。通过分析本系统的功能要求，系统程序可以划 分为以下几个模块来写：数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。程序巧妙地利 用单片机的内部定时/计数器 t0 来计时，每 50ms 中断一次，并用该值为基准来计算时 间；系统检测到人体的信号经过比较放大之后得到标准的脉冲信号，然后输入单片机 的 int0 端口，使用外部中断的方式进行计算 16。 4.1 主控程序 主控程序主要是利用单片机内部计数器 t1 对所采集到的脉冲数进行累加，并存放 于 ram 的 40h 中，经过数据转换后显示所采集到的人数。如图 4-1 为主控程

40、序的流程 图。 03、总体电路设计 11 n 开始 初始化 扫描端口 计数 声光报警 结束 led 显示 是否有人？ y 图 4-1 主控程序流程图 4.2 键盘扫描程序 在按下某个按键时， 被按按键的横片总会有轻微的抖动， 这种抖动经常会持续 10ms 左右时间。因此，cpu 在按键抖动期间扫描键盘必然会得到错误的行值和列值，最好的 办法是使 cpu 在检测到有按下时延迟 20ms 再进行扫描。如图 4-2 为键盘扫描流程图。 12 开始 置 p1.0 和 p1.1 为高电位 扫描p1.0和p1.1 r7 加 1 延迟去抖 r7 减 1 结束 y y n n acc.0=0？ acc.1=0

41、？ 图 4-2 键盘控制程序流程图 4.3 动态显示程序设计 显示器的扫描， 每隔 1.25 ms 轮流点亮一位显示器， 对每一位显示器来说每隔 6.25 ms 点亮一次，点亮的时间为 1.25 ms。本系统中有四位显示器，在 89c51 中设置有四 个显示缓冲单元，分别放置四位显示器的显示数据 17。并通过 p2.0p2.3 对 led 进行 控制。如图 4-3 为显示程序流程图。 03、总体电路设计 13 r0 值百位/十位/个位化 选通 led1/led2 显示十位/个位 延时 r7 值百位/十位/个位化 选通 led3/led4 显示十位/个位 开始 结束 图 4-3 动态显示程序流程

42、图 4.4 系统的总程序 具体程序如下： org 0000h sjmp main org 0030h main：baojingledequ p1.5 movr0，#32h;上限 mov40h，#00h;实人数 movtmod，#04h;计数器初期化 14 movth0，#00h movt10，#00h movtcon，#10h key：mov40h，t1;调入计数器数据 orlp1,#18h mov a，p1;上限加减 push a delay：mov r6，#26h d1：mov r2，#0ah acall dis;调用显示 d2：djnz r2，d djnz r6，d1 pop a jb

43、acc.4，jb1 lcall del jb acc.4，jb1 lcall p0f jb1：jb acc.3，jb2 lcall del jb acc.3，jb2 lcall p1f jb2：lcall bijiao;上限比较报警 sjmp key del: mov r4,#49h d10: mov r3,#50h d20: djnz r3,d20 djnz r4,d10 ret p0f: inc r0 03、总体电路设计 15 ret p1f: dec r0 ret bijiao: push a mov a,r0 cjne a,40h,bijiao1 bijiao1: pop a jc b

44、aojing jnc bubaojing ret baojing: clrbaojingled ret bubaojing: setb baojingled ret dis :mov a,40h mov b,#64h div ab mov p2,#0dfh mov dptr ,#tab movc a,a+dptr mov p0,a acall t1 mov a,#0ah xch a,b div ab mov p2,#0bfh 16 mov dptr ,#tab movc a,a+dptr mov p0,a acall t1 mov p2,#7fh xch a,b mov dptr,#tab m

45、ovc a,a+dptr mov p0,a acall t1 mov a,r0 mov b,#64h div ab mov p2,#0fbh mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p0,a acall t1 mov a,#0ah xch a,b div ab mov p2,#0f7h mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov p0,a acall t1 mov p2,#0efh xch a,b mov dptr,#tab 03、总体电路设计 17 movc a,a+dptr mov p0,a acall t1 ret t1:mov r5,#01h

46、 de1:mov r1,#0ffh de2:djnz r1,de2 djnz r5,de1 ret push 01h push 05h push 00h tab:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,7dh,0dh,07h,7fh,6fh pop 00h pop 05h pop 01h end 18 5、系统调试 本设计中，系统的调试是从调试单片机最小系统开始，在每一步的动作中，都会 对修改的软件进行调试修改。硬件和软件调试是联系在一起的，也是贯穿于整个设计 过程之中的。下面的调试是在最后的功能完善的调试过程。 5.1 硬件调试 (1) 首先是目测，根据电路图上连线进行排查，确保每根连

47、线清晰，元件连接正确 每个焊点牢固，没有漏焊。 (2) 用万用表检查每个连线和引脚焊点之间的连接关系，确保无误后再增大量程测 试连接在电路中的电阻是否正常。 (3) 电源电路调试。接入电源，观察指示灯和 led 显示是否正常，查看元件各个部 位电压电流是否正常，有问题就立即更正。 03、总体电路设计 19 5.2 软件调试 单片机系统中，拷贝进烧制好的程序之后，对 t1 端给入一个电平信号，观看蜂鸣 器是否震动报警，发光二极管是否亮，led 屏幕上是否显示数字、数字是否会增加。若 其中某一个环节没有达到预期效果，即没有显示，需要检测硬件焊接是否有纰漏，若 检测之后还是没有显示则需要对编制的程序进行整改。 5.3 调试规则 在调试过程中，我们采取累积法，只有前一步的系统正常工作后，才会在程序和 硬件中进行功能增加，如果修改后有错误，我们再使用退回法，调入以前的程序和硬 件图进行甄别。如此反复来回的进行递归调试，是确保系统整体成功的方法。 调试结果，系统由于缺少硬件传感器和定时器，目前只能用手动报警模仿输入信 号后系统的报警，而其他部分如感应和延时等功能没法实现，从而没有能完整的验证 本设计的实际效果。 20 6