基于单片机的远程监控系统.docx

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基于单片机的远程监控系统

摘要

在新生婴儿在没人照看时采用监视和控制报警系统可以对宝宝爬出床、担心有人或者动物骚扰宝宝使用。

基于AT89S51单片机的控制系统包括四部分：

数据采集、控制系统和报音提示信．E-电路。

该系统采用单片机进行控制，结构简单，还可进行多种功能的扩展，如实现多机通讯，对更大的场合进行监控与管理等。

监控报警系统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。

如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

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，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人士的欢迎。

基于单片机控制的热释电红外报警，将检测到人体红外信号转换成电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机，单片机对送入信号进行判别，是哪一路报警信号，发出音响报警并通过数码管显示报警位置。

适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。

关键词：

Protel99se，原理图设计、红外线报警、传感技术、单片机

Abstract

Nooneinthecareofnewborninfantswhenthealarmsystemusedtomonitorandcontrolthebabycanclimboutofbedforfearofharassmentwasthebabyoranimaluse.AT89S51Microcontrollerbasedcontrolsystemconsistsoffourparts:

dataacquisition,controlsystemsandreportingvoicepromptsletter.E-circuit.Thesystemusesamicrocontrollertocontrol,simplestructure,butalsofortheexpansionofavarietyoffunctions,suchasmulti-machinecommunication,ontheoccasionofgreatermonitoringandmanagement.

Alarmtimeisforpeopletosolvemanyproblems.Butthealarmonthemarketforsomebigcompaniesaremostlyfinancialinstitutions.Expensive,generallyitisdifficulttoaccept.Ifthere-designandproductionofacheap,sensitiveandreliableperformanceofthealarm,willensurethepropertyinthetheftandplayamoreeffectiverole.Isnotseenasinfraredlight,hasastronghiddenandconfidentiality,andthereforesecurity,guardandothersecuritydeviceshavebeenwidelyused,inaddition,inelectronicsecurity,inareassuchashumandetection,passivepyroelectricinfrareddetectorsalsoknownforitslowprice,technologyandstableperformancebythemajorityofusersandprofessionalswelcome.

MicrocomputerControlofpyroelectricinfraredalarm,infraredsignalstodetectthehumanbodyintoavoltagesignal,theconditioningcircuitfortheTTL-levelplastichandleintothemicrocontroller,themicrocontrollerintothesignalofdiscrimination,iswhatalarmsignalaudibleAlarmandalarmlocationviadigitaldisplay.Forhome,office,warehouse,laboratoryandothermoreimportantoccasions,anti-theftalarm.

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Keywords:

Protel99se;schematicdesign;infraredalarm;sensortechnology;SCM

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

现代化居住格局使家庭生活的安全问题显得尤为重要。

当前，安全的防范及报警系统是确保住宅、住户安全的重要保障。

防盗的最好方法就是在不法分子有入侵企图时就发出语音警告，增加其心理压力，使其主动离开。

家庭的安全，是每个人都重点关心的话题。

尤其是有婴儿独处时,在以往监护人忙家务总是担惊受怕，都希望能时时刻刻照看。

而如今报警监控系统，在忙家务的监护人收到报警后，实时掌握独处现场的情况，为脆弱的婴儿增添了一份安全。

本课题研究设计一种基于单片机的远程监控系统来实现以上目的,主要用于家庭等小单位的监控.通过系统的有效扩展还可以增加防盗,防火,报警等功能。

1.2研究现状

从上个世纪90年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术[1]的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。

监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。

早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。

而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象（生产过程）共同构成的整体。

在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。

在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。

由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。

随着生产力的进步，设备的分布越来越离散单一的，各自独立的监测系统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。

这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。

但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于同一地点，所以具有一定的地域局限性。

internet能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。

远程监控是本地计算机通过网络系统如internet/intranet，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。

在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控制，这就是远程监控技术在工业生产上的需求。

1.3研究内容和目标

本课题研究宝宝在睡觉时，妈妈通常会担心宝宝的安全问题，而要守在宝宝的旁边，会限制妈妈们的活动,基于此可以利用系统在对如怕宝宝爬出床、有人或者动物骚扰宝宝等进行监控报警[6]等处理。

基于AT89S51单片机[7]的监控与管理系统由于采用了单片机进行控制，大大简化了外围硬件电路的设计，系统结构简单。

同时，该系统可以进行很多的扩展，如实现多机通讯。

对更大的场合进行监控[8]与管理等。

本选题重点要解决的问题有：

1、入侵检测电路的设计与实现；

2、远程控制电路的设计与实现；

3、报警电路的设计与实现。

1.4论文章节安排

本文的章节安排如下：

（1）第一章为绪论，主要介绍课题的研究背景以及意义

（2）第二章介绍了整体研究设计思路。

（3）第三章介绍了各个元器件。

（4）第四章介绍了具体软件设计流程

（5）第五章系统调试仿真

（6）第六章结论与展望。

第二章系统的整体设计思路

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[3]、报警器[9]、单片机控制电路、LED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[8]、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3总体设计框图所示：

系统整体设计框图

图2.1系统方案框图

这套被动式红外探测无线报警系统，总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。

探测发射电路通过热释电红外探测器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、编码和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号应用无线电技术发射出去；而接收报警电路则是通过对电信号解调、译码和声光报警等环节，将电信号转为声音、光源信号，从而达到无线报警的目的。

由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。

第三章系统的硬件设计

3.1系统硬件电路的选择及说明

硬件电路的设计见附图1,附图2示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：

AT89C51、热释电红外传感器、LED、发光二极管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。

3.2具体电路模块设计

3.2.1调整电路的设计

如图3.1所示为最基本的调整电路，图中1为输出，接单片机的P0.7,P0.6输入输出口。

图3.1调整电路电路图

3.2.2时钟电路的设计

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。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

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，故而一个机器周期为1us。

如图3.2所示为时钟电路。

图3.2时钟电路图

3.2.3复位电路的设计

复位方法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。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

该复位电路连接单片机的RESET引脚，如图3.3示为复位电路。

图3.3复位电路图

3.2.4数码管显示报警电路的设计

由2个数码管接上电阻后连上单片的P0,P2输入输出口的引脚，外接VCC，当单片机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，起到报警作用。

注：

当P0口输出0F9H时，数码管DS1显示数字1，当P2口输出025H时，数码管DS2显示数字2。

图3.4所示为数码管报警电路。

图3.4发光二极管报警电路图

3.2.5声音报警电路的设计

如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的P2.0引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，如图3.5示为声音报警电路。

图3.5声音报警电路图

3.38051系列芯片中AT89S51简介

图3.6AT89S51引脚图

3.3.1AT89S51主要功能列举如下：

1、为一般控制应用的8位单芯片

2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至12MHz）

3、内部程式存储器（ROM）为4KB

4、内部数据存储器（RAM）为128B

5、外部程序存储器可扩充至64KB

6、外部数据存储器可扩充至64KB

7、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制

8、5个中断向量源

9、2组独立的16位定时器

10、1个全多工串行通信端口

11、8751及8752单芯片具有数据保密的功能

12、单芯片提供位逻辑运算指令

3.3.2AT89S51各引脚功能介绍：

VCC：

AT89S51电源正端输入，接+5V。

VSS：

电源地端。

XTAL1：

单芯片系统时钟的反相放大器输入端。

XTAL2：

系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入一20PF的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。

RESET：

AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。

EA/Vpp：

"EA"为英文"ExternalAccess"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。

因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。

如果是使用8751内部程序空间时，此引脚要接成高电平。

此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。

ALE/PROG：

ALE是英文"AddressLatchEnable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。

AT89S51可以利用这支引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0～A7）锁进锁存器中，因为AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。

平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。

此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。

PSEN：

此为"ProgramStoreEnable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。

AT89S51可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。

PORT0（P0.0～P0.7）：

端口0是一个8位宽的开路汲极（OpenDrain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。

其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。

如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0～A7）及数据总线（D0～D7）。

设计者必须外加一锁存器将端口0送出的地址栓锁住成为A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址总线，而定址到64K的外部存储器空间。

PORT2（P2.0～P2.7）：

端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。

P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。

PORT1（P1.0～P1.7）：

端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LSTTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。

如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当做定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发脚位。

PORT3（P3.0～P3.7）：

端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。

其引脚分配如下：

P3.0：

RXD，串行通信输入。

P3.1：

TXD，串行通信输出。

P3.2：

INT0，外部中断0输入。

P3.3：

INT1，外部中断1输入。

P3.4：

T0，计时计数器0输入。

P3.5：

T1，计时计数器1输入。

P3.6：

WR：

外部数据存储器的写入信号。

P3.7：

RD，外部数据存储器的读取信号。

3.4热释电红外传感结构原理

图3.7热释电红外传感器引脚图

被动式热释电红外探头[3]的工作原理及特性：

一般人体都有恒定的体温，一般在37度，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10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

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，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。

1）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。

为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照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。

被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

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，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

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，经信号处理而报警。

菲尼尔滤光片根据性能要求不同，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。

第四章系统软件设计

4.1软件简介

4.1.1Proteus软件简介及使用

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

该软件具有4大功能模块

一．智能原理图设计（ISIS）

丰富的器件库：

超过27000种元器件，可方便地创建新元件；

智能的器件搜索：

通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；

智能化的连线功能：

自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；

支持总线结构：

使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；

可输出高质量图纸：

通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。

二．完善的电路仿真功能（Prospice）

1ProSPICE混合仿真：

基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；

2超过27000个仿真器件：

可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件。

3多样的激励源：

包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入。

4丰富的虚拟仪器：

13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；

5生动的仿真显示：

用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；

6高级图形仿真功能（ASF）：

基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析。

三．独特的单片机协同仿真功能（VSM）

1支持主流的CPU类型：

如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；

2支持通用外设模型：

如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；

3实时仿真：

支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；

4编译及调试：

支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；

软件仿真：

支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。

1）提供软件调试功能

2）提供丰富的外围接口器件及其仿真

RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

这样很接近实际。

在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。

3）提供丰富的虚