基于单片机的红外防盗报警毕业论文 精品Word格式.docx
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Abstract：
Alongwithsociety'
sunceasingprogressandscienceandtechnology,economicalunceasingdevelopment,thepeoplelivingstandardobtainstheverybigenhancement,toprivatepropertyprotectionconsciousnessinunceasingenhancement,thussetthenewrequesttothesecuritymeasure.Thisdesignisforsatisfythefamilytypeelectronsecuritysystemwhichthemodernhousingsecurityneedstodesign.
Atpresentinthemarketconditionequipsmainlyhasthepressuretotouchthehairstyleburglaralarm,theswitchelectronburglaralarmandthepressureshieldslightthehairstyleburglaralarmandsooneachkindofalarmapparatus,butthesekindofquitecommonalarmapparatusesallhavesomeshortcomings.installmtheantijammingabilitystrong,thesensitivityhigh,safewasreliable.Thiskindofsecurityinstallmenthiding,wasnoteasilydiscoveredbythebanditsandthieves.SimultaneouslyitssignalaftermonolithicintegratedcircuitsystemprocessingtheconvenienceandPtheCmachinecorrespondence,isadvantageousforthemultiuserunificationmanagement.
Thisdesigndesignstwopartsincludingthehardwareandsoftware.Thehardwarepartiallyincludingthemonolithicintegratedcircuitcontrolcircuit,infraredpokesheadintheelectriccircuit,ttheoverallsystemisworksunderthesystemsoftwarecontrol.Thesystemprogrammaydivideintofollowingseveralmodules:
Thedataacquisition,thekeyboardcontrol,reportstothepolicewiththedemonstrationsmallsteelyardfunction.
KeyWords:
AT89S51monolithicintegratedcircuit,infraredsensor,dataacquisition,alarmcircuit
目录
前言1
第1章方案选择论证2
1.1单片机的选择2
1.2显示器工作原理及其选择2
1.3液晶显示和数码显示2
1.4防盗报警选择传感器的选择3
第2章单片机系统的硬件设计4
2.1硬件系统总体设计4
2.2AT89C51芯片的介绍4
2.3单片机复位设置5
2.48255A芯片介绍6
2.4.18255A的引脚和结构6
2.4.28255的工作方式6
2.4.38255的控制字8
2.5AT89C51与8255的接口电路9
2.6显示部分10
2.6.1七段显示译码器10
2.6.2单片机与7448译码驱动器及LED的连接11
2.6.3外部地址锁存器12
第3章检测信号放大电路设计14
3.1红外线探测信号放大电路设计14
3.2光电耦合器驱动接口15
3.3集成电路运算放大器17
3.4精密多功能运算放大器INA10517
3.5低功耗、双运算放大器LM35819
第4章电源设计21
4.1单片机系统电源21
4.2检测部分电源21
第5章软件设计22
5.1主程序设计22
5.2核对子程序设计22
5.3中断子程序设计23
5.4读数子程序设计24
5.5程序设计说明24
5.6程序清单25
致谢30
参考文献31
原理图32
前言
单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。
由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。
这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。
通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。
红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；
一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。
当我们考虑的范围广一点：
若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。
当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警[3]。
周界报警系统：
在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。
第1章方案选择论证
1.1单片机的选择
本设计采用低功耗，高性能的89C51单片机,北京集成电路设计中心推出的BI／ATu89C51的单片机。
是一种低功耗，高性能的含有4K字节快檫写可编程／檫除只读存储器（EEPORM）的8位CMOS单片机，时钟频率高达24MHZ，与8031的指令系统和引脚完全兼容。
芯片上的EEPROM允许在线（＋5V）电檫除，点写入或采用通用的非易失存储器对程序存储器重复编程。
此外，BI／ATu89C51还支持由软件选择的二种掉电工作方式。
非常适用于电池供电或其他要求低供耗场合。
由于芯片内的4Ｋ程序存储器可在线或用编程器重复编程，受到了应用设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。
1.2显示器工作原理及其选择
点亮显示器有静态和动态两种方法。
所谓静态显示就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二级管恒定地导通或截止，例如7段显示器a,b,c,d,e,f导通,g截止，显示0。
这种显示方式每一位都需要有一个8位输出口控制，静态显示时，较小的电流可以得到较高的亮度且字符不闪烁，所以可以采用8255A的输出口直接驱动。
在单片机串行口方式0应用中，也是采用静态显示方法。
当显示器位数较少时采用静态显示的方法是适合的。
当位数较多是，用静态显示所需I/O口太多，一般采用动态显示方法。
所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮显示器各个位（扫描），对于显示器的每一位来说，每隔一段时间点亮一次。
利用人的视觉暂留功能可以看到整个显示，但必须保证扫描速度足够快，字符才不闪烁。
显示的亮度既与导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间有关。
调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。
若显示的位数不大于8位，则控制显示器公共位只需要一个I/O口（称为扫描口），控制显示器的各位所显示的字型也需一个8位口（称为段数据口），为了防止闪烁，显示的时间在1～2ms。
1.3液晶显示和数码显示
LED是一种离子注入型全固体半导体发光器件，它的电压低，正好与TTL电路匹配，发光效率高，寿命最长，是目前仪表数字显示的主体。
LCD是低电压驱动，极微小功耗，与CMOS功耗电路可直接匹配，是LSI的孪生兄弟，此外其极薄的扁平结构立刻眼在极亮的环境光下使用，以及信息容量大，生产容易等等，都充分显示了它的优越性能。
但是液晶显示一个最大的缺点，是工作温度范围较窄，特别是低湿范围不够，液晶显示器不宜施加直流电压，一般来说，使用液晶显示信息，需要液晶材料或器件，相应的驱动系统和控制系统三者统一。
在本设计中只需要使用几个数字来表示被盗地点，用液晶显示就显得浪费了，而数码显示就简单便宜了。
1.4防盗报警选择传感器的选择
目前，用于防盗报警的传感器,市场上大多为红外线或微波类产品，分为主动式和被动式二种。
由于误报等原因本设计采用被动式探头。
它的工作原理比较简单：
发射器按一定的频率发射出脉冲式的红外波束和微波，对方的接收器则按相同的频率接收红外波束或微波。
当一发一收的频率经中心控制器判别一致时，表明波束行进的方向没有物体存在。
反之，光束行进路径上有异物遮挡，光束被反射、散射，接收器接受的信号就会丢失，从而发出报警信号。
而本设计输入部分主要是各种各样的传感器。
不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为，如人体的移动、物体的震动、玻璃的破碎和门窗的开关等，系统将所得的信号进行逻辑判断，发出警报。
常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门磁）、震动开关、被动红外探测器（PIR）、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。
这些传感器不仅可以对室内的门、窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监测，而且还能对家中的火警进行监测。
在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动的功能，以发现家中是否有偷窃等异常情况。
这些器件有效地各施其则，为控制单元传送现场的资料，提供报警控制。
本设计采用热释红外线传感器，通过探测人体特有的红外线来检测
盗情。
第2章单片机系统的硬件设计
2.1硬件系统总体设计
硬件结构图如图2-1所示，主机选用89C51单片机，地址锁存器选用74LS373，数码显示部分选用共阴极数码管，放大器、扬声器及多点检测电路选用8255并行I/O口。
由于8255每片3个口，每个有8个点，故每片8255可监测24个房间，若需要，还可以增加8255的数量。
图2-1：
系统结构硬件总图
2.2AT89C51芯片的介绍
AT89系列单片机（简称89系列单片机）是ATMEL公司的8位Flash单片机。
这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有Flash存储器，因此它有着十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。
89系列单片机是以8031核构成的，所以与8051系列单片机相互兼容。
这个系列对于以8051为基础的系统来说，进行取代和构造十分容易。
89系列单片机的内部结构与80C51相近，主要含有以下几个部件：
●8031CPU；
●
振荡电路；
●总线控制部件；
●中断控制部件；
●片内Flash存储器；
●片内RAM；
●并行I/O接口；
●定时器；
●串行I/O接口；
图2-2：
AT89C51引脚图
2.3单片机复位设置
RST引脚是复位输入信号，高电平有效。
在振荡器稳定工作时，在RST引脚施加两个机器周期（即24个晶振周期）以上的高电平，将器件复位。
接口电路如图2-3所示。
图2-3：
MAX708与89C51的接口电路图
图2-3中的时钟复位电路现在用的是一块MAX708芯片，因为8255也需要复位，用该芯片可以使单片机和8255同时复位。
所以,MAX708与AT89C51及8255的接口电路如2-31：
所示。
图2-31：
MAX708与89C51及8255A的接口电路图
2.48255A芯片介绍
8255A是INTEL公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行I/O口分别称为PA口、PB口、PC口又分为高4位口（PC7~PC4）和低4位（PC3~PC0），它们都可以通过软件编程来改变I/O口的工作方式。
8255A可以与单片机直接接口。
2.4.18255A的引脚和结构
8255A的引脚如图a所示。
8255A的结构框图如图b所示。
它由以下几个部分组成：
ab
2.4.28255的工作方式
8255有3中工作方式，即方式0、方式1、方式2，如图2-42所示。
1、方式0（基本输入/输入方式）。
这种方式不需要任何选通信号。
两个8位端口（口A和口B）和两个4位端口（口C）。
A口、B口及C口的高4位和低4位都可以设定为输入或输出。
作为输出口时，输出的数据都被锁存；
作为输入口时，输入数据不锁存。
在方式0时，各个端口的输入、输出可有16种不同的组合。
2、方式1（选通输入/输出方式）。
在这种方式下,A、B、C三个口分为两组：
A组包括A口和C口的高4位，A口可由编程设定为输入口或输出口，若悬河C口的高4位用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；
B组包括B口和C口的低4位，B口同样由编程设定输入或输出口，C口的低4位用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；
任何一个端口都有可做为输入或输出；
若只有一个端口工作于方式1，余下的13位，可以工作在方式0下；
A口和B口的输入数据输出数据都被锁
表2-38255A端口选择及功能
A0A1
操作
00
01
10
11
XX
010
100
XX1
110
A口数据总线
B口数据总线
C口数据总线
数据总线A口
数据总线B口
数据总线C口
数据总线——控制寄存器
数据总线为三态
非法状态
3、方式2（双向总线方式）。
在这种方式下，A口为8位双向总线，C口的PC3~PC7用来作为输入/输出的同步控制信号。
在这种情况下，B口和C口的PC0~PC2只能编程方式为0或方式1工作。
图2-42：
8255的三种工作方式
A方式0b方式1c方式2
2.4.38255的控制字
8255有两种控制字，即控制A口、B口、C口的工作方式的方式控制字和控制C口各位置位/复位控制字，两种控制字写入的控制寄存器相同，只是用D7位来区分哪一种控制字。
D7=1时为C口置位/复位控制字。
两种控制字的格式和定义如下图所示:
ab
a方式选择控制字bC口置/复位控制字
2.5AT89C51与8255的接口电路
在89C51单片机上扩展一片8255A芯片，无需外加任何逻辑电路，其接口如图2-5所示。
图中8255A的PA口地址为7CH，PB口地址为7DH，PC口地址为7EH，控制字寄存器地址为7EH。
这里8951单片机对8255采用了线性选址法。
图2-5：
89C51与8255A的接口电路图
2.6显示部分
在数字测量仪表和各种数字系统种，都需要将数字量直观地显示出来，一方供人们直观读取测量和运算的结果；
另一方面用于监视数字系统的工作情况。
因此数字显示是许多数字设备不可缺少的部分，本设计中发生盗情时要让主人知道具体发生在哪点，所以直观地用LED显示数字1、2、3、4……，表示相对应的地点，很是一目了然。
并且采用7448译码驱动,为软件提供了方便。
2.6.1七段显示译码器
数字显示通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成，如图2-6:
下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。
数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有各种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝小型、低功耗、平面化方向发展。
常用的LED显示器有七段，这种显示器有共阴极和共阳极两种。
当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
图2-61表示七段数字显示器利用不同发光段组合，显示0~15等阿拉伯数字。
在实际应用中，10~15并不采用，而是两位数字显示器进行显示。
a.分段布置图b.段组合图
c.共阳极d.共阴极
2.6.2单片机与7448译码驱动器及LED的连接
现直接用7448译码驱动LED显示数字，直观明了，在软件方面也有优点。
7448的输入接单片机一般I/O口，电阻起限压作用。
单片机与7448译码驱动器及LED的接口电路如下所示。
图2-62单片机与7448译码驱动器及LED的连接图
2.6.3外部地址锁存器
单片机中的16位地址，分为高8位（A15～A8）和低8位（A7～0）。
高8位由P2口输出，低8位由P0输出。
而P0口同时又是数据输入/输出接口，故在传送时采用分时方式，先输出低8位地址，然后再传送数据。
但是，在对外部存储器进行读/写操作时，地址必须保持不变，这就需要适当的寄存器存放低8位地址，这个外接的寄存器就称为地址锁存器。
在进行外部存储器扩展时，凡具有输入/输出控制的8位寄存器均可作为地址锁存器[8]。
目前常用的地址锁存器芯片有：
74LS273、74LS373、8282等,引脚图分别如2-63所示。
引脚说明：
●STB:
数据输入锁存选通信号,高电平有效.当该信号为高电平时,外部数据选通到内部锁存器,负跳变时,数据锁存。
●/OE：
数据输出允许信号，低电平有效。
当该信号为低电平时，锁存器中数据输出到数据输出线。
当该信号为高电平时，输出线为高阻态。
●D0~D7：
8位数据输入线。
●Q0~Q7：
8位数据输出线。
（a）74LS273（b）74LS373（c）8282
图2-63：
地址锁存器引脚图
89C51单片机P0口与地址锁存器的连接方法如图2.631所示。
图2.631中的b图为74LS373的引脚图，/OE为使能控制端，G为锁存控制信号。
74HC373有三种工作状态：
（1）当/OE为低电平，G为高电平时，输出状态和输入状态相同，即输出跟随输入。
（2）当/OE为低电平，G由高电平变为低电平时，输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器中的内容与输出端相同。
当G保持低电平时，即输入端数据变化也不会影响输出端状态，从而实现了锁存功能。
（3）当/OE为高电平时，锁存器缓冲三态门封闭，即三态门输出为高组态，输入端D0~D7和输出端Q0~Q7隔离，则不能输出。
（a）使用74LS273（b）使用74LS373（c）使用8282
图2.63189C51单片机P0口与地址锁存器的连接方法
第3章检测信号放大电路设计
3.1红外线探测信号放大电路设计
红外线探测信号放大电路设计中红外线探测器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。
该设计电路原理见图3-1。
由红外线传感器、晶体三极管、运算放大器、电压比较器、V/I转换器等组成。
图3-1：
微弱信号放大电路
（1）检测部分：
传感器采用带菲涅耳透镜的热释电红外线传感器。
U2-热释电红外线传感器
U3-低功耗双运算放大电路LM358
U4-电压比较器LM393
U5-低漂移高增益运算放大器OP27
U6-V/I转换器芯片INA105
红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由U2的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器U3中进行高增益、低噪声放大，此时由U3的7脚输出的信号已足够强。
U3作电压比较器，它的第⑤脚由R9、VD2提供基准电压，当U3的1脚输出的信号电压到达U3的5脚时，两个输入端的电压进行比较，此时U4的1脚由原来的高电平变为低电平。
此时LM393的1脚输出的是一个方波信号，然后将之输入到一个V/I转换器INA105,它的输出将是一个4~20mA的电流信号，以便于远距离传输。
U2采用进口器件Q74，波长为9－10um。
U3采用运放LM358，具有高增益、低功耗。
U4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。
其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。
RP1是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。
制作时，在U2传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.1－10Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。
（2）单片机系统部分
检测信号入单片机接口图如图3-11所示。
红外线探测放大电路与单片机的具体连接见附录总图。
8255的每一个输入输出口都将接一个检测来的信号信号，也就是每一路输入都有一个检测电路，它传过来的是一个4~20mA的电流信号，接一个250欧姆的电阻使其转换成1V~5V的电压信号，此电路中只可能为1V和5V两种情况，再通过一个电压比较器LM393,当LM393（U7）的2脚为5V时，输出为高电平，光电耦合器导通，8255的输入口将为低电平（其余时刻为高电平），表示检测到有人。
图3-11检测信号与单片机接口图
3.2光电耦合器驱动接口
晶体管输出型光电耦合器的受光器是光电晶体管。
光电晶体管除了没有使用基极外跟普通晶体管一样，取代基极电流的是以光作为晶体管的
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