主动式报警设计Word下载.docx

主动式报警设计Word下载.docx

《主动式报警设计Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《主动式报警设计Word下载.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

其中，主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。

如果探头监测到红外线是静止不动的，也就是不断发出红外线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。

当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

而被动式报警器少了一项功能，就是不能主动的发射探测信号，只能被动的探测障碍物发出的信号，接收到当达到一定阀值即报警。

主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成。

发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。

通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。

振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。

接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。

光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。

主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。

该装置不受白天黑夜及气候的限制，无论何时何地都有其特有的使用价值，并且因具有造价低廉、性能稳定可靠、通用性强等特点，颇受人们喜爱[2]。

本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89S52单片机控制的电路来设计一个主动式红外线报警系统，期望达到方便、使用的效果。

2总体设计方案

该系统以单片机AT89S52系列为核心，采用红外线发射二极管和红外线接收二极管为发射和接收装置，由反相器芯片反相间接控制CPU工作，在CPU程序运行以后控制输出口电平，使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行报警。

具体过程如下：

采用单片机AT89S52，直流可调开关MC34063，反相器74LS14D等芯片。

主动式红外线报警器就是通过电源电路将220V交流电经变压器降压，整流器整流，电解电容滤波，直流开关电源稳压，最后提供稳定的+5V电压给整个电路。

其中AT89S52的P1.2～P1.7为输出口，P3.0～P3.5为输入口，P1口连接红外线发射电路，P1口为低电平时，红外线发射电路正常发射红外线。

P3口输入经接收电路接收并由反相器反相电平，当电平达到CPU后，若各口均为低电平，则CPU不作任何反应，即报警器不会报警；

而当红外线被认为挡住，接收电路无法接收到红外线时，P3输入口就会输出高电平，此时当一定的时间内检测到位于不同位置的红外线被阻挡时，P3.7口就会输出报警信号，驱动声光报警电路报警。

声光报警电路由于受P3.7口输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制，扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。

同时，P3.7口输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻加到发光二极管上，使二极管发光，达到声光同时报警的效果。

系统原理框图如图2-1所示[3]。

图2-1系统方框图

3系统硬件电路设计

单片机P1口与红外线发射电路相连，P3口与红外线接收电路相连，P3.7口连接声光报警电路输出方波脉冲信号驱动声光报警。

X1、X2管脚与晶振相连，用于定时计数，以形成1S周期的方波脉冲信号。

3.1单片机控制部分电路

本系统是采用芯片AT89S52作为核心控制，AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系统可编程Flash存储器，使用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。

芯片内集成了通用8位中央处理器和系统可编程Flash，使得AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案[4]。

3.1.1AT89S52的主要性能以及标准功能

（1）主要性能：

●与MCS-51单片机产品兼容

●8K字节在系统可编程Flash存储器

●1000次擦写周期

●全静态操作：

0Hz～33Hz

●三级加密程序存储器

●32个可编程I/O口线

●三个16位定时器/计数器

●8个中断源

●全双工串行通道

●低功耗空闲和掉电模式

●掉电后中断可唤醒

●看门狗定时器

●双数据指针

●掉电标识符

（2）标准功能：

AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。

片内资源有4组I/O控制端口、把关定时器、2个数据指针、3个16位定时器/计数器、8个中断、全双工串行口、片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52具有两种择节电工作模式，为空闲模式（等待模式）和掉电模式（停机模式）。

空闲模式下，CPU停止工作，但中断、串行口和定时器/计数器可以继续工作。

总之，CPU进入空闲状态后是不工作的，但各功能部件保持了进入空闲状态前的内容，且消耗功耗少。

掉电保护方式下，振荡器停振，片内所有功能部件停止工作，但RAM内容被保存，直到下一个中断或硬件复位为止[5]。

3.1.2单片机芯片的引脚功能

单片机芯片AT89S52的引脚结构如图3-1所示：

图3-1AT89S52的引脚结构图

各主要管脚介绍如下：

（1）电源线2条

VCC:

+5V电源

GND：

接地

（2）并行端口4个

①P0口：

P0口是一个8位漏极开路双向I/O口，能直接用于对外部存储器的读/写操作，当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

②P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，专门供用户使用。

P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

此外，P1.0和P1.2分别作为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）计数器/定时器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

③P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。

在Flash的编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

④P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/0口，该口的每一位均独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。

作为第一功能使用时操作同P1口，P3口第二功能如下：

　　P3.0RXD串行输入端

　　P3.1TXD串行输出端

　　P3.2INT0外部中断0请求输入端，低电平有效

　　P3.3INT1外部中断1请求输入端，低电平有效

P3.4T0定时器/计数器0计数脉冲输入端

P3.5T1定时器/计数器1计数脉冲输入端

　　P3.6WR外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效

　P3.7RD外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效[6]

（3）控制线6条

①RST:

复位输入，晶振工作时，RST脚出现2个机器周期以上高电平将使单片机复位。

看门狗计时完成时，RST脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上。

②ALE/PROG:

地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用。

在访问片外存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

在一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：

每次访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。

如有必要，可通过特殊功能寄存器（SER）区中的8EH单元的D0位置位禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。

③PESN：

程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。

当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器时，将跳过两次PSEN信号。

④EA/VPP:

访问外部程序存储器控制信号，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H～FFFFH），EA必须保持低电平（接地）。

⑤XTAL1：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端；

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端[7]。

3.1.3单片机AT89S52的最小系统

本设计采用的是12MHz的晶振，晶振连接单片机引脚X1、X2，构成时钟电路，它向单片机提供一个基准的震荡定时信号；

复位电路的按键开关的一端接单片机的9管脚，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作；

电源电路为后面的电路提供+5V的电压。

其中单片机、复位电路、晶振电路、电源构成单片机的最小系统[8]，单片机控制的部分电路如图3-2所示：

图3-2单片机控制的电路

3.2发射电路部分

红外线发射电路主要由D7～D12六个红外线发射二极管组成，它的外形和发光二极管LED相似，它是可以将电能直接转换成近红外光，用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外接收二极管。

红外线发射二极管的负极依次接到单片机P1.2～P1.7口，当电源接通时，单片机的P1口设为输出状态，当P1口输出均为“0”时，各个二极管均为导通状态，发出红外线信号，覆盖包括了接收电路的一定区域。

正常情况下没有遮挡时P1口输出为00H。

发射二极管在使用时，须由电流驱动，在进行设计时，最重要的是对驱动电流IF的控制，驱动电流太大会使元件烧毁，驱动电流太小则会使发射束就会变小。

通过查阅资料可知IF（max）在20mA左右，通过计算可得限流电阻的最小值为200欧，本电路选取470欧，如图3-3所示[10]。

图3-3红外线发射电路电路图

3.3接收电路部分

红外线接收电路主要由D1～D6六个红外线接收二极管组成，主要功能是用来接收D7～D12发射出来的红外线信号，正常情况下能够成功接收，如果有人闯入，则红外线将会被中断，接收不到，此时应当由单片机控制声光报警电路进行报警。

具体电路连接：

D1～D6六个红外线接收二极管的负极与反相器芯片74LS14D的A1～A6脚相连接，它起到一个高低电平转换的作用，当没有遮挡时接收管正常接收到红外线信号时并导通，+5V电源通过D1～D6的正极加到反相器74LS14D的输入端，进行反相为低电平，输出管脚Y1～Y6接单片机的P3.0到P3.5脚，这时的P3.0～P3.5口为低电平；

而当有人闯入使红外线信号被遮挡时，接收管截止，反相器输入端为低电平，反相后输出高电平，这时的单片机的P3.0～P3.5口为高电平。

当在一定的时间内检测到位于不同位置的光被遮挡时，则由P3.7口输出高低电平间隔为1S的脉冲报警信号，此脉冲信号驱动声光报警电路报警，直至断开开关。

红外线接收电路如图3-4所示[11]。

图3-4红外线接收电路电路图

3.4电源电路部分

电源开关送入220V经过保险丝后送入变压器，保险丝起保护电路的作用[18]。

变压器L1将220V的交流电源经磁场耦合转换成12V的交流电源，四个全波整流二极管将12V交流源整流为直流12V电源提供给后面电路，由电容组成的滤波电路滤除整流后的电源频率较高的干扰纹波，本设计采用直流开关电源MC34063，相当于三端稳压器进行稳压，转换出5V电源为后端供电，具体工作过程：

经整流、滤波的12V电源，经直流开关电源U1（跟后面读不通）第6脚供给电源，1、7、8脚为电源芯片的比较输入端，RA为大功率限流电阻，TL1为功率电感，电源经TL1的2脚输出，D17为快速开关二极管，C1/BC3组成电容滤波电路。

如图3-5所示。

图3-5电源电路电路图

3.5声光报警电路部分

声光报警电路与单片机P3.7口相连，当单片机的P3.7口输出一系列脉冲方波时，开始驱动报警电路报警。

声光报警电路部分主要由发光二极管和蜂鸣器组成，当报警开始时，P3.7脚输出的脉冲信号经电阻加到发光二极管上，使发光二极管闪烁发光，同样蜂鸣器发出声响，因此实现了声光并用，同时报警。

声光报警部分电路图如图3-6所示。

图3-6声光报警部分电路图

4系统的软件设计

系统的软件设计，主要集中在单片机功能流程的设计上，要监视是否有人闯入，信号接收是否中断、如何控制声光报警等。

程序流程图的设计遵循由上而下的原则，即从主体逐步细分到每一个模块的流程。

主程序、脉冲信号产生程序、中断服务程序存放在AT89S52单片机中，整个程序设计思想是当检测到有人闯入时，就由P3.7口输出高低电平间隔为1S的脉冲信号去驱动声光报警电路。

这可以通过使P3.7口每隔1S取反一次实现。

而1S时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。

用寄存器R1做循环计数器初值为10。

采用中断方式编程，整个程序由主程序和中断服务程序两部分组成[12]。

（1）系统主程序流程

主程序的功能:

起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线信号的接收是否中断[14]。

主程序的流程图如图4-1所示。

程序开始后，系统初始化结束后判断是否有人闯入，若有则报警，若无则回到上一级继续判断是否有人闯入。

图4-1主程序流程图

（2）脉冲信号产生程序流程

主要功能：

通过定时100ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号，重复此过程，最终得到一列1S周期的方波脉冲信号，最终此列脉冲信号由单片机P3.7口输出与报警电路连接驱动发光二极管以1S频率闪动和蜂鸣器鸣叫报警。

其主要流程如图4-2所示。

图4-2脉冲信号产生程序流程图

（3）中断服务程序

判断定时1S是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。

中断子程序流程图如图4-3所示。

图4-3中断服务程序框图

5系统的性能分析

此系统属于主动式红外线报警系统，主要由系统自发发射接收红外线信号，由发射电路部分通过红外线发射管发射红外线信号，然后通过红外线接收电路中的红外接收管接收红外线信号，正常的情况下，发射与接收活动正常进行，一旦有人闯入，就会使得接收中断，此时就通过线路连接反映给单片机系统电路，通过软件设计部分来使单片机及时掌握是否有人闯入使信号接收受阻的信息，从而控制报警器电路的发光二极管与蜂鸣器部分同时进行声光报警。

结果证明，该系统所使用的都是一些新型实用的芯片，性能优良价格便宜，可以应用于很多密闭以及高度保密重防的空间，而且软件设计方面也十分简单，原理简单易懂，安装和使用起来都非常方便，适合于开发实用型的报警器。

6结论

本次设计结合单片机、红外线发射电路、红外线接收电路、电源电路以及声光报警电路，构建了一个基于单片机AT89S52控制的主动式红外线报警系统，主要是采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置，由反相器芯片反相间接控制CPU工作。

当红外线发射电路发射的红外线信号被遮挡，红外线接收电路接收不到红外线信号时，通过单片机控制报警电路的运行，驱行声光报警电路进行报警，用红外线收发管进行检测，通过分析得出这个报警装置具有安装隐蔽，不易被发现；

探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰。

系统可以探测到一定范围内的人的闯入,可以应用在安防范围比较确定的情况下。

采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，实际运用方便，有着广阔的市场前景，对于提高人们的安全水平具有积极的作用。

但由于时间仓促和自己能力有限，可能此系统还存在一些有待探讨和完善的地方。

例如环境温度、元件制造工艺、社杯制造工艺、使用时间、储存时间以及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化，会造成系统障碍，产生误报；

另外，报警器安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面也可能会引起系统的误报警。

可能在实际应用的过程中，也会产生误报，例如有老鼠或宠物在防范区出没，这些都有待于继续研究并改善。

此外，通过这次设计，更加深入的理解和掌握了这方面的知识，同时也对本科阶段这四年的学习做了进一步的总结，更加明确了自己的方向和目标。

在设计过程中，对设计的流程和步骤也有了清晰的认识，自己也学到了许多新的知识，获得了许多感悟和心得，为以后的学习和研究打下了坚实的基础。

参考文献

[1]张云.电子技术在安防中的应用.电子世界,2008:

8-11.

[2]刘长文,赵玮等.《红外线光电报警器的研究》.2006年,第32卷增刊,269-270.

[3]陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器.电子设计应用,2003:

49-51.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京：

清华大学出版社,2004:

49-70.

[5]李学海.标准80C51单片机基础教程.北京:

北京航天航空大学出版社,2006:

20-26.

[6]刘坤,郑锋等.51单片机应用系统典型模块开发大全.北京：

中国铁道出版社，2011:

500.

[7]丁元杰.单片微机原理及应用.北京:

机械工业出版社,2003:

16.

[8]方然.AT89S52的几种应用.北京：

北京邮电大学学报,2007:

33-34.

[9]周国雄，晏密英.单片机应用系统设计精讲.北京：

中国铁道出版社,2011：

80.

[10]童诗白，华成英.模拟电子技术基础.北京：

高等教育出版社,2006:

3.

[11]张庆双.实用电路速学速用宝典.北京:

机械工业出版社,2011:

33.

[12]郭天祥.单片机C语言教程.北京：

电子工业出版社,2012:

10-20.

[13]Richard.Spencer.IntrodutiontoElectronicCircuitDesign.2004:

38-45.

[14]MuhammadH﹒Rashid.MicroelectronicCircuits:

AnalysisandDesign.2002.

[15]MonroeSchlessinger,IrvingJ.Spiro.Infraredtechnologyfundamentals.NewYork,2000.

Designoftheactivealarmsystem

LiJiao

（CollegeofPhysicsandElectronicInformation,DezhouUniversity,Dezhou,253023）

AbstractThesystemisaalarmcontrolledbysingle-chipAT89S52,includingsignalpartofthelaunch,partofthesignalreceiver,microcontroller,aswellaspartofsoundandlightalarm.Thesystemwillalarmwhendetectionsignalhasbeenblocked,throughthesingle-chipmicrocomputertocontroltheoperationofalarmcircuit,andatthesametimesoundandlightalarm,withsignaltransceivertesttube,installhidden,cannoteasilybefound;

detectionsignalusingpulsesignal,energy-savingandanti-jamming，thisalarmcircuithasgreatstability.Else，thiscircuithasstrongutilityandbroadmarketprospects，whichissuitformorescenes.Designedusingthismethodofanti-theftalarmanddetectioninacost-effectivenessoflow-costbestadvantages,hasbroadmarketprospects.Sothisdesignisprettyimportant.

KeywordsSinglechipmicrocomputerAT89S52;

Alarm;

Soundandlightalarm;

Initiative

致谢

在论文的设计过程中，参考了很多方面的相关文献资料，使自己对单片机的使用和设计有了更深刻的认识。

论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师曹东燕老师的悉心指导，她给予了我很大的帮助。

在设计过程中，曹老师从多方面进行指导，不断对文章提出建议，特别是她广博的学识、严谨的治学精神和工作态度使我终生受益，在此对我的指导老师表示真诚的感谢。

其次，我要感谢物理系的所有老师，感谢他们在大学四年里的关心和培养，并使我掌握了各方面的专业知识和应用技能。

同时还要感谢同学们在论文设计过程中给予我的帮