基于单片机实现的多路控制的智能报警器毕业设计论文word格式Word格式文档下载.docx
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、
32个可编程I/O口线
、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART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）AT89S52单片机的功能与应用
图1AT89S52管脚图
AT89S52
At89S52
是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。
AT89S52管脚图如图1所示。
现在单片机的应用日益广泛深入，诸如在智能仪器仪表、家用电器和军事设备的智能化以及实时过程控制等方面，单片机扮演着越来越重要的角色，具有广阔的应用前景。
2.1.2外围电路
本设计除应用单片机作为控制芯片外，还运用了74LS48、74LS138芯片组成显示模块作为外围电路，同时也根据需求设置了特定的晶振电路、红外传感电路及报警电路。
在显示模块中，主要用到了74LS48（七段译码器）作为段选信号控制芯片和74LS138（3线—8线译码器）作为位选信号控制芯片。
报警电路则由一蜂鸣器、三极管、红灯显示及若干电阻电容组成。
红外传感电路部分，由红外发射二极管、红外接收三极管及若干电阻电容组成。
2.2软件设计基础
对于AT89S52单片机，有汇编、C语言和BASIC等语言可以用于开发本系统的程序。
C语言的优点是编程容易，但其具体过程、数据流程很难清晰的反映在程序上，由于本系统的程序比较少，故可以利用汇编语言的优点，利用仿真软件可以清晰的模拟出数据流程。
使设计起来容易修改程序，使程序开发比较容易些。
而利用BASIC语言开发程序时，其程序复杂且执行时间长，所以给开发带来很多不便，使程序开发时间延长。
因此，本系统的编写是采用汇编语言来完成的。
汇编语言是计算机能提供给用户的最快的而又最有效的语言，也是能够利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的唯一语言，因而在对于程序的空间和时间要求很高的场合，汇编语言是必不可少的。
至于对于很多需要直接控制硬件的应用场合，则更适合用汇编语言。
此系统就是要求对硬件直接进行控制的，所以软件设计部分采用汇编语言编写。
3文献综述
我国的安防技术早在60年代初就开始了,那时候由于形势所迫，博物馆、银行都自发地采用了各式各样的防范手段，这是我国技术防范的初级阶段。
当时主要采用的手段是声控报警。
罪犯撬玻璃的声音、砸展柜的声音传到了值班室。
值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。
进入90年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙,铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要利用建筑物的墙体、窗户的门建立小周界，因地制宜地选用探测器构成周界防线，将入侵者拒之于窗外、门外和建筑物之外。
在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。
目前全国的安全技术已经很先进了，基本和国际接上了轨。
在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志着我国的安防事业进入了一个新阶段。
对于国外安防，通过研究国外美安防产业100年的发展历史，从报警方式来看，可以看出国外安防以前是以单有线报警、（电话线）报警、本地视频监控为主，现在变成了有线/无线双路报警、远程视频监控为主。
可见国外安防技术发展之迅速及不断完善，其必将促进我国的安防技术的进一步发展。
4总设计方案的比较与确定
4.1设计方案比较与确定
⑴方案一：
可编程逻辑电路控制实现
采用数字逻辑芯片。
本方案具有延时电路、显示电路、报警模块等多个功能模块。
各个状态保持或转移的条件依赖于键盘控制信号。
系统结构图如图2所示。
本方案由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或小规模的可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难，需要用中大规模的可编程逻辑电路，而且一些模块电路的成本比较高，这样，整个系统的成本就会急剧上升〔相对于方案二〕。
因此，本设计并未采用这种方案。
⑵方案二：
单片机控制实现
本方案采用单片机作为整个控制系统的核心。
鉴于市场上常见的51系列8位单片机的售价比较低廉，因此本设计采用了AT89S52单片机系统。
系统结构图如图3所示。
图3单片机控制原理图
AT89S52主要负责系统的控制与协调工作。
具体设计方案如下：
首先，主要是从外部获取控制信号，其次，在单片机中进行数据处理及其控制，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示等。
这样的设计使安装和调试工作可以并行进行，极大地缩短了总体设计和制造的时间，为发挥部分的制作以及其他功能扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。
⑶设计方案的确定
经过方案一与方案二的对比，综合考虑制作、功能、实现、造价等因素，最终采用方案二：
单片机控制电路，来完成多路智能报警器的设计。
5系统的硬件设计
5.1系统的总体结构
为了实现设计要求的基本功能，本系统必须包含四个基本功能模块：
（1）单片机控制模块。
（2）传感器模块。
（3）报警模块。
（4）显示模块。
其中单片机控制模块主要用于响应传感器信号和进行显示程序控制；
传感器模块主要用于感应是否有物体通过，并形成电平信号输出；
报警模块主要用于报警声响提示；
显示模块主要用于显示报警地点。
为完善系统的功能同时能够达到系统的设计指标，本系统必须包含以下功能模块：
（1）复位电路：
实现单片机的复位控制。
（2）振荡电路：
提供所需的单片机时钟频率。
5.2系统设计原理图
本系统基本原理结构图如图4所示。
由以上系统基本原理框架图可以看出，本系统的外围电路相对比较简单，功能的实现主要是从外部获取控制信号之后在单片机中进行数据处理，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。
所以本系统的单片机数据处理方面的程序相对比较复杂一些，所有的感应信号和显示数据的处理和输入控制都是在单片机中进行处理，这就要求在设计程序的时候要认真思考单片机存储空间的合理分配和管脚的分配问题。
5.3外围电路设计
⑴振荡电路
振荡电路与单片机的时钟电路一起构成单片机的时钟方式，根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟电路方式和外部时钟电路方式。
外部时钟方式一般应用于多块单片机同时工作，以便同步运行，本系统采用的是内部时钟电路方式，其电路连接图如图5所示。
89S52
单片机
图5振荡电路
根据89S52芯片特点，其振荡频率的最佳选择范围为：
3M~33MHZ，因此晶振选用12MHz频率，其中C1和C2取30pF，由此可计算出系统各时钟周期的具体数值：
振荡周期=1/12μs；
时钟周期=2×
（1/12μs）=1/6μs；
机器周期（SM）=12×
（1/12μs）=1μs；
指令周期＝1～4μs。
振荡电路的输出端与单片机的XTAL1、XTAL2两个接口相连接。
XTAL1（19脚），接外部晶体和微调电容的一端，在片内，它是振荡电路反响放大器的输入端；
XTAL2（18脚）接外部晶体和微调电容的一端，在片内它是振荡电路反相放大器输出端，若采用外部时钟电路，则该脚悬空。
在检查单片机的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有正常的脉冲信号输出。
⑵复位电路
①复位状态介绍
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
在运行中，外界干扰等因素可使单片机的程序陷入死循环状态或跑飞。
为摆脱困境，可将单片机复位，以重新启动。
复位也使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。
当单片机应用系统工作时，经常要求进入复位工作状态，所以系统的复位电路必须能够准确、可靠地进行工作。
单片机在复位后，除了影响PC之外，也影响到某些寄存器，比如单片机复位后，P0~P3口输出高电平，且这些准双向口都处于输入状态，堆栈指针SP指向07H，同时部分专用寄存器也重新恢复到复位状态值，但是复位并不影响单片机内部的RAM状态。
具体如表1所示。
表1单片机复位后的初始状态
寄存器
复位状态
PC
0000H
TH1
00H
ACC
P0~P3
FFH
PSW
IP
XX00,0000B
SP
07H
IE
0XX0,0000B
DPTR
TMOD
TCON
SCON
TL0
SBUF
不定
TH0
PCON
0XXX,0000B
TL1
系统在允许时，首先要检查系统复位是否成功，如果系统的复位电路无法满足系统的正常复位，那么系统便无法正常允许，所以复位电路在系统中占据非常重要的地位。
②复位电路方案选择
一般复位电路可以分为两种，即上电自动复位和按键手动复位两种方式，上电自动复位是在接通电源之后就完成了系统的复位初始化，按键手动复位又可以分为两种，即电平方式和脉冲方式，按键电平方式复位电路是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，本系统采用的是按键电平方式复位电路，可在系统通电后随时复位系统，系统的复位电路如图6所示。
5.4传感器电路
⑴传感器件选择及原理介绍
传感器亦称变换器，广义而言，传感器是将被测的某一物理量（信号）按一定规律转换成与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）的输出装置。
目前一般对传感器的理解往往是指非电物理量与电量的转换。
而传感器的种类繁多，主要有温度传感器、光电传感器、湿度传感器、磁传感器等。
本系统主要用来感应监控路段是否有不明物体，因此用红外光电传感器较合适。
光电传感器的作用是将光信号转换成为电信号，它是一种利用光敏器件作为检测元件的传感器。
光电传感器对光的敏感主要是利用半导体材料的电学特性受光照射后发生变化的原理。
红外传感器按其工作模式可大致分为主动式与被动式，主动式红外传感器自带红外光源，通过对光源的遮挡、反射、折射等光学手段可以完成对被探测物体位置的判别。
被动式红外传感器本身没有光源，通过接受被探测物体的特征光谱辐射来测量被探测物的位置、温度或进行红外成像。
本系统选用主动式传感器，主动式红外传感外观图如图7所示。
1．地
2．+5V
3．信号
图7主动式红外传感器外观图
⑵传感器电路的分析设计
本系统分立型的红外传感器是由红外发射二极管和红外接收三极管组成，一般测量距离可达十几米。
当没有物体阻挡时，接受三极管的输出端的电压在4.6V左右，当有物体经过时，输出电压为0.4V左右，由于有电平脉冲变化，此时单片机检测到有信号输入，因此可以输出相应的显示和报警信号。
具体电路如图8所示。
图8传感器电路
经测试，可以得出理想情况下传感器电路输出信号波形如图9所示。
OUT:
不明物
体经过
图9传感器电路输出波形图
⑶传感器电路在制作、调试中应注意的问题
利用红外传感器作为信号输入部分，应注意以下事项：
①传感器部分应有稳压电源输入。
如果没有稳压电源输入，显示部分会出现无规律的数字显示，蜂鸣器也一直在报警。
②两路间的发射接收管应有一定的距离，避免互相干扰。
5.5显示电路设计
⑴选择显示器件
在单片机应用系统中，显示器是单片机应用系统中实现人机对话的一种基本方式。
常用的显示器主要有：
发光二极管显示器，简称LED（LightEmittingDiode）；
液晶显示器，简称LCD（LiquidCrystalDisplay）；
荧光管显示器。
近年来也开始实用简易的CRT（CathodeRayTube）显示器，显示一些汉字及图形。
前三种显示器都有两种显示结构：
段显示（7段，“米”字型等）和点阵显示（5×
7，5×
8，8×
8点阵等）。
LED显示器价廉，配置灵活，与单片机接口方便，显示亮度适中；
LCD显示器可进行图形显示，但接口较复杂，成本也较高，其显示亮度是三者中最弱的，为被动显示器，必须有外光源；
荧光显示器可显示图形，显示亮度是三者最高的，但其结构复杂，价格昂贵。
综合本多路防盗报警系统需求，并考虑价格，显示效果，电路焊接等条件，因此对显示器件的选择为发光二极管（7段共阴极LED显示器）。
⑵显示原理介绍
7段LED可构成字型“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。
这种显示器有共阴极和共阳极两种。
一位显示器由8个发光二极管组成，其中，7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。
如图11所示，共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，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。
同样，共阳级LED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阳极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
图10LED结构及外形图
若将公共阴极接地，而在a～g各段的阳极加上不同电压，就会使各段的发光情况不同，形成不同的发光字符。
加在7段阳极上的电压可以用数字量表示，如果某一段的阳极为数字量1，则这个段就发光；
如为0，则不发光。
数字量与段的对应关系如表2所示
表2七段LED字形码
显示字符
共阳极字符码
共阴极字符码
3FH
C0H
1
06H
F9H
2
5BH
A4H
3
4FH
B0H
4
66H
99H
5
6DH
92H
6
7DH
82H
7
F8H
8
7FH
80H
⑶元器件的选择
①4线－7段译码/驱动器——74LS48（BCD输入，有上拉电阻）
本系统利用单片机P1口中的P1.0～P1.3作为74LS48驱动器的段选信号输出端，为了能够正常输出数字选段，从上述芯片简介中可知，
、
必须置成高电平，才能让系统正常输出显示数据。
74LS48引脚图如图11所示。
具体功能如表3所示。
图1174LS48引脚图
表34线－七段译码/驱动器——74LS48功能表
十进制数
ABCD
abcdefg
H
LLLL
HHHHHHL
LLLH
LHHLLLL
LLHL
HHLHHLH
LLHH
LHHHLLH
LHLL
LHHLLHH
LHLH
HLHHLHH
LHHL
LLHHHHH
LHHH
HHHLLLL
HLLL
HHHHHHH
9
HLLH
HHHLLHH
②3线—8线译码器——74LS138
在数字系统中，译码器和编码器被广泛应用，它们具有n个输入端，
个输出端和一个使能输入端。
在使能输入端为有效电平是，对应每一组输入代码，只有一个输出端为有效电平，其余输出端则为非有效电平。
图1274S138引脚图
其引脚图如图12所示。
本系统利用单片机P1口中的P1.4～P1.6作为74LS138译码器的地址信号输出端，P1.7作为译码器的选通信号输出端，从上述芯片简介中可知，
2A、
2B必须接低电平，才能让系统正常输出位选信号。
具体功能如表4所示。
表43线—8线译码器——74LS138功能表
输入
输出
G1
2A
2BABC
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
XHXXXX
HHHHHHHH
XXHXXX
LXXXXX
HLLLLL
LHHHHHHH
HLLLLH
HLHHHHHH
HLLLHL
HHLHHHHH
HLLLHH
HHHLHHHH
HLLHLL
HHHHLHHH
HLLHLH
HHHHHLHH
HLLHHL
HLLHHH
HHHHHHLH
HHHHHHHL
74LS138还用一个重要功能就是可以级联扩展，利用G1、
2A、
2B，可以扩展为24线译码器；
若外接一个反相器还可以级联扩展成32线译码器。
当将一个选通端作为数据输入而另外两个选通端保持其有效时，该器件还可以作为多路分配器使用。
本系统考虑到当报警数扩展后，显示数也要相应的能够得到扩展，由于段选端是可以并联在一起的，即实际是位选端要能够具有扩展功能，因此选择了74LS138的级联功能来作为以后位选端的端口扩展。
显示电路主要应用了单片机端口的P1.0至P1.7端口。
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
系统显示电路如下图13所示：
图13系统显示图
5.6报警电路设计
本设计把单片机的P3.7口作为报警控制的输出口，当传感器探测到有不明物体时，会有控制信号输入，此时P3.7为低电平电平，三极管导通，蜂鸣器工作发声。
报警是通过编程使P3.7口输出符合一定规律方波振荡信号使蜂鸣器按照一定的规律发声，人耳听起来就像是音乐一样。
根据延时程序的设定，报警器的报警声音将持续1秒，在报警期间显示电路将显示发生的地点，报警声结束时，显示电路也全部归零，进入新一轮的等待状态。
报警电路图如图14所示。
图14报警电路图
P3端口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲期可驱动4个TTL输入，对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电位，这时可用作输入口。
5.7硬件部分的总体实现
本系统主要是从外部通过红外传感器检测通过物体，获取控制信号，并在单片机中进行数据处理，数据处理完毕之后单片机便将各个控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。
从而实现系统的基本功能。
系统电路设计总图请见附录二：
多路智能报警器原理总图。
6系统的软件设计
本系统的软件设计主要分为系统初始化、传感器信号检测、显示及报警。
每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，单片机AT89S52通过软件编程才能使系统真正的运行起来。
下面，就整体设计以及每个单元功能模块分别进行简要说明。
6.1编程语言的选择
对于89S52单片机，有汇编、C语言和BASIC等语言可以用于开发本系统的程序。
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