基于AT89S51单片机的红外报警器的设计的课程设计.docx

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基于AT89S51单片机的红外报警器的设计的课程设计

计算机控制技术

课程设计

课程设计名称：

基于AT89S51单片机的红外报警器的设计

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

课程设计地点：

课程设计时间：

计算机控制技术课程设计任务书

学生姓名

专业班级

学号

题目

基于AT89S51单片机的红外报警器的设计

课题性质

课题来源

自拟

指导教师

主要内容

（参数）

本设计采用AT89S51单片机作为红外报警器系统的核心部件，设计利用多谐振荡电路作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形后驱动数字门电路，输出报警信号，又经报警信号锁定电路，将报警信号进行锁定，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。

任务要求

（进度）

第1天：

熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。

第2天：

确定设计方案。

要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。

第3-4天：

按照确定的方案设计单元电路。

要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

第5天：

撰写课程设计报告。

要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于6000字。

主要参考

资料

徐爱钧、彭秀华．单片机高级语言C51应用程序设计.--北京:

北京航空航天大学出版社2006.

楼然苗.51系列单片机设计实例.—北京：

北京航空航天大学出版社2006.

黄智伟.传感器应用设计实例制作.—北京：

电子工业出版社2006.

唐桃波、陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用2003

审查意见

系（教研室）主任签字：

年月日

摘要

本设计采用AT89S51单片机作为红外报警器系统的核心部件，利用红外线发射电路和红外线接收电路为单片机直接提供高低电平来控制单片机的工作状态，以控制报警电路的工作，最终实现报警作用。

关键词：

单片机、电源、红外对管、发射电路、接收电路、报警电路

1引言

随着电子技术的发展，人类不断研究，不断创新纪录，人们自身的安防意识也在逐渐增强。

红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。

此类装置设计的要点：

其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。

至于报警可采用声光信号。

自己亲手制作一个红外报警器不仅有实用性而且也是很有意义的一件事情，同时本次实验设计注重对单片机工作原理及报警原理的理解，以便今后自己在单片机领域的学习和开发打下基础，提高自己的动手能力和设计能力，培养创新能力，丰富自己的理论知识，做到理论和实践相结合。

本次设计的重要意义还在于对单片机的内部结构和工作状态做更进一步的了解，同时还对单片机的接口技术，中断技术，存储方式和控制方式作更深层次的了解。

此次设计更进一步了解基本电路的设计流程，提高自己的设计理念，丰富自己的理论知识，巩固所学知识，使自己的动手动脑能力有更进一步提高，为自己今后的学习和工作打好基础，为自己的专业技能打好基础。

对红外报警器系统的要求如下：

①可靠性强；②灵敏度高；③成本经济；④抗干扰能力强；⑤可以实现长期连续运行等。

本设计即采用AT89S51单片机作为控制中心，对红外传感器传输的信号进行分析判断处理后以声光信号输出，以便于及时发现盗窃险情，避免不必要的损失。

同时，该设计具有使用简单，成本低，反应灵敏等诸多优点。

2总体方案设计

2.1硬件方案论证

设计方案1：

基于红外线对射型传感器的防盗报警器

红外线及激光技术目前已相当成熟，利用红外发射管发射一束光束，如接收端能正常接收表示系统正常，当有人挡住光束时，接收端便收不到光束，启动报警电路工作。

设计方案2：

基于单片机的红外报警器的设计

图2-1红外线报警器硬件电路系统框

电路分为五个部分：

1、电源电路2、脉冲式红外发送与接收电路3、数据解码电路4、单片机系统5、声光报警电路

1、电源电路：

220V交流电经过变压器，桥式整流，电解电容滤波，三端稳压器78L05变成+5V的直流电

2、脉冲式红外发送与接收电路：

由运算放大器，电压比较器，滤波器，红外发射与接收管构成

3、单片机系统：

用AT89C2051单片机，复位电路，时钟电路

4、声光报警电路：

稳压电路，音频放大电路，扬声器，普通红色发光二极管组成

通过比较，由于方案一未用到单片机进行设计，设计过程较为简单，与我们此次的课程设计要求不符，因此我们选择方案二进行设计。

2.2微处理器的选择

在整个单片机控制系统中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是控制系统中最关键的器件。

此系统控制方案简单，数据量也不大，因此选用AT89C51作为控制系统的主机。

AT89C51有40引脚双列直插（DIP）形式。

其与80C51引脚结构基本相同，其逻辑引脚图如图2-2。

图2-2AT89C51逻辑引脚图

各引脚功能叙述如下：

1．电源和晶振

VCC——运行和程序校验时加+5V

GND——接地

XTAL1——输入到振荡器的反向放大器

XTAL2——反向放大器的输出，输入到内部时钟发生器

（当使用外部振荡器时，XTAL1接地，XTAL2接收振荡器信号）

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

2．I/O（4个口，32根）

P0口——8位、漏极开路的双向I/O口。

当使用片外存储器（ROM、RAM）时，作地址和数据分时复用。

在程序校验期间，输出指令字节（需加外部上拉电路）。

P0口（作为总线时）能驱动8个LSTTL负载。

P1口——8位、准双向I/O口。

在编程/校验期间，用于输入低位字节地址。

P1口可驱动4个LSTTL负载。

对于80C51，P1.0——T2，是定时器的计数端且位输入；P1.1——T2EX，是定时器的外部输入端。

这时，读两个特殊输入引脚的输出锁存器应由程序置1。

P2口——8位、准双向I/O口。

当使用片外存储器（ROM及RAM）时，输出高8位地址。

在编程/校验期间，接收高位字节地址。

P2口可以驱动4个LSTTL负载。

P3口——8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。

P3口提供各种替代功能。

在提供这些功能时，其输出锁存器应由程序置1。

P3口可以输入/输出4个LSTTL负载。

3．串行口

P3.0——RXD（串行输入口），输入。

P3.1——TXD（串行输出口），输出。

4．中断

P3.2——INT0外部中断0，输入。

P3.3——INT1外部中断1，输入。

5．定时器/计数器

P3.4——T0定时器/计数器0的外部输入，输入。

P3.5——T1定时器/计数器1的外部输入，输入。

6．数据存储器选通

P3.6——WR低电平有效，输出，片外存储器写选通。

P3.7——RD低电平有效，输出，片外存储器读选通。

7．控制线（共4根）

输入：

RST——复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

EA/Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。

在编程时，其上施加21V的编程电压。

注意：

在加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

输入、输出：

ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。

ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或用于定时。

在EPROM编程期间，作输入，输入编程脉冲（PROG）。

ALE可以驱动8个LSTTL负载。

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

注意：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

输出：

PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。

在从片外程序存储器取址期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。

PSEN可以驱动8个LSTTL负载。

2.3传感器的选择

本设计的输入信号由一个发光（红外线）二极管为核心的红外线发射电路和一个光（红外线）敏二极管为核心的红外线接收电路组成，正常情况下前者发出的红外线直接被后者接收，从而对89s51单片机输入低电平，报警器不工作。

当由于外界（人）挡住时，前者发出的光线不能被后者所接收，故接收电路对89s51单片机输入高电平，报警器工作。

3系统硬件设计

3.1基于89S51单片机的总体设计

根据系统要实现的功能，本系统分为五个电路：

单片机控制电路、电源电路、发射电路、接收电路、报警电路。

3.2单片机控制电路

（一）AT89S51为ATMEL所生产的可电气烧录清洗的8051相容单芯片，其内部程序代码容量为4KB

AT89S51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

732条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制

85个中断向量源

92组独立的16位定时器

101个全多工串行通信端口

118751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电源电路

因为系统是由单片机直接控制处理，其稳定的电压是十分重要的，所以我们专门精心设计了一个稳压电源，如下图所示：

图3-2稳压电源电路图

为了改善波纹特性，在稳压电源的输入端加接电容C10，在其输出端加接电容C1、C2，目的是为了改善负载的瞬态响应、防止自激振荡和减少高频噪声，电路中加入一个发光二极管是为了对输出的电压进行稳压保护，用于电压小于额定电压或对地短路的时候的保护。

3.4红外线发射电路

电路图如下：

图3-3红外线发射电路图

整个发射电路的工作过程：

VT7、VT8、R13—R16、C8和C9组成多谐振荡器。

系统上电后，VT7或VT8两都必有一管进入导通状态，若VT7先进入导通状态，电源经R14、C8和VT7向C8充电。

3.5红外线接收电路

由于该系统是利用红外发射管通过发射的接收来工作的，所以应该配较高性能的红外线接收电路。

电路图如下：

图3-4红外线接收电路图

红外发射电路发送的红外线信号被D3接收后，进入VT2基极，进行放大，经放大后的红外线信号经C5耦合后，进入VT1进行再次放大，经两级放大后，接收到的红外线信号已足够强，经C4耦合后送入由D1、D2组成的倍压整流电路进行整流，C7滤波后形成一个直流控制电压，这个直流控制电压信号足够强，大于CW1的稳压电压，因此CW1击穿，电流流经VT5的基极，VT5饱和导通，集电极输出低电平信号；当发射过来的红外线信号被人挡住时，D3将无法接收到红外线信号，倍压整流电路无信号输出，原充在C7两端的电荷经R12进行放电，此时CW1阻断，电流极小，VT5截止，其集电极输出高电平，这个高电平信号送入后续逻辑处理电路，就可以判断为有人进入，从而做出相应的操作。

3.6报警电路

电路图如下：

图3-5报警部分电路图

当检测到有人进入布防区域后，逻辑控制单元输出低电平信号，经R7使VT3饱和导通，经R21、CW2提供一个3.6V的电压，作为语音电路的工作电源，语音电路工作后，从B脚输出音频信号，经R2送入VT4进行功率放大，放大后驱动蜂鸣器发出报警声。

4系统软件设计程序流程图

图4-1红外报警器系统的设计流程图

5软件编程

#include

#include

bitflag;

unsignedcharcount;

voiddely500（void）//延时

{

unsignedchari;

for（i=250;i>0;i--）

{

_nop_（）;

}

}

voidmain（void）

{

while

（1）

{

if（P3_0==0）//检测到低电平

{

while

（1）//死循环报警

{

/*两种频率不一样的脉冲*/

for（count=200;count>0;count--）

{

P2_0=~P2_0;

dely500（）;

}

for（count=200;count>0;count--）

{

P2_0=~P2_0;

dely500（）;

dely500（）;

}

}

}

}

}

6总结

简单仪器原理与设计的课程设计是电子信息工程专业学生所必修的，是实践教学不可缺少的重要一环。

通过课程设计，不仅能提高学生学习智能仪器的兴趣，加深对智能仪器的理解，开阔视野，也能为以后毕业设计打下良好的基础。

学生基本经历了单片机应用系统开发的全过程，扩大了学生的实践内容，从而取得了较好的教学实践效果。

任何收获都要付出巨大的努力，在这个领域里面我几乎是从零开始，但是我们克服了重重困难，学到了很多东西。

经过一个星期的努力，我终于成功的完成了本次课程设计。

在设计过程中有很多收获当然也遇到了很多困难。

譬如说不能够把书本上的知识与实践相结合。

此次设计的软件部分是用C语言来编程的。

由于C语言是近年在国内外得到迅速推广应用的一种语言。

C语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点。

通过这次的c语言程序设计我们更加了解了c语言。

在C语言程序设计的过程中我们知道了自己在以前的学习中有很大的不足，有些地方看不懂也不知道怎么去设计，但是在设计过程中也学习了很多，掌握了自己以前没有学好的知识，不过这也给自己敲响了警钟，在学习中不可以浮于表面，要想学好每一门课程都要踏实。

本次实训增强了我们查阅资料的方法技巧，更是大大的提高了我们自学的能力，同时也增强了我们的动手能力。

在一周的课程设计过程中，经过查找资料、讨论、交流，最终决定了设计方案并成功完成设计，这些都培养了我的学习和合作精神。

此次设计让我受益匪浅。

7参考文献

【1】谭浩强编著.C程序设计第二版［M］.北京:

清华大学出版社,1999

【2】徐爱钧、彭秀华．单片机高级语言C51应用程序设计.--北京:

北京航空航天大学出版社2006.1

【3】薛均义、张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用.--西安:

西安交通大学出版社2005.1

【4】楼然苗.51系列单片机设计实例.—北京：

北京航空航天大学出版社2006

【5】黄智伟.传感器应用设计实例制作.—北京：

电子工业出版社2006.4

【6】唐桃波、陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用,2003,

附录

总体电路图