基于单片机的红外防盗报警器.docx

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基于单片机的红外防盗报警器

3.2.1热释电红外传感器RE200B及其处理芯片BIS000115

3.2.2温度传感器21

3.3显示电路设计25

3.3.11602液晶模块简介25

3.3.2单片机与LCD1062接口电路设计28

3.4报警电路设计29

4系统软件设计及硬件调试30

4.1系统概述30

4.2总体设计31

4.3系统硬件选择31

4.4硬件电路实现31

4.5软件的程序实现32

4.6系统硬件调试33

4.6.1硬件静态的调试33

4.6.2联机仿真调试34

5结论概述35

致谢36

参考文献37

附录一红外防盗报警器原理总图38

附录二红外防盗报警器程序39

摘要

基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术正在不断的发展。

与此同时，红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。

防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人及时采取应对措施。

本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。

本设计主要实现了温度显示、温度报警，红外防盗报警等功能。

该设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分包括单片机控制电路、红外信号采集电路、LCD温度显示电路、驱动执行声光报警电路等部分组成。

处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。

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，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。

关键词：

单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

Abstract

Basedonthesocialneedsforsecurity,electronicalarmthissynthesistechnologyisconstantlydeveloping.Atthesametime,infraredtechnologyhasbecometheadvancedscienceandtechnologyimportantcomponent,becausetheinfraredrayisnotvisible,souseitforinfrareddetectionandmonitoring,goodconcealment,dayandnightcanbeused,andtheanti-interferenceabilityisstrong.Antitheftalarmsystembasedoncomputercontroltechnology,automaticdetectiondeployedintheareaoftheinvasivebehavior,thealarmsignalisgenerated,incaseofemergencies,itwillsendthealarm,allowingpeopletotaketimelymeasures.Thesystemutilizesapyroelectricinfraredsensor,ithastheadvantagesofsimplemanufacture,lowcost,convenientinstallation,andtheanti-theftperformanceisrelativelystable,stronganti-interferenceability,highsensitivity,safeandreliable.Thisalarmsysteminstalledhidden,noteasytobethievesfind,atthesametimeitsignalsaftersingle-chipcomputersystemandPCcommunication,unifiedmanagementofmultipleusers.Thisdesignmainlyrealizesthetemperaturedisplay,temperaturealarm,infraredanti-burglaralarmfunction.Thisdesignincludestwopartsofhardwareandsoftwaredesign.Hardwaresectionincludesthesingle-chipprocessorcontrolcircuits,LCDtemperaturedisplay,infraredsignalacquisitioncircuit,acousto-opticalarmcircuitparts.AT89C51processoruses51seriessingle-chip,theentiresystemisunderthecontrolofthesystemsoftware.Therefore,intheanti-theftwarningsafetydevicehasbeenwidelyused.Inaddition,inelectronicsecurity,humanbodydetectionandotherfields,thepyroelectricinfrareddetectoriswelcomewithit’slowprice,stabletechnicalcharacteristicsbythemajorityofusers.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;infraredsensor;dataacquisition;alarmcircuit

1绪论

1.1发展概况与设计背景

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。

从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。

它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。

不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。

目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点：

（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。

（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。

（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。

再者，就闭路监控电路防盗系统而言：

它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。

1.2设计任务与要求

（1）该设计主要包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、报警和显示等模块子函数。

（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、智能报警器、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、本地显示、本地报警等功能。

终端由中央处理器、输入模块、输出模块、功能设定模块等部分组成。

（3）系统可实现功能。

为了探测移动人体,通常使用双元件型热释电红外传感器,在这种传感器内部,两个敏感元件反相连接,当人体静止时两元件极化程度相同,互相抵消。

但人体移动时,两元件极化程度不同,净输出电压不为0,从而达到了探测移动人体的目的。

因此可把报警系统设置在外出布防状态，使探测器工作。

当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至AT89S51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。

（4）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。

此类装置设计的要点：

其一是能有效判断是否有人员活动；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。

2系统整体方案设计

本章提出了系统的设计思路，明确了系统的功能特点。

制定了系统方案框图在系统结构设计部分给出了红外防盗系统的结构图。

2.1系统设计思路

红外防盗系统的设计思路：

当人靠近时，系统中的红外传感器检测模块便器检测到相应的人体红外信号，系统便被触发；送给单片机控制系统进行判断处理后，打开声光报警。

2.2系统方案设计

2.2.1方案一

采用SNS9201红外传感器进行对人体红外信号采集，经SNS9201芯片处理之后传给单片机，单片机作相应的操作，如LED灯和蜂鸣器的开关，并将时间用数码管显示出来。

但SNS9201芯片处理红外信号时有延时电路，电磁阀不能马上打开；其次数码管功耗大并对电流非常敏感，不能极好显示时间。

所以该方案只能较好完成系统功能。

图2-1方案一

2.2.2方案二

采用RE200B红外传感器进行对人体红外信号采集，经BISS0001芯片处理之后传给单片机，单片机作相应的操作。

如电磁阀和蜂鸣器的开关，并将时间用LCD显示出来。

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，能及时对红外信号进行采集并触发单片机的控制操作；LCD体积小、工作电流比LED小几个数量级，故其功耗低，且有着良好的人机界面。

该方案能很好完成系统功能。

图2-2方案二

从以上两种方案，采用方案二。

电路比较简单、费用较低、可靠性高、软件设计也比较简单，故采用了方案二。

3系统硬件设计

根据系统采用的方案，本章设计了系统的总体结构图。

阐述了系统硬件的总体结构；其次进行系统的硬件设计，包括红外信号采集模块设计和电磁阀控制模块设计，液晶显示模块设计，报警电路设计等。

详细阐述了各个模块的芯片选型，根据所选芯片的功能特点、工作原理及接口电路，设计了各模块的具体硬件电路。

3.1单片机的选择

20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。

目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：

美国Intel公司：

MCS-51系列及其增强型系列

美国Motorola公司：

6801系列和6805系列

美国Atmel公司：

89C51等单片机

美国Zilog公司：

Z8系列及SUPER8

美国Fairchild公司：

F8系列和3870系列

美国Rockwell公司：

6500/1系列

美国T1（德克萨司仪器仪表）公司：

TMS7000系列

NS（美国国家半导体）公司：

TMS7000系列

尽管单片机的品种很多，但是在中国使用最多的还是Intel公司的MCS-51系列单片机和美国的Atmel公司的89C51单片机。

MCS-51系列单片机包括三个基本型8031、8051/8751。

8031内部包括一份8位CPU、128个字节，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串形口、2个16位定时器，但片内无程序存储器，外扩EPROM芯片。

比较麻烦，不予采用。

8051是在8031的基础上，片内集成有4KBROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。

ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。

所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。

也不予采用。

8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM,它构成了程序小于4KB的小系统。

用户可以将程序固定在EPROM中，可以反复修改程序。

但是价格相对8031较贵。

8031为外扩一片4KBEPROM的就相当于8751，它的最大优点是价格低。

随着大规模集成电路不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。

不予采用。

80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash程序存储区在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效地解决方案。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

故此设计采用AT89C51。

3.1.1AT89S51单机片的结构

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用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ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

  AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

 此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

图3-1为AT89S51单片机的基本组成功能方块图。

有图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

外时钟源外部事件计数

外中断控制P3P2P1P0RXDTXD

图3-1AT89S51功能方块图

1.中央处理器（CPU）

中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。

AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。

2.数据存储器（内部RAM）

芯片中共有256B的RAM单元，但其中后128个单元（80H-0FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用户使用的只是前128个单元（00-7FH），用于存放可读写的数据。

因此常说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。

3.程序存储器（内部ROM）

芯片内部有4KB的掩膜ROM，可用于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部ROM。

4.定时器/计数器

出于控制应用的需要，芯片内部共有两个16位的定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。

5.并行I/O口

AT89S51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入/输出。

6.串行口

AT89S51有1个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。

该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。

7.中断控制系统

AT89S51的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。

它共有5个中断源：

2个外部中断源/INTO和/INT1；3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。

8.时钟电路

AT89S51单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。

时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为12MHz。

9.内部总线

上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。

总线在图中以带箭头的空心线表示。

系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线—地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。

由上所述，AT89S51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。

AT89S51较详细的内部结构如图3-2所示。

图3-2AT89S51内部结构框图

3.1.2管脚说明

AT89S51是一种高效微控制器。

采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，如图3-3所示。

AT89S51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

图3-3AT89S51引脚图

图3-4SMT的封装图

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。

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。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号端。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式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）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

3.1.3主要特性：

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

寿命：

1000写/擦循环

数据保留时间：

10年

·全静态工作：

0Hz-24Hz

·三级程序存储器锁定

·128*8位内部RAM

·32可编程I/O线

·两个16位定时器/计数器

·5个中断源

·可编程串行通道

·低功耗的闲置和掉电模式

·片内振荡器和时钟电路

3.1.4振荡器特性

（1）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，其外接电路如图3-5所示。

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。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

图3-5晶体振荡器与单片机连接图

（2）芯片擦除

整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑