无线报警器接收机的毕业毕设3.docx
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无线报警器接收机的毕业毕设3
摘要
本文阐述如何设计一个无线报警器接收机系统。
本设计应用AT89C51芯片作为核心，应用315M无线接收模块作为信号接收设备。
当315M接收机接收模块接收到报警信号时，单片机驱动扬声器发出声音报警信号，驱动发光二极管发出光报警信号；当供电电源断电时发光二极管闪烁报警，并自动切换到备用电源对无线报警器接收机系统进行供电。
本文首先介绍了无线报警的优点，然后，详细介绍了系统硬件的设计、系统软件的设计；最后对硬件进行了简单的调试，最后，文章对整个设计做了概括性总结。
本系统具有智能化和高可靠性等特点，但是还是有一些环节有待进一步完善。
该无线报警器接收机系统可应用于一般的生活和工作中的报警系统，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的安全和方便。
关键字：
单片机；无线接收模块；报警系统
Abstract
Thepurposeofthisdesignistodesignausevalue，highperformancewirelessalarmreceiversystem.Thereceivingsystemreportederrorrateislow，installationandconfigurationeasy，lowcost，easytousefeatures.TheAT89C51chipdesignapplicationsasacore,whenthereceiverreceivesthealarmsignalaudiblealarmandpowerfailalarm,andabackuppowersupplyforpower.Thispaperdescribesthebenefitsofwirelessalarm;then,detaileddesignofsystemhardware,systemsoftwaredesign;andhardwareforasimpledebugging,andfinally,thearticlemadeageneralsummingupthewholedesign.hissystemhastheintelligenceandhighreliability,buttherearesomeaspectstobefurtherimproved.315Mreceivermodulebecauseofitssmall,inexpensive.andeasytouse,functionalandmoreeasilyintegratedandlovedbythegeneralconsumer,sowidelyused.
Keywords:
microcontroller;wirelessreceivermodule;alarmsystem
目录
第一章绪论1
1.1无线报警器接收机的时代背景1
1.2无线报警器接收机的意义1
1.3无线接收机的应用1
第二章整体设计方案2
2.1NE555时基电路设计方案2
2.2单片机设计方案3
第三章无线报警器接收的硬件设计4
3.1微处理器的选择4
3.2接收模块的选择5
3.3最小系统设计7
3.4电源电路10
3.5信号接收电路11
3.6LED显示电路14
第四章系统软件设计18
4.1主程序设计18
4.2子程序设计19
4.2.1断电报警程序19
第五章调试与功能说明25
5.1硬件调试25
5.2软件的调试26
总结28
参考文献29
致谢30
第一章绪论
1.1无线报警器接收机的时代背景
安全提醒以及提醒的及时性对人们的生活很必要，可以让人们在第一时间知道哪里有危险，突发事件以及人们不想发生的状况，以便在酿成人们不期望的后果之前及时的去解决处理。
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
顺应人们的需求以及电子发展的情况，电子报警器应运而生，并且快速的进入了人们的生活中。
[1]
1.2无线报警器接收机的意义
无线报警器，广泛用于个人家庭，商店，仓库，码头办公室等公共场所为人们日常生活提供了方便，由于无线接收模块在报警系统中应用，使报警器开始无线化。
给人们生产生活带来了极大的方便。
而且此系统还可以扩展报警器断电报警、断电后自动由备用电池供电，接收模块扩展等功能，而这些，都是以无线接收接收机为基础的。
因此，研究无线接收机及扩大其应用，有着非常现实的意义。
1.3无线接收机的应用
报警器已成为人们日常生活中提高人们生活安全和方便指数的一种必需品，用广泛用于个人家庭以及车站、仓库、酒店、办公室等公共场所，例如可用于家庭火灾报警、家庭防盗报警、酒店服务报警、医院病人呼唤报警、给人们的生活、学习、工作、带来极大的方便。
由于无线接收机是无线接收，使报警器的功能有很大的扩展。
第二章整体设计方案
无线报警器接收机既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，根据无线报警器接收机工作原理，通常有以下两种形式：
2.1NE555时基电路设计方案
555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5KΩ的电阻而得名。
目前，流行的产品主要有4种：
BJT两个：
555，556（含有两个555）；CMOS两个：
7555，7556（含有两个7555）。
555定时器是一种数字与模拟混合型的集成电路，应用广泛。
成本较低，外加电阻、电容等元件就可以构成多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等领域。
[2]
采用NE555时基电路或其他振荡电路产生秒脉冲信号，作为秒加法电路的时钟信号或微处理器的外部中断输入信号，可构成电子钟。
由555构成的秒脉冲发生器电路见图2.1。
输出的脉冲信号V0的频率F为：
（1-1）
可通过调节式（1-1）中的3个参数，使输出V0的频率为精确的1Hz。
图2.1基于５５５的秒脉冲发生器
采用555定时器设计无线报警器接收机系统，成本低，容易实现。
但是受芯片引脚数量和功能限制，不容易实现电子时钟的多功能性。
2.2单片机设计方案
单片机是微型机的一个主要分支，它在结构上的最大特点使把CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路集成在一块超大规模集成电路芯片上。
就其组成和功能而言，一块单片机芯片就是一台计算机。
单片机具有如下特点：
有优异的性能价格比；
1集成度高、体积小、有很高的可靠性；
2控制功能强；
3低功耗、低电压，便于生产便携式产品；
4外部总线增加了I2C、SPI等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构；
5单片机的系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。
所以单片机的应用非常广泛，在智能仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统以及人们的生活中均有用武之地。
单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种用软件代替硬件的控制技术，是对生产控制技术的一次革命。
[3]
利用单片机的智能性，可方便地实现具有多功能无线报警器接收机，使无线报警报警器接收机系统具有选择性报警，对报警方式的选择，报警地点的显示等多功能报警器。
并且也是我们的设计在很大程度上简单化。
第三章无线报警器接收的硬件设计
在比较了第二章的三种实现方案之后，考虑单片机货源充足、价格低廉，可软硬件结合使用，能够较方便的实现系统的多功能性，故采用单片机作为本设计的硬件基础。
3.1微处理器的选择
目前在单片机系统中，应用比较广泛的微处理器芯片主要为8XC5X系列单片机。
该系列单片机均采用标准MCS-51内核，硬件资源相互兼容，品类齐全，功能完善，性能稳定，体积小，价格低廉，货源充足，调试和编程方便，所以应用极为广泛。
例如比较常用的AT89C2051单片机，带有2KBFlash可编程、可擦除只读存储器（E2PROM）的低压、高性能8位CMOS微型计算机。
拥有15条可编程I/O引脚，2个16位定时器/计数器，6个中断源，可编程串行UART通道，并能直接驱动LED输出。
[4]
仅仅是为了完成时钟设计或者是环境温度采集设计，应用AT89C2051单片机完全可以实现。
但是将两种功能结合在一片单片机上，就需要更多的I/O引脚，故本设计采用具有32根I/O引脚的AT89C51单片机。
AT89C51单片机是一款低功耗，低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可反复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEI公司的高密度、非易失性存储器（NURAM）技术制造，其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。
片内的FLASH存储器允许在系统内可改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。
因此，AT89C51是一种功能强，灵活性高且价格合理的单片机，可方便的应用在各个控制领域[6]。
AT89C51具有以下主要性能：
4KB可改编程序Flash存储器；
全静态工作：
0——24Hz；
128×8字节内部RAM；
32个外部双向输入/输出（I/O）口；
6个中断优先级；2个16位可编程定时计数器；
可编程串行通道；
片内时钟振荡器。
[5]
此外，AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用软件来选择的省电方式——空闲方式（IdleMode）和掉电方式（PowerDownMode）。
在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。
在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下一次硬件复位为止。
图3-1AT89C51芯片PDIP封装引脚图
3.2接收模块的选择
在此次设计的接受中需要用到无线接收模块来接受报警信号，检测接收模块输出端口的信号来选择报警方式。
事实上无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。
模块的实物图如3-2:
[6]
3-2无线接收模块是实物图
接收模块的七根引脚分别为D3、D2、D1、D0、GND、VT、VCC，其中VCC为无线接收模块5V的供电端，GND为接地端，VT端为解码有效输出端，只要发射器的数据码有输出，VT都能同步输出高电平；D3、D2、D1、D0是2262解码芯片的四位数据输出端，有信号时能输出5V左右的高电平，驱动电流约2mA，与发射器的四位数据码输出一一对应。
接收模块不焊天线也能接收信号，为提高接收灵敏度，可以用一根长度约为23厘米的软导线直接焊接到天线孔处，图中RC所指的是振荡电阻，接收模块和发射器的震荡电阻需要匹配才能工作，接收模块用的是270K或者820K电阻，可以分别和1.5M或者4.7M振荡电阻的发射器配套使用。
发射器可以用固定码四键遥控器或者带编码四路发射模块，如与其他发射器配套，则必须提供发射器相关参数。
D0-D3-四位数据锁存输出端，有信号时能输出5V左右的高电平，驱动电流约2mA，与发射器上的四个按键一一对应，这里用的是L4锁存芯片所以输出的数据能锁存，其意思即为，当按下发射器其中一个键时，D0端为高电平，其它三端为低电平，放开发射器的按键，这种状态可以保持，直到另一个按键被按下，对应的一个端，比如D1端变为高电平，其它三端为低电平。
利用这个特性，我们完全可以控制四路不同的应用。
接收信号报警的电路图如3-3。
只要发射器的数据码有输出，VT都能同步输出高电平，所以只要单片机检测VT端发出的信号就可以检测出发送端是否发出报警信号，从而来控制报警电路，发出声光报警信号。
3-3报警信号输出电路
3.3最小系统设计
图3-4单片机最小系统的结构图
单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。
1.电源引脚
Vcc40电源端
GND20接地端
工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V，引脚功能一样。
2.外接晶体引脚
图3-5晶振连接的内部、外部方式图
XTAL119
XTAL218
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。
晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。
电容取30PF左右。
系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。
因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。
在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证震荡器稳定和可靠地工作。
3.复位RST9
在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。
复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。
当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。
复位是由外部的复位电路来实现的。
片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，此电路系统采用的是上电与按钮复位电路。
当时钟频率选用6MHz时，C取22μF，Rs约为200Ω，Rk约为1K。
复位操作不会对内部RAM有所影响。
常用的复位电路如下图所示：
图3-6常用复位电路图
4.输入输出引脚
（1）P0端口[P0.0-P0.7]P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。
作为输出口时能驱动8个TTL。
对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。
在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。
（2）P1端口[P1.0－P1.7]P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。
（3）P2端口[P2.0－P2.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。
在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。
而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。
（4）P3端口[P3.0－P3.7]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。
输出时可驱动4个TTL。
端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。
对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。
除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看下表。
[7]
表3-1P3端口引脚兼用功能表
P3引脚
兼用功能
P3.0
串行通讯输入（RXD）
P3.1
串行通讯输出（TXD）
P3.2
外部中断0（INT0）
P3.3
外部中断1（INT1）
P3.4
定时器0输入（T0）
P3.5
定时器1输入（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通WR
P3.7
外部数据存储器写选通RD
3.4电源电路
电源电路的功能是为系统提供电源并且有可以实现断电后发出报警信号并有备用电源供电。
电路如图3-5。
接口的第二管脚给比第一管脚给低电高，有一极管的单项导通原理，在供电正常的情况下由第一管脚供电，当断电时第二管脚电平变为零，这时由第一管脚供电，并由单片机检测OD处的电压，若为低电平则有单片机控制报警。
[8]
3-7供电电路及报警电路
3.5信号接收电路
接收模块采用315M无线接收模块，在单片机控制系统中，由于单片机的I/O资源有限，在连接控制315M接收模块的时候，为了能控制更多的接收模块，我选择将单片机的I/O进行扩展，选择用74HC165芯片将I/O口径性扩展。
串行口常用来扩展I／O接口，使用移位寄存器作为锁存或输入信号的接口，可以方便地扩展并行输入、输出口。
这种方法不占用片外RAM地址，简单易行，便于操作，适用于速度较慢、实时性要求不高的场合。
3.5.174HC165芯片
74HC165是一款高速CMOS器件，74HC165遵循JEDEC标准no.7A。
74HC165引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC165是8位并行读取或串行输入移位寄存器，可在末级得到互斥的串行输出（Q7和Q7），当并行读取（PL）输入为低时，从D0到D7口输入的并行数据将被异步地读取进寄存器内。
当移位/置入控制端（SH/LD）为低电平时，并行数据（A－H）被置入寄存器，而时钟（CLK，CLKINH）及串行数据（SER）均无关。
当SH/LD为高电平时，并行置数功能被禁止。
CLK和CLKINK在功能上是等价的，可以交换使用。
74HC165的时钟输入是一个“门控或”结构，允许其中一个输入端作为低有效时钟使能（CE）输入。
CP和CE的引脚分配是独立的并且在必要时，为了布线的方便可以互换。
只有在CP为高时，才允许CE由低转高。
在PL上升沿来临之前，不论是CP还是CE，都应当置高，以防止数据在PL的活动状态发生位移。
当CLK和CLKINK有一个为低电平并且SH/LD为高电平时，另一个时钟可以输入。
当CLK和CLKINK有一个为高电平时，另一个时钟被禁止。
只有在CLK为高电平时CLKINK才可变为高电平。
引出端符号：
CLK，CLKINH时钟输入端（上升沿有效）
A－H并行数据输入端
SER串行数据输入端
QH输出端
QH互补输出端
SH/LD移位控制/置入控制（低电平有效）
逻辑及封装图
图3-8双列直插封装PLCC封装
图3-9逻辑图
3.5.2串行口扩展并行输入口
74HC165芯片是8位并行输入和串行移位输出寄存器。
原则上利用n片74LS165与8051的3根端口线相连，可扩展8n根并行输入口线。
3-8所示利用多片74hcl65与串行口配合，扩展16根并行输入线的电路。
由图可见，8051仅用了3根线，分别为串行口输入线RXD（P3.0）、串行口输出线TXD（P3.1）和1根控制线P1.0引出。
74hcl65是一个8位寄存器，其S／L端是串行移位控制端接于P1.0端；CK是移位时钟输入端，接于P3.1（TXD）端；QH是串行移位输出端接于P3.0（RXD）端。
串行口置为方式0。
两个165芯片是串联方式，首尾相接，低位QH接于高位SER端，高位QH端接8051的RXD端。
若16位并行输入数据已送到两个74LSl65的输入端，当Pl.0=0时。
16位数据被同时接收，置入对应的74hcl65的寄存器中。
当P1.0=1时，移位寄存器开始串行移位，经串行输入口P3.0（RXD）端，一位一位移入8051串行口的缓冲器中。
8051接收完一个字节（一帧），发出中断申请，置RI为“l”，当CPU发现RI=1则可以从串行口缓冲器中读走数据。
图3-10多片74hcl65与串行口配合
表3-2推荐工作条件表
74/165最小
74/165额定
74/165最大
单位
电源电压
4.75
5
5.5
V
输入高电平
2
V
输入低电平
0.8
V
输入高电流
-400
uA
输入低电流
8
mA
时钟频率
0
25
MHz
CLK脉冲宽度
25
ns
LD脉冲宽度
15
ns
CLKINK建立时间
30
ns
A-H建立时间
10
ns
SER建立时间
20
ns
SH建立时间
45
ns
保持时间
0
ns
3.6LED显示电路
3.6.1显示器选择
显示器普遍地用于直观地显示数字系统的运行状态和工作数据，按照材料及产品工艺，单片机应用系统中常用的显示器有：
发光二极管LED显示器、液晶LCD显示器、CRT显示器等。
就显示电路而言，通常可采用LCD显示或LED显示。
LED显示器是现在最常用的显示器之一，对于一般的段式LCD，需要专门的驱动电路，而且LCD显示的可视性较差；对于具有驱动电路和微处理器接口的液晶显示模块（字符或点阵），一般采用并行接口，对微处理器的接口要求较高，占用资源多。
另外，AT89C51本身没有专门的液晶驱动接口。
LED结构简单，体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，寿命长，可靠性高，而且显示亮度高，价格便宜，市场上也有专门的时钟显示组合LED。
故本设计中应用7位8段共阴LED实现显示部分，如图3-9。
图3-11LED显示器的符号图
发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。
分段式显示器（LED数码管）由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光。
只要按规律控制各发光段亮、灭，就可以显示各种字形或符号。
LED数码管有共阳、共阴之分。
图是共阳式、共阴式LED数码管的原理图和符号.
图3-12共阳式、共阴式LED数码管的原理图和数码管的符号图
显示电路显示模块需要实时显示当时的报警模块的序列号。
LED显示器的显示控制方式按驱动方式可分成静态显示方式和动态显示方式两种。
动态显示方式的硬件电路简单。
但设计上如果处理不当，易造成亮度低，闪烁问题。
因此合理的设计既应保证驱动电路易实现，又要保证图像稳定，无闪烁。
动态显示采用多路复用技术的动态扫描显示方式，复用的程度不是无限增加的，因为利用动态扫描显示使我们看到一幅
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