单片机控制红外防入侵装置.docx
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单片机控制红外防入侵装置
单片机控制红外防入侵装置
摘要：
51单片机具有体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等一系列优点，不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具，而且已渗入到人们工作和和生活的各个角落，有力地推动了各行业的技术改造和产品的更新换代，应用前景广阔。
作为51单片机的精简版本，AT89C2051单片机拥有结构简单，体积小，编程容易等诸多优点，所以在电子制作中得到广泛应用。
本文采用AT89C2051单片机制作的防入侵装置结构简单，实用性强。
装置自带电源及报警电路，电路均采用常规器件，程序简单，实现方便，略有电子制作方面的基础即可动手制作。
关键字:
51单片机电源防入侵
Abstract:
Thesingle-chip51hasaseriesofstrongpoints,suchassmallvolume,richfunction,highdependabilityandlowprice,whichmakesitbecomenotonlytheintelligentizecontrolfacilityinthefieldofindustrialcontrol,butalsothecommonthingsappeareverywhereinourworkanddailylife.Thiseffectivelypromotethetec-hnicaltransformationinkindsofvocationsandpromisesitselfaexpandforeground.Asthesimplifiededitionofthesingle-chip51,AT89C2051hasasimplestructure,smallsizeandeasyprogrammingandmanyotheradvantages.Therefore,theproductionofelectronicshaswidelyusedit.Inthispaper,AT89C2051anti-invasionproducingsingle-chipdevicestructureissimpleandpractical.Bringitsownelectricalsourceandthepolicepowercircuit,usingconventionalcircuitdevices,proceduressimple,easytoachieve,alittleelectronicproductioncanbethebasisforhands-onproduction.
Keywords:
single-chip51electricalsourceanti-invasion
一、系统概述
单片机控制红外报警装置用当前最流行的AT89C2051单片机控制，采用555定时器进行声光报警。
本装置体积小，成本低；用红外线收发管进行信号检测，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；系统自带变压整流装置，可直接接入市电工作；当有人试图闯入警戒范围时，能自动进行声光报警。
二、器件说明
1、51单片机简介：
AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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。
①．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
②．管脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
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。
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。
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。
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。
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．振荡器特性：
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。
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。
2、555时基电路
下图是555定时器内部组成框图。
它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。
各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚：
输出端Vo
2脚：
低触发端
6脚：
TH高触发端
4脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为
的情况下，555时基电路的功能如表所示。
555的功能表
清零端
高触发端TH
低触发端
Qn+1
放电管T
功能
0
0
导通
直接清零
1
0
导通
置0
1
1
截止
置1
1
Qn
不变
保持
本文中采用555多谐振荡器，其电路和工作波形如下：
本文中，R1=10K，R2=100K，C=0.1uF。
电容器充电时间T1=0.7（R1+R2）C=0.77ms
放电时间T2=0.7R2C=0.7ms
三、硬件设计
1、系统框图
2、硬件电路
电路原理如图1所示。
可将该电路分为三部分。
1电源电路
220V交流市电经变压器T降压，桥式整流器D1整流，电解电容C7滤波，三端稳压器78L05稳压，最后得到整机要求的+5V稳定直流电源。
2单片机系统电路
U1为AT89C2051单片机。
C1，R0，R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路；C2，C3以及晶振JT1组成时钟电路；C4，C5为+5V电源滤波电容。
U2为CMOS6反相器CC4069，起驱动作用。
VD1~VD6为红外发射管，其负极端接与P1口，P1口设置为输出状态，当P1口为“0”时，VD1~VD6发红外光。
VD7~VD12为红外接收管，当接收到红外光时导通，+5V电源通过VD7~VD12加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平，这时P3.0~P3.5为低电平。
发射管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置，当有人闯入时遮挡了红外线，接收管截止，反相器输入端为低电平，这时U1的P3.0~P3.5为高电平。
当在一定时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出报警信号（高低电平间隔1S的脉冲信号）。
驱动声光报警电路，进行声光报警，直至按复位按钮RESET或电源开关S1。
由于红外收发管之间没有遮挡时为正常，有遮挡时为异常，则当P1口输出00H时，P3口的正常状态数据为00H。
③、声光报警电路。
555定时器U4，扬声器BY，普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路。
其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。
当P3.7为高电平时控制电压Uco较高，阈值电压UT+（=Uco）和UT-（=1/2Uco）也较高；当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低。
当UT+较高时，电容C9充、放电的电压幅度较大，因而振荡频率较低。
反之，当UT+较低时，电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小，充、放电过程完成得较快，故振荡频率较高。
即当P3.7=1时，555输出脉冲的振荡频率较低；当P3.7=0时，555输出脉冲的振荡频率高。
该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上，扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。
同时，P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上，VD13将闪烁发光。
达到声光同时报警的效果。
四、软件设计
我们的目的是，当检测到有人闯入时就由P3.7口输出高低电平间隔1S的脉冲信号去驱动声光报警电路，产生声光报警。
这可通过使P3.7口每隔1S取反一次实现。
而1S时间可通过让定时器T0（工作于定时方式1）重复定时100ms十次实现。
用工作寄存器R1作循环计数器，初值为10（0AH）。
采用中断方式编程，整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成。
1、主程序
主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视。
看是否有人闯入。
其程序流程图如图2所示。
系统晶振频率为6MHz，现在想要定时100ms，计数初值N计算如下：
N=M-定时时间/T，其中M为计数最大值。
T=12/晶振频率。
若使用计数器0的工作方式1，则M=65536。
T=12/6MHz
所以计数初值N=65536-100ms/T=15536=3CB0H
程序清单如下：
ORG0000H
AJMPMAIN；转向主程序
ORG000BH；定时器T0中断入口
LJMPBJ；转向中断服务程序
ORG0030H
MAIN：
MOVSP，#50H；设置堆栈栈底
MOVR1，#0AH；设置循环计数器初值
MOVP3，#00H；设置P3口为正常状态
MOVP1，#00H；使VD1~VD6发红外光
MOVTMOD，#01H；设T0为定时方式1
MOVTH0，#3CH；设置定时100ms初值
MOVTL0，#0B0H
SETBEA；CPU开中断
SETBET0；定时器0允许中断
JS：
MOVA，P3；监视是否有人闯入
CJNEA，#00H，LP
AJMPJS
LP：
SETBTR0；启动T0定时100ms
SJMP$；等待定时100ms完成
2、中断服务程序
主要功能是判断定时1S是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。
其程序流程图如图3所示。
程序清单如下：
ORG0060H
BJ：
PUSHAcc；现场保护
PUSHPSW
MOVTH0，#3CH；重设定时初值
MOVTL0，#0B0H
DJNZR1，FH；1S未到返回
MOVR1，#0AH；重设计数器初值
CPLP3.7；P3.7口取反
FH：
POPPSW；恢复现场
POPAcc
RETI；中断返回
END
51相关指令说明：
AJMP:
2KB内绝对转移，LJMP：
64KB内绝对转移；
CJNEA,#00,LP：
A≠0则转移到LP;
DJNZ:
寄存器内内容减一，不为零则转移；
EA:
中断总允许位；
ET0：
计数器0中断允许位；
TR0:
计数器0的运行控制位；
CPL:
按位取反操作；
$:
汇编地址计数器，SJMP$:
动态停机，原地踏步。
五、结语
1、51单片机指令系统和汇编稍有不同，有汇编基础的情况下对51编程容易掌握，文中使用的AT89C2051是C51的精简版本，体积小，但功能实用。
2、在使用Protel99se绘制电路原理图时，CC4096、AT89C251及555定时器在元件库中找不到，限于时间，我自己绘制了以上三个器件，原理图绘制成功，但生成PCB时不能有效识别，问题待解决。
【参考文献】
（1）《单片机原理及接口技术》余锡华西安电子科技大学出版社
（2）《Protel99SE原理图与PCB设计》曹丙霞电子工业出版社
（3）《数字电子技术基础》杨颂华西安电子科技大学出版社
（4）《电子制作》
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