基于51单片机汽车红外遥控门锁防盗报警器设计教材.docx

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基于51单片机汽车红外遥控门锁防盗报警器设计教材

毕业设计论文

论文题目：

基于51单片机汽车红外遥控门锁防盗报警器设计

作者姓名

学院名称

专业名称电气自动化技术

指导教师

合作导师

2016年12月

摘要

本系统采用了红外传感器，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、红外主从机电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。

处理器采用51系列单片机STC89C52。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

软件部分可以划分为以下几个模块：

数据采集、键盘控制、报警等子函数。

关键字：

单片机；红外；主从及；电源设计

Abstract:

Scienceandtechnologycreatepeople'slife,scienceandtechnologyleadpeople'slives,scienceandtechnologytoenrichpeople'slives.Sincethereformandopeningup,oursideofthespeedoftechnologicaldevelopmentcanbesaidtobedazzledbyleapsandbounds,toobusytoattendtoall.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,thereisagreatdevelopmentofeconomy.Inthisthesis,wewilldesignaverysuitableforautomobileanti-theftalarmsystem,wedesignthestudytodeterminetheuseofpyroelectricinfrareddetectors,becauseofitsrelativelypriceisverygood,anti-theftalarmeffect,canbesaidtobehighqualityandinexpensive.Currentlyonthemarketmainlypressuretriggeredanti-theftalarm,electronicanti-theftalarmswitchandpressureshadingtriggeredburglaralarmandalarm,butthisseveralcommonalarmhavesomeshortcomings.Thepyroelectricinfraredsensorisusedinthissystem,whichiseasytoproduce,lowcost,convenientinstallation,stableperformance,stronganti-interferenceability,highsensitivity,safetyandreliability.Thisanti-theftdeviceinstallationhidden,noteasytobefound.Atthesametimeitssignalthroughthesingle-chipmicrocomputersystemtofacilitatetheprocessingandPCcommunication,tofacilitatetheunifiedmanagementofmultiuser. 

Thisdesignmainlyincludestwopartsofhardwareandsoftwaredesign.Thehardwarepartincludessinglechipmicrocomputercontrolcircuit,infraredmaster/slavecircuit,drivingcircuit,LEDcontrolcircuitandsoon.Theprocessoruses51seriessinglechipmicrocomputerSTC89C52.Thewholesystemisunderthecontrolofthesystemsoftware.Thesoftwarecanbedividedintothefollowingmodules:

dataacquisition,keyboardcontrol,alarmandotherfunctions.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;infrared;masterslave;powersupplydesign

1绪论

1.1课题研究背景

一．汽车防盗器的定义和种类 

1.机械式防盗器。

早期的汽车防盗器材主要是机械式的防盗锁。

机械锁发展至今经过了数次技术升级，钩锁、转向盘锁和变速档锁等基本属于机械式防盗器，它主要是通过锁定离合、制动、油门或转向盘、变速档来达到防盗的目的，只防盗不报警。

其优点是价格便宜，只需几十元至几百元，且安装简便，可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。

缺点是防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。

2.机电式防盗装置。

随着科学的进步，出现了机电一体的防盗装置中央门锁）。

中央门锁是以电来控制门锁的开启或锁止，并由驾驶员集中控制所有车门门锁的锁止或开启。

中央门锁系统具有下列功能：

当锁住（或打开）驾驶员侧车门门锁时，其它几个车门及行李厢都能锁止（或打开）；如钥匙锁门也可锁好（或打开）其它车门和行李厢；在车内个别门锁需要打开时，可分别拉开各自门锁的按钮。

3.电子式防盗器。

为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。

汽车电子防盗系统是在原有中央门锁的基础上加设了防盗系统的控制电路，以控制汽车移动的同时并报警。

电子防盗是目前较为理想的防盗装置。

如果有行窃者盗窃汽车或汽车上的物品，防盗系统不仅具有切断起动电路、点火电路、喷油电路、供油电路和变速电路、将制动锁死等功能，同时，还会发出不同的求救的声光信号进行报警，给窃贼予以精神上的震慑，以阻止窃贼实施行窃。

插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器。

遥控式汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等

控中控门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开行李舱等。

现在市场上已有双向功能的电子防盗器，这种防盗器不仅能由车主遥控车辆，还能将自身状态传送给车主，例如车门被开启或车窗玻璃被破坏等。

但是电子防盗器普遍存在误报警现象，而且也没有根本上解决车辆丢失问题。

4.GPS卫星定位汽车防盗系统。

GPS卫星定位汽车防盗系统（或其他网络系统）可以将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心，具有车辆定位、遥控熄火、网络查询及跟踪、车内监听、路况信息查询、人工导航等多种功能，是全方位的防盗系统。

GPS卫星定位汽车防盗系统属网络式防盗器，它主要靠锁定点火或起动电路达到防盗的目的，同时还可通过GPS卫星定位系统，将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。

可以在全国范围内实时监测车辆位置，还可以通过车载移动电话监听车内声音，必要时可以通过手机关闭车辆油路、电路并锁死所有门窗。

如果GPS防盗器被非法拆卸，它会自己发出报警信息，但缺点是价格较为昂贵，所以目前只是在出租车行业选用的较多。

二、汽车电子防盗系统的发展 

目前北美生产的新车辆中，安装了电子防盗系统的比例很高，市场前景被广泛看好。

随着汽车产业的发展，我国电子防盗系统市场也已进入快速发展期，成为各路商家的必争之地。

未来几年，电子防盗系统市场竞争将会更加激烈，市场格局也将进一步改变。

由于OEM采购偏好的强烈影响，各系别车商均有自己较为固定的电子防盗系统供应商，此种局面将长期维持，因此电子防盗系统的市场格局仍将依赖于整车市场行情的变化。

1.2 汽车防盗报警器的发展趋势

随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车的段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器。

第一代是机械式防盗器。

主要分为方向盘锁和排挡锁两大类。

它主要是靠锁定离合、制动、油门或转向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。

其优点是价格便宜，安装简便。

缺点是防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。

有时车主会给车辆装上数种机械式的防盗器，据业内人士介绍，这样做可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。

 此类产品防盗性能极低，现在市面上已经很少单独使用。

第二代是电子式防盗器。

为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。

它主要靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。

遥控式汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等功能。

现在市场上还出现有双向功能的电子防盗器，这种防盗器在一定距离内不仅能由车主遥控车辆，车辆还能将自身状态传送给车主，例如哪一侧的车门被开启或车窗玻璃破坏等。

但是这类防盗器普遍存在误报警现象，而且也没有根本上解决车辆丢失问题。

此类防盗器具有一定的防盗功能，超出有效距离和无人看管时，随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车的段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器。

1.3本文主要研究内容

1、系统研究的可行性；

2、系统硬件选择与电路设计；

3、软件选择与程序设计；

4、焊接介绍与调试。

2系统方案论证

2.1  控制芯片的选择方案 

选择嵌入式微处理器主要考虑因素有以下几个方面：

应用领域：

一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。

应用领域的确定将缩小选型的范围。

自带资源：

芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。

可扩展资源，要求芯片可扩展存储器。

低功耗：

低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，还能增加可靠性，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。

芯片的可延续性及技术的可继承性，芯片的价格和供货也是必须考虑的因素，所以选型时尽量选择有量产的芯片，选择市面上使用较广的芯片，将会有比较多的共享资源，给开发带来许多方便。

2.1.1STC89C52RC 

STC89C51RC为40引脚双列直插式芯片，增强型8051单片机，工作电压3.3V~5.5V，片内集成4K字节ROM和256字节RAM，具有EEPROM功能，两个定时/计数器，具有看门狗功能，工作频率范围为0~40MHz，实际工作频率可达48MHz，有32个通用I/O口，可采用在系统编程（In system programming，简称ISP）或在应用编程（In application programming，简称IAP），无需专用编程器和仿真器，指令代码完全兼容传统8051。

具有价格低廉、兼容性强、超强抗干扰能力、超低功耗等优点。

2.1.2  AVR单片机 

AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。

提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。

故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。

内嵌有长寿命EEPROM，可长期保存关键数据，避免断电丢失。

片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。

AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。

AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源（自动上电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

AVR单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等）和多种功能（增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口）于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SOC”过渡的发展方向。

2.1.3  FPGA 

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

是专门作为（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。

一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，但是功耗较低。

但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。

厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。

因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。

另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。

2.2  主控制芯片的确定 

STC89C51RC可以满足系统开发需要，而且使用普遍，开发编程环境容易实现，与其他系统兼容性强，开发成本低，较AVR和FPGA具有明显的价格优势，超强抗干扰能力、超低功耗、价格低廉等优点，最终选择作为系统控制芯片。

3系统硬件设计

3.1系统设计要求

本设计由STC89C52单片机核心电路、红外收发模块电路、指示灯电路、LED指示灯电路、到位开关检测电路、蜂鸣器报警电路、按键电路、电源电路组成。

主要功能如下：

1、设备分为主机和从机两部分，红外主机（司机手控）和红外从机负责数据的互传。

红外从机增加1个到位开关检测车门是否锁死。

2、主机增加蜂鸣器报警电路。

3、主机增加3个led灯电路，红、黄、绿。

4、红外主机有2个按键，K1-K2，K1键为设防按键，K2键为撤防按键，按下设防按键，车门关闭后，如果车门关死了，黄灯亮。

如果车门没关死红灯亮，且蜂鸣器报警。

按下撤防按键后，绿灯亮，车门无论锁不锁死主机均无反应。

5、本设计的单片机核心电路具有上电复位电路、按键复位电路和晶振电路。

3.2系统模块设计

3.2.1中央控制模块

STC89C51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。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能：

8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，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。

另外STC89X51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。

最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

如下图3.1所示单片机引脚图。

图3.1STC89C51单片机引脚图

单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。

片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。

1、STC89C51主要功能、性能参数如下：

（1）内置标准51内核，机器周期：

增强型为6时钟，普通型为12时钟;

（2）工作频率范围：

0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;

（3）STC89C51RC对应Flash空间：

4KB;

（4）内部存储器（RAM）：

512B;

（5）定时器\计数器：

3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:

8个；

（8）有ISP（在系统可编程）\IAP（在应用可编程）,无需专用编程器\仿真器；

（9）通用I\O口：

32\36个；

（10）工作电压：

3.8~5.5V；

（11）外形封装：

40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

2、STC89C51单片机的引脚说明：

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。

P3.0RXD（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）

I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。

读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。

只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。

上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。

这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。

若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。

89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。

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、STC89C51单片机最小系统：

最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。

电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。

STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3.2所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

I/O口

I/O

接口

图3.2单片机最小系统原理框图

3.2.2复位电路

单片机复位方式有两种

1）手动按键复位：

单片机RESET引脚得到两个时钟周期的高电平后进行复位，及手动操作复位，

2）2.上电复位：

单片机上电压从无到有在RESET处会先处于高电平一段时间，然后由于该点通过电阻接地则RESET该点的电平会逐渐的改变为低电平，从而使得单片机复位口电平从1到0，达到给单片机复位的功能。

这样一种复位方式就是所谓上电复位。

3）复位电路如图3.3示：

图3.3位电路图

3.2.3时钟电路

单片机的运行离不开时钟电路，通过始终电路给单片机提供脉冲信号，俗称“拍”来保证单片机按照时序工作，时钟电路由晶振，电阻，和电容组成，为了保证单片机抗干扰功能更好，使用22PF的电