毕业设计（论文）基于热释电家用防盗报警器的设计.doc

摘要本设计论文从硬件和软件两方面对系统进行了详细的设计。介绍了系统的构成，外围电路的连接，芯片与芯片之间的连接电路，程序设计方法和相应的软件。系统采用7805、7809芯片输出5V、9V电压，通过稳压模块给系统供电。整个设计采用模块化思想，主机采用AT89C51实现控制，由热释电传感器和振动位移传感器对住宅的模拟信号（人体发出的红外信号、引起的振动信号等）进行自动检测，当检测到异常情况，产生数字信号输入单片机，单片机根据输入信号，输出给蜂鸣器报警，做出反应处理。复位电路采用低功耗，四引脚的IMP812监控芯片。系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有低成本的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。 关键词：热释电传感器；AT89C51单片机；报警系统；AbstactThis paper from both hardware and software on the system carried out a detailed design.It introduced the selection of the core chip,the external circuit connections,chip and the connection between the circuit chip,program design methods and the corresponding software.7805.7809 chip system power output by 5V,9V voltage regulator module to the system throught the power supply.The whole design is modular thinking,host STC89C51 used to achieve control,by the pyroelectric sensor and vibrantion displacement sensor for residential analog signal(the human issued by the infrared signal from the vibration signals,and so on)for automatic monitoring,when detected abnormal circumstances,producing a digital signal input SCM,the MCU according to the input signal and output to the buzzer alarm,to respond to treatment.Reset circuit using low-power,four-pin IMP812 monitoring chip.System hardware circuit simple,easy to install,simple operation,and has the advantage of low cost,applicable to all types of residential and the crowd.Key words: pyroelectric sensor; AT89C51 MCU;alarm system, 目录 第一章绪论11.1 设计背景11.2 防盗报警系统的构成11.3 防盗报警器的分类11.4 防盗报警的技术发展趋势21.5 设计系统功能要求2第二章系统设计方案32.1总体设计方案32.2传感器技术32.2.1热释电红外探测器的工作原理和结构42.2.2热释电红外传感器控制电路芯片的选择62.3主控芯片单片机的选择72.3.1AT89C51的主要性能92.3.2 AT89C51的引脚结构功能说明9第三章硬件设计123.1电源电路设计123.2主机电路设计123.2.2复位电路的设计143.2.3键盘电路143.3数码显示电路的设计153.3.1数码管的工作原理153.3.2本系统的数码管显示电路163.4蜂鸣器电路163.5用户端探测器设计163.5.1热释电红外传感器电路设计173.5.2振动位移传感器电路设计17第四章 报警器软件设计194.1主程序设计194.2扫键程序设计20图4-2 扫键程序流程图20第五章 总结与展望225.1设计总结225.2展望22致 谢23附 录 一24附 录 二29参考文献：30 第一章绪论1.1 设计背景随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。同时，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出增长趋势，传统的依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式已经越来越不能满足人们的要求。于是各种自动报警系统应运而生，被广泛地应用于需要高安全要求的各种场所。1.2 防盗报警系统的构成防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，便于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图1-1所示。控制器实现对热释电传感器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置。图1-1 防盗报警系统构成图1.3 防盗报警器的分类（1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外微波报警探测器、玻璃破碎报警器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。（5）从防盗报警器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分为有线与无线。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。报警探测器作为传感探测器，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。1.4 防盗报警的技术发展趋势数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势：（1）更稳定可靠：如探测器可抗电磁干扰或射频干扰、防雷电等，以适应恶劣气候；（2）更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防破坏等；（3）更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；（4）更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面；（5）更强大的联网功能；（6）更方便的扩展性。上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。1.5 设计系统功能要求（1）可实现非法入侵报警；（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和震动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；（3）蜂鸣器报警，显示出事发地；（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，备用电源自动工作 第二章系统设计方案2.1总体设计方案智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等。图2-1 防盗报警系统构成图探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房、卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵，与之相对应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时显示出出事位置。2.2传感器技术传感器技术是信息采集技术的第一步，传感器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，转换元件是指传感器中能敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号部分。传感器的作用：A：信息的收集。对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行检测。B：信息数据的交换。把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信息数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。C：控制信息的采集。检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。2.2.1热释电红外探测器的工作原理和结构被动式热释电红外探测器的工作原理：在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。人体都有恒定的体温，一般在37，所以会发出特定波长10m左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲尼尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用一些热释电元件作成。这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电荷变化最终将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动式热释电红外探测器的特性：这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10m左右的红外辐射非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接受，由于两片热释电元件接受到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。抗干扰性能：防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408（安全防范国家标准）的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。正确的安装应满足下列条件：a红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。b红外线热释电传感器远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的地方。c红外线热释电传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。d红外热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热心的传感器也不要安装在有强气流活动的地方。热释红外传感器的结构：热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热 释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化， 引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。常用的热释电红外线光敏元件 的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如下图所示。图2-2-1 光学滤镜的主要作用是只允许波长在10m左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。 红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。 热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=O，传感器无输出。 在自然界，任何高于绝对温度(-273)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低有关。 人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10m左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发射的10m左右的红外线通过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生T并将T向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。 目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHl958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端(内部开关管D极，DRAIN)、信号输出端(内部开关管S极，SOURCE)、接地端(GROUND)。 热释电红外传感器的主要工作参数有工作电压(常用的热释电红外传感器工作电压范围为315V)、工作波长(通常为7.514 m)、源极电压(通常为0.41.1V，R=47k)、输出信号电压(通常大于2.0V)等2.2.2热释电红外传感器控制电路芯片的选择热释电红外传感器输出的检测信号很小。要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。使电路执行相关动作。热释电红外传感器控制电路就是检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统。下图是控制电路的结构框图： 图2-2-2 LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，他们有一些显著优点，该放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因为消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2-7所示的符号来表示，他有5个引脚，其中“+”“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V0”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端V0的信号与输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端V0的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚图排列见图图2-8LM324的特点：1短路保护输出2. 真差动输入级3. 可单电源工作：3V-32V4. 低偏置电流：最大100mA5. 每封装含四个运算放大器6. 具有内部补偿的功能7. 共模范围扩展到负电源8. 行业标准的引脚排列9. 输入端具有静电保护功能振动位移传感器：高灵敏度振动位移传感器，是一种集振动和位移测量于一身的全方位固态控制器件，是目前作为状态检测和报警的最佳选择，传感器部分采用目前先进固态加速度检测器件，既对振动有很高的检测灵敏度，又对周围环境的声音信号抑制，具有很强的抗干扰能力，可广泛应用于机动车、保险柜、门窗等场合的防盗装置中，器件的内部均含有专用的控制芯片，应用非常方便，可直接带动小功率负载。2.3主控芯片单片机的选择单片机的特点：单片机就是一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下：a单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲器（cache）用。b采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。c单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复位的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。d系列齐全，功能扩展性强。单片机具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：·体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化；·面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更佳的性能价格比；·抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟的；·可以方便地实现多机和分布式布控，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。 工业控制数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工业机器人，智能传感器，离散与连续过程控制； 仪器仪表智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器； 电讯技术调制解调器，声像处理，数字滤波，智能线路运行控制； 办公自动化和计算机外部设备图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘/磁带机，智能终端机； 导航与控制导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统； 汽车与节能点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃料控制，计费器，交通控制； 商用产品自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机； 家用电器微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。2.3.1AT89C51的主要性能AT89C51的主要性能： 1） 与MCS-51单片机产品兼容2） 4K字节在系统可编程Flash存储器3） 1000次擦写周期4） 全静态操作：0HZ24HZ5） 三级程序存储器锁定6） 32个可编程I/0口线7） 两个16位定时器/计数器8） 五个中断器9） 可编程串行通道10） 低功耗空闲和掉电模式11） 看门狗定时器AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 2.3.2 AT89C51的引脚结构功能说明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Flash编程时，p0 口作为原码输入口，当FLASH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at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能p3.0 RXD（串行输入口）p3.1 TXD（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（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。AT89C51的引脚结构图 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。 4芯片擦除： 整个PEROM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，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 整个PEROM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，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 第三章硬件设计3.1电源电路设计本系统电源电路原理图如图3-1所示，系统的电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7805和7809的输入端，最后输出5V和9V的直流电。图3-1 电源电路原理图3.2主机电路设计报警器的主机采用AT89C51单片机来实现。单片机是将中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用8位单片机AT89C51，构成系统的主机。主机部分的电路原理图如图3-2所示，它由复位电路、振荡电路、蜂鸣电路、共阴极7段数码管组成。引脚P1.0和P1.4分别接到传感器的输出端，用以检测异常情况，以便进行报警处理。图3-2 主机部分原理图 AT89C51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。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激震荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。晶体振荡频率可以在1.2-12MHz之间选择，电容值在5-30pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。如图3-2-1所示时钟电路图3.2.2复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHZ时，则复位信号持续时间不小于2us。如下图为复位电路。图3-2-23.2.3键盘电路键盘是标准的输入设备，实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描，如8279，CH451,LMC9768等，还有就是用软件实现键盘扫描。使用现成的芯片可以节省CPU的开销，但增加了成本，而用软件实现具有较强的灵活性，也只需要很少的CPU开销，可以节省开发成本。本设计因此便使用软件实现键盘的扫描。常见的键盘可分为独立按键式键盘和行列扫描式键盘。独立按键式键盘应用在需要少量按键的情况，按键和单片机的I/O口线直接连接。而行列扫描式键盘用在按键需求较多的情形下。考虑到本系统操作简便，所以采用独立式键盘。独立式键盘电路如图3-3所示。图3-3 按键电路图理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。键盘按键一般都采用触电式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触电的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时，触电不会迅速可靠地接通，当按键释放时，触电也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。按键抖动可能导致单片机将一次按键操作识别为多次操作，一般采用硬件电路或软件程序来消除。 图3-4 按键抖动示意图一次完整的按键过程，如图3-4所示，包含以下几个阶段： A等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶段; B闭合抖动阶段：此时键刚刚按下，但信号处于抖动状态，系统在检测时应消抖延时，约5ms到20ms； C有效闭合阶段：此时抖动已经结束，一个有效按键动作已经产生，系统应该在此时执行按键功能，或将按键编码记录下来，待按键弹起时再执行其功能； D释放抖动阶段：许多时候编程人员并不在此时消抖延时，但最好也执行一次消抖延时，以防止误操作; E有效释放阶段：若设计要求在按键抬起时才执行功能，则应当在此时进行按键功能的处理。按键击键的类型由多种划分方式：按击键时间分短击和长击；按击键次数分单击和连击；按特殊功能分双击或组合键等。功能分析如下：·短击：用户快速按下单个按键，然后立即释放；·长击：用户长时间按下一个按键。如某些重要的功能键，复位，为防止用户误操作；·连击：实现连续操作效果，如连续加1或减1；·复合按键：用户同时按下两个或多个按键，实现某些特殊功能；·无键按下：当用户在一定时间内未按任何键，执行某些特殊的操作，如自动进入待机或节能态。3.3数码显示电路的设计本系统的显示电路采用的是数码管显示电路，数码管显示器由于其成本低，配置灵活，与单片机接口简单，广泛应用于单片机应用系统中。下面介绍其工作原理及与单片机的接口电路。3.3.1数码管的工作原理LED数码管显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的点或线段发光，将这些二极管排成一定图形，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出不同的字形。单片机应用系统中常用到的LED显示器为七段显示器，再加上有一个小数点，因此也可把它称为八段显示器。3.3.2本系统的数码管显示电路本系统中的数码管显示电路如图3-6所示，为共阳极数码管，a-g、dp分别接到单片机的P0.0-P0.6、P0.7脚。图3-6 数码管显示电路3.4蜂鸣器电路本系统的蜂鸣器报警电路如图3-7所示，蜂鸣器用一个三极管0913来驱动。单片机引脚P2.0接0913的基极输入端。当P2.0输出高电平1时，三极管导通，蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当P2.0输出低电平0时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3-7 蜂鸣器电路3.5用户端探测器设计本系统采用了两组传感器器件，每组各一个热释电红外传感器和一个振动位移传感器。每组的两个传感器通过一个或非门连在一起，任何一个传感器接受到报警信号，单片机都会做出反应，处理警情。这样的复合式传感器设计，增加了安全性，减少了漏报发生的可能性。3.5.1热释电红外传感器电路设计本设计采用的热释电传感器成品的引脚示意图如下图所示，引脚功能如下：（1）数字1脚：电源负极（2）数字2脚：信号输出，高电平有效（3）数字3脚：电源正极DC69V（4）W1：灵敏度调整（5）W2：输出延时调整5120秒图3-5-1热释电红外传感器的引脚示意图它的技术参数如下：·工作电压：DC 69V·电平输出：和电源电压相同·感应角度：水平90140°；垂直1530°·静态电流：小于750uA·无信号输出：0V·感应距离：0.515米 当探测器检测到异常情况，由2脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。3.5.2振动位移传感器电路设计采用ND-1型振动位移传感器，它是一种集振动和位移于一体的全方位传感器。它内部采用先进的固态加速度检测器件，对外来振动十分敏感。ND-1型振动位移传感器由振动和位移传感元件、灵敏度限制电路、检测控制电路、延时电路和输出级等。振动位移传感器外部电路如图3-9所示，它的技术指标及参数如下：·工作电压：312V·静态电流：3V时500mA·灵敏度：0.1g·检测方向：全向·位移检测依据：加速度·工作温度：-3065各引脚功能如下：引脚1：地引脚2：灵敏度调节引脚3：信号输出引脚4：输出延时设定引脚5：电源图3-9 振动位移传感器图中C是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越短，一般取值0.1uF10uF,这里取值为4.7uF。当人体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时，当人体停止运动时，输出转为低电平。R1是外接灵敏度设定电阻，取值在51K100K之间，阻值越大，灵敏度就越高。此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。第四章 报警器软件设计自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主程序、扫键程序等等。应用汇编语言