電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)智能家居無線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)46.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)： 智能家居無線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱：應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名： 職 稱：講師 焦作大學(xué)機(jī)電工程系2011年 12 月 中圖分類號(hào)： 密級(jí)：UDC： 單位代碼： 智能家居無線報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)Intelligent home furnishing design of wireless alarming system姓 名 學(xué)制3年 專 業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)研究方向單片機(jī) 導(dǎo) 師 職稱講師 論文提交日期12月1號(hào) 論文答辯日期12月26號(hào) 焦作大學(xué)機(jī)電工程系42 / 48摘 要隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們生活水平的大幅度提高，人們對(duì)住宅的需求已從追求簡單的生存空間向著追求質(zhì)量、功能、服務(wù)等多重需求過渡。同時(shí)，隨著人們的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，防盜措施的緊迫性也逐漸被提上了日程，防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 本文設(shè)計(jì)了住宅智能化中的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)以單片機(jī)89C51為核心，配以各種功能模塊，來滿足人們?nèi)粘Ｉ钪械陌踩枨?，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，抗干擾力強(qiáng)、靈敏度高，而且安裝較隱蔽，不易被發(fā)覺。該系統(tǒng)主要包括紅外探測電路、LCD控制電路、聲光報(bào)警電路及單片機(jī)控制電路等。自動(dòng)檢測功能由紅外探測電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有盜賊穿過此裝置時(shí)，紅外傳感器立即將檢測到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后傳送給主機(jī)電路，由主機(jī)來判斷信號(hào)并驅(qū)動(dòng)電路報(bào)警。報(bào)警功能由揚(yáng)聲器、蜂鳴器等發(fā)聲裝置實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過RS-485通信報(bào)警給小區(qū)警衛(wèi)。本設(shè)計(jì)通過紅外傳感器探測人體紅外線信號(hào)，從而達(dá)到報(bào)警的功能，滿足了人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)防盜報(bào)警功能的需要。關(guān)鍵詞：防盜報(bào)警，紅外探測，RS-485通信，聲光AbstractWith the rapid development of communication technique and great improvement of peoples living standard, the need has been changed from only the living space to multiform needs of quality, function, service and so on. At the same time, as the increasing of protecting awareness, security measures have gradually been put on the agenda. Anti-theft alarm system came into being. A kind of intelligent infrared anti-theft alarm system is designed for residential area. In order to meet the security needs of daily life, this system with various function modules cores with microcontroller 89C51. This system used Pyroelectric infrared sensor，it also has some advantages such as easy making, low cost, convenient installation, strong anti-interference ability, high sensitivity, and a more hidden installation and difficult to found. This system includes infrared detecting circuit, LCD control circuit, sound and light alarm circuit and MCU control circuit. Automatic detection can be completed by infrared detecting circuit. When theft is detected, the signal produced by infrared sensor will be transmitted to the signal processing module, and then this circuit sends the signal received to the main circuit which will judge it and drive the alarm module. Alarm function is realized by audible devices such as speaker, buzzer, etc., and it can be transmitted to sub-district guardhouse through RS-485 communications alerting. This system detects the infrared signal of human body by infrared sensor, so it has the alarming function. This system meets the need of anti-theft and alarm in peoples daily live.KEY WORDS：anti-theft and alarm, infrared detecting, RS-485 communication, sound and light alarm目 錄摘 要IAbstractII目 錄I第1章 緒論11.1 前言11.2 防盜報(bào)警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展11.3 防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì)21.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路32.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.3 傳感器簡介42. 3.1 熱釋電紅外傳感器簡介42.3.2 熱釋電紅外傳感器電路圖52.3.3 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性62.4 51系列單片機(jī)的內(nèi)部組成62.4.1 89C51單片機(jī)的內(nèi)部組成72.4.2 89C51單片機(jī)引腳及功能82.5 RS485接口10第3章 硬件設(shè)計(jì)123.1 電源電路設(shè)計(jì)123.2 熱釋電紅外傳感器原理133.2.1 傳感器選型133.3 放大電路的設(shè)計(jì)133.4 紅外探測信號(hào)輸入電路143.5 鍵盤電路設(shè)計(jì)173.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)173.7 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)183.8 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)183.9 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路193.9.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理193.9.2 引腳功能及結(jié)構(gòu)193.10 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)203.10.1 12864模塊引腳說明213.10.2 接口時(shí)序223.11 RS-485 通信的設(shè)計(jì)233.11.1 RS-485芯片選型233.11.2 MAX485簡介243.11.3 MAX485電路設(shè)計(jì)25第4章 軟件設(shè)計(jì)284.1 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)284.2 主程序工作流程圖284.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖304.3 報(bào)警電路子程序流程圖314.4 顯示電路子程序流程圖324.5 信號(hào)采集電路子程序流程圖32第5章 結(jié)論與展望34參考文獻(xiàn)35附 錄36附錄1 硬件原理圖36附錄2 主要源程序代碼38致 謝40第1章 緒論1.1 前言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的基于51單片機(jī)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。1.2 防盜報(bào)警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展區(qū)都有分公從上世紀(jì)初，報(bào)警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍具雛形。在北美，報(bào)警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時(shí)發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時(shí)，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通信技術(shù)的發(fā)展，提供遠(yuǎn)程通信服務(wù)的電報(bào)公司加入到這個(gè)行業(yè)中，從而使得報(bào)警信息可以通達(dá)到更遠(yuǎn)的地方；不過，這種電報(bào)方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話理所當(dāng)然地成為報(bào)警通訊的主要手段。而此后自動(dòng)撥號(hào)系統(tǒng)的出現(xiàn)以及電話普及到千家萬戶，更使得通過電話線報(bào)警的方式得到了前所未有的發(fā)展。從以上過程來看，報(bào)警行業(yè)的發(fā)展是以工業(yè)技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)的，只有具備良好的通信手段，才能夠把各地的報(bào)警信息匯聚到相應(yīng)的權(quán)威部門，然后由權(quán)威部門負(fù)責(zé)分配有限的警力來幫助到所有的社會(huì)個(gè)體。國外智能監(jiān)控防盜技術(shù)發(fā)展已處于一個(gè)較高水平階段，從具有代表性的北美發(fā)展過程，可以清楚的看出世界智能監(jiān)控防盜技術(shù)的發(fā)展概況。其具有以下特點(diǎn)，值得我們借鑒。目前，對(duì)北美的安防產(chǎn)業(yè)來說，最成功的經(jīng)營模式就是聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)模式，聯(lián)網(wǎng)報(bào)警將整個(gè)北美的安防產(chǎn)業(yè)從橫向到縱向進(jìn)行整合串并，形成了一個(gè)集中許多高科技手段和產(chǎn)業(yè)化管理水準(zhǔn)的一體化綜合性產(chǎn)業(yè)。比如世界排名第一，北美最大的安防跨國公司-美國棋諾亞公司，它在世紀(jì)年代開始搞簡單的防盜報(bào)警，其當(dāng)時(shí)的業(yè)務(wù)范圍和技術(shù)水平跟中國現(xiàn)在很多安防企業(yè)是相當(dāng)?shù)?。?0年代，它對(duì)其產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展方向做了很大的調(diào)整，變?yōu)槁?lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)商，建立了首家網(wǎng)管中心，尤其是在年代引用了大量的網(wǎng)管技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和電子技術(shù)，現(xiàn)己成為十分先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)報(bào)警服務(wù)平臺(tái)，它在美國、加拿大、英國、香港、臺(tái)灣等多個(gè)國家和地司，北美的客戶數(shù)已超過600萬，2003年防盜報(bào)警收入總產(chǎn)值達(dá)105億美元。1.3 防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì)隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更趨復(fù)雜， 因此作為社會(huì)的基本單元“安全防范問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時(shí)間久了會(huì)有高空墜物的危險(xiǎn)等。所以作為新一代的智能安全防盜報(bào)警器系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，并日益受到廣泛的重視和運(yùn)用。另外，為了進(jìn)一步規(guī)范住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防范、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，小區(qū)安全防范系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項(xiàng)目中。1.4 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 (1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)聲,并通過RS-485總線傳送給小區(qū)警衛(wèi)。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)由五路熱釋電紅外探測器采集五路（門、窗、陽臺(tái)等報(bào)警監(jiān)測點(diǎn)）報(bào)警信號(hào)，將報(bào)警信號(hào)送入89C51控制芯片，觸發(fā)聲光報(bào)警，并通過串口通信將報(bào)警信號(hào)傳給小區(qū)警衛(wèi)，進(jìn)行警情處理從而實(shí)現(xiàn)家庭用防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能?；竟ぷ髟砣缦?利用被動(dòng)式熱釋電型紅外傳感器檢測人體輻射的紅外線，當(dāng)檢測到紅外信號(hào)變化時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、比較、輸出高電平作為告警信息送給CPU，CPU判斷是否報(bào)警，如果滿足報(bào)警條件，就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，完成聲音報(bào)警和發(fā)光報(bào)警。此外，CPU有一個(gè)全雙工的串行通信口，需通過RS-485總線通信將報(bào)警區(qū)域的地址傳送到小區(qū)監(jiān)控中心的PC機(jī)上，監(jiān)控中心可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)報(bào)警的具體地點(diǎn)，進(jìn)行警情的處理。2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖2.1總體設(shè)計(jì)框圖所示：信號(hào)處理電路89C51單片機(jī)傳感器1傳感器5復(fù)位電路12864液晶顯示小區(qū)警衛(wèi)聲光報(bào)警電路. . . . . .RS485總線時(shí)鐘電路圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用51系列單片機(jī)89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。2.3 傳感器簡介2. 3.1 熱釋電紅外傳感器簡介被動(dòng)式紅外探測器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。被動(dòng)式紅外探測器是利用熱釋電效應(yīng)進(jìn)行探測的。被動(dòng)式紅外探測器又稱為熱釋電紅外探測器，其主要工作原理便是熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是指如果使某些強(qiáng)介電質(zhì)材料(如欽酸鋇、欽錯(cuò)酸鉛P(zT)等)的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生極化，即表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質(zhì)表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出1。熱釋電紅外傳感器通過接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號(hào)。當(dāng)熱釋電紅外傳感器受到紅外輻射源的照射時(shí)，其內(nèi)部敏感材料的溫度將升高，極化強(qiáng)度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路轉(zhuǎn)變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料溫度的變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學(xué)系統(tǒng)可以將來自多個(gè)方向的紅外輻射能量聚焦在探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個(gè)立體探測空間內(nèi)熱輻射的變化。當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)沒有移動(dòng)的人體時(shí)，由于所有的背景物體(如墻壁、家具等)在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不能觸發(fā)報(bào)警器。當(dāng)有人體突然進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，會(huì)造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，電信號(hào)的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級(jí)比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)U，送往報(bào)警器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。紅外探測器的探測波長為814um，人體的紅外輻射波長正好處于這個(gè)范圍之內(nèi)，因此能較好的探測到活動(dòng)的人體。被動(dòng)式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒范圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構(gòu)成立體警戒。由于被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用紅外探測器作為報(bào)警探測器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。2.3.2 熱釋電紅外傳感器電路圖熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。圖2.2為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖2.2 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3.3 被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性人體的體溫一般在37，所以會(huì)發(fā)出特定波長10um左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的紅外線通過菲尼爾濾光增強(qiáng)后聚焦到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，經(jīng)后續(xù)電路檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)民。該探頭具有如下特點(diǎn)：(1) 由于這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長為10um左右的紅外輻射必須非常敏感。(2) 為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。(3) 被動(dòng)紅外探頭的傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，因此探測器無信號(hào)輸出。(4) 一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理后即可報(bào)警。(5) 根據(jù)性能要求不同，菲尼爾濾光片具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。2.4 51系列單片機(jī)的內(nèi)部組成 的并行I/O口（PIO） 1個(gè) 全雙工串行口（SIO/UART） 2/3個(gè)16位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER/COUNTER） 可處理 5/6個(gè)中斷源，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí) 內(nèi)置1個(gè)布爾處理器和1個(gè)布爾累加器（Cy）MCS-51指令A(yù)T89C51單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域2。MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。MCS-51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件： MCS51系列單片機(jī)的典型芯片是89C51，所以以89C51為例來介紹MCS51系列單片機(jī)。8 位的 CPU，片內(nèi)有振蕩器和時(shí)鐘電路,工作頻率為112MHz（Atmel 89Cxx為024MHz） 片內(nèi)有 128/256字節(jié) RAM 片內(nèi)有 0K/4K/8K字節(jié) 程序存儲(chǔ)器ROM 可尋址片外 64K字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 可尋址片外 64K字節(jié) 程序存儲(chǔ)器ROM 片內(nèi) 21/26個(gè) 特殊功能寄存器（SFR） 4個(gè)8位集含 111條指令32.4.1 89C51單片機(jī)的內(nèi)部組成圖2.3畫出了89C51單片機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)組成的基本框圖： 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù)2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器時(shí)鐘電路256B RAM4KB ROM 89C51 單片機(jī)中斷控制串行接口并行接口64KB 總線控制器 內(nèi)中斷 INT0 INT1 控制 并行口 串行通訊圖2.3 MCS51單片機(jī)系統(tǒng)組成基本框圖由圖2.3可以看出，MCS51系列單片機(jī)89C51是由中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、輸入/輸出（I/O）口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等，即可構(gòu)成一個(gè)基本的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4。2.4.2 89C51單片機(jī)引腳及功能共40條引腳，分為端口、控制、電源三類：(1) 端口線：4個(gè)8位端口共32條引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、控制、狀態(tài)等信息。P0口（P0.0P0.7）：多功能端口，用于傳輸數(shù)據(jù)、地址。P0口在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。P1口（P1.0P1.7）：單功能端口，用于數(shù)據(jù)輸入/輸出傳輸。P2口（P2.0P2.7）：多功能端口，用于傳輸?shù)刂沸畔⒒蜃鳛槠胀↖/O端口。P3口（P3.0P3.7）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通I/O端口。傳輸控制信息時(shí)：P3.0：RXD，串口輸入P3.1：TXD，串口數(shù)出P3.2：INT0，外部中斷0輸入P3.3：INT1，外部中斷1輸入P3.4：T0，計(jì)數(shù)器0輸入P3.5：T1，計(jì)數(shù)器1輸入P3.6：WR，“寫”控制信號(hào)線P3.7：RD，“讀”控制信號(hào)線(2) 電源線：共2條，VCC、VSS(GND)。(3) 控制線：共6條，傳送控制信號(hào)。ALE：地址鎖存，用于區(qū)分在多功能端口傳送的數(shù)據(jù)/地址信息，ALE=0/1：數(shù)據(jù)/地址。EA：允許訪問外程序存儲(chǔ)器。EA=0/1：片外/片內(nèi)存儲(chǔ)器有效。PSEN：片外ROM選通。RST：芯片復(fù)位線。XTAL1、XTAL2：外接石英晶體輸入線5。圖2.4為89C51單片機(jī)的引腳圖：圖2.4 89C51單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)2.5 RS485接口RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，2V6V表示“1”，- 6V- 2V表示“0”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。 主要特點(diǎn)為：單+5V電源供電；低功耗時(shí)工作電流120500uA，靜態(tài)電流120uA；關(guān)閉方式，由低電流關(guān)機(jī)模式，靜態(tài)電流為0.1uA；驅(qū)動(dòng)器有過載保護(hù)功能；共模輸入電壓范圍-7+12V。RS485總線電氣性能如下表2.1所示：表2.1 RS-485總線具體參數(shù)性能指標(biāo)RS485總線工作模式差分傳輸（平衡傳輸）允許的收發(fā)器數(shù)目32（受芯片驅(qū)動(dòng)能力限制）最大電纜長度4000英尺（1219米）最高數(shù)據(jù)速率10Mbps最小驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍1.5V最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍5V最大輸出短路電流250mA最大輸入電流1.0mA/12Vin驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗54歐輸入端電容50pF接收器輸入靈敏度200mV接收器最小輸入阻抗12k接收器輸入電壓范圍-7V+12V接收器輸出邏輯高200mV接收器輸出邏輯低2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細(xì)說明。SCLK為時(shí)鐘輸入端11。 圖3.12為DS1302的引腳功能圖： 圖3.12 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路3.10 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)12864漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。圖3.13為12864模塊的引腳結(jié)構(gòu)及其與單片機(jī)的連接12：圖3.13 12864引腳結(jié)構(gòu)和接口3.10.1 12864模塊引腳說明12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊（LCM）就是由128*64個(gè)液晶顯示點(diǎn)組成的一個(gè)128列*64行的陣列。每個(gè)顯示點(diǎn)對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制數(shù)，1表示亮，0表示滅。存儲(chǔ)這些點(diǎn)陣信息的RAM稱為顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。要顯示某個(gè)圖形或漢字就是將相應(yīng)的點(diǎn)陣信息寫入到相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中。圖形或漢字的點(diǎn)陣信息由自己設(shè)計(jì)，問題的關(guān)鍵就是顯示點(diǎn)在液晶屏上的位置（行和列）與其在存儲(chǔ)器中的地址之間的關(guān)系。由于多數(shù)液晶顯示模塊的驅(qū)動(dòng)電路是由一片行驅(qū)動(dòng)器和兩片列驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，所以12864液晶屏實(shí)際上是由左右兩塊獨(dú)立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一個(gè)512*8 bits顯示數(shù)據(jù)RAM。下表3.1所示具體說明了12864模塊的引腳結(jié)構(gòu)：邏輯工作電壓(VDD)：4.55.5V電源地(GND)：0V工作溫度(Ta)：060(常溫) / -2075（寬溫）12表3.1 12864模塊引腳說明引腳號(hào)引腳名稱功能說明1 VCC模塊的電源地2 VDD 模塊的電源正端3 VLLCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端（調(diào)對(duì)比度） 4 RS(CS) 并行的數(shù)據(jù)（H）/指令（L）選擇信號(hào)（串行的片選信號(hào)） 5 R/W(SID) 并行的讀（H）/寫(L)選擇信號(hào)（串行的數(shù)據(jù)口） 6 E(CLK) 并行的使能信號(hào)（串行的同步時(shí)鐘） 7 DB0 并行數(shù)據(jù)0 8 DB1 并行數(shù)據(jù)1 9 DB2 并行數(shù)據(jù)2 10 DB3 并行數(shù)據(jù)3 11 DB4 并行數(shù)據(jù)4 12 DB5 并行數(shù)據(jù)5 13 DB6 并行數(shù)據(jù)6 14 DB7 并行數(shù)據(jù)7 15 PSB 并/串行接口選擇：H-并行；L-串行 16 NC 空腳17 /RST復(fù)位 低電平有效18 NC 空腳19 LED_A 背光源正極 20 LED_K 背光源負(fù)極3.10.2 接口時(shí)序8位并行連接時(shí)序圖:(1)MPU寫資料到模塊圖3.14 MPU寫資料到模塊(2)MPU從模塊讀出資料圖3.15 MPU從模塊讀出資料3.11 RS-485 通信的設(shè)計(jì)3.11.1 RS-485芯片選型由于PC機(jī)是系統(tǒng)的主控機(jī)，主機(jī)PC和單片機(jī)之間采用的是RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用RS-485通信收發(fā)器芯片為MAX485，它是MAXIM公司生產(chǎn)的用于RS-485通信的低功率收發(fā)器件，半雙工通信方式，每種芯片都有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)收發(fā)器組成。3.11.2 MAX485簡介MAX485是一個(gè)8個(gè)引腳的芯片，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485收發(fā)器，只能進(jìn)行半雙工的通訊，內(nèi)含一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)信號(hào)接收器。MAX485具有低功耗設(shè)計(jì)，靜態(tài)電流僅為300uA。MAX485具有三態(tài)輸出特性，在使用MAX485時(shí)，總線最多可以同時(shí)連接32個(gè)MAX485芯片。圖3.16是MAX485的俯視圖和邏輯圖。 圖 3.16 MAX485邏輯圖下面是MAX485的引腳定義：RO（引腳1）：接收信號(hào)的輸出引腳?？梢园褋碜訟和B引腳的總線信號(hào)，輸出給單片機(jī)。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。RE（引腳2）：接收信號(hào)的控制引腳。當(dāng)這個(gè)引腳低電平時(shí)，RO引腳有效，MAX485通過RO把來自總線的信號(hào)輸出到單片機(jī)；當(dāng)這個(gè)引腳高電平時(shí)，RO引腳處于高阻狀態(tài)。DE（引腳3）：輸出信號(hào)的控制引腳。當(dāng)這個(gè)引腳低電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器無效；當(dāng)這個(gè)引腳高電平時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器有效，來自DI引腳的輸出信號(hào)通過A和B引腳被加載到總線上。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。DI（引腳4）：輸出驅(qū)動(dòng)器的輸入引腳。是COMS電平，可以直接連接到單片機(jī)。當(dāng)DE是高電平時(shí)，這個(gè)引腳的信號(hào)通過A和B腳被加載給總線。GND（引腳5）：電源地線。A（引腳6）：連接到RS485總線的A端。B（引腳7）：連接到RS485總線的B端。VCC（引腳8）：電源線引腳。圖3.17 MAX485典型半雙工RS-485網(wǎng)絡(luò)3.11.3 MAX485電路設(shè)計(jì)（2）6N137工作參數(shù)最大輸入電流，低電平：250uA RS485 總線長距離通訊時(shí)易受強(qiáng)信號(hào)干擾，所以應(yīng)加保護(hù)措施，可選擇的方法如下隔離保護(hù)方法：采用高頻變壓器、光耦等元件實(shí)現(xiàn)接口的電氣隔離。將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，不會(huì)產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護(hù)接口的作用。電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦6N137芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。（1）6N137簡介 6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個(gè)850 nm波長AlGaAs LED和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)、肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。最大輸入電流，高電平：15mA 最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v 最大允許高電平電壓：VCC最大電源電壓、輸出：5.5V 扇出(TTL負(fù)載)：8個(gè)(最多) 工作溫度范圍：-40C +85C 典型應(yīng)用：高速數(shù)字開關(guān)，馬達(dá)控制系統(tǒng)和A/D轉(zhuǎn)換等 6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如下圖所示。圖3.18 6N137內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要注意的是，在6N137光耦合器的電源管腳旁應(yīng)有個(gè)0.1uF的去耦電容。在選擇電容類型時(shí)，應(yīng)盡量選擇高頻特性好的電容器，如陶瓷電容或鉭電容，并且盡量靠近6N137光耦合器的電源管腳；另外，輸入使能管腳在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。 6N137光耦合器的使用需要注意兩點(diǎn)：第一是6N137光耦合器的第6腳Vo輸出電路屬于集電極開路電路，必須上拉一個(gè)電阻；第二是6N137光耦合器的第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻。（3）工作原理 信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開路的，可針對(duì)接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。腳6是集電極開路輸出端，通常加上拉電阻RL。雖然輸出低電平時(shí)可吸收電路達(dá)13mA，但仍應(yīng)當(dāng)根據(jù)后級(jí)輸入電路的需要選擇阻值。因?yàn)殡娮杼?huì)使6N137耗電增大，加大對(duì)電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，而干擾整個(gè)模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上，一般可選2K5.1k，若后級(jí)是TTL輸入電路，且只有1到2個(gè)負(fù)載，則用47k或15k也行。圖3.1為RS-485通信與單片機(jī)的電路連接：圖3.19 MAX485與單片機(jī)電路的連接第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的相應(yīng)子程序模塊就大體定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。下面分別說明各個(gè)子程序的編寫原理：聲光報(bào)警子程序：當(dāng)搜索到報(bào)警要求的信號(hào)后，調(diào)用報(bào)警子程序即可完成報(bào)警功能。其報(bào)警原理：控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，輸出高電平信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光。串行口通信子程序：單片機(jī)和微機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，首先要設(shè)置串行口的波特率為9600,1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。串口通信程序可以采用查詢和中斷方式，由于單片機(jī)發(fā)送子程序的查詢和中斷方式的資源占用是一樣的，故發(fā)送采用查詢，接收子程序采用中斷13。4.2 主程序工作流程圖示按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖4.1所：結(jié)束是否還有檢測信號(hào)等待下次報(bào)警聲光報(bào)警結(jié)束聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警開始檢測有無信號(hào)輸入系統(tǒng)初始化q 圖4.1 主程序工作流程圖主程序代碼設(shè)計(jì)：MAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;