單片機課程設(shè)計報告書

1、 專業(yè)： 學(xué)號： 單片機原理及應(yīng)用課程設(shè) 計題 目： 基于單片機的家用聲光防盜報警系統(tǒng)學(xué) 生 姓 名： 院（系、部）： 指 導(dǎo) 教 師： 摘 要基于社會安全保障的需要，電子報警這門綜合技術(shù)的正在不斷的發(fā)展。防盜報警系統(tǒng)利用單片機控制技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防區(qū)內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就會向人們發(fā)出報警提示，從而讓人即使采取應(yīng)對措施。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，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計包括硬件和軟

2、件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、LED控制電路、顯示狀態(tài)電路等部分組成。處理器采用51系列單片機AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)據(jù)采集；報警電路；顯示狀態(tài)1設(shè)計任務(wù)與要求1.1模塊設(shè)計該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、開關(guān)控制、聲光報警、恢復(fù)警報等模塊子函數(shù)。1.2模塊設(shè)計本聲光防盜報警系統(tǒng)由外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關(guān)的

3、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、本地報警、解除警報等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、控制模塊、功能選擇模塊等部分組成。1.3系統(tǒng)功能當(dāng)人員外出時，可把報警系統(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，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限開關(guān)S2送出TTL 電平至AT89C51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。1.4特點紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計的要點：其一是能有效

4、判斷是否有人員進入；其二是盡可能大地增加防護范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報警可采用聲光信號。2基礎(chǔ)知識介紹2.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(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的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(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)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。2.2 PIR的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內(nèi)裝入一

5、個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。2.3 AT89C51單片機簡單概述我們在單片機基礎(chǔ)這門課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)了AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)

6、擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。3方案設(shè)計3.1 總體設(shè)計思路本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED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、本地報警、異地恢復(fù)等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、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

7、程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、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1總體設(shè)計框圖所示： AT89C51顯示狀態(tài)電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動圖1設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，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AT89C51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警

8、狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲20s一段時間后自動關(guān)閉聲音，當(dāng)警情消除開關(guān)s2關(guān)閉紅燈，打開綠燈，顯示安全。S2開關(guān)控制現(xiàn)實狀態(tài)。3.2具體電路模塊設(shè)計3.2.1時鐘電路的設(shè)計XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us5。如圖2所示為時鐘

9、電路。圖2時鐘電路3.2.2發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由1個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用8。圖2所示為發(fā)光二極管報警電路。圖3發(fā)光二極管報警電路。3.2.3聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖4示為聲音報警電路.圖4聲音報警電路3.3系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計見附圖1所示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、晶振、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)

10、位電路等。其中D1是正常工作指示燈，D2是起報警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時，D2亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，S1鍵作為模擬盜竊信號輸入鍵, S2鍵作為作為解除警報鍵3.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn)硬件電路的設(shè)計見附圖1所示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)位電路等。其中D1是正常工作指示燈，D2D5是起報警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時，D2亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵

11、，S1鍵作為模擬盜竊信號輸入鍵, S2鍵作為作為狀態(tài)顯示鍵。3.4.1主程序工作流程圖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5所示； 開始 程序初始化檢測S1有無信號輸入 N Y啟動聲光報警電路報警 聲光報警持續(xù)20S檢測S2有無信號輸入 N 切換紅綠燈燈Y檢測S2有無信號輸入 Y結(jié)束N圖5系統(tǒng)主程序工作流程圖3.4.2顯示服務(wù)程序工作流程圖同時，利用S2可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間到20秒時，用手工按鍵選擇光報警的作用。手工按鍵，如下圖6所示；開始檢測S2是否有信號 N Y切換紅綠燈結(jié)束圖6顯示服務(wù)程序工作流程圖仿真過程中用到的主程序和中斷程序見附錄34軟件仿真本設(shè)計通過利用Pr

12、oteus仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄1圖所示。由于在proteus軟件中沒有專門用作紅外線發(fā)射與接收的器件，所以在仿真電路圖中以開關(guān)代替紅外器件，其原理和效果是一致的。本設(shè)計所要求達(dá)到的目標(biāo)： （1）在正常工作情況下，電源指示燈綠燈亮。（2）在接收到開關(guān)S1帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由亮變暗，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈亮一直亮產(chǎn)生報警信號。并且報警喇叭一直響，持續(xù)20秒后喇叭停止報警，綠燈亮。（3）外部中斷開關(guān)S2可使綠燈滅，紅燈亮，警報正式解除。本設(shè)計研究了一種基于單片機技術(shù)的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機為工作處理器核心，外

13、接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內(nèi)部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。結(jié)論在利用proteus軟件仿真過程中，

14、出現(xiàn)了很多的問題，初次接觸這個軟件，一點都不熟悉，很多知識都是用的時候在網(wǎng)上找的，或者查資料得出的。對于器件庫中的元件的性能不熟悉，不如說是最常用的電容器就有好多種，并不了解我們需要的是哪一個，而且電容的種類那么多，很難一次性選擇正確。再者就是本圖中所用的三極管放大器，由于是從單片機的輸出端來導(dǎo)通三極管，所以也要選擇功率很小的器件，這樣單片機才能驅(qū)動。這一點也是慢慢領(lǐng)悟出來的。通過本次的單片機課程設(shè)計，我不僅掌握了硬件電路設(shè)計的基本步驟和方法，還認(rèn)真的回顧了匯編語言編程方面的知識。將我所學(xué)的知識應(yīng)用于生活實踐中。真正的做到了學(xué)以致用的效果。同時也鍛煉了動手能力。使我是受益匪淺。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)

15、示例：1 吳政江. 單片機控制紅外線防盜報警器J. 錦州師范學(xué)院學(xué)報, 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機原理及接口技術(shù)M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報警器 J. 電子設(shè)計應(yīng)用, 2003, 5 李全利. 單片機原理及接口技術(shù)M. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2004.6 薛均義, 張彥斌. MCS-51系列單片微型計算機及其應(yīng)用M. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2005.7 徐愛鈞, 彭秀華. 單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計M. 北京: 北

16、京航空航天大學(xué)出版社, 2006.8 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.9胡志海.單片微型計算機原理及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，200310何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編. 8北京航空航天大學(xué)出版社，200011潘永雄. 單片機實驗與實踐. 電子工業(yè)出版社，2005附錄1仿真圖 未產(chǎn)生警報產(chǎn)生警報顯示安全顯示安全恢復(fù)警報恢復(fù)警報附錄2 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SETB IT

17、0 ;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 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測是S1輸入信號，是否有輸入信號 AJMP LP LA: ACALL DELAY ;延時消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測S1輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;開始報警使運行正常綠指示燈熄滅 CPL P3.0 CPL P3.1 MOV R0,#0AH ;延時LOOP:LCALL DELAYY DJNZ R0,LOOP DELAYY: MOV R5,#100DL0: MOV R6,#20DL1: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DL1 DJNZ R5,DL0 CPL P3.0 CPL P3.1 RET L1: CLR P3.1 ;報20