電氣自動化技術(shù)_畢業(yè)論文

1、 畢業(yè)論文題目：室防盜智能控制系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè): 電氣自動化技術(shù) 班 級: 學(xué)生: 承東 學(xué)號：指導(dǎo)教師:蓋明莉摘 要隨著社會經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，防盜成了人們越來越關(guān)心的問題。鐵門鐵窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，社會對報警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術(shù)防系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術(shù)與時發(fā)現(xiàn)侵進(jìn)入破壞行為、產(chǎn)生聲光報警阻嚇罪犯以與提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆来胧?。室防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設(shè)備廣泛應(yīng)用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防

2、盜器進(jìn)一步完善和提高。這是一種基于單片機信號處理技術(shù)的防盜檢測器的軟硬件設(shè)計方法。應(yīng)用該方法設(shè)計的系統(tǒng)在反應(yīng)速度、誤報率、漏報率以與抗干擾能力方面都具有較好性能。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理，設(shè)計的新型探測器，測量圍廣, 響應(yīng)速度快, 靈敏度高，抗干擾能力強，安全可靠 。并采用單片機89C51作為人體探測系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷與處理。當(dāng)檢測到有被測物體進(jìn)入測量圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警信號，等待一段延遲時間后自動消除報警信號，并可手動解除報警信號。當(dāng)有主人在家系統(tǒng)無需報警時,可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測到

3、有人經(jīng)過時照明燈亮,等待一段延遲時間后自動熄滅,并可手動來控制延遲時間的長短。系統(tǒng)的另外一個功能是檢測人數(shù)與最大容量人數(shù)控制，當(dāng)探測頭探測到有人經(jīng)過時,系統(tǒng)自動計數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報警信號，并通過LED顯示檢測到的人數(shù)與最大容量報警人數(shù)。系統(tǒng)使用單片機與PC機通信原理，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計算機統(tǒng)一處理。關(guān)鍵詞: 熱釋電傳感器 單片機 聲光報警 鍵控目 錄第一章緒論1第二章 應(yīng)用元件的介紹221 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)222 紅外測溫原理223 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)324 菲涅爾透鏡5第三章 總體電路設(shè)計63

4、1系統(tǒng)組成 6 32 單片機系統(tǒng) 7 33 熱釋電傳感器的基本電路分析與設(shè)計 83.3.1 高低通放大器83.3.2 電壓比較器93.3.3開關(guān)電路103.3.4延時電路 10 34執(zhí)行電路10 35鍵盤控制電路設(shè)計 1036 LED路設(shè)計12第四章 軟件設(shè)計 14 41 主控程序15 42 鍵盤掃描程序16 43 動態(tài)顯示程序設(shè)計17 44 系統(tǒng)的總程序18第五章 系統(tǒng)的測試分析21 51 測試設(shè)備2152 測試方法2153 功能測試2154 指標(biāo)測試與結(jié)果分析 21第六章 本設(shè)計的功能與使用環(huán)境246.1 本設(shè)計的功能246.2 本設(shè)計使用環(huán)境24結(jié)論 25參 考 文 獻(xiàn) 26致 27附錄

5、1 28附錄2 2929 / 34第一章 緒論隨著社會的不斷進(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，人們私有財產(chǎn)也不斷地增多，因而也對防盜措施提出了新的要求。從現(xiàn)代人們住宅發(fā)展的趨勢來看，現(xiàn)代人們住宅主要是向群體花園式住宅區(qū)發(fā)展，向高空中發(fā)展，一般都是一個住宅區(qū)有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅單元，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜報警器進(jìn)一步完善和提高。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也

6、可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣有利于與計算機相連接，利用計算機統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子，當(dāng)主機停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報和誤報

7、率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太照射就會引起誤報，同時如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。綜合以上報警器的不足，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)處理后利于跟PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。第二章 應(yīng)用元件的介紹21 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)熱釋電傳感器是利用紅外輻射與

8、紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)中的主要手段，其特點是測溫圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點：（1）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準(zhǔn)確度。（2）測溫圍寬。（3）探測器的響應(yīng)時間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量。（4）不必接觸被測物體，操作方便。（5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域

9、稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器22 紅外測溫原理紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（273.15）以上的任何物體，都要

10、釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長圍的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為：其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑體輻射能。實際多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：E=E0其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力;為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由（2）可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射

11、率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。23 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖1 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)圖與電路圖紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類：其中，熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測器如：LiTaO2(鉭酸鋰) 探測器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測器和TGS（硫酸三甘酞）探測器等。如圖1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層

12、黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管附有JFET與厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO5封裝）。熱釋電體的自發(fā)極化強度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強度下降。溫度升高到Tc時，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強度。但是這些面束縛電荷常常被晶體部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時

13、間很長，因晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體的自由電荷和外部雜散電荷便來不與中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。圖2熱釋電傳感器的電路連接如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么

14、電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強度（PS）與其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于PS的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流Is 通過負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖3所示。電流源的電流強度為I

15、s為： 圖3 傳感器等效電路圖式中:p一自發(fā)極化強度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，24 菲涅爾透鏡目前人體驗知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m圍。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控圍運動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器

16、從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控圍活動時，進(jìn)人一個視場后，又走出這個視場，再進(jìn)人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間，在這圖4 菲涅爾透鏡外形圖段時期該傳感器不起作用。第三章 總體電路設(shè)計31系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖5所示。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)測量

17、放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出下TTL電平至89C51單片機.在單片機，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計平均與識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出人侵報警狀態(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)報警延遲一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號。然后通過LED顯示報警次數(shù)。同時,還可把整個系統(tǒng)變?yōu)樽詣娱_關(guān)燈系統(tǒng),當(dāng)有主人在時,可用手動解除報警功能,并且可以開啟開關(guān)燈執(zhí)行電路,在探測頭感應(yīng)到有人時執(zhí)行電路執(zhí)行開燈。同時系統(tǒng)還可以使用在一些大型的公共場合，作為檢測人數(shù)個數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。如下圖6為系統(tǒng)總體電路圖圖6 系統(tǒng)總體電路圖32 單片機系統(tǒng)本系統(tǒng)采用了89C51,

18、由P3.4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過P0傳輸數(shù)據(jù)到LED顯示，同時用P2.2P2.7進(jìn)行動態(tài)掃描控制。鍵盤通過P1.3和P1.4控制最大報警人數(shù)。如圖7所示。圖7 單片機系統(tǒng)的電路圖33 熱釋電傳感器的基本電路分析與設(shè)計3.3.1 高低通放大器IC1使用廉價的通用四運放LM324,用其中兩個運放組成高、低通放大器。按圖8所示參數(shù)計算得到,第一級放大增益為:A1=R6/R4=220,第二級放大增益為:A2=R10/R9=270,總放大增益為:A=220×270=59400=95.5dB。我們知道,在運算放大電路中,放大倍數(shù)一般不宜取的太大,否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R

19、6改為200,將R10改為1M,此時的總增益為A=20×100=2000=66dB,比較符合實際應(yīng)用,能保證電路工作可靠。圖8 熱釋電傳感器的基本電路圖3.3.2 電壓比較器LM324另外兩個運放組成電壓比較檢測窗口,由R3、R5和R7、R8將高、低通放大器的腳和腳均設(shè)置為1/2Vcc,即2.5V。當(dāng)紅外傳感器檢測到人體的活動,其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大,傳送到LM324的、腳時,用示波器可以檢測到峰值約為5V的正弦波,那么無論是信號的正半周還是負(fù)半周,兩個比較器中必有一個輸出為低電平,使IC2的腳由高電平跳成低電平,以便控制延時電路工作。而當(dāng)紅外傳感器沒有檢測到人活動時,由靜態(tài)電

20、路可知,該3V直流信號同時加到LM324的、腳,又知道R11、R12、R13將窗口電壓上、下限設(shè)置為2.8V和2.2V,即腳偏置為2.8V,腳偏置為2.2V。此時,電壓比較器輸出端、均為低電平;而IC2的腳原來經(jīng)R14上拉電阻設(shè)置為高電平,則VD1、VD2都導(dǎo)通,將IC2的腳鉗位成低電平。在圖8電路中,NE555為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,腳一旦有下降沿脈沖觸發(fā),則定時器就工作,腳就輸出高電平。若沒有檢測到人體活動,而末端能輸出高電平,驅(qū)動后級的繼電器等電路單元工作,電路工作屬不正常, 為了避免電路誤動作對原電路進(jìn)行了修改。電壓比較器部分修改后的電路如圖9所示。將兩個二極管倒個方向，在其后加一個開關(guān)三極管

21、，以它的輸出來控制延時電路。靜態(tài)時, LM324的、均為低電平，開關(guān)管截止，IC2的腳仍為高電平，延時電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測到人的活動，在輸入信號的正半周時,腳的電平高于腳所加的2.2V比較電壓,下比較器由腳輸出低電平，VD2截止；此時由于腳電平高于腳，比較器輸出高電平，VD1導(dǎo)通，其高電平使得開關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2的腳拉成低電平，致使延時電路工作。在信號負(fù)半周時，上、下比較器輸出電平剛好相反，即腳輸出低電平，腳輸出高電平，VD2導(dǎo)通?？梢?只要傳感器檢測到人體活動，無論是信號的正半周還是負(fù)半周，兩個比較器中必有一個輸出為高電平，通過開關(guān)三極管從而控制延時電路工作。圖9 電壓比較電路圖

22、3.3.3開關(guān)電路如圖9所示,在比較器后加上開關(guān)管2N3904,整個電路不但工作可靠,且輸出電流大,能驅(qū)動后級的執(zhí)行電器工作。3.3.4延時電路延時電路IC2使用單時基電路NE555,延時時間=1.1R16×C860。其作用有二。一是為自己離開檢測區(qū)時提供一段非報警延遲時間；二是在自己進(jìn)入檢測區(qū)后提供關(guān)斷檢測器所需的時間。延時電路工作時,輸出的高電平或接通報警器電源進(jìn)行報警。同時使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。34執(zhí)行電路如圖10所示,當(dāng)傳感器在無觸發(fā)信號輸入的靜態(tài)時保持低電平,當(dāng)有檢測信號時,比較器輸出一個高電平,經(jīng)過施密特觸發(fā)器變?yōu)榈碗娖絹碛|發(fā)后級的555

23、延遲電路，延遲電路后的三極管飽和導(dǎo)通,發(fā)射極變?yōu)楦唠娖?繼電器動作,常開開關(guān)吸合,照明燈接通電源后亮。圖10 執(zhí)行電路35鍵盤控制電路設(shè)計本系統(tǒng)中鍵盤控制主要是對最大容量報警人數(shù)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)的初始化對最大容量報警人數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，所以外部鍵盤按鈕只需用兩個按鍵分別進(jìn)行加減設(shè)置。鍵盤按鈕與單片機的接口電路如圖11：圖11鍵盤按鈕與單片機的接口電路鍵盤電路中每個按鈕都是一個常開開關(guān)電路，當(dāng)按鈕未被按下時，P1.3-P1.4口輸入為高電平，當(dāng)按鈕按下時，P1.0P1.3口輸入為低電平。通常的按鈕所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當(dāng)機械觸點斷開、閉合時，電壓信號波形如圖12所示。由于機械觸點的彈性作用，一個按鈕

24、開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時夜不會一下子斷開。因而在斷開與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動，如圖12所示。抖動的時間長短由按鈕的機械特性決定，一般為510ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作所決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵按下閉合穩(wěn)定鍵釋放前沿抖動后沿抖動釋放穩(wěn)定圖12 按鍵時的抖動鍵抖動會引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，在鍵閉合穩(wěn)定時取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。本系統(tǒng)采用了軟件消除抖動的方法。36 LED路設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示

25、器，簡稱LED（Light Emitting Diode），近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器價廉、配置靈活，與單片機接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口較復(fù)雜，正本也較高。本系統(tǒng)只需顯示數(shù)字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器。在單片機常使用七段LED，構(gòu)成字型“8”，另外還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管以顯示數(shù)字、符號與小數(shù)點，這種顯示器有共陰和共陽兩種，如圖13所示。圖13 LED數(shù)碼管本系統(tǒng)采用了共陰極的LED,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆畫ag，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向

26、電壓時，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。共陰極七段LED顯示數(shù)字0F、文字、符號與小數(shù)點的編碼（a段為最低位，dp點為最高位）如表1所示。表1 共陰七段LED顯示字型編碼表 顯示字符共陰極段選碼 顯示字符 共陰極段選碼03FH C 39H106H D 5EH25BH E 79H34FH F 71H466H P 73H56DH U 3EH67DH r 31H707H y 6EH87FH 8. FFH96FH“滅”（黑） 00HA77HB7CHLED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用了LED動態(tài)顯示方式,在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本

27、，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，有一個8位I/O口控制。而共陰公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。圖14所示為6位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。 圖14 LED動態(tài)顯示接口電路由于所有6位段選線皆由一個I/O口控制，因此，在每一瞬間，6位LED會顯示一樣的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因為本系統(tǒng)選用共陰LED，故因送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應(yīng)顯示字符。段選碼、位選碼每送入一次

28、后應(yīng)延時1ms來等待數(shù)碼管響應(yīng)，因人眼的視覺暫留時間為0.1s(100ms),所以每位顯示的間隔不能超過20ms,并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。第四章 軟件設(shè)計單片機控制電路采用89C51。主要實現(xiàn)對人體的檢測并計數(shù)，報警，鍵盤設(shè)定最大容量報警人數(shù)速度，顯示人數(shù)與最大容量報警人數(shù)。顯著特點是用軟件簡便實現(xiàn)某些硬件功能。本系統(tǒng)使用單片機匯編語言編程。通過分析本系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)程序可以劃分為以下幾個模塊來寫：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等子函數(shù)。本系統(tǒng)的程序巧妙地利用單片機的部定時/計數(shù)器T0來計時，每50ms中斷一次，并用該值為基準(zhǔn)來計算時間；系統(tǒng)檢測

29、到人體的信號經(jīng)過比較放大之后得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，然后輸入單片機的INT0端口，使用外部中斷的方式進(jìn)行計算。41 主控程序主控程序主要是利用單片機部計數(shù)器T0對所采集到的脈沖數(shù)進(jìn)行累加，并存放于RAM的40H中，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示所采集到的人數(shù)。如圖15為指控程序的流程圖。開 始初始化聲光報警計 數(shù)LED顯示掃描端口是否有人？N結(jié) 束YY圖15 主控程序流程圖42 鍵盤掃描程序在按下某個按鍵時，被按按鍵的橫片總會有輕微的抖動，這種抖動經(jīng)常會持續(xù)10ms左右時間。因此，CPU在按鍵抖動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的行值和列值，最好的辦法是使CPU在檢測到有按下時延遲20ms再進(jìn)行掃描。如圖16為鍵盤

30、掃描流程圖。開始置P1.3和p1.4為高電位掃描P1.3和P1.4延遲去抖NNNYYYAcc.0=0?R7加1Acc.1=0?Acc.2=0?Acc.3=0?R7減1R6加1R6減1結(jié)束YN圖16 鍵盤控制程序流程圖43 動態(tài)顯示程序設(shè)計 顯示器的掃描，每隔1.25 ms輪流點亮一位顯示器，對每一位顯示器來說每隔6.25 ms點亮一次，點亮的時間為1.25 ms。本系統(tǒng)中有六位顯示器，在89C51中設(shè)置有六個顯示緩沖單元，分別放置六位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。并通過P2.2P2.7對LED進(jìn)行控制。如圖17為顯示程序流程圖。開始R0值百位/十位/個位化選通LED1/LED2顯示十位/個位延時R7值百位

31、/十位/個位化選通LED3/LED4顯示十位/個位R6值百位/十位/個位化選通LED5/LED6顯示十位/個位結(jié)束圖17 動態(tài)顯示程序流程圖44 系統(tǒng)的總程序具體程序如下：ORG 0000HSJMP MAINORG 0030HMAIN：BAOJINGLED EQU P1.5 MOV R0，#32H ;上限 MOV 40H，#00H ;實人數(shù) MOV TMOD，#04H ;計數(shù)器初期化 MOV TH0，#00H MOV T10，#00H MOV TCON，#10HKEY：MOV 40H，T10 ;調(diào)入計數(shù)器數(shù)據(jù) ORL P1,#18H MOV A，P1 ;上限加減 PUSH ADELAY：MOV

32、 R6，#26HD1：MOV R2，#0AH ACALL DIS ;調(diào)用顯示D2：DJNZ R2，D2 DJNZ R6，D1 POP A ACC.4，1LCALL DEL ACC.4，1LCALL P0F 1： ACC.3，2 LCALL DEL ACC.3，2 LCALL P1F2：LCALL BIJIAO ;上限比較報警 SJMP KEYDEL: MOV R4,#49H D10: MOV R3,#50H D20: DJNZ R3,D20 DJNZ R4,D10 RETP0F: INC R0RETP1F: DEC R0 RETBIJIAO: PUSH AMOV A,R0CJNE A,40H,

33、BIJIAO1BIJIAO1: POP A JC BAOJING JNC BUBAOJING RETBAOJING: CLR BAOJINGLED RET BUBAOJING: SETB BAOJINGLED RET DIS :MOV A,40HMOV B,#64HDIV ABMOV P2,#0DFHMOV DPTR ,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV A,#0AHXCH A,B DIV ABMOV P2,#0BFHMOV DPTR ,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1 MOV P2,#7FHXCH A,BMOV DPTR

34、,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV A,R0MOV B,#64HDIV ABMOV P2,#0FBHMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1 MOV A,#0AHXCH A,BDIV ABMOV P2,#0F7HMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1MOV P2,#0EFHXCH A,BMOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL T1RETT1:MOV R5,#01HDE1:MOV R1,#0FFHDE2:DJNZ R1,DE2

35、DJNZ R5,DE1 RET PUSH 01H PUSH 05H PUSH 00HTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,7DH,0DH,07H,7FH,6FH POP 00H POP 05H POP 01H END第五章 系統(tǒng)的測試分析51 測試設(shè)備秒表： 精度0.01s卷尺： 精度0.01m量角器52 測試方法1首先讓電路正常工作，把熱釋紅外傳感器放在一定的位置，使人體從遠(yuǎn)處逐漸靠近探測頭，可測到的最大圍。2在距離探測頭設(shè)定的距離，間隔一定時間出現(xiàn)被測物，可測出傳感器的最小反應(yīng)時間。3把探測頭置于一定的高度時，被測物由垂直最小的距離往兩邊逐漸擴(kuò)大距離，測出傳感器最大測量角度

36、。4把不同的物體放入熱釋紅外傳感器的探測圍，可知什么物體可干擾傳感器的測量。53 功能測試1本系統(tǒng)可測量最大圍為5.7米，最大角度為58°。2當(dāng)檢測到被測物體時，系統(tǒng)可以產(chǎn)生聲光報警，并可使用手動鍵盤解除報警信號。3可用鍵盤設(shè)置最大容量的報警人數(shù)，當(dāng)檢測到的人數(shù)超過最大的容量人數(shù)時產(chǎn)生報警信號。4利用LED實時顯示所測人數(shù)的數(shù)量和最大容量報警人數(shù)。5.當(dāng)系統(tǒng)啟動執(zhí)行電路，有人經(jīng)過時，常開開關(guān)電路會閉合，室燈變亮。54 指標(biāo)測試與結(jié)果分析1探測頭在離被測物一定的距離時，測量出經(jīng)過探測頭測量圍的人數(shù)。如表2所示。表2 一定距離的人數(shù)探測距離1m2m3m4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)3030

37、3030303030實測的人數(shù)35333030302812由測量結(jié)果可知，系統(tǒng)的探測頭在距離被測物3m到5m的測量距離時，所測人數(shù)準(zhǔn)確率最高。因為在熱釋傳感器反應(yīng)速度一定的情況下，被測物距離傳感器距離越近時，被測物停留在傳感器的探測時間就越長，因此會產(chǎn)生誤判的情況。反之，被測物距離探測頭比較遠(yuǎn)時，由于外界環(huán)境的干擾可能會產(chǎn)生測量不到的情況。2在一定的探測距離處，每間隔1秒經(jīng)過一人時，測量出經(jīng)過探測頭測量圍的人數(shù)。如表3所示。表3 間隔一秒人數(shù)測量距離距離1m2m3m4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)20202020202020實測的人數(shù)818171514127由測量結(jié)果可知，系統(tǒng)在離被測物距離為1m

38、時，每間隔一秒經(jīng)過一人時所測到的結(jié)果準(zhǔn)確率最高。所測結(jié)果比實際量小的原因是間隔時間比熱釋傳感器反應(yīng)時間短，當(dāng)傳感器還未能恢復(fù)測量狀態(tài)時被測物已經(jīng)通過。3在一定的探測距離處，每間隔兩秒經(jīng)過一人時，測量出經(jīng)過探測頭測量圍的人數(shù)。如表4所示。表4 間隔兩秒的人數(shù)測量距離1m2m3m4m5m55m6m經(jīng)過的人數(shù)20202020202020實測的人數(shù)2121202020188由以上測量結(jié)果可知，當(dāng)被測物出現(xiàn)的間隔時間比傳感器的反應(yīng)時間長時，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確。15m探測頭被測物4把傳感器置于離被測物高出1.5米的地方，然后往兩邊逐漸擴(kuò)大距離,如圖18，測試系統(tǒng)是否報警。A°如表5為所示。表5 傳

39、感器探測角度圍角度(A°)0°30°40°50°55°60°是否報警是是是是是沒圖18探測頭最大角度探測由以上所測結(jié)果所知，被測物的最大測量角度在55度到60度之間。5當(dāng)不同的物體放入系統(tǒng)的被測圍時，可知什么物體可干擾傳感器的測量,并且測試系統(tǒng)是否報警。如表6所示。表6 報警功能的測試進(jìn)入測量圍物體小狗發(fā)光電燈開啟的計算機小雞是否測到和報警是否否否由以上結(jié)論可知：由于小狗熱輻射的紅外線波長與人體熱輻射的紅外波長圍差不多,故可以探測到小狗。一些其他一些物體，即使是發(fā)光或發(fā)熱，但由于他們所發(fā)射的波長與系統(tǒng)紅外探測器的接收波長圍不同，所以探測不到其他物體。6用黑紙把傳感器的探測頭包成只留直徑大約為0.5厘米的圓孔，并調(diào)節(jié)使延遲時間為0.5s，把傳感器放置在一次只能通過一人的樓梯處，測量經(jīng)過的人數(shù)。如表7所示。表7 經(jīng)過人數(shù)測量次數(shù)123實際經(jīng)過人數(shù)303030所測人數(shù)292829 由結(jié)果分析可知：由于所放位置人流量較大，并且在通過的人流中有些間隔時間少于0.5s，所以會出現(xiàn)所測人數(shù)稍少于實際經(jīng)過人數(shù)。要克服這一點應(yīng)把電路延遲時間調(diào)到最小。第六章 本設(shè)計的功能與使用環(huán)境6.1 本設(shè)計的功能本設(shè)計的功能是由三部分組成: 1. 室防盜報警功能。當(dāng)探測頭探測到