基于52单片机红外语音报警器的设计毕业设计.docx

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基于52单片机红外语音报警器的设计毕业设计

毕业设计

基于52单片机红外语音报警器的设计

[摘要]本系统是基于AT89S52单片机控制的红外线防盗报警器，主要由红外线发射部分、红外线接收部分、单片机以及声光报警部分组成。

可通过发射电路发射的红外线被遮挡时控制报警系统报警,通过单片机控制报警电路的运行，并能同时进行声光报警，用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰。

系统可以探测到一定范围内的人的闯入,可以应用在安防范围比较确定的情况下。

采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，有着广阔的市场前景。

[关键词]单片机；红外线防盗报警器；语音报警

Thedesignofinfraredvoicealarmsystembasedonsingle-chipmicrocomputer

Abstract:

Thesystemisainfra-redanti-theftalarmcontroledbysingle-chipAT89S52,includinginfra-redpartofthelaunch,partoftheinfraredreceiver,microcontroller,aswellaspartofsoundandlightalarm.Thesystemwillalarmwheninfraredrayhasbeenblocked,throughthesingle-chipmicrocomputertocontroltheoperationofalarmcircuit,andatthesametimesoundandlightalarm,withinfraredtransceivertesttube,installhidden,cannoteasilybefound;detectionsignalusingpulsesignal,energy-savingandanti-jamming.Thissystemcandetectacertainpersonwithinthescopeoftheintrusion,securitycanbeappliedtodeterminethescopeofthecase.Designedusingthismethodofanti-theftalarmanddetectioninacost-effectivenessoflow-costbestadvantages,hasbroadmarketprospects.

KEYWORDS:

Singlechipmicrocomputer；Infraredanti-theftalarm;Voicealarm

第一章绪论

1.1红外报警器的简介

在一些电影、电视剧中我们常可以看到，有些博物馆等安全性要求比较高的场所，在安防电脑系统的屏幕上面，显示着一根根红线，如果有人进入不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。

这就是红外线报警器。

1.2课题研究的意义

红外线报警器分主动式和被动式两种[1]。

主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。

如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。

当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

　　被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。

物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线[2]。

而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。

红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。

主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成[3]。

发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。

通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。

振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。

接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成[4]。

光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。

主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。

主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。

单光路由一个发射器和一个接收器组成。

双光路由两对发射器和接收器组成[5]。

两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。

1.3本设计所要实现的目标

近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。

各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。

然而一些不法分子也是越来越多。

这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。

因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。

由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。

其中包括被动式热释电型红外报警器。

还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器,触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声先报警器……[6]

防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。

探测器检测到意外情况就产生报警信号，通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号[7]。

探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为无线传输和有线传输两种方式[8]。

由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题。

但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂，一般人们难以接受，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将为大多数需求者所利用，在人们的防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89C52单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。

第二章设计方案

该系统以单片机AT89C52系列为核心，采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置，由反相器芯片反相间接控制CPU工作。

在CPU程序运行以后控制输出口电平使得喇叭进行语音报警。

系统原理框图如图2-1所示。

图2-1系统方框图

采用AT89S52单片机，直流可调开关MC34063，反相器74LS14D等芯片[9]。

其中，AT89S52的P1.2~P1.7为输出口，而P3.0~3.5为输入口。

P1口连接红外线发射电路，P1口为低电平时，红外线发射电路导通，正常发射红外线[10]。

P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平，当电平到达单片机CPU后，若各口均为低电平，则CPU不做任何反应，此时不报警；而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平，此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，由P3.7口输出报警信号，驱动声光报警电路进行报警。

第三章主要元器件

3.1主控芯片AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

·兼容MCS51指令系统

·8kB可反复擦写（大于1000次）FlashROM；

·32个双向I/O口；

·256x8bit内部RAM；

·3个16位可编程定时/计数器中断；

·时钟频率0-24MHz；

·2个串行中断，可编程UART串行通道；

·2个外部中断源，共8个中断源；

·2个读写中断口线，3级加密位；

·低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；

·有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。

图3-1AT89C52引脚图

3.1.1管脚说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

表.P1.0和P1.1的第二功能

引脚号

功能特性

P1.0

T2，时钟输出

P1.1

T2EX（定时/计数器2）

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能

P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

管脚备选功能:

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）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

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。

3.1.2震荡特性

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。

3.1.3芯片擦除

整个EPROM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，AT89C52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。

3.2LM339N芯片介绍

图3-2内部框图

特点：

1.失调电压小，典型值为2mV

2.电源电压范围宽，单电源为2--36V，双电源电压为正负1V--正负18V

3.对比较信号源的的内阻限制较宽

4.共模范围比较大

5.差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压

6.输出端电位可灵活方便的选用

用途：

四电压比较电路

性能参数：

双列直插14脚封装

通道数量:

4Channels

输出类型:

OpenCollector

响应时间:

1.3us

补偿电压（最大值）:

5mV

输入偏流（最大值）:

250nA

电源电压（最大值）:

36V

电源电压（最小值）:

18V

电源电流（最大值）:

2mA

最大工作温度:

70C

最小工作温度:

0C

功耗=265mW

引脚号引脚功能工作电压（V）在路电阻值（KΩ）：

1.电压取样输出端48.5

2.电压取样输出端08.5

3.电源输入端54

4.电压取样反相输入端1.24

5.电压取样同相输入端0.810.5

6.电压取样反相输入端1.24

7.电压取样同相输入端0.810.5

8.电压取样反相输入端1.24

9.电压取样同相输入端0.810.5

10.电压取样反相输入端1.410

11.电压取样同相输入端1.611.5

12.地00

13.电压取样输出端48.5

14.电压取样输出端48.5

3.3反射性光电探测器RPR220

RPR－220是一种一体化反射型光电探测器。

其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。

主要应用在游戏机，复印机和办公自动化等设备中。

特点：

1。

塑料透镜以提高灵敏度；

2。

内置的可见光过滤器以减小离散光的影响；

3。

体积小结构紧凑。

它采用DIP4封装。

发射器和接收器都有两根引出脚，其中长脚为正极，短脚为负极。

器封装如图3-3所示。

3.4ISD1820语音芯片介绍

一、管脚排列图

二、芯片引脚图

三、引脚描述

电源（VCC）：

芯片内部的模拟和数字电路使用的不同电源总线在此引脚汇合，这样使得噪声最小。

去耦合电容应尽量靠近芯片。

地线（VSSA，VSSD）：

芯片内部的模拟和数字电路的不同地线汇合在这个引脚。

录音（REC）：

高电平有效，只要REC变高（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。

录音期间，REC必须保持为高。

REC变低或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志（EOM），使以后的重放操作可以及时停止。

然后芯片自动进入节电状态。

注：

REC的上升沿有84毫秒防颤，防止按键误触发。

边沿触发放音（PLAYE）：

此端出现上升沿时，芯片开始放音。

放音持续到EOM标志或内存结束，芯片自动进入节电状态。

放音后，可以释放PLAYE。

电平触发放音（PLAYE）：

此端从低变高时，芯片开始放音。

持续至此端回到低电平或遇到EOM标志，或内存结束。

放音结束后自动进入节电状态。

录音指示（/RECLED）：

处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。

此外，放音遇到EOM标志时，此端输入一个低电平脉冲。

此脉冲可用来触发PLAYE，实现循环放音。

话筒输入（MIC）：

此端连至片内前置放大器。

片内自动增益控制电路（AGC）控制前置放大器的增益。

外接话筒应通过串联电容耦合到次端。

耦合电容值和此端的10KΩ输入阻抗决定了芯片频带的低频截止点。

话筒参考（MICREF）：

此端是前置放大器的反向输入。

当以差分形式连接话筒时，可减小噪音，提高共模抑制比。

自动增益控制（AGC）：

AGC动态调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使用录制变化很大的音量（从耳语到喧嚣声）时失真都能保持最小。

通常4.7µF的电容器在多数场合下可获得满意的效果。

喇叭输入（SP+，SP-）：

输入端可直接驱动8Ω以上的喇叭。

单端使用必须在输出端和喇叭之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高至4倍。

SP+和SP-之间通过内部的50KΩ的电阻连接，不放音时为悬空状态。

振荡电阻（ROSC）：

此端接振荡电阻至VSS，由振荡电阻的阻值决定录放音的时间。

直通模式（FT）：

此端允许接在MIC输入端的外部语言信号经过芯片内部的AGC电路、滤波器和喇叭驱动器而直接到达输出端。

平时FT端为低，要实现直通功能，需将FT端接高点平，同时REC、PLAYE和PLAYL保持低。

第四章硬件电路的设计

系统的软件设计，主要集中在单片机功能流程的设计上，要监视是否有人闯入，红外线接收是否中断、如何控制语音报警等。

软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量，在编写软件之前，对系统的流程进行设计是十分必要的，这样可以保证在编写软件时思路清晰，不易出错，修改也变得容易。

程序流程图的设计遵循自顶向下的原则，即从主体逐步细分到每一个模块的流程[20]。

4.1系统的主流程图介绍

（1）下图4-1为系统主程序流程图。

主程序、脉冲信号产生程序、中断服务程序存放在AT89C52单片机中，整个程序设计思想是当检测到有人闯入时，就由P2.7口输出高低电平间隔为1秒的脉冲信号去驱动语音报警电路。

这可以通过使P2.7口每隔1秒取反一次实现。

而1秒时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。

用寄存器R1做循环计数器初值为10。

采用中断方式编程，整个程序由主程序和中断服务程序两部分组成[21]。

（2）主程序的功能:

起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线的接收是否中断.

主程序的流程图如4-1所示.程序开始后，系统初始化结束后判断是否有人闯入，

若有则报警，若无则回到上一级继续判断是否有人闯入。

（3）以下是脉冲信号产生程序流程。

主要功能：

通过定时100ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号，重复此过程，最终得到一列1s周期的方波脉冲信号，最终此列脉冲信号由单片机P2.7口输出与报警电路连接语音芯片从而实现报警。

其主要流程如图4-2所示。

（4）以下是中断服务程序

主要功能：

判断定时间10秒是否完成，从而决定是否对P2.7口取反。

程序如图4-3所示。

图4-3信号中断流程图

AT89C52的P1.2~P1.3为输出口，而P3.0~3.5为输入口。

P1口连接红外线发射电路，P1口为低电平时，红外线发射电路导通，正常发射红外线[10]。

P2口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平，当电平到达单片机CPU后，若各口均为低电平，则CPU不做任何反应，此时不报警；而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P2输入口就会输入高电平，此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，由P2.7口输出报警信号，驱动语音报警电路进行报警。

（5）总体设计思路

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、报警等子模块。

电路结构可划分为：

红外反射传感器、报警器、单片机控制电路及相关的控制管理软件组成。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、语音报警等功能。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。

单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

红外反射传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示：

处理器采用52系列单片机AT89C52。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

设置在监测点上的红外反射探头将红外线变换成电信号检测是否接收成功将信号传至AT89C52单片机。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。

驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。

当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。

4.2部分电路设计

4.2.1二路光电传感器

红外反射报警器所以需要反射接收因此我们用的电容、电阻LM339四电压比较器、光电探测器等。

LM339四电压比较器集成电路的特点如下：

1、工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：

2～36V,双电源：

±1～±18V；

2、消耗电流小，Icc=1.3mA；

3、输入失调电压小，Vlo=±2mV；

4、共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；

5、输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；

6、输出可以用开路集电极连接“或”们；

发射接收电路是判断是否报警的电路

子电路全图