基于STc单片机的红外报警设计毕业设计外文翻译.docx

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基于STc单片机的红外报警设计毕业设计外文翻译

摘要

随着社会的进步和科学的发展，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。

信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。

人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。

为了创造一个安全的居家环境，报警器便是必不可少的工具。

现在市场上主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。

所以本设计采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

本系统包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路等部分组成。

处理器采用51系列单片机STC89C51。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

关键词：

红外报警器；STC89C51；单片机；红外传感器

Abstract

Withthesocialprogressandthedevelopmentofscience,thewaypeoplework,liveandcommunications,andinformationabouttherelationshipbetweentheincreasinglyclose.Theinformationsocietyischangingthewaypeopleliveandworkhabitswhilealsotraditionalresidentialchallenges,social,technologicalandeconomicprogresstothemindsetofthepeoplefollowedchanges.Thehomehaslongbeennotonlythephysicalspace,moreattentionisasafe,convenientandcomfortablelivingenvironment.Inordertocreateasafehomeenvironment,thealarmisanessentialtool.Marketpressuretriggeredtheanti-theftalarm,theswitchingelectronicanti-theftalarmandpressureblackouttriggeredburglaralarmalarm,butseveralofthemorecommonalarm,therearesomedrawbacks.Thisdesignusesapyroelectricinfraredsensor,itcreateasimple,low-cost,moreconvenienttoinstall,andanti-theftperformanceisrelativelystable,stronganti-interferenceability,highsensitivity,safeandreliable.Thesystemincludesbothhardwareandsoftwaredesign.ThehardwarepartincludestheMCUcontrolcircuit,infraredprobecircuittodrivetheimplementationofthealarmcircuitparts.Theprocessoruses51seriesmicrocontrollerSTC89C51.Thewholesystemisworkingunderthecontrolofthesystemsoftware.

Keywords:

infraredalarm;STC89C51;microcontroller;infraredsensor

1绪论

随着时代的不断进步，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面。

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。

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，报警器这时正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。

所以本设计从价格低廉、技术性能稳定性商考虑设计一款报警器。

红外报警器正符合以上各种需要。

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。

本设计需要一定的单片机，C语言，计算机，电子等丰富知识，在设计中可以将相关的专业知识融会贯通，并且需要动手实验，可以将自己的理论知识进一步深化，对于日后的工作起到了一个很好的开头作用。

1.1防火防盗报警器概况

报警器是一种以声音、光、气压等形式来提醒或警示应采取防护行动为防止或预防某事件发生所造成损失的电子产品。

人们生活水平随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防火防盗措施提出了新的要求。

它不仅要体积小、安装方便、功能较齐全等优点，而且要有很高的性价比。

1.1.1红外报警器技术的发展

1、防盗报警主机与控制面板技术提升

比如入侵探测，需要快速回应即时入侵事件，否则可能造成重大的损失。

因此，优秀的防盗报警产品，应该在性能与可靠性两方面，寻找平衡。

在探测技术上可以采用「红外XX」的双重或三重探测技术，尽量降低误报率。

此外，主机上若再加上嵌入式MCU或是微处理CPU技术，就可以让防盗报警主机在功能上提升到更多样化界面要求，在控制面板上，从本次测试产品上看，精致简化的控制操作与远端移移动界面的控制已是必然的趋势，加上不同的门禁控制界面，使得控制面板不再是一个死板的键盘而已。

防盗报警主机与控制面板也在防入侵防破坏的机制上有了大幅的改良，可看到密码锁盖板等设计的配合，还有外观材质结构着重抗暴与耐候的结构，这一切都在突显整体防盗报警系统的技术提升。

2、防盗报警系统发展人性化

随着人们生活水准大幅提高，在实际生活，防盗报警系统的技术，也可以应用于提供个性化的医疗报警服务。

已有业者针对中国老人化的发展趋势，推出远端医疗看护回应系统解决方案。

透过防盗报警主机液晶萤幕、按键、呼叫键等功能特点，用户按键后，不需要透过电话，即可直接与保安服务中心或亲人对话。

该系统还可即时发现用户摔倒、活动等资讯，并有定时吃药提示等多种事件语音提醒功能。

另外，最新的防盗报警主机系统也可根据用户的不同需求，配备具备蓝芽技术的心电图监测仪、血糖仪、血压计、体重计等多种蓝芽医疗设备，可即时检测用户的血糖、心电图等生理状况，并透过报警控制主机，将用户的生理状况（心电图、血糖、血压）资讯，传送给远端医疗人员进行居家照护。

3、防盗报警系统的整合与应用

整合是安防系统的一大发展趋势，防盗报警系统自然也不例外。

事实上，防盗报警系统与影像监控、门禁系统等其他安防子系统的整合，早非新鲜事，而近年来，由于其逐步将应用拓展到住宅、社区，因此也开始结合智慧家居，但这些仅是最简单、最基础的整合。

另外还可以做到如防盗报警与影像监控的连动，目前仅是利用硬体将前端探测器的输出介面，与影像监控的报警连动输入介面，连接起来，当出现异常情况时，透过预先设定的连动方式，执行影像报警连动实现影像回放、硬碟录影。

又如与软件平台的资讯整合，除硬体整合外，软件整合更是各防盗报警子系统间整合的重点。

在各系统整合中，目前的关键点是如何解决各系统之间资讯的互动及处理。

再过来就是最近的防盗报警整合要求必须要达到多种报警联网并存的方式，防盗报警联网有个容易混淆的含义，就是将报警控制器与控制中心的联网，跟报警探测器与控制器间的联网，混为一谈。

其实报警联网方式，包括有线、无线两种，如连线公安或以无线GSM电话通报，而报警探测器与控制主机间的联网，无线是专用无线，如红外线或Zigbee等并不是电信运营商所提供的无线平台。

这二者就重要性而言，报警控制器与控制中心的联网，才是系统整合的关键。

近年来，随着IP网路的盛行，不少报警控制器厂商也开始采用有线或无线的IP网路联网方式，但实际看到的连网应用由于使用环境的封闭性，透过TCP/IP的方式联网目前应用面尚未大幅成长。

1.1.2红外报警器技术的现状

现阶段防盗报警系统主要应用于侵入探测，亦即透过安装各类型的探测器（如主被动红外线、微波、门窗磁簧开关、紧急按钮、玻璃破碎探测器等），按照预先设定的规则，检测被保护区域是否有非正常侵入；当发现有非正常侵入，报警控制器即进行语音声光的警示，同时显示警报点区域位置，联网的系统还会将报警资讯，透过手机、平板Pad、市内电话线、IP网路或以无线电信网路，通报用户或是监控管理中心。

在防盗报警系统中所能连结的探测器其中，红外线是目前最主要的探测方式之一。

在多元探测应用需求不断衍生，建筑环境结构又日益复杂的今日，除了安装技术外，防盗报警系统在探测技术的发展更成为系统是否具有效益优势的指标。

我们可以从接下来几种探测技术的应用与发展来检视。

首先应用最多也最普遍的就是红外线防盗探测器，红外线防盗探测器分为主动式（AIR，又称「对射式」）与被动式（PIR，又称「热感应式」）。

主动式红外线因为具有发光器会主动发出光束，遮断才误报，且光束笔直，所以一般都用于区域的周界防护；至于被动式红外线则是靠探测人体发射的10-12μm左右的红外线，而进行感测报警，但因为在常态下，室外温差变化大，热源干扰及扰动多，所以被动式红外线探测器大部份只能适用于室内或特定区域空间使用。

除此之外而红外线探测器关系到防盗报警探测系统的的优劣有以下十个误报因素，在必须应用技术慎重加以考虑，这10大红外线探测器误报主因：

　1.对RFI&EMI无线电射频的抗干扰能力不良，产生邻频干扰。

　　2.对人员入侵行为判断准确度不足。

3.受到环境温度、强光影响。

4.报警主机和探测器因多套配置导致编码重复。

　　5.透光罩外形设计不良。

　　6.内部光线元器件设计角度误差。

　　7.红外线探测器安装施工方式错误不良。

　　8.多重探测技术应用错误造成相互干扰。

　　9.生产产品工艺不良及操作使用错误造成误报。

　　10.探测距离、范围、温度补偿，灵敏度设定错误或搭配不良。

灵敏度和误报率，一直是防盗报警产品必须面对的矛盾，因为产品的灵敏度提高，误报率也经常随着上升。

因此，已有不少厂商对此进行改进。

由上可知，红外线探测器可能发生误报的情况，多数与产品本身的设计制造能力有关。

所以，产品本身性能的选择，是降低误报率极为重要的第一道门槛。

2基于单片机的红外报警器的设计方案

2.1方案准备

根据之前制定任务计划，以及论文的设计需要：

1、掌握单片机基本原理及接口相关知识；

2、掌握汇编或C语言程序设计及开发基础知识；

3、熟悉利用KeilC51、Protel等开发工具软件实现系统的软、硬件设计；

4、利用单片机开发板实现报警器的功能。

根据系统的先后顺序，先从硬件开始设计，先对于红外报警器的了解，及整体思路的重复思考，设计好原理图，准备好所需要的元器件，然后设计软件，进行调试。

此最后修改设计方案，增添附加功能以及完善细节问题，包括应该采集的信号种类、数量、范围，输出信号的形式和响应时间，传感器的对比和选择，技术指标的确定等。

2.2设计方案

2.2.1总体框图

根据方案的设计思想，我们从中就可以得到了报警系统的总体框图如图2.1所示：

图2.1报警系统的总体框图

2.2.2总电路设计

根据要求，设计中我们选用STC89C51单片机，单片机是防盗报警器的核心部件。

STC89C51单片机的主控电路包括时钟电路、复位电路。

按照之前的设计思路，利用protel软件就得到了基于STC89C51的报警总电路图如图2.2所示：

图2.2报警器总电路图

3系统硬件设计

3.1主要器件介绍

单片机微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片机微型计算机，他不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是吧一个计算机系统集成到一个芯片上。

大年纪由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成。

和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。

概括的讲：

一块芯片就成了一台计算机。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

它最早是被用在工业控制领域。

3.1.1单片机发展史

1971年intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器；Intel公司的霍夫研制成功世界上第一块4位微处理器芯片Intel4004，标志着第一代微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。

因发明微处理器，霍夫被英国《经济学家》杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。

　　1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001ROM芯片、4002RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器）其中4004（下图）包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm×4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。

　　1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器Intel8008。

由于8008采用的是P沟道MOS微处理器，因此仍属第一代微处理器。

　　1973年intel公司研制出8位的微处理器8080；1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel8080，以N沟道MOS电路取代了P沟道，第二代微处理器就此诞生。

　2MHz的8080芯片运算速度比8008快10倍，可存取64KB存储器，使用了基于6微米技术的6000个晶体管，处理速度为0.64MIPS（MillionInstructionsPerSecond）。

　　1975年4月，MITS发布第一个通用型Altair8800，售价375美元，带有1KB存储器。

这是世界上第一台微型计算机。

　　1976年intel公司研制出MCS-48系列8位的单片机，这也是单片机的问世。

　　Zilog公司于1976年开发的Z80微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。

当时，Zilog、Motorola和Intel在微处理器领域三足鼎立。

　　20世纪80年代初，Intel公司在MCS-48系列单片机的基础上，推出了MCS-51系列8位高档单片机。

MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量，I/O口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。

3.1.2常用单片机简介

STC单片机：

STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机,指令代码完全兼容传统8051,速度快8~12倍,带ADC,4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好，抗干扰强.

PIC单片机：

是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片.EMC单片机：

是台湾义隆公司的产品,有很大一部分与PIC8位单片机兼容,且相兼容产品的资源相对比PIC的多,价格便宜,有很多系列可选,但抗干扰较差。

ATMEL单片机（51单片机）：

ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。

PHLIPIS51LPC系列单片机（51单片机）：

PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能,这使51LPC在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求.HOLTEK单片机：

台湾盛扬半导体的单片机,价格便宜,种类较多,但抗干扰较差,适用于消费类产品.

TI公司单片机（51单片机）：

德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合

松翰单片机（SONIX）：

是台湾松翰公司的单片，大多为8位机，有一部分与PIC8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有PMWADC内振内部杂讯滤波。

缺点RAM空间过小，抗干扰较好。

3.1.3STC89C51的基本结构

在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口和中断系统等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分：

STC89C51的基本结构如图3.1所示

图3.1STC89C51的基本结构

1.电源引脚VSS（20脚）：

接地，0V参考点。

VCC（40脚）：

电源，提供掉电、空闲、正常工作

2.外接晶体引脚XTAL1（19脚）：

接外部晶体的一端，振荡反向放大器的输入端和内部时钟电路输入端。

XTAL2（18脚）：

接外部晶体的另一端，振荡反向放大器的输出端。

3.控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD等4种形式入、输出。

4.输入/输出引脚

（1）P0口（P0.0-P0.7，32-39脚）：

是双向8位三态I/O口。

可向其写入1使其状态为悬浮，用作高阻输入。

P0口也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉传送1。

（2）P1口（P1.0-P1.7，1-8脚）：

是带内部上拉的双向I/O口。

向P1口写入1时，P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口；当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。

（3）P2口（P2.0-P2.7，21-28脚）：

是带内部上拉的双向I/O口。

向P2口写入1时，P2口被内部上拉为高电平，可用作输入口。

当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。

在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址，此时通过内部强上拉传送1。

当使用8位寻址方式访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。

（4）P3口（P3.0-P3.7，10-17脚）：

是带内部上拉的双向I/O口。

向P3口写入1时，P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口。

当作为输入脚时，被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。

P3口脚具有第二功能，表2-2介绍了P3口的第二功能。

如表3-1所示：

表3.1P3口管脚第二功能

管脚

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）

3.1.4STC89C51单片机的的封装和引脚

STC89C51系列单片机采用双列直插式（DIP）QFP44（QuadFlatPack）和LCC（LeadedChipCaiier）形式封装。

这里仅介绍常用的总线型DIP40封装，结构如图3.2所示。

图3.2STC89C51单片机的的封装和引脚

部分管脚说明：

1、电源:

VCC-芯片电源，接+5V；

VSS-接地端；

2、时钟:

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

3、控制线:

控制线共有4根：

（1）ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

（2）PSEN:

外ROM读选通信号。

（3）RST/VPD:

复位/备用电源。

RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

（4）EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

EA功能：

内外ROM选择端。

Vpp功能：

片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

3.2传感器电路设计

传感器是指能感受规定的被测量信息，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

它是一种检测装置，能将检测到的信息转换成为点信号或者其他形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

如今信息时代，随着电子技术的快速发展，自动检测，自动控制技术显露出非凡的工作能力，而大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测的非电量的信号通过传感器转换成电信号。

可见，传感器是实现自动检测和自动控制的初始环节。

如果没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就不能实现现代自动检测和自动控制系统，现代科学技术的发展也就不能如此迅速。

3.2.1红外传感器简介

1PIR传感器简单介绍

热释电红外线（PIR）传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。

它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。

将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。

自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。

根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。

与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。

量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。

它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明。

及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。

其原因为：

①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；②大气对2-2．6lLm、3—5lLm、8—141lm三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。

2PIR的原理特性

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。

在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜