多路报警器课程设计.docx
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多路报警器课程设计
基于单片机实现的多路
控制智能报警器
学号：
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日期：
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第1章绪论
1.1选题的背景与意义
随着微电子技术和网络技术的飞速发展。
人们对居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求，因此智能化住宅就随之出现了，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃，抢劫居高不下，因此家庭只能安全防范系统是智能化小区和新农村建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但是普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效的防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗系统也就应运而生。
安防就是安全防范，是指防盗，放入侵、防火、防煤气泄漏等。
目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盗门，商店的防盗措施主要是监控器和出门口的红外报警器。
随着人们认识的深入，利用智能防盗，防火，防煤气将成为人们的首要选择，智能安防也是安防行业的发展趋势。
所谓的智能安防，即是通过相关系统的将安防进行信息化、生动化，而且能把事件控制在发生之前，有效的防止相关危险事件的发生，智能安防一般包括系统控制模块、报警模块、传感器模块、显示模块等。
本系统采用的AT单片机系列作为系统的核心控制部分，是一个利用红外传感器作为信号输入控制部分的多路智能报警器。
当有不明物体经过某一个发射器与接收器中间时，会有控制信号输入单片机，进而输出刺耳的报警声音引起相关人员的注意，同时利用显示器来显示不明物体的地理位置，这样很大程度上减少了搜索时间，从而提高了实效性，达到了信号接收灵敏度，显示反应快，报警声音响亮的效果。
1.2设计的主要内容
本设计的硬件部分由四大模块电路组成：
传感器模块电路、单片机控制模块电路、显示模块电路、报警模块电路。
控制模块外围，有为该系统设计的复位模块电路和振荡电路，使系统更稳定，更实用。
控制模块主要利用了AT89S52单片机作为整个报警器的控制系统，传感器部分通过感应通过的物体，形成电平信号输出，并经过单片机处理，实现传感器信号的判断、延时、显示、报警等功能。
该系统用于集中检测报警，能对受控制的多个点进行实时检测、当检测到一个或者多个有报警信号时，能用声音和数码显示报警地点，实现了智能报警控制。
本系统软件部分采用了汇编语言程序，使其数据流程可以清晰的在程序中，增强了程序的可读性，便于改进和扩充，从而为系统的使用提供了更方便的软件支持。
测试表明，各模块电路能正常运行，信号接收灵敏度度高，报警声音响亮，较好的实现了单片机多路控制智能报警功能。
第2章系统的总体设计
2.1设计方案比较与确定
（1）方案一：
可编程逻辑电路控制实现
采用数字逻辑芯片，本方案具有延时电路、显示电路、报警模块等多个功能模块。
各个状态保持或者转移的条件依赖于键盘控制信号。
系统结构图如图2-1所示。
图2-1可编程逻辑电路结构图
本方案由于键盘控制信号繁多，系统的逻辑状态以及相互转移更是复杂，用纯粹的数字电路或者小规模可编程逻辑电路实现该系统有一定的困难、需要用大规模的可编程逻辑电路，而且一些模块电路的成本较高，这样整个系统的成本就会更高，因此本设计并未采用这种设计方案。
（2）方案二：
单片机控制实现
本方案采用单片机作为整个控制系统的核心。
鉴于市场上的51系列8位单片机的售价比较低廉。
因此本设计采用了AT89S52单片机系统。
系统结构如图2-2所示.
图2-2单片机控制原理图
AT89S52主要负责系统的控制与协调工作。
具体设计方案如下：
首先，主要从外部获取控制信号，其次，在单片机中进行数据处理及其控制，数字处理完毕以后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示，这样的设计使安装与调试工作可以并行进行，极大的缩短了总体设计和制造的时间，为发挥部分的制作以及其他功能的扩展提供了充足的内部空间和更多的外部接口。
（3）设计方案的确定
经过方案一与方案二的对比，综合考虑制作、功能、实现、造价等因素。
最终采用方案二：
单片机控制电路，来完成多路智能报警器的设计
2.2系统的总体设计
2.2.1系统的总体结构
为实现设计要求的基本功能，本系统必须包含四个基本功能模块：
（1）单片机控制模块
（2）传感器模块
（3）报警模块
（4）显示模块
其中单片机控制模块主要用于响应传感器信号和进行显示程序控制；单片机模块主要用于感应是否有物体通过，并形成电平信号输出；报警模块主要用于报警声响提示；显示模块主要用于显示报警地点。
为完善系统的功能同时能够达到系统的设计指标，本系统必须包含以下功能模块；
（1）复位电路：
实现单片机的复位控制。
（2）振荡电路：
提供所需要的单片机时钟频率。
2.2.2系统设计原理图
本系统基本原理结构图如图2-3所示：
图2-3系统基本原理结构图
由以上系统基本原理框架图可以看出，本系统的外围电路相对比较简单，功能的实现主要从外部获取控制信号之后在单片机中进行数据处理，数据处理完毕之后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路中进行显示。
所以本系统的单片机数据处理方面的程序比较复杂一些，所有的感应信号和显示数据的处理和输入控制都是在单片机中进行处理，这就要求在设计程序的时候认真思考单片机存储空间的合理分配和管脚的分配问题。
第3章硬件设计
3.1硬件选型
3.1.1硬件设计基础
（1）AT89S52的特点与主要性能
与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程FLASH存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0HZ—33HZ、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16为定时器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功空闲和掉电模式、点点后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
（2）AT89SSS52单片机的功能与应用
AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS8位微控制器、具有8K在系统可编程FLASH存储器，具有以下标准功能：
8K字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线。
看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，一个向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
图3-1为AT89S52管脚图：
图3-1AT89S52管脚图
AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器呗冻结，单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止。
3.1.2外围电路选择
（1）振荡电路：
振荡电路与单片机的时钟电路一起构成单片机的时钟的方式，连接方式分为内部时钟电路和外部时钟电路方式，外部时钟方式一般应用与多块单片机同时工作，以便同步运行，本设计采用内部时钟电路方式，根据89S52芯片的特点，其振荡频率最佳选择范围为：
3M—33MHZ,，因此晶振选用12MHZ，C1和C2取30pF.
（2）复位电路：
可分为上电自动复位和按键手动复位两种方式，上电自动复位是在接通电源之后就完成了系统的复位初始化，按键手动复位有可以分为电平方式和脉冲方式，本系统采用的是按键电平方式复位电路，可在系统通电后随时复位系统
3.1.3传感器件选择
红外传感电路由红外发射二极管，红外接收三极管及若干电阻电容组成。
传感器是将被测的某一个物理量（信号）按一定规律转换成与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）的输出装置。
主要有温度传感器、光电传感器。
湿度传感器、磁传感器等，本系统主要用来监控路段是否有不明物体，因此用红外线光电传感器比较合适。
3.1.4显示电路部分
在显示模块中，主要用到了74LS48（七段译码器）作为段选信号控制芯片和74LS138（3线—8线译码器）作为位选信号控制芯片。
常用的显示器有：
发光二极管显示器（LED）,液晶显示器（LCD），荧光显示器、LED显示器价廉，配置灵活，与单片机接口方便，显示亮度适中；LCD显示器可进行图形显示，但接口较为复杂，成本高，显示亮度最弱，为被动显示器，必须要有外光源；综合本多路防盗报警器系统需求，并考虑价格，显示效果，电路焊接等条件，选择为发光二极管（7段共阴极LED显示器）
3.1.5报警电路部分
报警电路则有一蜂鸣器、三极管、红灯显示及若干电阻电容组成。
本设计把单片机的P3.7口作为报警器控制的输出口，当传感器探测到不明物体时，会有控制信号输入，此时P3.7为低电平，三极管导通，蜂鸣器工作发生
3.2硬件电路设计
3.2.1外围电路的设计
（1）振荡电路：
振荡电路与单片机的时钟电路一起构成单片机的时钟的方式，根据硬件电路的不同，连接方式分为内部时钟电路和外部时钟电路方式，外部时钟方式一般应用与多块单片机同时工作，以便同步运行，本设计采用内部时钟电路方式，其电路连接图如图3-2所示：
图3-2振荡电路
根据89S52芯片的特点，其振荡频率最佳选择范围为：
3M—33MHZ,，因此晶振选用12MHZ，C1和C2取30pF，由此可计算出系统各时钟周期的具体数值：
振荡周期=1/12us;
时钟周期=2X1（1/12us）=1/6us;
机器周期（SM）=12X（1/12us）=1us;
指令周期=1—4us;
振荡电路的输出端与单片机的XTAL1、XTAL2两个接口相连接。
XTAL1（19脚），接外部晶体和微电容的一端，在片内它是振荡电路反相放大器输入端；XTAL2（18脚）接外部晶体和微电容的一端，在片内它是振荡电路反相放大器输出端，若采用外部时钟电路，则该脚悬空。
在检查单片机的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有正常的脉冲信号。
（2）复位电路：
1、复位状态介绍：
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
复位可以使单片机复位以便重新启动。
也可以使单片机退出低功耗工作方式而进入正常工作状态。
单片机应用系统工作时，经常要进入复位工作状态，所以复位电路必须能够准确、可靠地进行工作，单片机复位后的初始状态为下表1所示：
系统在允许时，首先要检查系统复位是否成功，如果系统的复位电路无法满足系统的正常复位，那么系统便无法正常工作，所以复位电路在系统中占据非常重要的地位。
2、复位电路方案选择：
一般复位电路可以分为两种，可分为上电自动复位和按键手动复位两种方式，上电自动复位是在接通电源之后就完成了系统的复位初始化，按键手动复位有可以分为电平方式和脉冲方式，本系统采用的是按键电平方式复位电路，可在系统通电后随时复位系统，，系统的复位电路如图3-3所示：
图3-3按键电平方式复位电路
3.2.2传感器电路
（1）传感器的选择及原理介绍
传感器是将被测的某一个物理量（信号）按一定规律转换成与其对应的另一种（或同种）物理量（或信号）的输出装置。
主要有温度传感器、光电传感器。
湿度传感器、磁传感器等，本系统主要用来监控路段是否有不明物体，因此用红外线光电传感器比较合适。
光电传感器的作用是将光信号转换成电信号，利用光敏器件作为检测元件的传感器。
光电传感器的对光的敏感主要是利用半导体材料的电学特性受光照射后发生变化的原理，红外传感器按其工作模式大致分为主动式和被动式，主动式红外传感器自带红外光源，通过对光源的遮挡、反射、折射、等光化学手段可以完成对探测物体位置的判别。
被动式红外传感器本身没有光源，通过接收被测物体的特征光谱辐射来测量被探测物体的位置，温度，或者进行红外成像。
本系统采用主动式传感器，其外观如图3-4所示：
图3-4主动式红外传感器外观图
（2）传感器电路的分析设计
本系统分立型的红外传感器是由红外发射二极管和红外接收三极管组成，一般测量距离可达到十几米。
当没有物体阻挡时，接收三极管的输出端的电压在4.6V左右，当有物体经过时，输出电压为0.4V，由于有电平脉冲变化，此时单片机检测到有信号输入，因此可以输出相应的显示和报警信号，具体电路图如图3-5所示：
图3-5传感器电路
经过测试，可以得出理想情况下传感器电路输出信号波形如图3-6所示：
图3-6传感器电路输出波形图
利用红外传感器作为信号输入部分，应注意以下事项：
1：
传感器部分应有稳压电源输入。
如果没有稳压电源输入，显示部分会出现无规律的数字显示，蜂鸣器也一直在报警。
2：
两路间的发射接收管应有一定的距离，避免互相干扰。
3.2.3报警电路设计
本设计把单片机的P3.7口作为报警电路控制的输出口，当传感器探测到有不明物体时，会有控制信号输入，此时P3.7为低电平电平，三极管导通，蜂鸣器工作发生。
报警是通过编程使P3.7口输出符合一定规律方波振荡信号使蜂鸣器按照一定规律发声，人耳听起来就像音乐一样，根据延时程序的设定，报警器的报警声将持续30秒，在报警期间显示电路将显示发生的地点，报警声音结束时，显示电路也全部清零，进入新一轮的等待状态，报警电路如图3-7所示：
图3-7报警电路图
P3端口，是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3的输出缓冲期可驱动4个TTL输入，对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
3.2.4显示电路设计
显示电路主要应用了单片机端口的P1.0至P1.7端口。
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写”1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用，作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
系统显示电路如图3-8所示：
图3-8系统显示图
上图中4线-7段驱动器74LS48由单片机的P1口中的P1.0—P1.3来控制
3线-8线译码器74L1138由单片机的P1.4-P1.6作为74LS138译码器的地址信号输出端、
第4章软件设计
4.1系统流程图
本系统程序设计思路流程图如图4-1所示：
图4-1系统程序流程图
通过红外传感器检测通过物体，获取控制信号，并在单片机中进行数据处理，数据处理完毕以后，单片机将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。
从而实现系统的基本功能。
系统电路设计总图见附录二：
多路智能报警器原理图。
4.2系统的软件设计
4.2.1系统初始化模块
在主程序执行之前，必须进行初始化设置，本系统数据处理主要用到20个数据空间，并考虑到避开单片机原有的地址资源分配，因此，把地址从40H开始以后的20个空间进行清零处理，用来做信号的控制处理单元。
又因为需要用到位寻址，因此把可位寻址的20H地址清零，作为位寻址单元用。
初始化程序如下：
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN:
MOVR0，#40H;清40H—53H共20个内存单元
MOVR1,#14H;
CLEAR:
MOV@R0，#00H
INCR0
DJNZR1，CLEAR
MOV20H,#00H;清20H，并为判断信号做位操作用
MOVP0，#00H;清P0口
MOVP1，#00H;清P1口
MOVP2，#00H;清P2口
4.2.2系统显示模块
本系统利用40H到47H作为段选码和位选码存储单元，当检查到传感器有信号输入时。
立即进行信号判断，随之根据信号判断的路数，对存储单元进行段选与位选的组合，从而输出相应的路数、
部分显示电路如下：
*********************
*设置位选码*
*********************
MOV40H,#80H;选通第一位
MOV41H,#90H;选通第二位
MOV42H,#0A0H;选通第三位
MOV43H,#0B0H;选通第四位
*********************
*设置段选码*
*********************
MOV44H,#01H；显示数字1
MOV45H,#02H；显示数字2
MOV46H,#03H；显示数字3
MOV47H,#04H；显示数字4
;显示程序1
DISPLAY1：
SETBP3.7；启动蜂鸣器
MOVA,44H
MOVR2,40H
ORLA,R2；显示第一位，数字为1
MOVP1，A
LCALLDLSS；调用延时程序5秒
CLRP2.0；关闭蜂鸣器
LCALLSPEAKER1；调用语音程序，发出为“1路“
LCALLDISPLAY6;调用短暂闪烁显示
LJMPSTART;返回主程序
4.2.3系统延时模块
系统延时流程图如图4-2所示
图4-2延时流程图
；延时子程序，执行一次时间为1秒
DLIS:
MOVR5，#08H
LOOPE:
MOVR6，#0FAH
LOOPF:
MOVR7，#0FAH
LOOPG:
DJNZR7，LOOPG
DJNZR6，LOOPF
DJNZR5，LOOPE
结论
设计了一个多路智能报警器电路，系统主要包括以下模块电路：
单片机控制模块、传感器模块、报警模块、显示模块四部分。
控制模块外围，有为该系统设计的复位模块电路和振荡电路，使系统更稳定，更实用。
系统能够从外部获取控制信号，并在单片机中进行数据处理。
数据处理完毕以后单片机便将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。
实现显示报警地点并通过蜂鸣器发出报警声音的功能，较好的满足了数字化和信息化的安防要求。
由于自己的水平有限，设计中存在不足之处，如果知识更全面的话，本设计科技进行如下改进：
1,、增加语言报警部分，可以实现报警更人性化和准确化
2、可以使用摄像头进行监视，从而达到系统的可视性
3、实现红外遥控，便于人机对话
4、增强红外传感的敏感性，保证感应更灵敏。
经过这次毕业论文设计，使我进一步了解了学习单片机的重要性，并且通过自己的创新思维设计出电路，加深了我对模拟电路的基本概念，基本电路的工作原理和基本分析方法的理解，提高了自身的能力和水平，使我更深的认识了电子技术在生产生活中的重要意义，我本次设计的多路防盗报警器，通过设计此装置，深刻的明白了它的工作原理，内部结构，应用意义，性能等方面。
在设计的过程中使我在满足设计要求的前提下，广开思路大胆创意，并到图书馆翻阅和搜集相关资料，为设计做了充分的准备，设计过程中遇到了一些困难，并没有使我灰心坚持到底，终于通过自己的努力完成了多路防盗报警器的设计。
参考文献
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机械工业出版社,2002
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Atechniquefortheexperimentalevaluationofdependabilityinmoderncomputers.IEEETransactionsonSoftwareEngineering,1998,24
（2）:
125-136
附录：
硬件电路总电路图：
附录二：
多路智能报警器程序清单
;*******************************************************************
;清零程序
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN:
MOVR0,#40H;清40H-53H共20个内存单元
MOVR1,#14H
CLEAR:
MOV@R0,#00H
INCR0
DJNZR1,CLEAR
MOV20H,#00H;清20H，为判断信号做位操作用
MOVP1,#00H;清P1口
MOVP2,#00H;清P2口
;********************************************************************
;设置位选码*
;********************************************************************
MOV40H,#80H;选通第一位
MOV41H,#90H;选通第二位
MOV42H,#0A0H;选通第三位
MOV43H,#0B0H;选通第四位
;********************************************************************
;设置段选码*
;********************************************************************
MOV44H,#01H;显示数字1
MOV45H,#02H;显示数字2
MOV46H,#03H;显示数字3
MOV47H,#04H;显示数字4
;********************************************************************
;主程序*
;********************************************************************
START:
MOVP2,#0FH
MOVA,P2
MOV20H,A;把信号送位操作地址
JNB00H,DISPLAY1;如果（00H）=0，则跳转到DISPLAY1
JNB01H,DISPLAY2;如果（01H）=0，则跳转到DISPLAY2
JNB02H,DISPLAY3;如果（02H）=0，则跳转到DISPLAY3
JNB03H,DISPLAY4;如果（03H）=0，则跳转到DISPLAY4
LCALLDISPLAY5
LJMPSTART
;******************************************************
升级会员 