基于51系列单片机的无线报警器.docx

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基于51系列单片机的无线报警器

[摘要]本文介绍了基于51系列单片机的无线报警器，发射端将信息发送出去后，信息经过编码解码,接收端将信息传送给单片机，并控制报警。

设计有两个模块组成：

无线发射模块、单片机监控下的无线接收报警模块。

发射模块中四个按键控制数据信息的发送，编码芯片PT2262对信息进行编码，然后送给发射头，经过发射头将信息发送出去；接收模块接收到信息后送给解码芯片PT2272，PT2272进行解码，然后将解码信息传送给单片机AT89C51，最后引起警铃报警。

除此报警功能之外，此系统还添加了设防功能和撤防功能，用以应对断电时无线报警失灵的的情况。

本文详细分析了上述实现原理，给出了主要程序部分，并通过了测试，有较强的实用价值。

[关键词] 51系列单片机，PT2262,PT2272,设防，撤防

[Abstract]Wirelessalarmbasedonthe51seriessinglechipisintroducedinthispaper,thetransmittingterminalwillsendoutinformation,whichisthroughcodinganddecoding.Thereceivergetstheinformation,whichwillbetransmittedtoSingle-chipmicrocomputertocontrolthealarm.Thedesignhastwomodules:

wirelesstransmittingmoduleandwirelessreceivingalarmmodulemonitoredbythesingle-chipmicrocomputer.Fourbuttonsinthetransmittingmodulecontroldatainformationsend,theencodingchipPT2262codeinformation,andthensenttoittolaunchheadfirst,finallylaunchheadsendoutinformation;Receivingmodulereceiveinformation,whichissenttodecodingchipsPT2272tobedecoded,thenwhichwilltransferinformationtothesinglechip-microcomputerAT89C51,finallycausingalarmbellringing.Besides,thissystemalsoaddthefortificationfunctionandremovalfunctionthatdealwithwirelessalarmfailureofpowercuts.

Theoperationprincipleisanalyzedinthepaper.Themainpartoftheprogramisgiven,andpassthetest.Thisdevicehasastrongpracticalvalue.

[Keywords]51seriesMCU,PT2262,PT2272,fortification,disarm

目　录

1绪论1

1.1防盗报警器的设计背景1

1.2无线防盗报警器的国内外发展现状1

2系统分析2

2.1系统设计要求：

2

2.2无线防盗报警器的工作流程框图2

3硬件设计3

3.1原理描述系统功能框图3

3.2功能模块详细设计3

3.2.1无线转发防盗报警发送电路3

3.2.2接收报警电路5

3.2.3接收电路电源部分5

3.2.4无线接收部分6

3.2.5单片机控制部分7

3.3主要芯片功能描述7

3.3.1AT89C51高性能8位单片机7

3.3.2编码解码芯片PT2262/PT2272芯片选择10

3.3.3集成芯片LM38611

3.3.4门磁传感器12

3.4安装与注意事项12

4软件设计13

4.1主程序流程图：

13

4.2程序模块说明13

4.2.1停电报警程序14

4.2.2撤防程序14

4.2.3布防程序15

5仿真与调试16

5.1无线发射模块仿真16

5.2无线接收模块仿真17

5.3无线装置的硬件调试17

结论19

致谢20

参考文献21

附录：

部分程序22

1绪论

1．1防盗报警器的设计背景

在电子技术日益发展的今天，报警系统从以前的单一的有线报警方式，逐步转变到有线和无线等多种控制结合的方式。

无线报警系统是一种新型而实用的应用手段,在要求保密性与安全性场合，如私人住宅、银行等，若采用无线报警系统，可以很大程度的节省人力物力，也可以更有效率的服务于客户[1]。

这些年来，随着无线技术研究的不断深入，再加上其具有节约空间、节省人力物力等优点，无线技术的应用变的越来越普及。

国外在无线研究方面发展一有十年之久，国内的一些厂家也是近几年才做了相关产品的研究和生产。

市场上的同类产品一般仅仅使用编码解码芯片和几个发光管，这样就导致了用户有限且抗干扰性能低的现状，而本设计是基于51系列单片机的开发，由于51系列单片机体积小、重量轻、抗干扰能力强、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在数据采集控制中起重要作用[2]。

利用51系列单片机控制数据信息,能够通过串口连续发送六组数据，这样可以提高抗干扰性。

在接收以后还会对数据进行多次比较以后,确定为自己子机群中的数据时,才传送给被控器件，产生报警。

该设计带来的直接效益就是：

保卫了个人与社会的安全，使不法分子有所忌惮。

本次设计的无线报警装置是利用单片机易于调节、控制的特性，并且发射端和接收端都模块化设计，大大提高了装置的性能，可应用于家庭和社区的门窗无线报警。

通过在多个门窗位置安装无线发射模块，在主人能听到的地方安装无线接收模块。

综上所述，本设计是以单片机为主要控制器件，实现家庭防盗无线报警功能。

1.2无线防盗报警器的国内外发展现状

目前，无线报警系统的需求主要是源于报警系统安装时环境的要求。

通常无论是安装无线报警系统还是有线报警系统，是由安装人员而不是最终使用用户决定的，而安装人员最关心的是利润，只有在人工很高的地区，他们才会考虑无线系统安装时带来的各种便利[4]。

目前在中国市场中，虽然人工成本要比国外低的多，但住宅主要是由砖、混凝土等建筑材料筑成。

除非一开始就考虑管线的布置，否则安装有线报警系统的工作量会很大，并会对建筑外观都有一定程度的破坏，这也使人们对于无线报警系统有了新的市场需求，近年来，随着科学技术的迅猛发展，无线防盗系统的技术已经越来越成熟。

具体来说，在以下诸多个方面无线防盗技术有了长足的进步：

a、安全性方面；b、抗干扰性方面；c、低误报率方面；d、低维护费用方面；e、智能化的系统升级。

无线报警系统的使用对象主要是居民用户，正是这一特点决定了无线报警系统发展的一个方向，那就是无线系统的亲和性和操作的简便性，各家厂商都在这方面下大工夫，有别于现有的有线报警系统，新一代无线安防系统大都具有以下特点：

（1）外形设计美观，适于家庭安装使用[5]。

（2）系统操作简便，都配有外形美观的图案标志的遥控器，各项操作有石同的声音或语音提示。

（3）集成有双向对讲和监听设备，可用于报警、医疗求救和家庭的远程通讯。

（4）给用户提供多种布／撤防方式，适合家庭的多种需要。

由于一套性能先进、质量可靠的无线安防系统的价格一般至少是有线设备的2倍以上，这为无线安防系统的大量推广设置了一定障碍，目前要在我国广泛推广，可以采用和联网报警中心紧密结合，以及与智能楼宇联系在一起的方式[3]。

1.3本文主要工作

本文主要进行了如下工作：

本文主要介绍基于单片机的无线报警装置的实现,第二章主要内容是讲解无线报警装置的主要设计要求和系统的工作流程图。

第三章的主要内容是实现系统的功能要求的模块介绍,同时系统的总框图。

第四章的主要内容是软件设计的主要流程图和程序功能说明.第五章主要是仿真与调试。

2系统分析

2.1系统设计要求：

无线的发射与接收；

转发的距离：

l00m;

转发的频率：

315MHz;

单片机型号：

AT89S52;

传感器类型：

门窗传感器（设计中用开关代替）

供电电源电压：

9～12V;

安装条件：

无线布控，不需布线。

2.2无线防盗报警器的工作流程框图

该系统的工作流程框图如下：

图2-1系统工作流程图

本设计可以分为硬件电路设计和软件程序设计两大部分，首先介绍了该控制系统的硬件电路部分，包括无线转发防盗报警发送电路、无线防盗报警接收电路及一些主要芯片（如：

AT89C2051、PT2262/PT2272、LM386等）。

其次是软件程序设计部分，包括主程序分析和模块程序分析（如：

停电程序、撤防程序、布防程序等）。

3硬件设计

3.1系统框图

在无线转发防盗报警发送电路中，当关上门时，传感开关导通，D触发器CD4013（11）脚通过传感开关接地，

（1）脚输出低电平，电源控制切断高频发射及编码调制供电回路，此时静态电流仅为5uA，故可不设电源开关。

若有人非法打开门窗时，传感开关将因失去门磁而断开，CD4013（11）脚被高电平触发，（13）脚输出约5s单稳态低电平并进一步触发（6）脚，（l）脚输出控制周期约为1s的高电平脉冲。

该脉冲控制着电源及编码发射的通和断，从而使编码调整管8050及超高频发射管F90间歇工作Ss后自动停止，完成对报警信号的发送任务。

改变（10）脚的电阻值，可调整被触发后发射电路的工作时间，改变（6）脚的电阻值，可调节间歇发射周期。

接收报警电路在有效转发范围内接收到信号时，T942高频接收组件输出已解调编码脉冲串至解码（14）脚，若编解码地址管脚地址设置一致。

PT2272的（10）、（11）、（12）、（13）、（17）脚输出预置数据至单片机电路，由单片机去控制报警。

系统功能框图系统总框图如下：

开关触发信号

图3-1系统总框图

3.2功能模块详细设计

3.2.1无线转发防盗报警发送电路

发射框图：

图3-2发射原理框图

当门磁传感器产生报警信号时，使D触发器CD4013

（1）脚输出控制周期约为1s的高电平脉冲。

该脉冲控制着电源及编码发射的通和断，在编码输出脚（17）输出串行的编码信号，从而使编码调整管8050及超高频发射管F90间歇工作，5s后自动停止，完成对报警信号的发送任务。

无线转发防盗报警发送电路如图3-3。

图3-3无线转发防盗报警发送电路

3.2.2接收报警电路

该电路主要由无线接收、数据解码、数据处理、报警电路、输出显示、断电报警和电源电路组成[8]。

整机接收频率315M，数据解码采用市面上用得较多的PT2272专用解码芯片，可靠性及稳定性较好；数据处理的任务由单片机完成，用于区分报警信号，同时接受各种操作指令，完成相应的操作。

当接收到报警信号后一方面驱动报警电路，发出响亮的警车报警声，另一方面输出具体的地址信息，确定是哪一路发送了报警信号；断电报警功能则实时监控电源状况，当市电断电后，能发出嘟嘟的报警声，提醒使用者注意，外供电已被切断，若为不法分子破坏所致，可提早进行防范。

接收框图：

图3-4接收原理框图

3.2.3接收电路电源部分

家用交流电经过整流滤波后，再采用稳压芯片7805，产生5V的直流电源，为单片机电路供电。

实际也可用3节电池组成的电池盒供电。

图3-5电源电路

3.2.4无线接收部分

该电路采用的高频接收组件是T942，解码芯片采用台湾普城公司生产的PT2272。

T942把发射电路发射过来的信号接收传输到解码器PT2272的（14）脚数据输入端。

解码器PT2272的地址AO～A7与PT2262设置一致时，解码器将接收发送来的数据，并呈现在数据输出端DO～D3端锁存，同时在VT（有效传输引脚，高电平有效）端输出一个脉冲信号。

PT2272输出预置数据至单片机控制电路。

采用的单片机是AT89C51，解码芯片PT2272输出的数据进入单片机，经过计算，处理后，输出相应的信号去响应报警。

无线接收电路原理图：

图3-6无线接收电路

3.2.5单片机控制部分

图3-7单片机控制部分

3.3主要芯片选择

3.3.1单片机选择芯片选择

本设计的无线接收模块采用芯片AT89C51和PT2272。

AT89C51是一种低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含有8KB的可反复檫写的只读程序存储器和256KB的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司高密度、非易失性存储器技术制造兼容MCS-51产品指令系统[7]。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和Flash存储单元，使得AT89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用解码电路，PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,常与编码芯片PT2262配套使用，多用于无线遥控发射电路。

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案[8]。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入／输出（1/0）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本[10]。

本设计选择AT89C51单片机，是由于采用单片机的无线报警装置拥有更优良的调节控制性能，AT89C51单片机虽然是功能结构最简单的单片机，但由于价格便宜，器件的功能基本能满足设计要求，之前对51单片机已经有了一定程度的了解，因此就是使用AT89C51单片机承担无线接收模块主要的采集信号、控制功能。

其中，VCC电源端接三节电池的电池盒，提供4.5V电源，电源并要结合30pf的电容连接到RST端，提供上电复位信号；GND端接地；18，19端接12Mhz的晶振；P1.0口到P1.3口用于接收四个开关的信号，分别是设防开关、报警开关、撤防开关、警示开关。

P2.1口用于接收外部电源关闭的中断信号INT1[11]。

P2.5口用于输出信号驱动蜂鸣器报警。

3.3.2实现方法简介

发射头将信息发送出以后，接收头接收后将信息送给解码芯片PT2272，PT2272接收到信号后，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。

具体实现步骤见软件设计章节。

AT89C51引脚图如下：

图3-8AT89C51引脚图

引脚功能说明：

（1）VCC:

电源电压。

（2）GND:

地。

（3）PO口：

PO口是一组8位漏极开路双向1/0口，也即地址／数据总线复用口。

作输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“l”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[12]。

在Flash编程时，PO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。

（4）P1口：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向1/0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，此时可作为输入口。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

[13]。

（5）P2口：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向1/0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。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，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时，P2口线上的内容，在整个访问期间不改变。

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。

（6）P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向1/0口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

对P3口写入“l”时，它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。

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。

P3口除了作为一般的1/0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。

（7）RST:

复位输入。

当震荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

（8）ALE/PROG:

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE还以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

（9）EA/VPP:

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为OOOOH-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需要注意的是：

如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

（10）XTALI:

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

（11）XTAL2:

振荡器反相放大器输出端。

（12）时钟振荡器：

AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相器，引脚XTALI和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器[14]。

外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容CI、C2接在放大器的反馈回路中构成并联荡电路。

对外接电容CI、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、搌荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30PF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40PF。

（13）AT89C51单片机内部有4K字节的Flash存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内部均为FFH），用户随时可以对其进行编程。

编程接口可接收高电压（+12）或低电压（vcc）的允许编程的允许编裎信号。

低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用EPROM编程兼容。

（14）AT89C51的极限参数：

工作温度：

-55℃to+125℃；

储藏温度：

-65℃to+150℃；

任一引脚对地电压：

-1.OVto+7.OV;

最高工作电压：

6.6V;

直流输出电流：

15.0mA

3.3.2编码解码芯片PT2262/PT2272芯片选择

此无线装置传送信号需要发射编码信号无线传送，因此需要选择编码解码芯片。

目前市场上有大量应用在无线传送领域的编解码芯片，比如无线编解码芯片EV1527、无线编解码芯片（CMS2272）、无线编解码电路SC2260SC2260-R4等。

但考虑到设计预算有限，设计也较为简单。

因此采用编码解码芯片PT2262/PT2272。

只要很少的外围器件就可以实现短消息通信识别，而且整个系统的稳定性也较高，比较简单，适合作为简单遥控用使用。

PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，之所以选择这款编码解码芯片，PT2262/PT2272最多可有12位（AO-A1I）三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441地址码，PT2262最多有6位（DO-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。

当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低电平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号[16]。

表3-3管脚

名称管脚说明

A0—A111-89-13地址管脚可用于编码设置为0、1、f

D0-D51-6数据输入端当为1时编码发出

VCC18电源正端

VSS9电源负端

TE14编码启动端

OSC1OSC21615振荡电阻输入输出端

DOUT17编码输出端

3.3.3集成芯片LM386

在现实中设计的无线报警装置，所需警铃功率较大，因此需使用集成功放电路。

一般选用型号为LM386的集成功放器件。

LM386是美国国家半导体公司生产的低电压小功率音频功率集成电路。

它具有以下特点：

（1）工作电压范围宽．为4～12V;

（2）静态耗电电流小，为4mA（典型值）；

（3）失真小，为0.2%（典型值）；

（4）电压增益可变，为20~200倍（26～46）：

（5）外接元件少，电路内部工作状态自动调节：

（6）输出功率为660mW（最大）;

（7）频带范围为300Hz～300kHz。

晶体管VTI～VT6构成了输入级，VT7为电压放大级，其集电极负载为一恒电流。

VT8～VTl0组成互补对称OTL输出电路。

电阻R5～R7组成负反馈环路，其固定增益为20倍。

LM386的外形采用8脚双列直插式封装，下图为其外形及管脚排列图。

左侧槽形缺口是定位标记，它的左下角引线是①脚（有的上方还有一个圆点标记），②③脚是输出端，④脚接“地”，⑤脚是输出端，⑥脚接电源正极，①⑦⑨脚用以改善集成功放的性能[17]。

如要调节一下LM386的放大倍数，可在它的①⑧脚间接上一个电位器和一只l0uf左右的电容组成串联网络。

当电位器的阻值为零时，LM386的电压放大倍数最大（约20倍）。

如要使扬声器发出的声响柔和一些，可在⑤脚与地之间串接一只电容和电阻。

在⑦脚与地之间接上一只几十微法的电容器，便可防止LM386出现自激。

3.3.4门磁传感器

在实际中触发装置可采用无线门磁传感器、红外传感器、超声波传感器等类型的