具有防盗报警功能的多功能电子万年历.docx

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具有防盗报警功能的多功能电子万年历

摘要：

多功能防盗电子万年历是一种利用51单片机和红外传感器以及时钟芯片等编程来实现防盗、时间显示、万年历、闹钟、温度检测等丰富的功能的电子产品。

其主要功能是人体红外感应、显示公历日期、农历日期、时间、节假日显示、闹钟和温度检测等功能，并能够设置时间和闹钟。

由于红外热释电感应防盗探测的强隐蔽性和保密性以及电子万年历走时准确，功能丰富且实用，多功能防盗电子万年历适用于各种公共场所、商业场合和居民家庭。

本设计论文从软件和硬件两方面对系统进行了详细的分析和设计。

介绍了系统的主要结构，外围电路的连接，有关芯片之间的传输协议和程序设计。

整个系统设计采用模块化的思想，模块之间相互协作工作，具有操作简单、安装方便、成本低等优点。

关键字：

防盗；单片机；时钟；闹钟

Abstract:

Anti-theftelectroniccalendarisakindofmakeuseof51microcomputerandinfraredsensorsandtheclockchipprogrammingtoimplementthesecurity,timedisplay,perpetualcalendar,alarmclock,temperaturedetectionofabundantfunctionssuchaselectronicproducts.Itsmainfunctionistothehumanbodyinfraredsensor,accordingtotheGregoriancalendardate,accordingtothelunarcalendardate,time,display,alarmclockandtemperaturedetectionandholidaysandbeabletosettimeandalarmclock.Asaresultoftheinfraredheatreleaseelectricinductionanti-theftdetectionofstrongconcealmentandconfidentiality,andelectroniccalendarasaccurate,richandpracticalfunction,anti-theftelectroniccalendararesuitableforallkindsofpublicplaces,businessoccasions,andhouseholds.Thisdesignpaperfromtwoaspectsofhardwareandsoftwaretocarryonthedetailedanalysisanddesignofthesystem.Introducedthemainstructureofthesystem,theperipheralcircuitconnection,thetransportprotocolbetweenthechipandtheprogramdesign.Thewholesystembyadoptingtheideaofmodulardesign,collaborativeworkbetweenmodules,withsimpleoperation,easyinstallation,lowcostadvantages.

Keywords：

Anti-theft,Microcomputer,Clock,Alarmclock

第一章绪论

1.1概述

随着电子技术的不断发展，单片机技术在设计中所体现在出来的优势越来越明显，它不仅是电子信息类专业的一个重要部分，而且在其它类专业工程中也是不可缺少的。

广泛地应用于家电、工业过程控制、仪器仪表、智能武器、航空和空间飞行器等领域发展更是迅速，已成为新一代一些电子设备不可缺少的核心部件。

目前世界上单片机年产量已达十多亿片，通常是当年微处理器产量的4-5倍以上。

用最少的芯片就能实现最强大的功能。

可以想见，这是将来电子产品的主流方向，它将无可置疑地一步步取代其它同类产品，其数量之大和应用面之广，是其它任何类型的计算机所无法比拟的。

单片机是应工业测控需要而诞生的。

它把计算机最基本的功能电路，如CPU、程序存储器、数据存储器、I/O接口、定时、计数器、中断系统等集成到一块芯片上,形成单片形态的计算机。

单片机通常以最小系统运行，在家用电器中和常用的智能仪器仪表中常常可以“单片”工作，同时单片机在我们日常生活中也经常见到，如电子表、舞厅里的一些灯光的控制、一些招牌灯光的控制、工厂一些自动控制等。

将来只要有自动控制方面的都会离不开单片机的开发和使用，对于现代的自动化控制起着举足轻重的作用。

随着经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。

同时，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出增长趋势，传统的依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式已经越来越不能满足人们的要求。

于是各种自动报警系统应运而生，被广泛地应用于需要高安全要求的各种场所。

多功能电子万年历作为一种载体，可以集众多功能与一身，在观测时间的同时，能够了解其它与人类密切相关的信息，比如温度、星期、日期、农历等，具有读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁等诸多优点，符合电子仪器仪表的发展趋势。

1.2国内外发展趋势

随着时代的不断进步，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，不得不时刻留意那些不速之客。

现在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。

此外，在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：

例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到纳米的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到纳秒的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。

显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。

一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。

可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。

由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

世界各国都十分重视这一领域的发展

热释电红外传感器分主动式和被动式两种。

本次设计选用的是人体红外感应模块HC-SR501，它属于被动式红外开关，它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。

特别适用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

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,就触发反警。

相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

近年来，随着科学技术的迅速发展，无论在国内还是国外，电子万年历的设计方案已经越来越成熟，稳定性和实用性有了很大的提高，电子万年历也发展成为原来只能实现基本功能到现在市面上集多种功能于一身的常见电子产品。

现在的电子万年历产品基本都采用了集成度非常高的专用芯片，这大大降低了产品的设计难度，同时也缩短了产品的生产周期。

正是基于电子万年历很好的开放性和可发挥性，多种多样的电子万年历被设计出来。

目前市场上有普通万年历、温度万年历、计算器万年历、天气预报万年历、多功能万年历、世界时间万年历、等等各种各样的万年历产品。

然而，现代的数码产品市场更新换代周期越来越短，所以在设计万年历产品的时候在完成一些基本功能的情况下，在控制好成本的前提下，往产品内加入更多的实用功能已经成为一种趋势，这个也成为制约万年历产品受欢迎程度的一个重要因素。

1.3系统的技术要求

本设计有效地利用单片机各个接口，设计了一款读取方便、显示直观、功能多样、电路简洁、成本低廉的多功能电子万年历。

本设计要求深入学习单片机以及红外热释电传感器警报电路的知识与发展现状，并熟练掌握在Keil编译环境下单片机编程设计环境中各种模块的设计编译与下载分析工具的使用，完成带有红外热释电多功能电子万年历的各个模块的设计与分析，工作在5V电源情况下，能够准确感应人体红外并产生警报，实现人体红外感应报警器功能；显示公历1901～2099年日历；能够显示公历日期对应的农历日期以及节假日显示；星期自动对应，闰年、大、小月份自动调整；采用24小时制；自动显示温度，温度显示精确到0.1℃；要求具有闹钟功能，在设定的闹钟时间点蜂鸣器响起；没有外接电源的情况下依然保持时钟运行；实现按键控制调时电子万年历的年、月、日、时、分、星期、以及24小时制时间显

示、定时闹钟。

1.4本设计的难点

本设计的主要难点是公历转农历的算法问题、时间可调问题和闹钟设置问题，这三个问题能否成功解决关系到本次设计的成败。

1.5论文指导思想

本论文先对系统所需要的主要芯片进行了选择和论证，确定了选用STC89C52RC单片机作为系统的主控芯片，时钟芯片采用DALLAS公司的DS12CR887，数字式温度传感器DS18B20实现实时温度的检测，而显示部分采用LCD12864显示屏，红外感应部分采用红外热释电传感器HC-SR501。

本论文重点是对相应主要模块的硬件和软件设计进行详细的分析，比如STC89C52RC、DS12CR887、DS18B20、LCD12864等芯片引脚和工作原理，有利于对万年历系统各个模块的理解。

最后对整个系统的设计流程，工作方式进行分析。

第二章芯片的选择和论证

2.1时钟芯片的选定

DS12CR887的功能简介：

DS12CR887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM-PC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容（芯片引脚图如图2-1所示）。

由于DS12CR887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12CR887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。

在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12CR887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12CR887的控制信息，称为控制寄存器，113字节通用RAM使用户使用；此外用户还可对DS12CR887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。

基于以上优点我们决定选用DS12CR887芯片来完成我们的设计。

图2-1DS12CR887芯片

2.2温度芯片

DS18B20是数字式温度传感器，采用单总线通信协议。

DS18B20具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高附加功能强，封装形式多样等特点（芯片如图2-2所示）。

适合各种狭小空间内设备的数字测温和控制。

同时单线可挂接多个元件，因为每个元件都有唯一的一个64位光刻ROM编码，家族码为28H，可以多个也可单个操作。

电压测量范围是3.0V到5.5V。

内部含有EEPROM，其报警上、下限温度值和设定的分辨率倍数在芯片掉电的情况不丢失。

并且内部带有AD转换电路，技术较为成熟，所以采用此芯片最为合适。

图2-2DS18B20芯片

2.3液晶显示屏

在显示方面，由于这次设计的万年历系统需要显示中文的农历、节假日等各种信息，为了便于控制、显示中文字符，我们选择了带有中文字库的基于Sitronix公司的ST7920芯片的液晶显示屏LCD12864。

2.4主控芯片

STC89C52单片机作为核心控制体，该单片机具有高可靠，超低价，低功耗，无法解密等优点。

该单片机属于双列直插式封装的DIP40口管脚。

具有4个输入输出端口，分别为PORT0，PROT1，PROT2，PROT3，其中P0口是一组8位漏极开路型双向IO口，校验时，要求接上拉电阻。

其他三个内部有30K的电阻，所以不用再外接电阻。

此单片机具有6个中断，其中包括三个定时器中断，二个外部中断，一个串口中断，为全双工通信口。

内部有静态非易失E2PROM和看门狗。

片内含8Kbytes的可反复檫写的只读程序存储器（E2PROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），功能强大，适合许多较为复杂的控制应用场合。

相比较其他芯片来说比较适合学生试验所用，故采用此单片机作为核心控制芯片。

2.5红外热释电传感器

本次设计所用的是人体红外感应模块HC-SR501，HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，具有120°的可探测角度，7米的探测范围，可以设置0.3秒到18秒的延时功能，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，具有可重复触发和不可重复触发两种触发方式以及温度补偿和高电平输出等特点，方便与各电路实现对接，其工作电压范围宽，可以在4.5~20V电压下工作，而且功耗低，分析过后，其各种参数复合课题需求。

第三章系统设计

3.1系统模块结构

系统采用自顶向下模块化的设计思路，系统分为中央处理器模块、红外热释电传感器模块、温度传感器模块、时钟控制芯片模块、按键输入模块、蜂鸣器警报模块、液晶显示屏模块以及电源和系统复位部分。

系统结构图如图3-1所示：

图3-1系统结构图

中央处理器模块：

由单片机以及外围时钟芯片组成，处理来自红外感应传感器、键盘、温度传感器、时钟芯片的信号，应对接受的信号完成相应的操作。

当红外感应传感器感应到人体红外时驱动蜂鸣器模块发出警报；将接受到的温度传感器信号显示到显示屏上；通过算法处理时钟芯片的信号，计算出实时的时间日期并显示。

是整个系统的核心部分。

红外传感器模块：

在中央处理器开启红外感应功能后，红外传感器负责探测可测范围内是否有人体红外出现，探测到人体则向中央处理器发送高电平信号，触发警报。

温度传感器模块：

实时检测温度并向中央处理器模块发送数据。

时钟芯片模块：

向处理器实时传输实时时间信号，中央处理器可以修改时钟芯片中的时间信息。

蜂鸣器模块：

当处理器发出闹钟信号或者人体感应警报后蜂鸣器模块发出声音表示警告提醒。

显示模块：

显示时间、日期、温度、时间设置界面、以及红外传感器开启情况等各种信息。

键盘模块：

设置时钟、开关红外报警器、开关闹钟时使用。

3.2设计方法以及设计流程

红外热释电传感器设计流程如图3-2，单片机初始化成功后，进入主程序，键盘扫描红外传感器设置开关是否按下，检测到传感器设置按钮按下则开始接受传感器数据；当单片机接收到传感器传送过来的高电平，表示探测到人体，单片机控制蜂鸣器开始报警；此时按下设置按键可以关闭蜂鸣器报警和红外感应。

图3-2红外线传感器模块设计流程

图3-3电子万年历设计流程

多功能电子万年历设计流程如图3-3，整体过程分为时钟芯片模块、键盘模块、蜂鸣器、显示屏和主控芯片五个模块相互协作运行，主程序完成对所有模块的初始化和每个模块的循环运行流程。

其中初始化过程完成各个端口的初始化，和每个芯片的初始化设置。

进入主循环后首先显示时间温度等各种数据，打开闹钟。

键盘扫描程序，在显示主界面按下A进入闹钟调节界面，按下D进入时间设置界面。

在闹钟设置界面中D为退出，B/C为加减，多次按A为选择。

在时间设置界面中A为退出，B/C为加减，多次按D为选择。

在闹钟1或者闹钟2时间到后蜂鸣器响起，按B/C解除闹钟。

如果在键盘扫描没有扫描到按键，则所有标志位为允许，维持主界面内容。

第四章主要模块介绍

4.1主控模块

目前，在我国比较流行的就是STC89C52RC单片机，STC89C52RC是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

●增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；

●工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）；

●工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz；

●用户应用程序空间为8K字节。

●片上集成512字节RAM

●通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

●ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片

●具有EEPROM功能

●具有看门狗功能

●共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2

●外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

●通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART

●工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

●PDIP封装

STC89C52RC单片机的工作模式

●掉电模式：

典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序；

●空闲模式：

典型功耗2mA；

●正常工作模式：

典型功耗4Ma～7mA；

●掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备；

图4-1STC89C52RC引脚图

STC89C52RC采用PDIP-40封装结构，图4-1是它的封装图，40个引脚中正电源和地线两根，外置石英振荡器额时钟线两根，4组8位32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

现在对这些引脚的功能进行说明：

VCC（40引脚）：

电源电压；

VSS（20引脚）：

接地；

XTAL1（19引脚）：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端；

XTAL2（18引脚）：

振荡器反相放大器的输入端；

时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容一般取10p-30p。

另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。

输入输出引脚：

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时，要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。

对端口写入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。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：

P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P3的输出缓冲器可驱动4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。

P3口除了作为一般的准双向通用I/O口外，如表4-1每个引脚还有复用功能。

表4-1P3口引脚复用功能

引脚号

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。

看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。

在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

（29引脚）：

外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。

当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。

/VPP（31引脚）：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。

注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。

为了执行内部程序指令，应该接VCC。

在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。

4.2实时时钟电路模块

4.2.1DS12CR887简介

时钟模块选用DS12CR887芯片，DS12CR887芯片能够自动产生世纪，年，月，日，星期，时，分，秒信息，闰年补偿至2100年，具有闹钟功能。

内部自带锂电池，在外部掉电时信息不丢失，并且能精确走10年之久。

同时DS12CR887能自动检测电源故障和切换电路，有工业级温度范围。

此芯片可以广泛应用于对环境要求严格的控制系统中。

如嵌入式系统，电表，安全系统，网络集线器，网桥，路由器。

4.2.2DS12CR887引脚介绍

第一管脚（MOT）是Motorola或Intel总线时序选择端，利用