红外线报警单片机课程设计.doc
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学号
201040140130
单片机原理及接口技术课程设计说明书
课程名称
人体接近检测及报警系统的设计
教学院
机电工程学院
专业
机械电子工程
班级
10级机械电子工程
（1）班
姓名
解文
指导教师
李涛刘东汉
2013
年
6
月
6
日
目录
前言…………………………………………………………
一课程设计任务书………………………………………………1
二主要元器件的选择与简介………………………………………4
2.1AT89C52芯片简介 ……………………………………………4.
2.2TORCH_LDR红外传感器 8……………………………………..7
三硬件系统设计…………………………………………………8
3.1系统框架图设计………………………………………………8
3.2红外报警系统的结构及工作原理…………………………9
3.3系统整体工作原理 …………………………………………10
四软件系统设计……………………………………………… 11
4.1主控流程图设计……………………………………………11
4.2主程序设计…………………………………………………12
4.3密码子程序设计……………………………………………15
4.4数码管子程序设计…………………………………………19
五系统调试与仿真 ……………………………………………21
六心得感悟 ……………………………………………………22
七参考文献 ……………………………………………………23
23
前言
随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，同现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，所以保证区域安全必须从运用现代化的防盗报警技术。
本文将系统介绍一种采用新的先进的红外线对射感应模块和人体红外探测装置制作而成的红外监控系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。
本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。
本系统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。
这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。
本设计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、LED控制电路等部分组成。
处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。
2012～2013学年第2学期
课程设计任务书
设计名称 单片机原理及接口技术课程设计 班级 10机械电子 地点 K1-303
一、课程设计目的
《单片机原理及接口技术课程设计》是机械电子工程专业的学生在完成《单片机原理及接口技术》等专业课程的学习之后，进行综合性设计训练的实践性教学环节。
目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾检查、复习和提高，并运用所学理论，通过调研，设计一个单片机方面的系统，受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力。
具体为以下几个方面：
1.能够正确运用《单片机原理及接口技术》等课程的基本理论和相关知识，复习单片机基本结构，了解一般应用系统的设计方法和步骤，掌握常用开发工具的使用方法。
培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具有单片机应用系统的初步设计能力。
2.通过控制电路的设计，掌握常用控制电路的设计方法。
3.通过控制系统方案设计，掌握单片机编程和调试的思想，方法，过程。
4.通过检索查阅运用有关手册、标准及参考资料，培养起学生检索查阅资料、使用资料的方法和能力。
5.通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课,专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际问题正确设计总体方案,分析具体问题、进行工程设计的能力。
二、课程设计内容
（一）课程设计题目：
出租车计价系统的设计
每个小组5~6名学生进行设计。
允许学生自己拟定实施要点，经指导老师同意后实施。
设计要求：
1.设计的计价系统能够模拟出租车计价器，计价规则为：
每天6点至22点1.5公里以内收费5元，超过1.5公里后每超过1公里收费1元；其余时间段1.5公里以内收费6元，超过1.5公里后每超过1公里收费1.2元。
2.系统需要有启动计价、停止计价、复位功能，也可以根据自己的设想增加新的功能例如时间设定等。
3.显示采用4位（或更多位）七段数码管显示，计费金额保留1位小数。
4.公里数的计量采用车轮的转动圈数乘以周长的方式得到，车轮的转动圈数以外部输入的方波信号代替，每一个方波周期代表车轮转动1圈。
需要用到的硬件：
单片机最小系统、七段数码管、键盘或微震开关，编程下载线，杜邦线若干。
（二）课程设计题目：
步进电机的调速系统的设计
每个小组5~6名学生进行设计。
允许学生自己拟定实施要点，经指导老师同意后实施。
设计要求：
1.设计一套步进电机的调速系统，能够实现步进电机的速度增加、减少、停止、启动。
2.系统需要有启动电机、停止电机、电机速度增加、电机速度减少四个按钮，也可以根据自己的设想增加新的功能按钮例如快速调速和慢速调速按钮。
每按动一个按钮，电动机速度做相应调整，系统开机启动电机时，电机速度为默认值。
3.显示采用4位（或更多位）七段数码管显示当前电动机转速。
需要用到的硬件：
单片机最小系统、七段数码管、键盘或微震开关，编程下载线、杜邦线若干、步进电机、驱动器、48V开关电源（步进电机、驱动器、电源我这里有一套，不需要大家买）。
（三）课程设计题目：
基于单片机的点阵电子显示屏设计
每个小组5~6名学生进行设计。
允许学生自己拟定实施要点，经指导老师同意后实施。
设计要求：
1.设计一套点阵电子显示屏，能够实现电子显示屏的显示。
2.电子显示屏采用64*16点的形式，显示屏上要求能够显示设定的文字或图形。
3.文字或图形的设定通过上位机（PC机）通过串口（VB编程）传送至单片机。
需要用到的硬件：
单片机最小系统（带串口）、16*16点阵模块4块，编程下载线、杜邦线若干。
（四）课程设计题目：
人体接近检测系统的设计
每个小组5~6名学生进行设计。
允许学生自己拟定实施要点，经指导老师同意后实施。
设计要求：
1.设计一套人体接近检测系统，当离检测系统5米以内（可设定）有人时自动识别并报警。
2.报警采用声光两种方法实现，声音采用小喇叭发声实现，光报警采用七段数码管实现。
需要用到的硬件：
单片机最小系统、扬声器元件（含驱动）1个、七段数码管、热释红外人体感应传感器1个、编程下载线、杜邦线若干。
三、进度安排
1.熟悉任务，查阅资料；1天
2.确定方案；2天
3.详细设计（硬件原理图及软件程序）5天
4.整理设计说明书，答辩。
2天
四、基本要求
1.课程设计应在教师的指导下由学生独立完成，严格地要求自己，不允许相互抄袭；
2.认真阅读《课程设计任务书》，明确题目及具体要求；
3.认真查阅题目涉及内容的相关文献资料、手册、标准；
4.大胆创新，确定合理、可行的总体设计方案；
5.控制系统方案可行，硬件选择合理，软件框图正确；
7.控制系统电气原理，图纸符合国家标准，布图合理，内容完整表达清晰。
8.设计说明书手写和打印均可。
课程设计第一天由各设计小组组长根据指导教师给的电子任务书拟定出适合本小组的课程设计任务书，并统一打印后分发各组员。
9.课程设计必须最终做出实物，要求实物运行稳定，能够实现任务书要求的功能。
机械电子工程系
2013.04.20
主要元器件的选择与简介
2.1AT89C52芯片简介
AT89C52特点：
1.与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
2.8K字节可重擦写FLASH闪存
3.1000次擦写周期
4.全静态操作：
0Hz-24MHz
5.三级加密程序存储器
6.256X8字节内部RAM
7.32个可编程I/O口线
8.3个16位定时/计数器
9.5个中断源
10.可编程串行UART通道
11.低功耗空闲和掉电模式
功能特性概述：
AT89C52提供以下标准功能：
8K字节FLASH闪存，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89C52的芯片管脚图如图2-1。
图2-1
引脚功能说明：
VCC——电源电压
GND——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，此时可作输出口。
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。
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），参见下表。
FLASH编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P1.0和P1.1的第二功能，如表2-1所示。
表2-1
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）
P2口——P2是一个带内部上拉电阻的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。
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。
P3口除作为一般的I/O口线外，更重要是它的第二功能，如表2-2所示：
表2-2
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
INTO（外中断0）
P3.3
INT1（外中断1）
P3.4
TO（定时/计数器0）
P3.5
T1（定时/计数器1）
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）
此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG——当访问外部程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。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。
PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
需注意的是：
如果加密位LB1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
2.2TORCH_LDR红外传感器
热释电式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，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜。
它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
热释电式传感器的优点是：
本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。
价格低廉。
热释电式传感器的缺点是：
容易受各种热源、光源干扰，被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。
环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
3.1系统框架图设计
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：
热释电红外传感探头电路、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总体设计框图所示：
AT89
C51
复位电路
信号检测电路
报警执行电路
LED发光显示
放大
驱动
驱动
总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89C51。
整个系统是在系统软件控制下工作的。
当红外检测装置检测到有人时，信号经放大电路和非门将相应的电平送至单片机的p1.0端口，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。
3.2红外报警系统的结构及工作原理
被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。
热释电效应是指如果使某些强介电质材料（如钦酸钡、钦错酸铅P（zT）等）的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。
在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器P（TR），PTR能将红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。
另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，以提高接收灵敏度。
用菲涅尔透镜配合放大电路将信号放大60一70db，就可以检测10一20m处人的活动。
热释电传感器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变，即极化电荷面密度保持不变。
这些极化电荷被空气中的带电粒子中和，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高，自极化强度变小，即电荷面密度变小。
这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射。
相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大，由相反方向的电流或电压输出。
热释电红外传感器的基本结构
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。
按照热释电红外传感器的用途来分，有以下几种：
用于测量温度的传感器，它的工作波长为（1－20）纳米;用于火焰探测的传感器，它的工作波长为0.435+/-0.15纳米;用于人体探测的传感器，它的工作波长为7－15脚。
图1.2是一个双探测元的热释电红外传感器的结构示意图。
该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的在于消除因环境温度和自身变化引起的干扰。
它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理，使传感器起到补偿作用。
当人体处于静止状态时，两元件极化程度相同，相互抵消;当人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到探测移动人体的目的。
使用时一般在管壳顶端装有滤光镜片及窗口，用以选择接收不同的波长。
在窗口上装滤光镜的目的是使不需要的红外线不能进入传感器。
一般热释电红外传感器在光谱范围内的灵敏度是相当平坦的（并且不受可见光的影响）。
一般常用硅质聚乙烯材料的滤光镜，它能以非接触形式检测出物体放射出来的红外线能量变化，并将其转换成电信号输出。
传感器探头前部装有菲涅尔透镜。
菲涅尔透镜是用透明塑料制成的一种具有特殊光学系数的透镜，它由一组平行的棱柱型透镜所组成，它的每一单元透镜都只有一个不大的视场角，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，也不重叠，都相隔着一个盲区，这样就在传感器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断在“盲区”和“高灵敏区”内切换，这样就使接收到的信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，增强了能量变化幅度，从而提高了探测灵敏度。
热释电红外探测器的基本原理
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。
当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。
由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。
红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。
当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体（如墙壁、家具等）在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。
当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U。
，送往报警器，发出报警信号。
红外探测器的探测波长为8－14微米，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。
被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。
由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采动式红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了电话自动拨号报警的功能，使报警系统更加趋于完善。
3.3系统整体工作原理
整个系统的硬件部分主要包括五个部分:
MCU模块;红外探测器;声音报警电路;数码管显示电路;键盘输入密码电路。
其系统工作原理为:
传感器将探测到的信号送到前置信号处理器处理，单片机判断到P1.0口有脉冲下降沿跳变信号时立刻转到声音报警程序，这时蜂鸣器将在6.5秒之后报警，同时数码管显示等待输入密码，过程持续6.5秒。
在这6.5秒内如果有人正确输入密码12341324则蜂鸣器不会发出警报，如果在6.5秒内没有正确输入密码或者没有输入完整的密码则会触发警报，在蜂鸣器发出警报之后如果正确输入密码则解除报警。
如果这段时间没有人解除报警，则证明靠近报警系统的是未经允许的，一直处于报警状态。
如此，完成整个系统的工作工程。
之后，单片机会继续循环回到判断P1.0口，等待下一次报警。
三软件系统设计
3.1主控流程图设计
单片机在初始化时，电压处于不稳定状态，导致此时的单片机不稳定，一般在上电后都要对系统加一段延时。
延时后单片机通过红外传感器检测是否有人靠近，若有人靠近则为低电平0，否则为1，七段数码管先经过初始化之后全灭，在检测到有低电平之后数码管闪烁，等待输入密码，此时调用密码子程序，从键盘输入密码并不断检测密码是否输入正确，若输入正确则密码子程序返回一个高电平此时报警解除，否则返回一个低电平蜂鸣器开始报警，同时密码子程序不断检测是否输入正确密码值，在密码输入正确之前蜂鸣器会一直处于报警状态。
主程序流程图参见图4.1。
3.2主程序设计:
#include
#include"mima.h"
#include"seg.h"
sbitBEER=P1^0;
sbitHONGWAI=P1^1;
ucharT1_num=0;
voidT1_init（）
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