基于单片机的防盗报警器.docx
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基于单片机的防盗报警器
、
《单片机原理与外围电路》课程论文
题目：
防盗报警器
姓名
学
摘要:
伴随着社会的发展，人们的生活质量不断提高，拥有了更多的奢饰品，因此防盗就成了一项重要的课题。
本次毕业设计的红外线防盗报警器是基于电源电路给整个电路提供+5V电压，通过红外线发射和接受系统来感应是否有人闯入，并通过单片机系统向声光报警电路发出信号，达到声光报警的目的。
论文首先简单介绍了红外线防盗报警器的发展背景、基本电路结构和工作原理，以及国内红外线防盗报警器的发展状况，然后结合应用电路具体介绍了该应用电路的工作原理。
论文详细论述了电源电路的具体变压、整流、滤波、稳压过程，以及通过单片机系统内部程序的设定来区分红外线接受端电压的变化，并通过单片机来控制声光报警电路，最后通过555定时器来输出稳定的信号。
关键词：
报警器，51单片机；红外传感器；555定时器
Abstract:
alongwiththedevelopmentofthesociety,people'squalityoflife,havemoreluxuries,sosecuritybecomesanimportanttopic.Infraredburglaralarmofthisgraduationdesignisbasedonthepowersupplycircuittotheentirecircuitprovidesa+5vvoltage,whetherinducedbyinfraredtransmissionandreceptionsystemwasbrokeninto,andthroughthesingle-chipmicrocomputersystemtosoundandlightalarmcircuitsignal,achievethegoalofsoundandlightalarm.Paperfirstbrieflyintroducesthedevelopmentbackgroundofinfraredburglaralarm,basiccircuitstructureandworkingprinciple,anddomesticdevelopmentofinfraredburglaralarm,andthencombinedwithspecificapplicationcircuitintroducestheworkingprincipleoftheapplicationcircuit.Paperdetaileddiscussesthepowercircuitoftransformer,rectifier,filter,voltagestabilityprocess,aswellasinternalproceduressetbysinglechipmicrocomputersystemtodifferentiatebetweentheinfraredraytoacceptthechangeoftheterminalvoltage,andthroughthesinglechipmicrocomputertocontrolthesoundandlightalarmcircuit,thestableoutputsignalby555timer.Finally,theappendixpartwiththisdesignisappliedtothecircuitprinciplediagram.
Keywords:
alarm,51single-chipmicrocomputer;Infraredsensor;555timer
1绪论
1.1课题背景及研究意义
着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元——家庭的防范问题就显得尤为重要。
传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些隐患，正如国务院下达的《关于住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出,防盗网带来的问题：
⑴影响楼房美观，市容整洁；⑵影响火灾救援通道；⑶给犯罪分子提供便利的翻越条件；⑷时间久了会有高空坠物的危险；⑸压抑人性自由。
那么我们该如何采取安全防范措施，保护家人、家庭以及财产的绝对安全呢？
您也许已经安装了防盗门、防盗网，这样真的就安全了吗？
事实上，仅有消极防范作用的这种机械式、被动式的防盗门、防盗窗正逐渐淘汰，取而代之的则是各种先进的、智能化的电子设备。
防盗报警器对住宅各要害部位进行监测报警服务功能，防盗报警器包含的红外探测器能在小偷进来之时响起警鸣声给屋主以提醒，给盗贼以震慑。
所以作为新一代的智能安全防盗报警系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。
本论文通过对红外线防盗报警器的基本原理和基本电路的概述入手，介绍了红外线防盗报警器的发展背景和国内的发展状况，并具体论述了在电源电路、红外线发射和接受电路和单片机系统
1.2课题设计目的
1.巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
2.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。
3.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。
1.3课题主要工作
通过对红外线防盗报警器的基本原理和基本电路的概述入手本课题的研究重点是设计一种基于单片机的数字温度计控制系统。
能够显示温度的测量值
主要工作如下：
当单片机检测到外部热释点传感器送来的脉冲信号后，从经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警点路开始。
2系统概述
2.1系统设计思路
设计的软件部分在Keil中完成，由于汇编语言的优越性，本次设计选择汇编语言进行程序设计。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：
热释电红外传探头电路、报警电路、单片机、复位电路、LED显示控制电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2.1总体设计框图所示：
图2.1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。
设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出ＴＴＬ电平至AT89C51单片机。
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，然后通过ＬＥＤ显示报警次数，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。
2.2红外信号采集电路
红外信号采集电路是单片机的信号输入端，红外传感器在接收到红外信号变化后将信号通过三极管放大电路将微弱的电信号进行放大并输入到单片机中，器电路图如下图
2.3声光报警电路
声光报警电路接收单片机发送过来的信号，黄灯亮起，扬声器会持续响10S，知道红外传感器不再发送信号为止，若果想认为暂停报警系统，只需要按下中断按钮即可。
3系统硬件设计
3.1主控电路设计
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
图2为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。
有图可见，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、串行口等，各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
外时钟源外部事件计数
外中断控制并行口串行通信
图3.1AT89C51功能方块图
1.中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。
AT89C51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。
2.内部数据存储器（内部RAM）
AT89C51中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
3.内部程序存储器（内部ROM）
AT89C51共有4KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据等。
4.定时器/计数器
AT89C51共有2个16位的定时器/计数器，可以实现定时和计数功能。
5.并行I/O口
AT89C51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入、输出。
6.串行口
AT89C51有1个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
7.时钟电路
AT89C51单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需要外接。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
8.终端系统
AT89C51的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。
它共有5个中断源：
2个外部中断源/INTO和/INT1；3个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。
由上所述，AT89C51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。
管脚说明
ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装（DIP）形式，如图2.1所示。
AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
图3.2DIP封装引脚图
图3.3SMT的封装图
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（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）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号端。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
主要特性：
·与MCS-51兼容，4K字节可编程闪烁存储器，寿命：
1000写/擦循环，数据保留时间：
10年，全静态工作：
0Hz-24Hz，三级程序存储器锁定，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。
3.2红外传感器（系统中用TORCH_LDR）
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。
3.3极管放大作用
在红外传感器信号采集电路中需要用到三极管，三极管的作用是对小信号进行功率放大，从而驱动负载工作。
三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域，常用的三极管放大电路形式有：
共发射极放大电路，共集电极放大电路，基极放大电路三种，其中共集电路用于电流放大（功率放大），共基电路用于高频放大，共射电路用于低频放大。
三极管放大电路包含静态参数和动态参数两大类，静态参数又称静态工作点，是保证三极管正常工作的基础，意义是在输入条件为零时，晶体管的基极电流Ib，集电极电流Ic，be极之间的电压Ubc，管压降Uceq。
当有输入信号时，晶体管呈现的输入电阻Ri，输出电阻Ro，电压增益Au等参数被称为动态参数。
另外还有一类参数被称为放大电路频率特性参数，主要包括放大电路的低频端截止频率，高频端截止频率，通频带，增益平坦度，幅（度）频（率）特性曲线等。
三极管的作用晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。
三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。
三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。
刚才说了电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。
这是三极管最基本的和最重要的特性。
我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。
电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。
当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。
集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。
三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。
3.4振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
图3.4内外部振荡器电路
3.5芯片擦除
整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.6复位方式
通过某种方式,使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。
复位方式是单片机的初始化操作。
单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错或由于
操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。
MCS—51单片机复位后,程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如表6.3所示。
复位不影响片内RAM存放的内容,而ALE、
在复位期间将输出高电平。
由表6.3可以看出，复位后：
（1）（PC）=0000H表示复位后程序的入口地址为0000H，即单片机复位后从0000H单元开始执行程序；
（2）（PSW）=00H，其中RS1（PSW.4）=0，RS0（PSW.3）=0，表示复位后单片机选择工作寄存器0组；
（3）（SP）=07H表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立；
（4）P0口～P3口锁存器为全1状态，说明复位后这些并行接口可以直接作输入口，无须向端口写1。
定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。
表3.5PC与SFR复位状态表
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
A
B
PSW
SP
DPTR
P0~P3
IP
IE
TMOD
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XX000000B
0X0000000B
00H
TCON
T2CON
TH0
TL0
TH1
TL1
SCON
SBUF
PCON
00H
00H
00H
00H
00H
00H
00H
XXH
（0XXX0000B）
单片机在时钟电路工作以后,在RST/VPD端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。
例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。
前两种见图6.4所示。
“看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控，防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路。
图3.6（a）上电复位电路;（b）上电/外部复位电路
4.主程序设计
4.1主程序设计
按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图4.1所示；
N
Y
N
Y
Y
N
图4.1主程序工作流程图
本主程序实现的功能是：
当单片机检测到外部热释点传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警点路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警，同时显示出报警次数以便人们查询，然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。
同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。
手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图4.2所示；
图4.2中断服务程序工作流程图
4.2仿真结果
1.如图所示，刚开始没有警报时，绿灯亮
2.如图所示，当单片
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