@在改ing畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于AT89C51單片機(jī)的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章、緒 論.1 1.1發(fā)展概況與設(shè)計(jì)背景.11.2本設(shè)計(jì)概述.2 第二章、總體設(shè)計(jì)方案.3 2.1方案選擇論證.3 2.2主控芯片單片機(jī)的選擇.3 2.2.1 AT89C51的主要性能.42.2.2 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu).52.3傳感器的選擇.6 2.3.1傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu).72.3.2紅外測(cè)溫原理.7 2.3.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu).8 2.3.4 菲涅爾透鏡.102.4熱釋電紅外傳感器控制電路芯片的選擇.11 第三章、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).133.1低頻帶通放大電路.133.2電壓比較整形電路.143.2.1雙限電壓比較器的工作原理.143.3報(bào)警電路.153.4

2、燈光警示電路.163.5狀態(tài)顯示電路.173.6供電電源電路.173.7單片機(jī)最小系統(tǒng).18第四章、系統(tǒng)軟件.19 4.1主程序流程圖.19 4.2中斷函數(shù)流程圖.20第五章、結(jié)束語(yǔ).21致謝.22參考文獻(xiàn).23附錄一：系統(tǒng)電路圖.24附錄二：系統(tǒng)程序.25 31 緒 論1.1發(fā)展概況與設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財(cái)產(chǎn)也不斷地增多，因而也對(duì)防盜措施提出了新的要求。從現(xiàn)代人們住宅發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，現(xiàn)代人們住宅主要是向群體花園式住宅區(qū)發(fā)展，向高空中發(fā)展，一般都是一個(gè)住宅區(qū)有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報(bào)警器，只能用于

3、單一的住宅單元，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對(duì)家庭電子防盜報(bào)警器進(jìn)一步完善和提高。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機(jī)做信號(hào)處理器，這樣有利于與計(jì)算機(jī)相連接，利用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個(gè)小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)起來(lái)，方便來(lái)訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器

4、等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)：（一）壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動(dòng)時(shí)，都很容易失報(bào)和誤報(bào)，其可靠性低。（二）開(kāi)關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只有一個(gè)定點(diǎn)，有效范圍小，而且各種開(kāi)關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報(bào)警器在受到太陽(yáng)光照射就會(huì)引起誤報(bào)，同時(shí)如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動(dòng)等遮住了光也會(huì)引起誤報(bào)，所以這種報(bào)警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價(jià)格也比較昂貴，不利于廣泛利用。1.2本設(shè)計(jì)概述綜合以上報(bào)警器的不足，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低

5、，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后利于跟PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。2 總體設(shè)計(jì)方案2.1方案選擇論證防盜報(bào)警系統(tǒng)一般是由入侵探測(cè)器、防盜報(bào)警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。它的最簡(jiǎn)單形式是本地（家庭、單位）報(bào)警系統(tǒng)，它的組成部分是入侵探測(cè)器和本地報(bào)警控制器，以及聲光報(bào)警器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下兩種：方案一；利用固定點(diǎn)電話聯(lián)網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭防盜報(bào)警，該系統(tǒng)由編程主機(jī)、探測(cè)器、門磁和遙控器組成，一旦發(fā)生警情，能把報(bào)警信息通過(guò)郵電通訊網(wǎng)絡(luò)瞬間遠(yuǎn)程傳輸?shù)接脩粼O(shè)定的固定電話上，同時(shí)

6、向接警中心報(bào)告，中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過(guò)電子地圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、電腦語(yǔ)音提示、監(jiān)聽(tīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，顯示發(fā)生警情的單位、地址、方位、發(fā)案時(shí)間、所轄派出所（巡邏大隊(duì)）經(jīng)歷分布，及時(shí)調(diào)動(dòng)警力做出快速處理。方案二；通過(guò)傳感器檢測(cè)家庭安全隱患，把檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制報(bào)警燈和高音報(bào)警器的啟動(dòng)。通過(guò)比較，方案二能滿足我們實(shí)時(shí)快捷的要求，更加簡(jiǎn)單有效，固本設(shè)計(jì)選擇方案二。2.2主控芯片單片機(jī)的選擇20世紀(jì)80年代以來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有50多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下： 美國(guó)intel公司：MCS-51

7、系列及其增強(qiáng)型系列美國(guó)Motorola公司：6801系列和6805系列美國(guó)Atmel公司：89C51等單片機(jī)美國(guó)Zilog公司：Z8系列及SUPER8美國(guó)Fairchild公司：F8系列和3870系列美國(guó)Rockwell公司：6500/1系列美國(guó)T1（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS(美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體)公司：TMS7000系列盡管單片機(jī)的品種很多，但是在中國(guó)使用最多的還是intel公司的MCS-51系列單片機(jī)和美國(guó)的Atmel公司的89C51單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031、8051/8751。8031內(nèi)部包括一份8位CPU、128個(gè)字節(jié)，21個(gè)特殊功能寄存器（

8、SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串形口、2個(gè)16位定時(shí)器，但片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，外擴(kuò)EPROM芯片。比較麻煩，不予采用。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4KB ROM，作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過(guò)4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以8051適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了4K字節(jié)的EPROM,它構(gòu)成了程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固定在EPROM中，可以反復(fù)修改程序。但是價(jià)格相對(duì)8031較貴。8031為外擴(kuò)一片4KB EPROM的就相

9、當(dāng)于8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。隨著大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。不予采用。80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash許程序存儲(chǔ)區(qū)在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52位眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效地解決方案。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只

10、讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。故此設(shè)計(jì)采用AT89C51。2.2.1 AT89C51的主要性能 1)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 2) 4k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 3)1000次擦寫(xiě)周期 4)全靜態(tài)操作：0HZ24HZ 5)三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 6

11、)32個(gè)可編程I/O口線 7)兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 8)五個(gè)中斷器 9)可編程串行通道10)低功耗空閑和掉電模式 12)看門狗定時(shí)器 2.2.2 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖2-1 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖2.3傳感器的選擇2.3.1 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu)熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測(cè)溫的原理來(lái)探測(cè)的,紅外測(cè)溫屬非接觸式測(cè)溫，是測(cè)溫技術(shù)中的主要手段，其特點(diǎn)是測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測(cè)溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng)，不影響溫場(chǎng)分布，從而具有較高的測(cè)溫準(zhǔn)確度。（2）測(cè)溫范圍寬。（3）

12、探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量。（4）不必接觸被測(cè)物體，操作方便。（5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測(cè)溫技術(shù)的意義是顯而易見(jiàn)的。隨著工農(nóng)業(yè)、國(guó)防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量越來(lái)越迫切。在某些場(chǎng)合，溫度測(cè)量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測(cè)物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時(shí)傳感器有電信號(hào)輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場(chǎng)來(lái)改變，這些晶體稱作熱釋電

13、鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測(cè)器2.3.2紅外測(cè)溫原理紅外測(cè)溫是通過(guò)探測(cè)物體表面發(fā)射的能量來(lái)測(cè)量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對(duì)溫度（273.15）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量其中與溫度有關(guān)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號(hào)，由此測(cè)出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對(duì)黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為： 其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑

14、體輻射能。實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：E=E0其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力; 為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由上可知，任何物體只要溫度不是絕對(duì)零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。2.3.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)紅外探測(cè)器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類：其中，熱釋電探測(cè)器是電效應(yīng)工作的探測(cè)器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫

15、下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測(cè)器如：LiTaO2(鉭酸鋰) 探測(cè)器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測(cè)器和TGS（硫酸三甘酞）探測(cè)器等。如圖2-1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號(hào)又極其微弱，故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO5封裝）。圖2-2為熱釋電傳感器的實(shí)物照片。圖2-1圖2-2熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)

16、。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時(shí)，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過(guò)居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來(lái)。因此不能在靜態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時(shí)間很長(zhǎng)，因晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時(shí)其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來(lái)不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感

17、應(yīng)的電荷量為： Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時(shí)，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2-3所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時(shí)，就有電流流過(guò)負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號(hào)。圖2-3若沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個(gè)新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號(hào)。因此，熱釋電探測(cè)器與其他熱釋探測(cè)器不同，它只存在溫度升降的過(guò)程中才有信號(hào)輸出。所以利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)的紅外輻射必須經(jīng)過(guò)調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度

18、自發(fā)極化強(qiáng)度（PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時(shí)間，那么在垂直于PS的晶體的兩個(gè)端面之間就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個(gè)電極連接起來(lái)，就會(huì)有熱釋電電流Is 通過(guò)負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖2-4所示。圖2-4電流源的電流強(qiáng)度為Is為： 式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對(duì)溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，2.3.4 菲涅爾透鏡目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲

19、涅爾透鏡可使傳感器的探測(cè)半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，每個(gè)單元一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，且相鄰的視場(chǎng)既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說(shuō)，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)。圖2-5菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)

20、，而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說(shuō)明的是:在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這段時(shí)期內(nèi)該傳感器不起作用。2.4熱釋電紅外傳感器控制電路芯片選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小。要經(jīng)過(guò)放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號(hào)。使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)和輸出信號(hào)的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。下圖2-6是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖：低頻放大比較整形ViVo圖2-6LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源

21、應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖2-7所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖2-8。圖2-7 圖2-8LM324的特

22、點(diǎn)：1.短路保護(hù)輸出2.真差動(dòng)輸入級(jí) 3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。 6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?7.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護(hù)功能3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1低頻帶通放大電路熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小，僅1mV左右，頻率為0.110HZ，需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進(jìn)一步處理，一般來(lái)講，要求放大器的增益為6070dB,帶寬0.37HZ。放大器的帶寬對(duì)可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動(dòng)作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動(dòng)作率高！ 如圖3-1所示，本系統(tǒng)采用LM324中的兩個(gè)集成

23、運(yùn)算放大器構(gòu)成低頻帶通放大電路，LM324內(nèi)部集成了四個(gè)獨(dú)立的高增益運(yùn)算放大器，其電流小（典型值Is=1.0mA），且與所加電源電壓的大小無(wú)關(guān)，頻率補(bǔ)償及偏置電流均采用了溫度補(bǔ)償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。圖3-1放大器要求：增益：6070DB帶寬：0.37HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2fR12C4/(1+2fR7C4)(1+2fR12C4)一般要求放大電路的增益為65Db。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7,FL=1/R7C4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)范圍。靜態(tài)下應(yīng)將輸出端電位設(shè)在1/2處，方法是：ICA外接R4、R1

24、0分壓器，將1/2VCC引至運(yùn)放的同相輸入端，這相當(dāng)于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態(tài)電位定在1/2VDD處。與ICA一樣，ICB為了保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)范圍，同樣設(shè)置了分壓器。3.2電壓比較整形電路圖3-2電壓比較器的作用是將一個(gè)模擬電壓與一個(gè)參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生越變。本系統(tǒng)應(yīng)用LM324剩余的兩個(gè)集成運(yùn)算比較器構(gòu)成一個(gè)雙限電壓比較器。3.2.1雙限電壓比較器的工作原理如上圖3-2所示：基準(zhǔn)電壓分別由(R6+R14)和R14分壓提供。當(dāng)輸入電壓VO1<6引腳電壓時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)VO1>13腳電壓時(shí)，比較器也輸出高

25、電平。而當(dāng)6引腳電壓<VO1<13腳電壓時(shí)，比較器輸出低電平。如下圖3-3所示：圖3-3當(dāng)人體通過(guò)菲涅爾透鏡組成的傳感器現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，傳感器輸出一交變信號(hào)。其變化幅度大于13引腳電壓，小于6腳電壓，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級(jí)放大器靜態(tài)時(shí)輸出電壓基本為1/2VCC，處在6引腳和13引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2VCC，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，若兩引腳的差值遠(yuǎn)離1/2VCC，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準(zhǔn)電壓可按下列式子來(lái)計(jì)算：V差值=（45）VN式子中VN為噪聲電壓。傳感器給出的噪聲電壓，是指?jìng)鞲衅髟肼曒?/p>

26、出的信號(hào)經(jīng)過(guò)70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰-峰值。本產(chǎn)品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（45）80mV=320400 mV.這樣，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.3聲音報(bào)警電路如下圖3-4所示：高音報(bào)警電路選用12V的高音喇叭作為報(bào)警裝置，使用SS8050大功率三極管做驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)SPK為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通。反之則截至。本系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)軟件設(shè)置使報(bào)警器真實(shí)模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過(guò)程。形成頻率在9761945Hz之間平滑遞增的聲音效果。實(shí)現(xiàn)報(bào)警器聲音非常逼真。圖3-43.4燈光警示電路如下圖3-5所示：這里我們選用12V的炫目燈做燈光警示電路，因炫目燈

27、在正常工作狀態(tài)下電流比較大，所以這里我們選用使用繼電器控制其開(kāi)關(guān)的方案。這里我們照樣使用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器工作。圖3-5并聯(lián)在線圈的兩端的是續(xù)流二極管，線圈在通過(guò)電流時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當(dāng)流過(guò)線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。叢而保護(hù)了電路中的其它原件的安全。在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線圈的兩端，當(dāng)電感線圈斷電時(shí)其兩端的電動(dòng)勢(shì)并不是立即消失，此時(shí)殘余電動(dòng)勢(shì)通過(guò)一個(gè)二極管釋放，起這種作用的二極管

28、叫續(xù)流二極管。3.5狀態(tài)顯示電路如下圖3-6所示：本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路，在正常無(wú)人非法闖入室內(nèi)時(shí)數(shù)碼管的DP點(diǎn)閃爍，若有人闖入數(shù)碼管則顯示E來(lái)提示有人非法闖入。圖3-6在這里，串聯(lián)的幾個(gè)470歐電阻是限流電阻。因?yàn)閿?shù)碼管是由發(fā)光二極管按照一定的順序排列制成的元件，每個(gè)發(fā)光二極管的內(nèi)阻非常小，正常工作電流大致在1025mA,如不串入限流保護(hù)電阻，直接連接很有可能瞬間燒壞數(shù)碼管。我們可以依公式來(lái)計(jì)算出限流電阻的阻值：R=U/I;其中U=5V,I=（1015）mA,可得R=330500歐。這里我們選用典型值470歐。10K電阻為上拉電阻，以保證P0口可以輸出高電平！3.6供電電源電

29、路如下圖3-7所示，本系統(tǒng)采用L7805CV來(lái)做電壓芯片，因?yàn)槠漭敵鲭娏骺蛇_(dá)1.5A,可滿足本系統(tǒng)5V供電電壓。圖3-7在電源的兩端并聯(lián)的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率范圍的濾波特性。3.7單片機(jī)最小系統(tǒng)如下圖3-8所示，單片機(jī)的電源采用5V供電，時(shí)鐘電路也就是振蕩電路采用11.0592MHZ晶振，向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。圖中的電容起穩(wěn)定作用。其復(fù)位電路采用混合復(fù)位電路，在上電的時(shí)候會(huì)自動(dòng)復(fù)位，也可手動(dòng)復(fù)位。方便在單片機(jī)死機(jī)的時(shí)候進(jìn)行重啟。 圖3-84 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖如

30、下圖4-1所示:在開(kāi)機(jī)后，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，將數(shù)碼管、高音警報(bào)器、炫目燈等外設(shè)關(guān)閉，同時(shí)將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T1開(kāi)啟，關(guān)閉外部中斷1允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來(lái)觸發(fā)外部中斷0，熱釋電傳感器用來(lái)觸發(fā)外部中斷1，外部中斷1允許位的開(kāi)啟與關(guān)閉由外部中斷0來(lái)控制。方便對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防與撤防功能。定時(shí)計(jì)數(shù)器T0用來(lái)控制高音報(bào)警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報(bào)警聲；定時(shí)計(jì)數(shù)器T1用作延時(shí)函數(shù)。初始化完成后，若無(wú)中斷請(qǐng)求信號(hào)，系統(tǒng)則使數(shù)碼管的Dp小點(diǎn)閃爍。開(kāi)始初始化DP點(diǎn)閃爍圖4-1初始化完成后，若布防/撤防按鍵第一次按下，則觸發(fā)外部中斷0，將外部中斷1允許位打開(kāi)

31、，也就是說(shuō)現(xiàn)在單片機(jī)可以接收傳感器的信號(hào)并作出相應(yīng)的動(dòng)作，若傳感器感受到在檢測(cè)范圍內(nèi)有人活動(dòng)，則將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，觸發(fā)外部中斷1，使數(shù)碼管顯示E、同時(shí)炫目燈與高音報(bào)警器打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能！4.2中斷函數(shù)流程圖下圖4-2、4-3為中斷函數(shù)流程圖：外部中斷0請(qǐng)求打開(kāi)外部中斷1允許位，并將數(shù)碼管、高音報(bào)警器、炫目燈關(guān)閉。圖4-2外部中斷1請(qǐng)求數(shù)碼管顯示E，炫目燈開(kāi)啟。同時(shí)開(kāi)啟定時(shí)中斷0允許位延時(shí)20S關(guān)閉各個(gè)外設(shè)定時(shí)中斷T0請(qǐng)求T0重裝初值、高音報(bào)警器取反圖4-35結(jié)論本設(shè)計(jì)采用KeilC51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，完成了程序模塊規(guī)劃及各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)處理過(guò)程的編程和調(diào)試。它具有電路簡(jiǎn)單、

32、功能齊全、性能齊全、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。本論文完成了軟硬件主要功能模塊的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)主要由AT89S52芯片、熱釋電傳感器、聲光報(bào)警、鍵控組成。性能好，工作穩(wěn)定，非常適合防盜報(bào)警領(lǐng)域！由于時(shí)間關(guān)系和水平有限，設(shè)計(jì)中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的進(jìn)一步設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷完善。當(dāng)然防盜報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課題，要使其產(chǎn)品化，能夠經(jīng)受住實(shí)際應(yīng)用的嚴(yán)格考驗(yàn)，還要進(jìn)行許多深入細(xì)致的工作。而且隨著科技水平的不斷提高，對(duì)智能住宅小區(qū)的智能管理系統(tǒng)必然會(huì)有不斷增長(zhǎng)的要求。為了提高靈敏度，減少誤報(bào)率，可以采用攝

33、像頭作為探測(cè)頭，將采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像處理及判斷后再?zèng)Q定是否報(bào)警。如果系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)后，保安人員可以通過(guò)查詢報(bào)警記錄來(lái)確定是否真有人經(jīng)過(guò)。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，智能住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)的功能也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中，人們將會(huì)越來(lái)越多的體驗(yàn)到現(xiàn)代生活的氣息。致謝該課題是在我指導(dǎo)老師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深的感染和激勵(lì)著我。從設(shè)計(jì)的開(kāi)始到最終完成，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了許多做人的道理。在我的課題開(kāi)展過(guò)程中傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。老師的為人師表、淵博的知識(shí)、寬廣的胸懷讓我備受教益，

34、在此謹(jǐn)向?qū)焸冎乱哉\(chéng)摯的謝意和崇高的敬意！通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我增強(qiáng)了理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到各種問(wèn)題在指導(dǎo)老師的幫助下得以解決，鍛煉了我的意志，更使我增強(qiáng)了信心。再次衷心感謝在百忙之中指導(dǎo)我完成論文和參加畢業(yè)答辯的各位老師。參 考 文 獻(xiàn)1)張毅剛等.MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19902 )涂時(shí)亮等.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)藝術(shù).重慶：科學(xué)文獻(xiàn)出版社重慶分社，19873)周航慈.單片應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，19904)李華主編.MCS51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社，19935)Intel Microcontroller Handbook.19856)何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.北京航空航天大學(xué)出版社，19967)韓毅;上班族,如何保護(hù)自己的家家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期8)錢曉軍;家庭無(wú)線智能防盜報(bào)警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期9)宋松娥;安全防盜報(bào)警系統(tǒng)的組成及其作用J;中國(guó)安防產(chǎn)品信息;1993年02期10)范冰彥;家