对射式红外线防盗警报器的设计论文正文

电子与信息工程学院 本科毕业设计论文题目 对射式红外线防盗报警器的设计所属院部 电子与信息工程学院 专 业 电子信息科学与技术 2009年5月127 / 37摘 要本系统是基于AT89S52单片机控制的红外线防盗报警器，主要由红外线发射部分、红外线接收部分、单片机以与声光报警部分组成。可通过发射电路发射的红外线被遮挡时控制报警系统报警, 通过单片机控制报警电路的运行，并能同时进行声光报警，用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰。系统可以探测到一定围的人的闯入, 可以应用在安防围比较确定的情况下。采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，有着广阔的市场前景。关 键 词：单片机；红外线防盗报警器；声光报警ABSTRACTThe system is a infra-red anti-theft alarm controled by single-chip AT89S52, including infra-red part of the launch, part of the infrared receiver, microcontroller, as well as part of sound and light alarm.The system will alarm when infrared ray has been blocked , through the single-chip microcomputer to control the operation of alarm circuit, and at the same time sound and light alarm, with infrared transceiver test tube, install hidden, can not easily be found; detection signal using pulse signal, energy-saving and anti-jamming. This system can detect a certain person within the scope of the intrusion, security can be applied to determine the scope of the case. Designed using this method of anti-theft alarm and detection in a cost-effectiveness of low-cost best advantages, has broad market prospects.KEY WORDS: Single chip microcomputer；Infrared anti-theft alarm; Sound and light alarm目 录1 绪论11.1 课题研究的意义11.2 课题研究的目的12 总体设计方案33 硬件电路各部分电路设计53.1 单片机控制系统电路53.1.1 主控芯片的性能以与标准功能53.1.2 主控芯片的主要结构与引脚功能63.1.3 单片机控制部分电路83.2 红外线发射电路83.3 红外线接收电路93.4 声光报警电路103.5 电源电路104 红外线防盗报警器的软件设计114.1 系统的主流程115 系统的调试与性能分析135.1 系统的调试135.2 红外线防盗报警系统的性能分析136 报警器误报与处理意见156.1 故障引起的误报与处理意见156.2 安装引起的误报与处理意见156.3 环境引起的误报与处理意见157 结论17致19参考文献21附录23附录1-(汇编语言程序)23附录2-(系统总体电路)24附录3-(电路板实物图)25Error! No sequence specified.1 绪论在一些电影、电视剧中我们常可以看到，有些博物馆等安全性要求比较高的场所，在安防电脑系统的屏幕上面，显示着一根根红线，如果有人进入不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。这就是红外线报警器。1.1 课题研究的意义红外线报警器分主动式和被动式两种1。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线2。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。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,就触发报警。主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成3。发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管与光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号，经波形变换与放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器与执行机构等组成4。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大围有效地防，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。单光路由一个发射器和一个接收器组成。双光路由两对发射器和接收器组成5。两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。1.2 课题研究的目的近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。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，有很强的隐蔽性和性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声先报警器6防盗报警系统是在探测到防现场有入侵者时能与时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。探测器检测到意外情况就产生报警信号，通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号7。探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为无线传输和有线传输两种方式8。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂，一般人们难以接受，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将为大多数需求者所利用，在人们的防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89S52单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。2 总体设计方案该系统以单片机AT89S52系列为核心，采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置，由反相器芯片反相间接控制CPU工作。在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。系统原理框图如图2-1所示。红外线发射电路声光报警电路单片机反相器红外接收电路电源电路图2-1 系统方框图采用AT89S52单片机，直流可调开关MC34063，反相器74LS14D等芯片9。其中，AT89S52的P1.2P1.7为输出口，而P3.03.5为输入口。P1口连接红外线发射电路，P1口为低电平时，红外线发射电路导通，正常发射红外线10。P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平，当电平到达单片机CPU后，若各口均为低电平，则CPU不做任何反应，此时不报警；而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平，此时当在一定的时间检测到位于不同位置的光束被遮挡时，由P3.7口输出报警信号，驱动声光报警电路进行报警。3 硬件电路各部分电路设计AT89S52单片机式一种低功耗，高性能的CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80S51产品指令和引脚完全兼容。片上的Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器11。在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。3.1 单片机控制系统电路单片机P1口与红外线发射电路相连，P3口与红外线接收电路相连，P3.7口连接声光报警电路输出方波脉冲信号驱动声光报警。X1、X2脚与晶振相连，用于定时计数，以形成一秒周期的方波脉冲信号12。3.1.1 主控芯片的性能以与标准功能主要性能:l与 MCS-51单片机产品兼容l8K字节在系统可编程Flash存储器l1000次擦写周期l全静态操作：0Hz33Hzl三级加密程序存储器l32个可编程I/O口线l三个16位定时器/计数器l八个中断源l全双工UART 串行通道l低功耗空闲和掉电模标准功能AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止15。3.1.2 主控芯片的主要结构与引脚功能主体单片机芯片AT89S52的引脚结构如图3-1所示：图3-1 系统方框图各主要管脚介绍如下：VCC : 电源GND: 地 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX）。P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的部上拉发送 1。在使用8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号13。如下表3-1所示。表3-1 P3口的引脚号与其第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通) RST: 复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上。ALE/PROG：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（PROG）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，通过将地址为 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MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使 能标志位（地址为 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。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP: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，EA 必须接 GND。为了执行部程序指令，EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和部时钟发生电路的输入端14。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.1.3 单片机控制部分电路如图所示为单片机组成的控制电路，其中晶振与其相连构成时钟电路，而复位开关与其相连构成单片机小系统。如图3-2所示。图3-2 单片机控制电路电路图3.2 红外线发射电路红外线发射电路主要由D7D12六个红外线发射管组成。红外发射管的负极依次接到单片机P1.2P1.7口，当电源接通时，单片机的P1口设为输出状态，当P1口输出均为“0”时，各个二极管均成导通状态，发出红外光，覆盖包括了接收电路的一定的区域。正常情况下没有遮挡时P1口输出为00H。红外线发射二极管在使用时，须由电流驱动，在进行设计时，最重要的是在IF电流的控制，设计出的驱动电流IF不能太大，若大于 IF(max)则元件有烧毁之虑，IF若太小，则其发射束就会变小。通过查阅资料可知IF(max)在20mA左右，通过计算可得限流电阻的最小值为200欧，本电路选取470欧如图3-3所示。图3-3 红外线发射电路图3.3 红外线接收电路红外线接收电路主要由D1D6六个红外线接收二极管组成，主要功能是用来接收D7D12发射的红外线，正常情况下能够成功接收，如果有人闯入，中断红外线，将接受不到红外线，此时判断为应当报警，由单片机控制报警。具体电路连接如下图，D1D6六个红外线接收管的负极与反相器芯片74LS14D的A1A6脚，当没有遮挡时接收管正常接收到红外线时并导通，+5V电源通过D1D6的正极加到反相器74LS14D的输入端，进行反相为低电平，输出管脚Y1Y6接单片机的P3.0到P3.5脚，这时的P3.0P3.5口为低电平：而当有人闯入使红外线被遮挡时，接收管截止，反相器输入端为低电平，反相后输出高电平，这时的单片机的P3.0P3.5口为高电平。当在一定得时间检测到位于不同位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出高低电平间隔为1S的脉冲报警信号16。此脉冲信号驱动声光报警电路，直至断开开关SW2。如图3-4所示。图3-4 红外线接收电路图3.4 声光报警电路声光报警电路与单片机P3.7口相连，当单片机的P3.7口输出一系列脉冲方波，开始驱动报警电路报警。声光报警部分主要由发光二极管和蜂鸣器组成，当报警开始时，发光二极管闪烁，蜂鸣器发出声响，声光并用，同时报警17。声光报警部分电路图如图3-5所示。 图3-5 声光报警部分电路图3.5 电源电路电源开关SW1送入220V经过保险丝后送入变压器，保险丝起保护电路的作用18。变压器L1将220V的交流电源经磁场耦合转换成12V的交流电源，四个全波整流二极管将12V交流源整流为直流12V电源提供给后面电路。由电容组成的滤波电路将整流后的电源进行纹波滤除，滤除频率较高的干扰纹波。再经直流开关电源，转换出5V电源为后端供电，具体工作过程：经整流、滤波的12V电源，经直流开关电源U1第6脚供给电源，1、7、8脚为电源芯片的比较输入端RA为大功率限流电阻，电源经芯片的2脚输出，TL1为功率电感，电源经TL1的2脚输出。D2为快速开关二极管。C1/BC3图3-6 电源电路部分的电路组成电容滤波电路。如图3-6所示。4 红外线防盗报警器的软件设计系统的软件设计，主要集中在单片机功能流程的设计上，要监视是否有人闯入，红外线接收是否中断、如何控制声光报警等。软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量，在编写软件之前，对系统的流程进行设计是十分必要的，这样可以保证在编写软件时思路清晰，不易出错，修改也变得容易。程序流程图的设计遵循自顶向下的原则，即从主体逐步细分到每一个模块的流程20。4.1 系统的主流程（1）下图4-1为系统主程序流程图。主程序、脉冲信号产生程序、中断服务程序存放在AT89S5单片机中，整个程序设计思想是当检测到有人闯入时，就由P3.7口输出高低电平间隔为1秒的脉冲信号去驱动声光报警电路。这可以通过使P3.7口每隔1秒取反一次实现。而1秒时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。用寄存器R1做循环计数器初值为10。采用中断方式编程，整个程序由主程序和中断服务程序两部分组成21。（2）主程序的功能:起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线的接收是否中断.主程序的流程图如4-1所示.程序开始后，系统初始化结束后判断是否有人闯入，若有则报警，若无则回到上一级继续判断是否有人闯入。 开 始系统初始化有人闯入？H / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mH / mx =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1x =1 转向报警程序x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8x = 0.8图4-1主程序流程图（3）以下是脉冲信号产生程序流程。主要功能：通过定时100ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号，重复此过程，最终得到一列1s周期的方波脉冲信号，最终此列脉冲信号由单片机P3.7口输出与报警电路连接驱动发光二极管以1s频率闪动和蜂鸣器鸣叫报警。其主要流程如图4-2所示。定时100msx = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0x = 0等待时间到吗？转向报警程序等待至时间到NOYES确定有人闯入x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4x = 0.4图4-2方波脉冲信号产生流程图（4）以下是中断服务程序 图4-3中断服务程序流程保护现场0 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 200 5 10 15 20x = 0x = 0.4x = 0.8x =1H / m 15 20主要功能：判断定时1秒是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。中断子程序流程图如图4-3所示。重设定时初值2q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-1h-12q / L462q / Lh-