基于单片机控制的红外报警器的设计-毕业设计.doc

摘要 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。 本文在绪论中首先介绍综合监控系统的发展、特点、功能及红外监控的相关知识。第二章中介绍了系统设计的相关知识和软件、硬件的具体设计方案。在第三章中将重点介绍硬件、软件的安装调试过程及系统调试的结果。最后我们在结束语中谈谈系统设计的优点、缺点及本次设计的心得收获。关键词:红外传感器、单片机、数据采集、报警电路Abstract With the development of society the economy of our country, the living standards of the people are improving constantly, peoples requisition for regional public security environment and safe precaution is higher and higher, at the same time today when modernized technological high develop, the crime is more intelligent, the means is concealed even more, so guarantee the security of the area must use the modernized warning technology of guarding against theft. This text introduce infrared monitoring system that adopt new advanced infrared ray module, because the infrared light beam of utilizing out of the human eye can see, make up and control the area wireless so have extremely strong privacy and dependability. The text introduces the development, characteristic, function and infrared relevant knowledge that control of the comprehensive monitoring system at first in the introduction. Chapter two among last whom system design we it is relevant knowledge, softwares, design plans not concrete of hardwares. We finally talk about advantage, shortcoming, the gains that design that system design reapamong conclusion. Key word ：infrared sensor、 SCM、data collection、 alarm circuit目 录1.绪 论11.1课题背景11.2国内外现状11.3设计任务与要求22.红外报警器系统总体设计32.1 系统概述32.2主要器件介绍42.2.1热释电红外传感器概述42.2.2 AT89C51 单片机概述82.3 总体设计143.红外报警器系统硬件设计163.1 信号检测与放大电路163.1.1电路实现功能163.1.2电路图图2-1信号检测与放大电路163.1.3电子元件介绍173.2 LED显示电路173.2.1电路实现功能173.2.2电路图173.2.3电路元件介绍183.2.4电路实现原理183.3 报警执行电路183.3.1电路实现功能183.3.2电路图183.3.3电路元件介绍193.3.4电路实现原理203.4手工暂停203.4.1电路实现功能203.4.2电路图203.4.3电路工作原理213.5单片机控制晶振与复位电路213.5.1电路实现功能213.5.2电路图213.5.3 电路元器件介绍213.6系统工作原理234.红外报警器系统软件设计244.1软件设计介绍244.2 主程序设计244.2.1实现功能244.2.2流程图244.3定时中断程序设计264.3.1实现功能264.3.2 10s定时流程图264.3.3关键技术264.3.4关键代码284.4解除中断程序设计314.4.1实现功能314.4.2程序流程图314.4.3关键技术314.4.4关键代码33结 论35展 望36致 谢37参考文献38附录391. 绪 论1.1 课题背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而我所研究的防盗报警器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和用户操作。1.2 国内外现状近年来，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。报警器这时正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，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，有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。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,也即是本文将研究的产品。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, 红外线声先报警器等。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，对射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。1.3 设计任务与要求 （1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。 （2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。 （3）系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来。当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。 （4）红外线具有隐蔽性, 在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标，至于报警可采用声光信号。 （5） 方案讨论, 如何使用传感器来简单地实现移动人员检测呢？在设计这样的系统时，应该记住两个目标：一是低功率，二是低成本。这两者都是在设计移动检测系统时需要考虑的关键因素。2. 红外报警器系统总体设计2.1 系统概述 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和用户操作。 该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。电路结构做成可划分为：热释电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成，硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。它们的进程框图如图2-1 所示。 开始 明确任务 选机型，划分软、硬件硬件研制软件设计联机仿真调试排出故障、修正软件固化程序、应用系统独立运行完成研制图2-1 单片机应用系统研制过程框图2.2 主要器件介绍 2.2.1 热释电红外传感器概述 （1） PIR传感器简单介绍热释电红外线传感器（PIR)是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。自然界中存在的各种物体如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、自动照明，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。其原因为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；大气对22.6lLm、35lLm、8141Lm三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 （2） PIR的原理特性热释电红外线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1020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910m，而探测元件的波长灵敏度在0.220m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710m，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。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。 (3） PIR结构特性及安装图2-2 PIR结构图22是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境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来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220m。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16Hz，下限截止频率为0.16Hz。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1mv左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.110Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计所用的热释电红外传感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图2-3所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过三极管Q2的转化，输出OUT为低电平。图2-3 热释电红外传感器原理图双探测热释电红外探头的优缺点 优点：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。 缺点:（1）容易受各种热源、光源干扰。 （2）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。 （3）易受射频辐射的干扰。 （4）环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度降低，有时造成短时失灵。抗干扰性能：a、防小动物干扰：探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。b、抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。c、抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射,不产生报警。4）热释电红外传感器的安装要求热释电红外人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：1、热释电红外传感器应离地面2.02.2米。2、热释电红外传感器远离空调、 冰箱、火炉等空气温度变化敏感的地方。3、热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4、热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上，热释电红外传感器也不要安装在有强气流活动的地方。热释电红外传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。热释电红外传感器对于径向移动反应最不敏感， 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。 2.2.2 AT89C51 单片机概述 1） AT89C51单片机的结构 AT89C51单片机是intel公司推出的高档8位单片机，由CPU、振荡器与时序电路、4KB的ROM、256B的RAM、两个16位的定时器/计数器T0和T1、4个8位的I/O端口P0、P1、P2、P3、串行口等组成。其中振荡器时序电路与外时钟组成了定时控制部件。图2-4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 外部事件计数振荡电路和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR2 16位定时器/计数器 AT89S51 CPU 64 KB总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断 外中断 控制 P3 P2 P1P0 RXD TXD 图2-4 AT89C51 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，具有运算和控制功能。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。CPU从功能上可分为运算器和控制器两部分。运算器由算术逻辑运算部件ALU、累加器、暂存器程序状态字寄存器PSW、BCD码运算调整电路组成。控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。 （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。对于一般微机通常只有一个存储器逻辑空间，可以随意安排ROM或RAM，访问存储器时，同一地址对应唯一的存储单元，可以使ROM也可以使RAM，并用同类指令访问。而AT89C51单片机的存储器配置在物理结构上有四个存储空间，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。AT89C51单片机有三个存储器地址空间，即片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间、片内256B的数据存储器地址空间和片外64KB的数据存储器地址空间。（3） 内部程序存储器（内部ROM） AT89C51 共有4 KB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T0和T1，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），共32根I/O线，4个端口是准双向口。每个口都包含一个锁存器（即特殊功能寄存器P0、P1、P2、P3），一个输出驱动器和一个输入缓冲器。可以实现数据的并行输入、输出，在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这2个口的每一位均可作为准双向的I/O端口使用。（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 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，此放大器的输入和输出分别是引脚XTAL1和XTAL2，在XTAL1和XTAL2上外接时钟源即可构成时钟电路，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。AT89C51 较详细的内部结构如 图 2-5 所示。 图2-5 AT89C51 内部结构框图2) 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2-6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2-6 AT89C51 引 脚 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P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（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平时间。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。2.3 总体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2-8总体设计框图所示： AT89C51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图2-7 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。 3.红外报警器系统硬件设计本电路实现的是一种基于单片机技术的红外智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红外传感器，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警，同时通过显示电路显示出报警次数。3.1 信号检测与放大电路针对红外辐射信号的探测，设计了一种实用化的基于单片机AT89C51检测放大电路。 3.1.1 电路实现功能当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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，然后经放大电路将电信号放大传给单片机。 3.1.2 电路图 3.1.3 电子元件介绍 74LSO4反相器是最简单的们电路，它只有一个输入端和一个输出端，输入和输出都只有高电位和低电位（在数字电路中称之为高电平和低电平）两种反相的状态，如果高电平用“1”表示，低电平用“0”表示，反相器输出与输入之间特定的逻辑关系就是“输入为1，则输出为0；输入为0，则输出为1”，输出总是输入的否定。电路实现原理：此电路通过红外探头PIR（GSD）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，再通过反向器74LS04送出TTL电平至AT89C51单片机。3.2 LED显示电路针对报警次数的显示，设计了一种实用化基于单片机AT89C51的LED显示电路。 3.2.1电路实现功能此电路实现的功能是显示报警次数信号。 3.2.2 电路图 3.2.3 电路元件介绍 此设计采用的是共阴数码管，阴极数码管是指八段数码管的八段发光二极管的阴极(负极)都连在一起，可分别控制对应的各段。共阴极数码管DS1，数码管按段数分为气段数码管和八位数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元；按能显示多少8可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳极数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当一字段发光二极管的阴极位低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴极数码管是址将所有发光二极管的一阴极接到一起形成公共阴极COM的数码管。共阴极 数码管在应用时应将公共极COM接到底线GND上，当某一字段发光二极管的阳极位高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 3.2.4 电路实现原理当查询P1.0有高电平时，进行报警处理，7段LED数码管显示报警次数，当报警次数超过10次，清零。同时通过P3.0和P3.1口设置进行声光报警。 3.3 报警执行电路针对声光报警实现，设计了一种实用基于单片机AT89C51报警执行电路。 3.3.1 电路实现功能此电路接受单片机传送来的电平信号，驱动声光报警从而达到报警效果。 3.3.2 电路图 3.3.3 电路元件介绍红色发光二极管D3,D4,D5,D6（发光二极管简称为LED）。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。蜂鸣器LS，蜂鸣器的作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器的分类，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。本设计采用的则是压电式蜂鸣器,压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5-15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5-2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 3.3.4 电路实现原理驱动电路通过P3.1口将高电平信号送至放大电路然后传给声音报警设备LS（蜂鸣器），从而达到声音报警的效果。3.4 手工暂停针对中断系统的显示，设计了一种实用化基于单片机AT89S51的手工暂停电路。 3.4.1 电路实现功能通过按按钮S1能够实现手工解除警报信号。 3.4.2 电路图 3.4.3 电路工作原理 电平信号经放大电路到声光报警器后，当报警延时10s一段时间后自动解除，同样也可以通过按下暂停键，单片机接受INT0的中断信号，调用INT0中断子程序，从而解除报警。3.5 单片机控制晶振与复位电路 3.5.1 电路实现功能通过振荡得到一个稳定的时钟频率。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。 3.5.2 电路图 3.5.3 电路元器件介绍石晶振荡Y1，石英晶振即所谓石英晶体谐振器和石英晶体时钟振荡器的统称。石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，石英晶振的主要性能指标有：调整频差、温度频差或总频差、谐振电阻或负载谐振电阻，还有机械性能等。标称频率：技术条件所指定的频率，通常指晶振上标识的频率。工作频率：石英晶振在给定电路上产生的频率。电路原理: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。复位则是通过某种方式, 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。MCS51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图2-6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。由图2-6 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 3-1 PC与SFR复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HA00HT2CON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP000000BSBUF00HIE0000000BPCONHTMOD00H(00000B)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。“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。3.6 系统工作原理经分析本设计的电路原理图如下所示 4.红外报警器系统软件设计 4.1 软件设计介绍本系统软件设计包含一个主程序。一个定时中断中程序，一个外部中断子程序共三个组成。4.2 主程序设计该程序设计主要是通过探测红外信号，经单片机AT89C51将控制电平传给声光报警系统。 4.2.1 实现功能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。 4.2.2 流程图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； 入口 初始化 监测外部有无信号输入 N Y 显示报警的次数且启动声光报警电路开始报警 声光报警是否持续10秒 N声光报警结束，LED显示出报警次数 Y 是否还有检测信号等待下次报警 Y N结束图4-1 主程序工作流程图4.3 定时中断程序设计 4.3.1 实现功能当接收单片机传送来的脉冲信号，检测报警是否持续10S，然后显示报警次数。 4.3.2 10s定时流程图外部有信号输入 显示报警的次数且启动声光报警电路开始报警 声光报警是否持续10秒N 声光报警结束，LED显示出报警次数 Y 图4-2 10S定时流程图 4.3.3 关键技术单片机定时器/计数器在测量控制系统中，常常需要实时时钟，以实现定时或延时控制；也常常需要有计数器，以实现外界事件进行计数。MSC-51单片机内部有两个16位可编程定时器/计数器T0和T1。可编程其功能（如工作方式.定时时间.量程.启动方式等）均可由指令来设置完成。每个定时器的计数信号来自片内振荡器的12分频信号，即每个一个机器周期，计数器加1，直至溢出。而计数方式是外部脉冲从引脚t0或t1加入，外部脉冲的下降沿将触发计数器计数，直至溢出。定时器方式寄存器TMOD主要用于选定定时器的工作方式。定时器控制寄存器TCON主要用于控制定时器的启动与停止。在使用定时器/计数器前，需要对其进行初始化设置，大致步骤如下：a.确定工作方式（对TMOD赋值）。b.预置定时或计数初值（可直接将初值写入TH0,TL0或TH1,TL1）。c.根据需要开放定时器/计数器的中断（直接对IE赋值）。d.启动定时器/计数器（若已规定用软件启动（GATE=0）,则可把TR0或TR1置“1”；若已规定由上部中断引脚电平启动（GATE=1）,则需要给外加引脚启动电平。当实现了启动要求之后，定时器/计数器即按规定的工作方式和初值开始计数或定时）。定时器工作方式有四种，不同的工作方式，计数器的位数不同，则最大计数值也不同。若最大计数值为M，则各种方式下M的值如下：工作方式0 M=2*13=8192工作方式1 M=2*16=65536工作方式2 M=2*8=256工作方式3 T0分为两个8位计数器，所以两个M值均为256.因为定时器/计数器是“加1”计数，并在计满溢出是产生中断请求，因而定时器/计数器的初值也可这样计算：X= M 计数值(公式1)定时器控制字有两个分别为TNOD和TCON 定时器/计数器的方式寄存器TMOD TMOD是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址是89H，不可位寻址。图4-3 TMOD8控制字主要完成三个功能：确定选择定时器还是计数器；选择何种工作方式；是否借用外中断控制定时器和计数器的启停TMOD的低4位是控制T0的字段（T0-P3.4 定时器/计数器0外部事件脉冲输入端）。TMOD的高4位是控制T1的字段（T1-P3.5定时器/计数器1外部事件脉冲输入端）。M1(TMOD.5),M0(TMOD.4)用M1,M0来控制定时器/计数器的4种工作方式:方式0：M1=0,M0=0.13位定时/计数方式方式1：M1=0,M0=1.16位定时/计数器方式2，M1=1,M0=0.8位初值自动重新装入的8位定时/计数器方式3，M1=1,M0=1.仅适用于T0，分为两个8位计数器，T1停止计数定时器/计数器控制寄存器TCONTCON是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为88H，可为寻址。图4-4 TCON控制字控制字的格式和含义：TF1(TCON.7),TF0(TCON.5)-T1、T0计数溢出标志位当计数器计数溢出时，该位置“1”。使用查询方式时，此位作为状态位供cpu查询，但应注意在查询该位有效后应以软件方法及时将该位清“0”。使用中断方式时，此位作为中断申请标志位，进入中断服务程序后由硬件自动清0。而本设计是先通过单片机50ms定时，再利用软件部分分别循环20次实现1S定时，再循环1S定时10次实现10S定时。其中，10秒钟的定时采用定时器T0定时工作在方式1 ,单片机晶振Fosc=12MHz，所以机器周期T=12t0=12(1/12MHz)=1us 设定时器T0初始值为X，则：(216-X)1us=50ms 从而可知定时器T0初始值X= 65536-50000=15536=3CB0H,在此用50H、51H单元分别进行1秒和10秒的计数，它们内的赋值分别为14H、0AH ，T0的初值置为TL0=0B0H、TH0=3CH。 4.3.4 关键代码1S定时程序：程序实例： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP DIN0 ；定时器0入口 MAIN: TFLA G EQU 34H ；时间秒标志，判是否到50个 0.2秒，即50*0.2=1秒 MOV TMOD,#00000001B；定时器0工作于方式1 MOV TL0,#0AFH MOV TH0,#3CH；设定时时间为0.05秒，定时 20次则一秒 SETB EA ；开总中断 SETB ET0 ；开定时器0中断允许 SETB TR0 ；开定时0运行 SETB P1.0 LOOP: AJMP LOOP DIN0: ；是否到一秒 INCC: INC TFLAG MOV A,TFLAG CJNE A,#20,RE MOV TFLAG,#00H CPL P1.0 RE: MOV TL0,#0AFH MOV TH0,#3CH ；设定时时间为0.05秒，定时 20次则一秒 RETI END 循环1S定时10次实现10S定时: MOV 50H,#14H ； 1S循环次数20 MOV 51H,#0AH ； 10S循环次数 MOV TMOD,#01H ； 定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0B0H ；置50ms定时初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ；启动T0 L2:JBC TF0,L1 ；查询记数溢出 SJMP L2 L1:CPL P3.0 CPL P3.1 MOV TL0,#0B0H ；重新赋值 MOV TH0,#3CH DJNZ 50H,L2 ；未到1S继续循环 CPL P3.0 CPL P3.1 MOV 50H,#14H DJNZ 51H,L2 ；未到10S继续循环 SETB P3.0 ；10s到关闭报警 CLR P3.1 CLR P1.2 ；报警结束，正常运行绿指示灯亮 LJMP LP ；循环,继续工作 END 4.4 解除中断程序设计 4.4.1 实现功能通过点击外部按键，从而达到当报警时间没到10秒时，用手工按键停止