基于单片机的汽车遥控报警系统设计学士学位论文

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1、哈尔滨远东理工学院学士学位论文 题 目：基于单片机的汽车遥控报警系统设计分院： 工学院 专业： 电子信息工程 二0一三 年 五 月 三十一 日毕业设计（论文）评语及成绩 一、指导教师评语：是否同意参加答辩：指导教师签字： 20 年 月 日 二、评阅人评语：是否同意参加答辩： 评阅教师签字： 20 年 月 日 三、答辩委员会评语：是否建议授予学士学位：答辩委员会成员签字：1、 2、 3、 4、 5、 6、7、 8、 9、 20 年 月 日 四、答辩委员会主任单位 答辩委员会主任职称 答辩委员会主任签字 20 年 月 日 五、毕业设计（论文）成绩： 学生所在分院盖章： 20 年 月 日哈尔滨远东理

2、工学院毕业设计（论文）任务书学生姓名马剑学 号分 院工学院专 业电子信息工程任务起止时间： 2012年 12 月 10日 至 2013 年 5 月 31 日毕业设计（论文）题目：基于单片机的汽车防盗报警系统设计毕业设计（论文）工作内容： 红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到了广泛的应用。由于它不是可见光，因此用来制作防盗报警系统，具有良好的隐蔽性，白天和夜里都能用，而且抗干扰能力强，这种报警装置可以广泛用于博物馆，单位要害部门和家庭的防护。本设计是在对现有的光电防盗报警装置的优缺点的综合研究的基础上进行的，具有价格低廉，安装操作简易，误报率低等特点。通过查找资料，采用无

3、线发射与接收来控制是否进入报警模式，通过红外线判读信号，再将信号通过电路传输给8051单片机处理，由单片机根据检测模块输入的信号来决定是不是对报警电路进行触发。毕业设计（论文）进度安排：1、查阅中外文文献资料，写出文献综述阶段：2012年12月10日2013年1月10日2、调查、设计、实验、研究阶段：2013月1 月11日2013年3月31日3、设计（论文）撰写与整理阶段： 2013年4 月1 日2013年5月31日指导教师意见与要求： 签字： 年 月 日主任意见： 签字： 年 月 日哈尔滨远东理工学院学士学位论文摘 要汽车成为很多人不可缺少的交通工具，现在汽车被盗的现象很多，盗贼的手法也层出

4、不穷。为对付不断升级的盗车手段，人们研制出各种方式、各种结构的防盗器，但汽车被盗还是非常严重。基于此现象，本次设计了遥控汽车报警系统。本文主要介绍以单片微机8051为核心设计的遥控汽车报警系统。该系统主要无线控制电路、主动红外传感器、单片机以及温度传感器、报警电路。本系统通过无线控制监控系统启动、利用红外线传感器检测，然后把信号输入到单片机，单片机根据检测电路输出的信号判断是否启动报警，同时采用温度传感器检测发动机温度，从而判读汽车是否被启动，实现系统的报警功能。关键词：8051单片机；红外传感器；18B20；无线发射和接收AbstractAs the society progresses u

5、nremittingly with the development of science, technique and economy continuously, the lives of people get a very great exaltation. The protective consciousness of private possession is in the continuous to build up, as a result, put forward a new request towards the guarding measurement. Now the Hou

6、sehold-use thief-guarding system has become essential equipment for building a house. For satisfying a modern residential demand, we design this remote control thief-guarding system. This text mainly introduces a thief-guarding system which is based on the single chip microcomputer 8051.The system i

7、s mainly constituted by a remote infrared blaster, an infrared receiver which is controlled by single chip microcomputer 8051,hot-electric infrared sensor P228, detective circuit, alarm circuit and electric switch circuit. Since this system adopt double-check mode to monitoring and discriminating th

8、e indoor circumstance, two circuits of sensors will output tow types of signals .The logic “and” will discriminate that there is a thief or not, and then input the signal to the 8051.The 8051 can make the decision whether to trigger the alarm circuit based on the signal which is output by the monito

9、ring circuit, so it can prevent false alarms. The system will dial the police on time once a break-in is verified.Keywords：Single chip microcomputer 8051; infrared detector; hot-electric sensor目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪 论11.1 课题背景11.2 光电防盗报警系统的发展状况11.3 论文研究的目的和内容21.4 报警系统原理框图2第2章 单片机原理介绍32.1单片机发展概

10、况32.2 MCS-51单片机内部结构32.3单片机电路6第3章 传感器检测系统原理介绍83.1防盗报警装置83.2防盗报警探测器的种类83.3温湿度传感器93.4光电传感器技术123.5脉冲式光电传感器133.6超声波传感器技术13第4章 系统硬件设计154.1电源电路的实现164.2传感器检测与信号控制电路164.3遥控发射部分电路设计174.4报警电路功能的实现184.5 DS1302实时时钟电路19第5章 软件设计215.1主程序215.2中断返回服务程序22结 论23致 谢24参考文献25附录A26附录B28附录C30-III-第1章 绪 论1.1 课题背景随着信息技术的普及和发展，

11、尤其是在跨入新千年以后，红外技术得到了迅猛的发展，红外线侧技术已经渗透到国民经济的各行各业和人们生活的方方面面，在安全防范方面，基于红外探测技术的红外入侵报警器又称为红外防盗报警器，作为一种新的技术，它已经越来越得到社会各界的重视和广泛的应用。红外入侵报警前期探测手段的不同可以分为被动式，主动式和多技术复合式入侵报警器。被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的为红外线转换成相应的电信号，并进行放大，处理，它能可靠的将在附近运动的生物体(人)和飘落的物体加以区别，同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称为热释电红外入侵报警器，有光学系

12、统，红外传感器和信息处理等三个部分组成。目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式，透射式和折射式。其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达到2560米；透射式的灵敏度最低，探测距离为210米；折射式居中，兼有反射式和透射式的优缺点。反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘，放水，抗击，隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。其工作原理为：由多元组合菲涅尔透镜构成一定视场和距离的警戒区，监视警戒区内红外辐射量的变化。当警戒区内无盗贼出现时，红外辐射场处于稳定状态，红外传感器

13、无信号输出。当盗贼出现在警戒区时，红外辐射场发生变化，这种变化立即被经过巧妙设计的多视场组合菲涅尔透镜会聚，敏感的红外传感器接收后迅速将这种变化转为电信号，这种信号经信息处理部分放大，处理后立即输出报警信号，然后通过传输送达监控器，于是发出报警，示出事发地区。1.2 光电防盗报警系统的发展状况传感器技术是21世界人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国的西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。而基于传感器技术的光电防盗报警系统也得到了高速的发展。最早的非可见光

14、束入侵物探测器，有发射机将一个编码信号馈送到一只IR LED中。此LED的输出聚焦成一束很窄的光束，并使其对准远距离仿制的接收机中的一只匹配的IR光敏探测器。整个系统的工作就是这样的：当光束到达接收机时接收机的输出就处于“关”的状态，但是如果光束被人，动物或其他的物品遮挡住时，接收机的输出就开启并触发外部报警器或继电器。此系统是以针尖视线的原理来工作的，它可以被任何一个进入到发射机与接收机透镜之间瞄准直线上的大于针尖的物体所触发。因此，这种简单系统的弱点就是它可能被一只飞入光束或落在某一透镜上的苍蝇或飞蛾之类的昆虫所触，所以误报的可能性非常大，后来改用双光束系统，随后又出现了给予被动是红外传感

15、器技术的被动式红外入侵报警器，被动式红外传感器技术是利用红外光敏期间将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大，处理，再利用电路输出报警信号，它能可靠的将运动着的生物体(人)和飘落的物体加以却别，同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。但上述两种类型的光电防盗报警器装置都有很高的误报率，而多技术复合入侵报警器误报率则很低，除了双探测技术报警器产品外，目前三探测技术和四探测技术的复合报警器均有产品上市。例如英国的帕朗尼斯四探测技术报警器，它包括微波、红外、IFT及微波鉴控等技术。其本质是热释电红外-微波双探测技术的发展和完善。1.3 论文研究的目的和内容红

16、外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到了广泛的应用。由于它不是可见光，因此用来制作防盗报警系统，具有良好的隐蔽性，白天和夜里都能用，而且抗干扰能力强，这种报警装置可以广泛用于博物馆，单位要害部门和家庭的防护。本设计是在对现有的光电防盗报警装置的优缺点的综合研究的基础上进行的，具有价格低廉，安装操作简易，误报率低等特点。通过查找资料，采用无线发射与接收来控制是否进入报警模式，通过红外线判读信号，再将信号通过电路传输给8051单片机处理，由单片机根据检测模块输入的信号来决定是不是对报警电路进行触发。1.4 报警系统原理框图近年来，报警器行业发展非常迅猛，特别是光电防盗报警系统的

17、应用最为广泛，光电防盗报警系统以其监测范围宽，探测距离远，可靠性高，隐蔽性好等优点著称，虽说报警器种类繁多，但基于单片机控制的报警器的基本结构都大同小异，基本的原理框图如图1-1所示：图1-1 报警系统框图系统核心部分是传感器检测和单片机的处理，利用传感器检测车的情况，传感器一般采用双鉴别模式即由两个具有功能互补性的传感器同时对室内情况监测，然后输出两路不同的信号，再经过逻辑“与”关系判断，当发现并确认有盗情时检测电路输出信号给单片机，由单片机根据输入的信号发出报警指令给报警电路，从而触发报警电路，达到能及时准确的报警功能。第2章 单片机原理介绍2.1 单片机发展概况微型计算机的出现是电子数字

18、计算机广泛应用到人们日常工作和生活领域中去的一个重大转折点。它已经深入应用到非微型计算机所无法应用的领域，对社会产生了极大的影响。单片微型计算机是微型计算机发展的一个重要分支，它以其独特的机构和性能，越来越普遍的应用到国民经济建设的各个领域。单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)。因为单片机主要用于控制系统中，所以又称微控制器(Microcontroller Unit，MCU)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。它具有嵌入式应用系统所要求的体系结构，微处理器，指令系统，总线方式，管理模式等。他把计算机的基本部件都微型化集成到一块芯

19、片上了，通常片内部都含有中央处理部件(CPU)，数据存储器(RAM)，程序存储器(ROM，EPROM，Flsh ROM)，定时器/计数器和各种输入/输出(I/O)接口他们之间的相互连接结构如图2-1所示。CPUROMRAM定时器/计数器I/O 外设接口时钟图2-1 单片机结构2.2 MCS-51单片机内部结构8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：1. 中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进

20、制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2. 数据存储器(RAM)8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2-2 8051内部结构3. 程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。4. 定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于

21、控制程序转向。5. 并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。6. 全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7. 中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。8. 时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式

22、，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式。MCS-51的引脚说明：MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：Pin9：RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以

23、上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM(包括工作寄存器R0-R7)的状态，8051的初始态。8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图2-5。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图2-3 MCS-51结构框图图2-4 51单片机引脚图图2-5 复位电路图Pin30：ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁

24、存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29：当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。Pin31：EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存

25、储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031，EA端必须接地。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。2.3单片机电路本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52采用主控芯片，其管脚如图2.3所示。 图2-6 STC89C52单片机管脚图 本设计所用芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图2.4所示。图中ALERT引脚输入DYP-ME003红外人体传感器信号，该信号为高电平时有人入侵

26、，为低电平时表示没有检测到人。DATA引脚为温湿度传感器单和数据线二线接口通信。K1、K2、K3、K4为四只按键，分别为设置键、上调键、下调键总线引脚。2402_SCL和2402_SDA为外存芯片AT24C04通信引脚，该芯片为IIC接口芯片，通过时钟线和查询键。L2为报警LED发光管。P0.0P0.7为LCD数据线，P2.5P2.7为LCD控制线。系统采用11.0572MHz外部晶振电路。 图2-7 单片机系统电路 第3章 传感器检测系统原理介绍“传感器”这一术语来自英文“Sensor”，该词也可译为敏感装置或敏感元件。传感器最初是作为一种控制元件被引入自动化技术和电子系统中的，随着工业自动

27、化和社会信息话的发展，人们对传感器的认识已从过去单纯作为一种控制元件而提高到人类开发自然、利用自然的关键手段的高度。众所周知，人类是依靠耳、眼、鼻、舌、身等感官来接受外界信息的。随着科学技术的发展，人类光靠自身的感觉器官来摄取外界信息已不能满足要求，必须借助于能够延伸人的感官的新技术手段来完成这一任务。于是，仿效人体感官功能的各种传感器及其技术就应运而生。 这些传感器不仅能在人不能到达的后对人有危险的场所起到人的“耳目”作用，而且还能突破人的生理界限，感受到人的感官所不能感受的外界信息，有效地延伸了人的感官，丰富了人们对外部世界的认识。当今人类已进入信息时代，以电子计算机技术为中心的信息处理、

28、信息传输技术已渗透到社会各个领域。电子计算机由于能够部分地代替人的大脑劳动，因而被誉为人的第二大脑。然而，电子计算机要进行“思维”活动，要“发号施令”，还必须向它提供各种各样的信息。因此，采集信息的传感器就成为“电脑”所必不可少的“五官”。国外自动专家认为，如果没有象人的五官那样的传感器提供正确可靠的信息，计算机将一事无成，自动化也是纸上谈兵。传感技术在军事、工业、科研等领域早已有着广泛的应用，在公安业务中也有广泛的应用前景。随着我国安全防范技术的发展，特别是信息技术的计算机技术已日益广泛地用于安全防范技术中，作为信息采集主要手段的传感器，在安全防范技术中的地位就显得越来越重要。比如在防卫工作

29、中常常需要设计各种各样的网络系统，而网络系统特前端装置(包括各种探测器、监听器、摄像机等)和终端设备(各种报警显示板、监听器、监视器、指挥图板等显示记录设备)实际上都属于传感器的范畴。因此，可以豪不夸张的说，如果没有传感器及其相应的技术，各种警用系统网络便无法组成。再如，图像及安全检查技术，需要各种各样的光敏传感器(包括X光、紫外线、可见光和红外线)才能完成图像的传递、增强、储存、处理和显示。至于窃听和反窃听技术更离不开各种体积小、重量轻、灵敏度高的声传感器和电磁传感器。在刑事侦察中，对各种发案现场的如实记录、手纹、足纹眼纹的提取、识别与显示，都需要敏感器件的帮助。3.1 防盗报警装置一个有效

30、的电子保安系统主要由以下几部分组成：传感器、放大处理电路、输出电路。其中，由传感器所构成的探测器相当于人的眼睛，负责监视保护区现场的任何入侵活动(如图3-1所示)。图3-1 电子保安系统3.2 防盗报警探测器的种类防盗报警系统是根据现场探测器采集的信息而报警的，按探测器工作方式不同，可分为接触式和非接触式两大类。接触式的探测器有干簧管、微动开关等，非接触式的有利用红外线、超声波和微波做成的探测器。通常，防盗探测器有如下6种类型。1. 开关类机械式开关在安保系统中已很少用，以磁簧开关为主，其触点有常开与常闭之分，一个安装在门窗上作为第一个层次的防护。开关类防盗探测器的优点是简单、经济、防潮、防尘

31、。2. 玻璃破碎探测器这种探测器利用压电拾音器探测玻璃门窗破碎时的高频声音，通常安装于玻璃面的正对面。利用压电陶瓷片的压电效应，压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲，变形时将会在其表面产生电荷，可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音，10k、15kHZ，进行有效检测，而对10kHZ以下的声音信号，如说话、走路声，有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类：一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用，带宽10到15KHz的具有特殊用途，可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除的声控报警探测器。另一类是

32、双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。3. 人体探测器 人体热辐射产生的波长约10m的红外线，可由人体探测器通过探测该波长的红外线信号而确定是否有人入侵，其中热型焦电式人体探测器中有一个7.15m的带通滤波器，可屏蔽其它背景辐射的红外光，它灵敏度高，相应快。为进一步降低误保率，可选用内装两只探测元件的差动式探测器，它要求被探测对象移动速度不低于0.1m/s，人体探测器是安保系统中应用较为普遍而有效的探测器。4. 光束遮挡式探测器光束遮挡式探测器具有一对相对安装的红外线发射/接收器，发射器发射经特定载频调制的红外光，接收器中有相应的频率与相位识别电路，当入侵者遮

33、挡红外光时即被探测器探知。利用激光作光源时，还可利用光学系统多次反射形成一个防护网以提高安全性。5. 振动探测器振动探测器以压电式为主，它内置的压电应变片可以探测到门、窗及其它物体被移动而产生的振动，进而产生电信号的变化。这种探测器常用于重要物品和特殊点的入侵探测。6. 移动探测器移动探测器包括微波/超声波移动探测器、侦光式移动探测器、影像侦测器等，前两者均利用多普勒效应。探测器发射微波/超声波，当入侵者在探测区内移动时，会使接受到的反射波有频率差即多谱勒频率，进而被探测，此类探测器安装位置应避免震动和其它波源的干扰；侦光式探测器则利用一对差动式光电晶体探测器因人体移动所致的环境光线的变化，但

34、它应安装在背景光源稳定之外，否则易产生误报；影像侦测器利用电荷耦合式CCD摄像机将入侵者图像经过类比对数位转换器数字化，然后再比较先后两幅图的差异而进行探测，它灵敏度高、稳定、防磁、防震，但入侵者移动极慢时会漏报。3.3 温湿度传感器DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20的性能特点如下：1. 独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；2. 多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；3. 无须外部器件

35、；4. 可通过数据线供电，电压范围为3.05.5V；5. 零待机功耗；6. 温度以9或12位数字；7. 用户可定义报警设置；8. 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件；9. 负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3-2所示。图3-2 DS18B20内部结构图3-3 其内部结构图64位ROM的结构开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48位，最后8位是前面56位的CRC检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和T

36、L，可通过软件写入户报警上下限。DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图2-2所示。头2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。该字节各位的定义如图2-3所示。低5位一直为1，TM是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为0，用户要去改动，R1和R0决定温度转换的精

37、度位数，来设置分辨率。应用领域包括：暖通空调测试及检测设备、汽车数据记录器、消费品、自动控制、气象站、家电、湿度调节器、医疗、除湿器。 接口说明：DHT11典型应用电路如图2-4所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20时用5K上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte（40Bit）组成。一次通讯时间最大3ms，数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit，高位先出。建议连接线长度短于20米时用5K上拉电阻，大于2

38、0米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。图3-4 典型应用图3-4 典型 串行接口（单线双向）：DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据”所得结果的末8位。电源引脚：DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳

39、定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。 封装信息 图3-5 封装信息 DHT11引脚说明 表3-6引脚说明Pin名称注释1VDD供电 35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极 温湿度传感器及其检测电路 图3-7温湿度传感器及检测电路3.4光电传感器技术 光电传感器是采用光电元件做为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数

40、多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此在检测和控制领域内得到广泛应用。按光源的发光分类：X光灯、紫外线光灯、可见光灯（即照明灯）、红外光灯等等；按光的性质分类：激光光源（平等光源）、普通光源（发散光源）。光在光学通路中利用光的反射与折射原理进行传播，即SnellDescartes定律：n1 sin 1= n2sin2其中，n1与 n2分别表示光线在传播过程中穿过的不同传播介质的折射率，如水与玻璃；1与2分别表示光线传播过程中穿过不同传播介质时的入射角与折射角。光电元件是光电传感器中最重要的部件，常见的有真空光电元件和半导体光电元件两大类。它们的工作原理都基于不同形式的光电效应。根据光的波粒二

41、象性，认为光是一种以光速运动的粒子流，这种粒子称为光子。每个光子具有的能量为：E=h 式中，为光波频率；h为普朗克常数6.6310-34 J/Hz。由此可见，对不同频率的光，其光子能量是不相同的，光波频率越高，光子能量越大。用光照射某一物体，可以看做是一连串能量为h的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应，我们把这种物理现象称为光电效应。光的传播也是光电传感器中需要考虑到的重要因素，光电传感器工作原理为光的折射与反射原理，即斯涅尔定律，当光由第一媒质（折射

42、率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。适用于均匀的各向同性的媒质。3.5脉冲式光电传感器在这种传感器中，光电元件接收的光信号是断续变化的，因此光电元件处于开关工作状态，它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号，多用于光电计数和光电式转速测量等场合。由光源、光学通路和光电器件组成的光电传感器在用于光电检测时，还必须配备适当的测量电路。测量电路能够把光电效应造成的光电元件的电性能的变化转换成所需要的电压或电流。不同的光电元件，需要不同的测量电路。光电传感器典型应用与测量原理光电传感器尤其是红外光传感器，较常见于气雾检测以及安全监控

43、系统中。通常光电传感器测量的基本原理是光的传播原理以及不同形式的光电效应。应用于气雾监测系统的红外光传感器由光源，光检测装置与光组件（包括两个汇聚镜头与光导通路）构成，其利用的就是光线在传播介质内部的全反射原理。光束通过光汇聚装置与光学通路在检测介质内部由光源以固定角度发射，并在介质内部传播，通过固定位置的光检测装置，获取传播的光信号能量。相同的工作原理也大量的应用于光纤通信技术中5。当传播介质表面干燥时，光源发射的光束在传播过程中发生全反射现象（可以是多次反射），反射后的光通过光汇聚装置与光学通路后被光检测装置获得，产生固定的能量或电信号，一旦有气雾或液膜在检测介质形成，光线在检测介质中不在

44、进行全反射传播，由SnellDescartes定律，式（1）可知，只有部分光线仍能够到达光检测装置，产生相应的能量或电信号，然后通过系统控制单元对接收到的电信号比较分析，进而做出正确的判断。测试系统由弹性膜片与光电传感器构成，其中光电传感器由光束发射/反弹装置与光接收装置构成，当弹性膜片没有发生外力作用（压力），就不会产生的形变，此时成为参考恒压状态，并且光电传感器的光接收装置感应到的光束位置恒定，例如在光接收传感器正中。一旦弹性膜片受压产生形变，反射光束在光接收传感器上发生偏移，偏移距离对应着形变程度，将接收到的光信号转换为电信号，通过测算获得压力的大小。光电传感技术已经大量的应用于许多主流

45、工业系统和公司产品，其高精度，结构简单，非接触式测量检测方式等已经得到了广泛的认可，然而，随着市场推广与调查，其缺点也逐渐显现6。1)高成本。测量检测系统要达到高精度性能就需要高精度光电传感器，除此之外，由于部分光学元件的持续使用寿命有限，因此高昂的设备维护以及更换也使系统成本骤升；2)传感器性能受光源入射角局限，并且容易在反射折射过程中出现散射现象，根据光的反射定律，在满足全反射的情况下，光检测装置需要固定在距离光源一定的的位置，因此，在使用光电传感器技术的时候需要考虑到传感器光源与光探测器之间的距离，在对测量区域以及传感器尺寸有特殊要求的情况下，不易于实现；3) 光电传感器受测传播介质的限

46、制，无法穿透金属等不透明介质，有一定的应用局限性；4)光电传感器容易受到测量环境的影响，包括灰尘，温度，湿度等，也容易造成传感器使用寿命的降低。3.6超声波传感器技术超声波传感器工作原理类似于雷达或声纳探测装置，利用超声波特性进行测量测距，超声波是一种振动频率高于声波的机械波，具有频率高，波长短，方向性好，能成为射线而定向传播等特点7。特别是超声波对液体、固体的穿透性，尤其是在不透明固体中的穿透性传播，能够到达几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段需要超声波发射器与

47、声波拾取装置构成，通过发射器发射高频声波并由超声波拾振动位移(vibration diplacement)米赫兹 (mHz) 线性差动变压器(LVDT)，整合速度仪，双整合加速仪应力34, 35(strain gauge/force)牛顿 (N) 利用反平衡：质量，电磁挠度：应变计，线性差动变压器(LVDT)压阻传感器，压电传感器，电容传感器，电感式传感器压力33(pressure)帕斯卡，牛/米平压电传感器，压阻传感器，应变计，线性差动变压器(LVDT)，电感式传感器，电容传感器温度36, 37(temperature)摄氏度或卡尔文 (K或者oC) 热耦合，电阻温度计，热敏电阻。第4章 系

48、统硬件设计硬件系统总体框图如下图4-1所示：图4-1 硬件系统总体框图4.1 电源电路的实现本设计采用交直双供电方式，交流电采用220V生活用电，直流电采用汽车里面的+12V电瓶供电，220V交流市电经过变压器T1降压7，然后经过整流电桥BRIDGE1对交流电进行整流，得到的直流电经过电容C1滤波，于是得到电路所需的+12V直流电，所得到的+12V直流电再经过三端稳压器78L05输出电路需要的+5V电压，直流供电系统与滤波电容C1并联，并且在电瓶“+”端串连一个二极管与电阻并联的电路，当交流电正常供电时电瓶不放电，而且经整流电桥转换而得到的直流电还能通过电阻给的电瓶充电，这样能使电瓶时刻充满电

49、，当交流电供电出现故障时，电瓶通过二极管放电仍能保证整个电路的正常工作。电路图如4-2所示。图4-2 电源电路图 在电路实现过程中用到的桥式整流器主要功能是把交流电转换成直流电，桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 桥式整流是交流电转换成直流电一个重要步骤。4.2

50、传感器检测与信号控制电路通过三种类型的传感器采集信号，分别是无线传感器、红外传感器和温度传感器。利用无线传感器控制报警系统启用还是关闭的状态，利用无线传感器检测是否有人靠近汽车、利用温度传感器检测发动机温度，看车是否别启动，其电路图如下所示：我们将P1.0-P1.3口作为检测信号输入口，P2.0-P2.2口作为信号输出口，即通过P2.2控制是否触发报警电路，P1.0口作为是否启动报警，如图4-3，首先单片机会扫描P1.0口是否启动报警(即扫描P1.0口的值为0或1)，若单片机不启动报警电路(即P1.0口输入为1)，则不管任何动作都不会触发报警电路，当扫描到P1.7口为解锁状态时(即扫描P1.0

51、口的值为0)若输入的六路信号都为低电平，则单片机根据内部固化程序做出不触发报警电路的决定，若输入的六路信号中有任何一路跳变成高电平时，单片机会根据原先固化的程序做出是否触发报警电路的决定。图4-3 传感器报警电路图4.3 遥控发射部分电路设计电路原理如图4-4所示。AT89S52单片机为电路核心元件，P1.0、P1.1为设定防盗系统的按键输入口，P2.7为解除防盗系统发射部分采用,当电源加到VCC和GND引脚时，单片机即可上电复位。晶体管Q1及其外围元件组成振荡频率为270MHz的改进型电容三点式振荡器，由软件实现模拟串口输出，它输出的串行编码信号送到Q1的基极，以实现脉冲调制发射。其电路图如

52、下：图4-4 无线传感器发射电路4.4 报警电路功能的实现图4-5 报警电路部分当有单片机经过判断确认有盗情时，发出报警的信号，信号经过放大后发出报警信号，同时通过无线传感器收发电路回传信号通知主人车的当前情况。从而可以采取措施。4.5 DS1302实时时钟电路1. DS1302的结构及工作原理DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个318的用于临时

53、性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。2. 引脚功能及结构DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc10.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种

54、功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，双向串行数据输入输出端I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V之前，RST必须保持低电平。3. DS1302的控制字节DS1302的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位（位0）

55、如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。图4-6DS1302的控制字4. 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。5. DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式，此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外

56、的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。6. DS1302与CPU的连接实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。只要占用CPU一个口线即可。LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司

57、生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗（WDT）/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有34线串行接口，可与任何单片机、IC接口。功耗低，显示状态时电流为2A（典型值），省电模式时小于1A，工作电压为2.4V3.3V，显示清晰。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。其芯片管脚如图4-7所示

58、。图4-7DS1302管脚图 DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口：线1-RES复位，2-I/O数据线和3-SCLK串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下的特性，双电源管脚用于主电源和备份电源，供应Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力；31*8位暂存数据存储

59、RAM；串行I/O口方式使得管脚数量最少；宽范围工作电压2.0-5.5V；工作电流：2.0V时，小于300nA；读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式：单字节传送和多字节传送字符组方式；8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装，根据表面装配；简单3线接口；与TTL兼容，Vcc=5V；可选工业级温度范围-40-+85；与DS1202兼容；双电源管用于主电源和备份电源供应，备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；附加的7字节暂存存储器。第5章 软件设计仅仅有通过硬件设计还远远不够，必须要与相应的软件设计结合起来才能达到预期的效果，所以软件的设计本毕业设计的另一个重要方面，它的好坏直接关系毕业设计的成功与否。系统软件设计是用C语言完成的，这就需要能熟练的掌握C语言，会使用编译软件。下面首先通过流程图和具体的程序清单对系统的软件设计过程作详细介绍.设计的目标是，先检测报警锁定口P1.0高低电平，若P1.0口为高电平则无论外界什么情况都不会产生报警信号，若P1.0口为低电平，则报警系统处于正常警戒状态，当检测并确认动车时就将P2.2口置1，输出信号触发报警电路，本设计让P2.2口维持高电平一秒钟可以通过定时器T0(工作于定时方式1)重复定时100ms十次来实现。用工作寄存器R1作为循环计数器，初值为10(0AH)。采用中断方式编程，整个软件有主程序和中断服务程