毕业设计论文基于单片机的热释电防盗报警系统的设计

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1、湖北工业大学商贸学院毕业设计摘 要本论文从硬件和软件两方面对系统进行了详细的设计。介绍了核心芯片的选型，外围电路的连接，芯片与芯片之间的连接电路，程序设计方法和相应的软件。系统电源用7805、7809芯片输出5V、9V电压，通过稳压模块给系统供电。整个设计采用模块化思想，主机采用AT89C51实现控制，由热释电传感器和振动位移传感器对住宅的模拟信号（人体发出的红外信号、引起的振动信号等）进行自动监测，当检测到异常情况，产生数字信号输入单片机，单片机根据输入信号，输出给蜂鸣器报警，做出反应处理。复位电路采用低功耗，四引脚的IMP812监控芯片。系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有成本低

2、的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。关键词：传感器； 单片机； 报警系统 ABSTRACTThis paper from both hardware and software on the system carried out a detailed design. It introduced the Selection of the core chip, the external circuit connections, chip and the connection between the circuit chip, program design methods and the corre

3、sponding software. 7805,7809 chip system power output by 5 V, 9V voltage regulator module to the system through the power supply. The whole design is modular thinking, host AT89C51 used to achieve control, by the pyroelectric sensor and vibration displacement sensors for residential analog signal (t

4、he human issued by the infrared signal from the vibration signals, and so on) for automatic monitoring, When detected abnormal circumstances, producing a digital signal input SCM, the MCU according to the input signal and output to the buzzer alarm, to respond to treatment. Reset circuit using low-p

5、ower, four-pin IMP812 monitoring chip. System hardware circuit simple, easy to install, simple operation, and has the advantage of low cost, applicable to all types of residential and the crowd.Key words: sensor； MCU； alarm system 42目 录摘要IABSTRACTII1绪论11.1序言11.1.1防盗报警系统的构成21.1.2防盗报警器的分类21.1.3防盗报警系统在

6、国内外的发展31.1.4防盗报警器的发展前景与趋势51.2设计要求与研究内容51.2.1设计要求51.2.2研究内容62系统方案设计72.1系统的功能要求72.2总体的设计方案72.3系统的相关技术82.3.1传感器技术82.3.2单片机技术103报警器硬件设计153.1电源电路设计153.2主机电路设计153.2.1时钟电路163.2.2复位及复位电路173.2.3键盘电路203.3数码显示电路的设计223.3.1数码管的工作原理223.3.2本系统的数码管显示电路243.4蜂鸣器电路253.5用户端探测器设计263.5.1热释电红外探测器电路设计263.5.2振动位移传感器电路设计274报

7、警器软件设计294.1程序语言设计294.1.1程序语言的分类294.1.2单片机汇编语言程序设计的基本步骤314.1.3汇编语言程序设计方法314.2报警系统的程序设计314.2.1主程序设计314.2.2扫键程序设计335总结与展望355.1结论355.2展望35致谢37参考文献38附录：电路原理图39附录：汇编程序401 绪论1.1 序言随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开

8、始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目

9、繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。红外线作为一种不可见光，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

10、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, 红外线声光报警器等。1.1.1 防盗报警系统的构成防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗

11、报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图所示。控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时12秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置。控制器报警器显示器探测器传感器图1-1 防盗报警系统构成图1.1.2 防盗报警器的分类（1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频

12、运动检测报警器、声音探测器等许多种类。（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。（5）从防盗探测器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分有线与无线。除了以上区分以外，还有其他方式的划分。在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场

13、所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。1.1.3 防盗报警系统在国内外的发展从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报

14、警的方式得到了前所未有的发展。从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。其具有以下特点，值得我们借鉴。目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公

15、司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。1979年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。其实我国的技防工作早在60年代就开始了

16、，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。当时主要采用的手段是声控报警。罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和 有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。84年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。进入90年代

17、，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。1.1.4 防盗报警器的发展前景与趋势随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大

18、，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全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明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求

19、，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势： （1）更稳定可靠：如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；（2）更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等； （3）更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求； （4）更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面； （5）更强大的联网功能；（6）更方便的扩展性。 上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。1.2 设计要求与研究内容1.2.1 设计要求现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生,治安问题更加突出。为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗

20、报警产品。防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防，探测。当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声。本论文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗报警系统。本文所研制的报警器的功能要求如下:（1）可实现非法入侵报警；（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；（3）蜂鸣器报警，并能显示出出事地点；（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。1.2.2 研究内容本课题需要研究的内容主要有以下几个方面：根据系统功能要求并且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计方法，以方便系统

21、的调试和用户的使用。系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、传感器的选择、报警电路的设计。下面分3章从系统总体的方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计对本课题做详细的介绍。2 系统方案设计现在市场上有各种各样的报警器，通过对它们进行分析比较，根据产品的功能要求和性价比，决定采取以单片机为主要技术的总体方案设计。2.1 系统的功能要求根据实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下：（1）可实现非法入侵报警；（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；（3）蜂鸣器报警，显示出出事地点；

22、（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。2.2 总体的设计方案智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等。 图2-1 系统组成框图探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报

23、警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)报警，同时显示出出事位置。2.3 系统的相关技术本系统主要有电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51控制电路、警铃电路、数码管显示电路部分组成。下面我们将简要介绍传感器技术和单片机技术。2.3.1 传感器技术感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量(输入量)的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。感

24、应器的作用：A信息的收集。对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测。B信息数据的交换。把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信息数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。C控制信息的采集。检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。现在有关家庭防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无线探头等等。本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实

25、用和安装操作简便，所以选用了无线人体热释电红外传感器完成防盗监测。当盗贼企图从门窗进入室内时，无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。被动式热释电红外探测器的工作原理：在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。人体都有恒定的体温，一般在37,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔

26、滤波光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电荷变化最终将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。被动式热释电红外探测器的特性：这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件

27、几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。抗干扰性能：防小动物干扰：探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408（安全防范国家标准）的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。正确的安装应满足下列条件:a红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。b红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。c红外线热释电传感器探测范围内不得

28、有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。d红外线热释电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。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。振动位移传感器：高灵敏振动位移传感器，是一种集振动和位移测量于一身的全方位固态控制器件,是目前作为状态检测和报警的最佳选择，传感部分采用目前先进固态加速度检测器件，既对振动有很高的检测灵敏度，又对周围环境的声音信号抑制，具有很强的抗干扰能力，可广泛应用于机动车、保险柜、门窗等场合的防盗装置中，器件的内部均含有专用的控制芯片，应用非常方便，可直接带动小功率负载。2.3.2 单片机技术单片机的特点：所谓单片机就是一

29、块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处，主要特点如下：a单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器

30、（Cache）用。b采用面向控制的指令系统。为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。单片机的运行速度也较高。c单片机的I/O引脚通常是多功能的。由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。d系列齐全，功能扩展性强。单片机具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。e单片机的功能是通用的。单片机虽然主要是作控制器用，但功

31、能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在各个方面。单片机的应用：单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化；面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更佳的性能价格比；抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟的；可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。工业控制数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工业机器人，智能传感器，离散与连续过

32、程控制；仪器仪表智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器；电讯技术调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制；办公自动化和计算机外部设备图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘/磁带机，智能终端机；导航与控制导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统；汽车与节能点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃料控制，计费器，交通控制；商用产品自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机；家用电器微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。AT89C51的特点：AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗、高性能8位单片机，与MCS-51单片机兼容，其功能特点为：4K

33、字节闪烁存储器(FLASH)，可进行1000次写、擦除操作。静态操作，外接OHZ-24MHZ晶振。三层程序存储器琐。128字节内部数据存储器(RAM)。32跟可编程输/输出线。两个6位定时/计数器。六个中断源。一个可编程串口。支持低功耗模式和掉电模式。下面我们介绍一下AT89C51的引脚，AT89C51引脚排列如图2-2所示，各引脚的功能如下：VCC：供电电压。GND：接地。PO口：PO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l时，被定义为高阻输入。PO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FLASH编程时，PO口作为原码输入

34、口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。图2-2 AT89C51引脚排列图P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/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1/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

35、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1/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，如下为管脚的备选功能:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3

36、.2 /INTO(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 TO(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。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。3 报警器硬件设计3.1 电源电路设计本系统电源电路原理图如图3-1所示，系统的电源采用220V交流供电，电网的220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入7805和7809

37、的输入端，最后输出5V和9V的直流电。图3-1 电源原理图3.2 主机电路设计报警器的主机采用AT89C51单片机来实现。单片机是将中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了32位和64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51，构成系统的主机。主机部分的电路原理图如图3-2所示，它由复位电路、振荡电路、

38、蜂鸣器、共阴极7段数码管组成。引脚P1.0和P1.4分别接到传感器的输出端，用以检测异常情况，以便进行报警处理。图3-2 主机部分原理图3.2.1 时钟电路 AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图3-3所示，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图3-4

39、所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用。图3-3 内部方式时钟电路图3-4 外部方式时钟电路3.2.2 复位及复位电路 复位操作：复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。除PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表2-1所示。表2-1 一些寄存

40、器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HAC00HTL000HPSW00HTL100HSP07HTH000HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H复位信号及其产生：RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。若使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5

41、P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，其电路如图3-6(a)所示。这佯，只要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，其电路如图3-6(b)所示；而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，其电路如图3-6(c)所示。 图3-6(a) 上电复位 图3-6(b) 按键电平复位 图3-6(c)按键脉冲复上述

42、电路图中的电阻、电容参数适用于6MHz晶振，能保证复位信号高电平持续时间大于2个机器周期。本系统中的复位电路如图3-7所示，利用的是单片机复位监控芯片IMP812。IMP812 是在低功耗微处理器（uP）微控制器（uC）和数字系统中用来监视3.0V、3.3V和5.0V电源工作的低功耗监控电路。每个都具有去抖动的手动复位输入。IMP812 是美国Maxim公司MAX812的改进型替代产品其工作温度范围扩展为-40至105。只要电源电压降至预置的复位门限以下时该电路就发出一个复位信号并在电源已经升高到此复位门限后至少保持这个信号140ms。IMP812则具有高电平有效的RESET输出。复位比较器已

43、设计成可以忽略Vcc电压的快速瞬变。IMP812的低功耗使之成为便携式及电池供电设备的理想选择。器件具有紧凑的4引脚SOT143封装仅占用极小的电路板空间。图3-7 IMP812的封装图3.2.3 键盘电路键盘是标准的输入设备，实现键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描，如8279，CH451，LMC9768等，还有就是用软件实现键盘扫描。使用现成的芯片可以节省CPU的开销，但增加了成本，而用软件实现具有较强的灵活性，也只需要很少的CPU开销，可以节省开发成本。本文便使用软件实现键盘的扫描。常见的键盘可分为独立按键式键盘和行列扫描式键盘。独立按键式键盘应用在需要少量按键的情况，按键

44、和单片机的I/O口线直接连接。而行列扫描式键盘用在按键需求较多的情形下。考虑到本系统操作简便，所以采用独立式键盘。独立式键盘电路如图3-8所示。图3-8 按键电路图理论上当按键按下或弹起时，可以相应的产生低电平或高电平，但实际并非如此。键盘按键一般都采用触点式按键开关。当按键被按下或释放时，按键触点的弹性会产生抖动现象。即当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通，当按键释放时，触点也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来，按键材料不同，抖动时间也各不相同。按键抖动可能导致单片机将一次按键操作识别为多次操作，一般采用硬件电路或软件程序来消除。图3-9 按键抖动示意图一次完整的按键过程，如

45、图3-9所示,包含以下几个阶段：A等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶段；B闭合抖动阶段：此时键刚刚按下，但信号处于抖动状态，系统在检测时应消抖延时，约5ms到20ms；C有效闭合阶段：此时抖动己经结束，一个有效按键动作己经产生，系统应该在此时执行按键功能，或将按键编码记录下来，待键弹起时再执行其功能；D释放抖动阶段：许多时候编程人员并不在此时消抖延时，但最好也执行一次消抖延时，以防止误操作；E有效释放阶段：若设计要求在按键抬起时才执行功能，则应当在此时进行按键功能的处理。按键击键的类型有多种划分方式：按击键时间分短击和长击；按击键次数分单击和连击；按特殊功能分双击或组合键等。功能分析如下：

46、短击：用户快速按下单个按键，然后立即释放；长击：用户长时间按下一个按键。如某些重要的功能键，复位，为防止用户误操作；连击：实现连续操作效果，如连续加1或减1；复合按键：用户同时按下两个或多个按键，实现某些特殊功能；无键按下：当用户在一定时间内未按任何按键，执行某些特殊的操作，如自动进入待机态或节能态。3.3 数码显示电路的设计本系统的显示电路采用的是数码管显示电路，数码管显示器由于其成本低，配置灵活，与单片机接口简单，广泛应用于单片机应用系统中。下面介绍其工作原理及与单片机的接口电路。3.3.1 数码管的工作原理LED数码显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的点或线段发光

47、，将这些二极管排成一定图形，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出不同的字形。单片机应用系统中常用的LED显示器为七段显示器，再加上有一个小数点，因此也可把它称为八段显示器。结构形式有共阴极和共阳极两种，它的结构图如图3-10所示。共阴极是把所有发光二极管的阴极连起来，通常接地，通过控制每一只发光二极管的阳极电平来使其发光或熄灭。阳极为高电平发光，为低电平熄灭；共阳极是把所有发光二极管的阳极连起来，通常为高电平，如+5v，通过控制每一只发光二极管的阴极电平来使其发光或熄灭，阴极为低电平发光，为高电平熄灭。图3-10(C)当中的com端在应用时作为位选端，8个发光二极管被分成两组，所以有两个co

48、m端，在使用时把它们并联起来。必须注意的是，在图中的电阻并非是数码管内部就有的电阻，它们是需外接的限流电阻，如果不限流将造成发光二极管的烧毁。限流电阻的取值一般使流经发光二极管的电流在10-20mA，由于高亮度数码管的使用，电流还可以取得小一些。3-10(a) 共阴极 3-10(b) 共阳极为了在LED显示器上显示某个字符，必须在它的8位段选线上加上相应的电平组合,即一个8位数据，这个数据就叫该字符的段选码。通常用的段选码的编码规则为：dpgfedcba图3-10(c) 封装图忽略小数点的七段LED显示器的段选码如表3-2所示。表中是不带小数点的字段选码,读者很容易得到带小数点的字段选码。表3

49、-2 七段LED显示器的段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码显示字符共阴极段选码共阳极段选码03FHC0Hb7CH83H106HF9Hc39HC6H25BHA4Hd5EHA1H34FHB0He79H86H466H99Hf71H8EH56DH92Hg80H7FH67DH82HP73H82H707HF8HU3EHC1H87FH80HT31HCEH96FH90HY6EH91Ha77H88H灭00HFFH3.3.2 本系统的数码管显示电路本系统中的数码管显示电路如图3-11所示，为共阳极数码管,ag、dp分别接到单片机的P0.0P0.6、P0.7脚。图3-11 数码管显示电路3.4 蜂鸣器电路本系统

50、的蜂鸣器报警电路如图3-12所示,蜂鸣器用一个三极管0913来驱动。单片机引脚P2.0接0913的基极输入端。当P2.0输出高电平1时，三极管导通,蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当P2.0输出低电平0时,三极管截止，蜂鸣器停止发声。图3-12 蜂鸣器电路3.5 用户端探测器设计本系统采用了两组传感器器件,每组各一个热释电红外探测器和一个振动位移传感器。每组的两个传感器通过一个或非门连在一起，任何一个传感器接收到报警信号，单片机都会做出反应，处理警情。这样的复合式传感器的设计,增加了安全性，减少了漏报发生的可能性。为了缩短课题研发周期，应用传感技术。我选用了两种热释电传感器成品组件。3.5

51、.1 热释电红外探测器电路设计本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图3-13所示，引脚功能如下：(1) 数字1脚：电源负极(2) 数字2脚：信号输出，高电平有效，46V和工作电压有关(3) 数字3脚：电源正极 DC69V(4) W1：灵敏度调整 (5) W2：输出延时调整 5120秒图3-13 热释电红外传感器的引脚示意图它的技术参数如下：工作电压：DC69V电平输出：和电源电压相同感应角度：水平：90140度；垂直：1530度静态电流：小于750A无信号输出：0V感应距离：0.515米外形尺寸：28mm38mm 高25毫米（最高点）输出电平：46V与工作电压有关工作时间：可调5-120

52、秒范围当探测器检测到异常的情况，由2脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。3.5.2 振动位移传感器电路设计本系统采用ND1型振动位移传感器，它是一种集振动和位移于一体的全方位传感器。它内部采用先进的固态加速度检测器件，对外来振动十分敏感。图3-14是ND1型振动位移传感器的内部组成框图，它由振动和位移传感元件、灵敏度限制电路、检测控制电路、延时电路和输出级等。 图3-14 ND1型振动位移传感器内部框图 振动位移传感器外部电路如图3-15所示,它的技术指标及参数见表3-3。表3-3 振动位移传感器技术指标及参数工作电压静态电流灵敏度检测方向位移检测依据工作温度体积3V12V3

53、V时500毫安0.1g全向加速度3065122232mm各引脚功能如下：引脚1：地引脚2：灵敏度调节引脚3：信号输出引脚4：输出延时设定引脚5：电源 图3-15 振动位移传感器由于器件内部集成度很高,外围电路相当简单，图中的C6是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越短，一般取值0.1uF10uF，这里取值为4.7uF。当人体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时，当人体停止运动时，输出转为低电平。R1是外接灵敏度设定电阻，取值在51K100K之间，阻值越大，灵敏度就越高。此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。4 报警器软件设计4.1 程序语言设计计算机完成一项工作，必须按顺序执

54、行各种操作。用计算机所能接受的语言把解决问题的步骤描述出来，就是程序设计。与其他微型计算机不同的是，单片机没有像监控系统因此，程序设计就或操作系统那样的软件系统，所有的单片机程序均需由用户设计完成成为单片机应用不可缺少的内容。程序设计基础包括不同类型程序的设计方法和技巧。4.1.1 程序语言的分类计算机能理解和执行的语言称为计算机程序设计语言，它随计算机的诞生而诞生，随计算机的发展而发展。程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言之分，究竟选用哪一类、哪一种语言来编写程序，这要根据计算机的具体应用场合和各类语言的特点来决定机器语言（Machine Language）：机器表示计算机，机器语言是

55、用二进制表示的、计算机能直接识别和执行的语言。它虽然能被计算机直接识别，但在书写、阅读、记忆上都很困难，用它编写程序具有工作量大、易出错、不便查错和不便交流等缺点。因此，人们通常不用它来进行程序设计。汇编语言(Assembly Language)：为了解决机器语言存在的问题，人们用英文字母代替机器码，这些英文字母称为助记符。汇编语言是用助记符、保留字和伪指令等组成的一种计算机语言，是 种用来替代机器语言进行程序设计的语言，是一种特别适用于编写实时控制程序的计算机语言。采用汇编语言编程，用户可以直接操作内部的寄存器，能把数据的处理过程表述得非常具体和翔实，可以在空间和时间上充分发掘计算机的潜力

56、采用汇编语言编写的程序叫汇编语言源程序。计算机不能直接识别和执行汇编语言源程序，必须通过“汇编程序”将它翻译成机器语言程序（即目标程序）。汇编语言实际上是用符号来表示机器的指令，而指令和计算机的结构密切相关。因此，汇编语言有两个方面的缺点：一是对程序员计算机结构、指令系统等技术知识的要求非常高，二是编写出的程序不能通用于其他类型的计算机，即用某种型号机器的汇编语言写的程序，只有该型号的机器才能执行。高级语言（High-Level Language）：高级语言是一种独立于计算机的通用程序设计语言，它基本上不依赖于计算机的结构，程序员对计算机的结构不用作具体的了解，就可以编写程序，而且编写的程序通

57、用性好。一个高级语言程序只要做些“移植”工作（有时也可以不做），就可以应用在不同型号的计算机上。此外，高级语言是一种接近入的自然语言和常用数学表达式的计算机语言，语句功能强，编程效率高，易于掌握和交流。但是，计算机也不能直接识别高级语言程序，也必须经过“翻译”（常称解释或编译）使之成为机器语言程序，机器才能执行。用高级语言编写程序的不足之处是，高级语言翻译得到的机器语言程序，要比由完成同样任务的汇编程序得到的机器语言程序长得多，由此而造成程序执行时间长，所占存储空间大。目前，常用的高级语言种类较多，比如BASICFORTRANPASCALC语言等等，高级语言用于复杂的科学计算和数据处理有着明显

58、的优势。图4-1是三种语言处理过程的示意图。汇编语言源程序高级语言源程序汇编程序编译或解释程序机器语言程序（目标程序）面向过程面向机器面向机器图4-1 三种语言程序处理过程示意图单片机通常应用于家用电器、仪器仪表、工业过程自动化中，处于这些应用场合下，要求计算机执行程序速度快、实时性强，要有灵活的接口处理技术，但存储容量小。根据这些要求，显然应该优选汇编语言来进行程序设计。虽然许多单片机开发系统提供了高级语言，但目前被广泛采用的仍是汇编语言。本课题就采用的是汇编语言.4.1.2 单片机汇编语言程序设计的基本步骤单片机汇编语言程序设计的基本步骤如下：A设计任务的分析、确定思路或算法。B程序的总体

59、设计并画出流程图。C编写源程序。可在编译软件下编程，要求简练、层次清楚、字节数少和执行时间短等。D源程序的汇编和调试。E编写程序说明文件。4.1.3 汇编语言程序设计方法 汇编程序的基本结构总是简单程序、分支程序、循环程序、查表程序、子程序、中断程序等结构化的程序模块有机组成的。 划分功能模块进行设计。 自上而下逐渐求精。4.2 报警系统的程序设计自动报警器软件部分采用模块化设计，分为主程序、扫键程序等等。应用汇编语言编程，使用G6W型仿真器，在Keil uVision2环境里运行，最后用烧写器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用MCS-S 1汇编语言编写自动报警器中相关程序(如拨号、检测

60、等)。4.2.1 主程序设计主程序首先对单片机进行初始化，然后进入扫键程序，开始布防。当检测到意外情况（有人入侵）时，通过标志位进行警情判别，然后进入报警程序进行分类报警，主程序流程图见图4-2。图4-3 扫键程序流程图图4-2 主程序流程图主程序部分如下所示：;*; 主程序;*;START: ACALL CLEARMAIN:LCALL KEYWORKJB 00H,FUN0 ;判断20H.0位为1时执行FUN0JB 01H,FUN1 ;判断20H.1位为1时执行FUN1AJMPMAIN ;返回主程序MAIN4.2.2 扫键程序设计图4-3为扫键程序流程图。程序开始，首先置P1口为高电平，为输入状态。然后循环依次检测P1.0P1.4口，当某一管脚为高电平时，进行防抖测试，如确认为报警信号，则置相应的标志位为1，以便以后判别报警位置，标志位为单片机内部RAM的20H单元的低三位20H.0、20H.1，返回主程序。;*; 扫键程序