2014届本科生毕业论文 分类号:TP277
题 目： 基于AT89C51的防盗报警系统的设计
作 者 姓 名： 学 号： 学 院：
专 业： 指导教师姓名： 指导教师职称：
2014年5月13日
摘 要
防盗报警系统采用了由热释电红外传感器和振动位移传感器构成的复合式传感器，这种防盗器安装隐蔽，同时它的信号经过单片机系统处理后方便与PC机通信，便于多用户统一管理。防盗报警系统设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分设计主要包括检测电路接收信号，LED控制电路控制发光及驱动执行报警电路执行报警等。软件部分设计主要包括中断、定时等程序设计来实现声光报警的作用。此设计实现的功能简单而实用。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，传感器将探测到动作，设置在监测点上的探头将人体辐射的红外光谱和振动的位移变换成电信号。此信号经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平，然后经锁存器送至AT89C51单片机，又经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。
关键词：单片机； 红外传感器； 信号接收； 报警电路
Abstract
Anti-theft alarm system adopted by the pyroelectric infrared sensor and vibration displacement sensor is composed of compound sensor, the alarm installed concealment, while its signal after dealing with the single chip microcomputer system convenient communication with a PC, facilitate unified management among multiple users.Burglar alarm system design including hardware and software design of two parts. Hardware design mainly includes the received signal detection circuit; LED control circuit control shine and drive perform alarm circuit alarm, etc. Software part design mainly includes the interrupt, timing, such as program design to achieve the effect of sound and light alarm. This design to realize the function of simple and practical.When people go out can set the alarm system in the protection state, detector work. When someone broke into, sensors will detect movement, set on the monitoring of the probe will human radiation of infrared spectra and vibration displacement into electrical signals. The signal amplifying circuit, compare circuit, to the threshold switch, open the threshold valves out TTL level, and then by the latch to AT89C51, and after microcontroller processing operation drive execution alarm circuit warning voice.
Key words: single chip microcomputer; Infrared sensor; Reception; Alarm circuit
目 录
绪论 ................................................................... 1 1 传感器的介绍 ......................................................... 2
1.1热释电红外传感器简单介绍 ........................................ 2
1.1.1 热释电红外传感器的内部电路框图 ........................... 2 1.1.2 PIR的原理与特性 ......................................... 3
2 AT89C51单片机的简单概述 .............................................. 4
2.1 AT89C51单片机的基本组成功能方块图 ........................... 4 2.2 AT89C51管脚的说明 ............................................. 4 3 方案设计 ............................................................. 7
3.1 总体设计思路 .................................................... 7 3.2 具体电路模块设计 ............................................... 7
3.2.1 热释电红外传感器原理 ...................................... 7 3.2.2 放大电路的设计 ............................................ 8 3.2.3 时钟电路的设计 .......................................... 8 3.2.4 复位电路的设计 ........................................... 9 3.2.5 发光二极管报警电路的设计 ................................. 9 3.2.6 声音报警电路的设计 ...................................... 10
4 软件设计 ............................................................ 11
4.1 软件的程序实现 ................................................ 11 4.2 主程序工作流程图 .............................................. 11 4.3 中断服务程序工作流程图 ........................................ 12 4.4 软件仿真 ....................................................... 13 结论 .................................................................. 14 参考文献 .............................................................. 15 附录一 设计编程程序 ................................................... 16 附录二 单片机控制的红外防盗报警器原理图 .............................. 17 附录三 单片机控制的红外防盗报警器PCB图 ............................... 19 附录四 proteus仿真原理图 .............................................. 20 致 谢 ................................................................ 21
宿州学院毕业设计 基于AT89C51防盗报警系统的设计
绪论
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。
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--美国棋诺亚公司，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，北美的客户数已超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。
随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，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。
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。而本设计中所使用的红外线是不可见光，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。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。
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1 传感器的介绍
1.1热释电红外传感器简单介绍
热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷[6]。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化[3]。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。
1.1.1 热释电红外传感器的内部电路框图
热释电红外线(PIR)传感器是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[1]。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。
图1热释电红外传感器的内部电路框图
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1.1.2 PIR的原理与特性
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，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[4]。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。
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2 AT89C51单片机的简单概述
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储 8 单元，功能强大。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
2.1 AT89C51单片机的基本组成功能方块图
图2 AT89C51的基本组成方块图
由图可见，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[8]。再配置一定的外围电路，即可构成一个基本的微型计算机系统。
2.2 AT89C51管脚的说明
AT89C51采用40引脚双列直插封装形式。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[10]。其引脚分为电源及时钟引脚、控制引脚、I/O口引脚三类：
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（1） 电源线
VCC：供电电源 GND：接数字地 （2）端口线
4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。 P0口（P1.0~P1.7）：多功能端口，作为地址总线（低8位）及数据总线的分时复用端口[7]。
P1口（P1.0~P1.7）：单功能端口，用于数据输入/输出传输。P1口是专为用户使用的准双向I/O口，应先向端口输出锁存器输入高电平[11]。
P2口(P2.0~P2.7)：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。 P3口(P3.0~P3.7)：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。 P3.0：RXD，串口输入 P3.1：TXD，串口数出 P3.2：INT0，外部中断0输入 （3）控制线：共6条，传送控制信号。
ALE：用于地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据/地址信息，ALE=0，锁存数据，ALE=1，锁存地址。
PROG：对片内flash存储器编程时，作为输入端。 RST：复位信号输入端。RST=1，复位。
EA：允许访问外程序存储器。EA=0/1：片外/片内存储器有效。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。 图3为89C51单片机的引脚图
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图3 AT89C51单片机的引脚结构
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3 方案设计
3.1 总体设计思路
本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、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、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、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位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4总体设计框图所示：
图4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[2]。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，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。
3.2 具体电路模块设计
3.2.1 热释电红外传感器原理
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本设计所用的热释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4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NPN的转化，输出OUT为低电平。
R2 C1 Q1OUT Y2RS C2 R1Y1 FETR3Q2NPN R4Vcc3vVCC12v 图4热式红外传感器原理图
3.2.2 放大电路的设计
如图5所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。
图6放大电路图
3.2.3 时钟电路的设计
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振荡器。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。 因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机
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器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5] 。如图7所示为时钟电路。
图7时钟电路图
3.2.4 复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET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[11] 。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[1]。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图8示为复位电路。
图8复位电路图
3.2.5 发光二极管报警电路的设计
由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用[8]。图9所示为发光二极管报警电路。
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图9发光二极管报警电路图
3.2.6 声音报警电路的设计
如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图10示为声音报警电路。
图10声音报警电路图
3．3系统硬件电路的选择及说明
硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3—D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3—D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。
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4 软件设计
4.1 软件的程序实现
整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的相应子程序模块就大体定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。下面分别说明各个子程序的编写原理：声光报警子程序：当搜索到报警要求的信号后，调用报警子程序即可完成报警功能。其报警原理：控制三极管的导通和关断时间来驱动蜂鸣器发声，输出高电平信号使发光二极管发光。串行口通信子程序：单片机和微机进行通信时，首先要设置串行口的波特率为9600,1位停止位，无奇偶校验[9]。串口通信程序可以采用查询和中断方式，由于单片机发送子程序的查询和中断方式的资源占用是一样的，故发送采用查询，接收子程序采用中断。
4.2 主程序工作流程图
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11所示；
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图11系统主程序工作流程图
4.3 中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电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，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,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[5]。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。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图。
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图12手工按键停止报警中断服务程序工作流程图
4.4 软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译， 所仿真原理图见附录四。本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使图中的绿灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮起。‘
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结论
本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。它是一种新颖的被动式红外探测器件，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，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。
经过本次设计使我体会很多，在设计遇到问题要即时解决，并多次确认，以防再次出现错误。提高论文的质量和效率，不能将今天的问题拖到明天或以后解决。在书写论文是要查找大量的资料，总结前辈们是如何作出一篇好论文的，继而帮助自己写好论文。
同时，在写好论文时，应该仔细查看学校所规定的论文格式及要求，当然，Word必须熟练掌握，不然，完成论文的时间将要加长。通过本次设计，我看到了自己不足的地方，对于四年所学的知识不是很熟练，运用起来很麻烦，不得不查找很多资料来帮助自己，所以在今后的时间里，我会通过不断的充实自己，提升自己。
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参考文献
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附录一 设计编程程序
1 主程序清单如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200H
MAIN: MOV IE,#81H CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H 指针入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1
MOV P1,#0FFH 使P1口全部置1 MOV P2,#00H P2口清零
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CLR P1.2
LP: JNB P1.0,LA 监测输入信号，是否有输入信号 LA: ACALL DELAY 延时消抖
JNB P1.0,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJMP LP
DELAY: MOV R1, 0AAH LD2: MOV R2, 0BBH LD1: NOP DJNZ R2, LD1 DJNZ R1, LD2 RET
ALARM:SETB P1.2 CPL P3.0 CPL P3.1
10S钟定时: MOV 51H,#14H MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0, #3CH SETB TR0
开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动 10S循环次数
定时器T0定时 方式1 置50ms定时初值
启动T0
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L2:JBC TF0,L1 查询记数溢出 SJMP L2
L1: MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH
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 2 外部中断INTO服务程序：
PINT0: CLR EX0 外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断 PUSH PSW PUSH ACC
JNB P3.2,LN 监测是否有中断输入
LN: LCALL DELAY 延时消抖 JNB P3.2, LN1
AJMP LN2 无中断输入,中断返回 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1
CLR P1.2 使报警结束，绿指示灯亮 POP ACC POP PSW
SETB EX0 开放外部中断0 LCALL LP 在中断继续检测是否有输入信号 LN2: RETI END
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附录二 单片机控制的红外防盗报警器原理图
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附录三 单片机控制的红外防盗报警器PCB图
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附录四 proteus仿真原理图
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致 谢
经过近一年的努力，通过自己所学的单片机技术对基于单片机防盗报警系统的设计基本已达
到了预期的设计目标。从开始接受课题，着手编程到上机调试，指导老师都给予了热诚的指导，提出了许多宝贵的建议，解决了不少问题。这里我向指导老师致予衷心的感谢，另外，还要感谢那些曾给过我启发与帮助的同学。正是指导老师及那些同学的帮助，我的毕业设计才得以顺利完成。
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