实习分工情况 .................................................................................................................................. 1 摘 要 ................................................................................................................................................ 2 1 引言 ............................................................................................................................................ 3
1.1发展概况............................................................................................................................. 3 1.2设计背景............................................................................................................................. 7 1.3设计任务与要求 ................................................................................................................. 8 1.4防盗报警系统的构成 ......................................................................................................... 9 1.5防盗报警器的分类 ........................................................................................................... 10 2 总体设计方案 ............................................................................................................................ 11
2.1方案选择........................................................................................................................... 11 2.2系统总体设计 ................................................................................................................... 13
2.2.1系统的功能要求 .................................................................................................... 15 2.2.2总体的设计 ............................................................................................................ 15 2.3系统的相关技术 ............................................................................................................... 15
2.3.1 传感器技术 ........................................................................................................... 16 2.3.2 PIR的原理特性 .................................................................................................. 18 2.3.3 PIR结构特性及安装 ............................................................................................ 19 2.3.2 单片机技术 ........................................................................................................... 22 2.3.3 LM317概述 ............................................................................................................. 32 2.4系统软件设计 ................................................................................................................... 35
2.4.1主程序流程图 ........................................................................................................ 35 2.4.2 ST89C52单片机的工作过程和工作方式 ............................................................ 36 2.4.3中断函数流程图 .................................................................................................... 39 2.5主控芯片单片机的选择 ................................................................................................... 40
2.5.1 ST89C52的主要性能 ........................................................................................... 42 2.5.2 ST89C52的引脚结构 ........................................................................................... 42 2.6传感器的选择 ................................................................................................................... 42
2.6.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构 ............................................ 44 2.6.2红外测温原理 ........................................................................................................ 44 2.6.3热释红外传感器的结构 ........................................................................................ 45 2.6.4 菲涅尔透镜 ........................................................................................................... 48 2.7热释电红外传感器控制电路芯片选择 ........................................................................... 49 3 系统硬件设计 ............................................................................................................................ 51
3.1设计电路的功能和主要性能指标 ................................................................................... 51
3.1.1设计电路的功能 .................................................................................................... 51 3.1.2设计电路的主要性能指标 .................................................................................... 51 3.2单元电路的设计过程 ....................................................................................................... 52 3.3整机电路和各部分电路的工作原理说明 ....................................................................... 53 3.4 模块电路.......................................................................................................................... 57
3.4.1 低频带通放大电路 ............................................................................................... 57
3.4.2电压比较整形电路 ................................................................................................ 58 3.4.3双限电压比较器的工作原理 ................................................................................ 59 3.4.4声音报警电路 ........................................................................................................ 59 3.4.5灯光警示电路 ........................................................................................................ 60 3.4.6 供电电源电路 ....................................................................................................... 61 3.4.7延时电路 ................................................................................................................ 62 3.4.8单片机最小系统 .................................................................................................... 62 3.5 主机电路设计 .................................................................................................................. 63
3.5.1时钟电路 ................................................................................................................ 64 3.5.2复位及复位电路 .................................................................................................... 65 3.5.3键盘电路 ................................................................................................................ 68 3.5.4蜂鸣器电路 ............................................................................................................ 70 3.5.5热释电红外探测器电路设计 ................................................................................ 71 3.5.6振动位移传感器电路设计 .................................................................................... 72 3.6 电路元器件介绍 .............................................................................................................. 74 3.7设计电路的优缺点和进一步改进的设想 ....................................................................... 75 4报警器软件设计 ......................................................................................................................... 77
4.1 程序语言设计 ............................................................................................................. 77
4.1.1程序语言的分类 .................................................................................................... 77 4.1.2单片机汇编语言程序设计的基本步骤 ................................................................ 79 4.1.3汇编语言程序设计方法 ........................................................................................ 79 4.2 报警系统的程序设计 ...................................................................................................... 79
4.2.1主程序设计 ............................................................................................................ 79 4.2.2定时中断程序设计 ................................................................................................ 82 4.2.3关键技术 ................................................................................................................ 83 4.2.4解除中断程序设计 ................................................................................................ 85 4.2.5中断控制字 ............................................................................................................ 86 4.3 关键代码.......................................................................................................................... 88
4.3.1家庭防盗报警系统程序 v1.0 ............................................................................... 88 4.3.2延时函数，定时/计数器T1 ................................................................................. 89 4.3.3定时器T0中断函数 .............................................................................................. 89 4.3.4外部中断0.布防/撤防功能 ................................................................................. 90 4.3.5主函数 .................................................................................................................... 90 4.3.6定时器0初始化程序 ............................................................................................ 91 4.3.7定时器0中断服务程序 ........................................................................................ 92
5 系统测试 .................................................................................................................................... 92 6结论 ............................................................................................................................................. 95 参 考 文 献 ................................................................................................................................ 100 致谢 .............................................................................................................................................. 101
实习分工情况
姓名 陈东 褚效维 单凯 顾明洲 李菁 刘建飞
考研 是 是 是
实践任务 单片机控制代码 整体流程构思与设计
电路设计 电板焊接 单片机控制代码
电板焊接
报告任务 软件设计步骤 报告格式修正排版 目录摘要流程图 硬件设计步骤 软件设计步骤
实践心得
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摘 要
整个系统主要由ST89C52芯片、热释电传感器、声光报警、键控组成。性能好，工作稳定，非常适合防盗报警领域，而今制作简单、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利于跟PC机通信，便于多用户统一管理。该报警器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、热释电红外传感器的结构和工作原理。利用热释电红外传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等装置中应用较广。
关键字：单片机，热释电传感器，灵敏度，防盗器
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1 引言
1.1发展概况
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
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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，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，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。
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，人们私有财产也不断地增多。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。
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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。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。热释电红外(PIR)传感器，亦称为热红外传感器，是一种能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件。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。将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警等。目前市场上常见的热释电人体红外线传感器主要有上海赛拉公司的SD02、PH5324，德
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国Perkinelmer 公司的LHi954、LHi958，美国Hamastsu 图0-1实物图
公司的P2288，日本Nippon Ceramic公司的SCA02-1、RS02D等。虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和特性参数大致相同，大 图1 热释电传感器实物图部分可以彼此互换使用。
热释电红外线传感器由探测元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成，如图0-1所示。对不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同。如SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成；P2288由LiTaO3 制成。将这些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。传感器中两个电容是极性相
反串联的。
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。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。
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： （1）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。
（2）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。
（3）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，
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价格也比较昂贵，不利于广泛利用。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。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。
1.2设计背景
该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。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。
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，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；
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（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。
1.3设计任务与要求
当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电容两端产生极性相反、电量相等的正、负电荷，所以，正负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。
当人体静止在传感器的检测区域 内时，照射到两个电容上的红外线光能 能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消，传感器仍然没有信号输出。
当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个电容上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。
滤光窗是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，能够有效地滤除7.0~14um波长以外的红外线。人体的正常体温为36~37.5℃，即309~310.5K，其辐射的最强的红外线的波长为λm=2989/（309~310.5）=9.67~9.64um，中心波长为9.65um，正好落在滤光窗的响应波长的中心。所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。
（1）该设计主要包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制和报警等模块子函数。
（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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
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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。为了探测移动人体,通常使用双元件型热释电红外传感器,在这种传感器内部,两个敏感元件反相连接,当人体静止时两元件极化程度相同,互相抵消。但人体移动时,两元件极化程度不同,净输出电压不为0 ,从而达到了探测移动人体的目的。因此可把报警系统设置在外出布防状态，使探测器工作。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ST89C52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。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员活动；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。
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。
1.4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
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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1～2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。
报警器 探测器 传感器 控制器图1-1 防盗报警系统构成图
1.5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。
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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。 2 总体设计方案
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。 2.1方案选择
防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于探测元输出的是电荷信号，不能直接使用，因而需要将其转换为电压形式。场效应管输入阻抗高达104MΩ，接成共漏极形式来完成阻抗变换。使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S端为信号输出。
对于移动速度非常缓慢的物体，如阳光，两个电容上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低(一般为0.1~10Hz)，即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄(一般为5~15um)，因此，传感器对它们不敏感，因而无输出。
被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成，其结构框图如图2-1所示。图中，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
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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，从而加强其能量幅度。热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。
待 测目 标 光学系统 （菲涅尔透镜） 热释电红外传感器 信号处理 报警电路 图2-1结构框图
报警器结构图是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。人体辐射的红外线中心波长为9~10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20um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7~10um，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。
BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器，广泛用于人体通过传感器产生的信号安防、自控等领域能。该系统设计方案有以下两种：
方案一；通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。
方案二；利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情
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的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。
通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案二。 2.2系统总体设计
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。
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。
为了探测移动人体,通常使用双元件型热释电红外传感器,在这种传感器内部,两个敏感元件反相连接,当人体静止时两元件极化程度相同,互相抵消。但人体移动时,两元件极化程度不同,净输出电压不为0 ,从而达到了探测移动人体的目的。
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2-2 所示。
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开始 确定设计方案 硬件设计 联机仿真调试 排除故障 软件设计 系统运行 完成研制
图 2-2 单片机应用系统研制过程框图
从设计的要求来分析该设计包含如下结构：热释电红外传探头电路、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2-3总体设计框图所示：
复位电路 CPU AT89C 51 驱动 LED发光显示 信号检测电路 放大 驱动 报警执行电路
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图2-3 总体设计框图
处理器采用51系列单片机ST89C52。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转换成电信号，经过放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至ST89C52单片机。在单片机内，经过软件查询、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。
2.2.1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；
（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。 2.2.2总体的设计
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。
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、
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ST89C52控制电路、警铃电路部分组成。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。
感应器的作用：
（1）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。
（2）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。
（3）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，
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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:
（1）红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
（2）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。
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（3）红外线热释电传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
（4）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。 热释电红外线传感器简介
热释电红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转化成电压信号输出。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、自动检测等。
为了探测移动人体,通常使用双元件型热释电红外传感器,在这种传感器内部,两个敏感元件反相连接,当人体静止时两元件极化程度相同,互相抵消。但人体移动时,两元件极化程度不同,净输出电压不为0 ,从而达到了探测移动人体的目的。
2.3.2 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、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm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
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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10-20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9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um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7-10um，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。 2.3.3 PIR结构特性及安装
使用时D端接电源正极，G端接电源负极，S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
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范围为0.2-20μm。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0.1-10Hz左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM317来进行两级放大，以使其获得足够的增益。
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2-5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，电荷信号经过场效应管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。
R2 C1 Q1OUT Y2RS C2 R1Y1 FETR3Q2NPN R4Vcc3vVCC12v 图2-5 热释电红外传感器原理图
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图2-6 菲涅尔透镜
被动红外探测器光学系统的类型
被动红外探测器光学系统包括菲涅尔透镜、抛物面反射镜、遮挡片三种类型。
图2-8 双元红外传感器示意图
菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区。 菲涅尔透镜是凸透镜，将物体的红外影像投射在热电元件表面。
热释电红外传感器其热释电器件及前置放大电路封装在圆型金属帽内，金属帽顶
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部方型开孔镶嵌有抗冷白光的硅红外滤光片，底部有金属引脚，分别为电源引脚，地线引脚，热电信号输出脚。
热释电器件是热释电传感器的核心元件，是将热辐射变为电流的动态能量转换元件，热释电器件的电特征属性是一个以热电晶体薄膜为电介质的平板电容器，随着温度的改变，热电晶体表面自发极化电荷其规模具有跟随变化的性质，即热辐射可引起该电容器的电容量变化，从而可利用这一特性来探测变化的热辐射。热释电红外传感器包括单元、双元、四元三种类型。现在主要使用的是双元和四元传感器。 被动红外传感器优缺点
优点主要为：（1）本身不发射任何类型辐射，安全可靠；（2）价格低廉。 缺点主要为：（1）容易受各种热源、阳光源干扰；（2）受环境温度限制，环境
温度和人体温度接近时，灵敏度下降；（3）针对被动红外探测器存在的缺点，可以采用不同的措施来避免产品误报和漏报现象。一方面是采用新技术来加强抗干扰能力；另一方面是在安装方面加以注意。
产品在安装过程中还需要注意安装方向，由于透镜的光学特性决定横切探测区域比较敏感，所以产品安装时要注意入侵方向与探测器视场的夹角，最好成90o垂直，这样就可以保证有人入侵时能最大程度横切探测区域。
2.3.2 单片机技术
单片机的特点：
所谓单片机就是一块芯片上集成了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：
（1）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，
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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（Cache）用。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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：
（1）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；
（2）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；
（3）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；
（4）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。 （1）工业控制
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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，离散与连续过程控制；
（2）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； （3）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； （4）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； （5）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； （6）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；
（7）商用产品
自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机； （8）家用电器
微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。 ST89C52单片机的结构
ST89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的ST89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
ST89C52具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优
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先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，ST89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三 种封装形式，以适应不同产品的需求。
图2-9为ST89C52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。
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图2-9 ST89C52 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。ST89C52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。 （2）数据存储器（内部RAM）
芯片中共有256B的RAM单元，但其中后128个单元（80H-0FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用户使用的只是前128个单元（00-7FH），用于存放可读写的数据。因此常说的内部数据存储器是指前128个单元，简称内部RAM。 （3）程序存储器（内部ROM）
芯片内部有4 KB的掩膜ROM，可用于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部ROM。 （4）定时器/计数器
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出于控制应用的需要，芯片内部共有两个16位的定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。 （5）并行I/O 口
ST89C52共有4 个8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入/输出。 （6）串行口
ST89C52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。该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。 （7）中断控制系统
ST89C52 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。 （8）时钟电路
ST89C52 单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为12MHz。 （9）内部总线
上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线—地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。
由上所述，ST89C52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。ST89C52 较详细的内部结构如 图
2-10
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图 2-10 ST89C52 内部结构框图
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ST89C52的特点：ST89C52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：
（1）4K字节闪烁存储器(FLASH)，可进行1000次写、擦除操作。 （2）静态操作，外接OHZ-24MHZ晶振。 （3）三层程序存储器琐。
（4）128字节内部数据存储器(RAM)。 （5）32跟可编程输/输出线。 （6）两个6位定时/计数器。 （7）六个中断源。 （8）一个可编程串口。
（9）支持低功耗模式和掉电模式。
下面我们介绍一下ST89C52的引脚，ST89C52引脚排列如图2-11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口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。
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图2-11 ST89C52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，
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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ST89C52的一些特殊功能口，如下为管脚的备选功能: （1）P3.0 RXD(串行输入口) （2）P3.1 TXD(串行输出口) （3）P3.2 /INTO(外部中断0) （4）P3.3 /INT1(外部中断1) （5）P3.4 TO(记时器0外部输入) （6）P3.5 T1(记时器1外部输入) （7）P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) （8）P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
（9）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。 振荡器特性
（1）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。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。
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图2-12内部振荡电路与外部振荡电路 （2） 芯片擦除
整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦除操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，ST89C52设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 2.3.3 LM317概述
LM317 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 芯片特点： 内部频率补偿。
直流电压增益高(约100dB) 。 单位增益频带宽(约1MHz) 。
电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。
低输入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 电气特性：
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输入偏置电流45 nA 输入失调电流50 nA 输入失调电压2.9mV
输入共模电压最大值VCC~1.5 V 共模抑制比80dB 电源抑制比100dB 8脚:电源VCC 4脚:接地 1、7脚：输出端 3、5脚：同相输入端 2、6脚：反相输入端
图2-13 LM317
这里介绍的可调稳压电源可以实现从1.25V~30V连续可调，输出电流可到4A左右。采用最常见的可调稳压集成电路LM317组成电路的核心，关于LM317的详细指标参数可参阅用LM317制作简易电源电路。下面简单介绍一下该电路的特点。
本电路中，由T2、D5、VW1、R5、R6、C10及继电器K构成自适应切换动作电路。当输出电路低于14V时，VW1因击穿电压不够而截止，无电流通过，T2截止，K不吸合，其触点K在常态位置，电路输入电流14V交流电。反之当输出
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电压高于14V时，VW1击穿导通，T2亦导通，继电器K吸合，28V交流电接入电路。这样可以保证输入电压与输出电压差不会大于15V，此时，LM317输出电流典型值为2.2A。图中采用了两块LM317供电，整个电路输出电流可在4A以上。由于两块LM317参数不可能一样，电路中在LM317输出端串接了小阻值电阻R3、R4，用以均分电流。
输出电压调整由RP1、RP2完成。附加晶体管T1的目的在于避免电位器RP1滑动端接触不良，使W317调整公共端对地开路，造成输出电压突然变化，损坏电源及负载。
双色发光二极管作为保险丝熔断指示器（红光）兼电源只是器（橙色光）。当电源正常时，两只发光二极管均加有正向电压，红、绿发光二极管均发光，形成橙色光。当保险丝FU2断开时，仅红色发光管加有正向电压，故此时只发红光。 为保证稳压准确，设计电路板时主电流回路应足够宽，并焊上1mm以上的铜导线或涂锡，以减少纹波电压。C6、C8尽量靠近LM317的输入、输出端，并优先采用无感电容。C5如无合适容量，可用几只电容并联。R3、R4可用锰丝自制。 调试时，调整RP1、RP2应使继电器在电源输出14V左右时吸合，否则可调换稳压二极管再试。
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图2-14 LM317应用电路
2.4系统软件设计 2.4.1主程序流程图 ST89C52单片机的工作周期
单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图2-15所示。
这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期，如图2-15所示。
图2-15 振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期
振荡周期：是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。 即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。
状态周期：每个状态周期为振荡周期的 2 倍, 是振荡周期经二分频后得到的。 在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为P1、P2。
机器周期：一个机器周期包含 6 个状态周期S1~S6, 也就是 12 个振荡周期。 在一个机器周期内, CPU可以完成一个独立的操作。
指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
控制部件是单片机的神经中枢，以主振频率为基准（主振周期即为振荡周期），控制器控制CPU的时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，它将
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各个硬件环节组织在一起。
一般情况下，算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器之间的传送发生在时相P2期间，这些内部时钟信号无法从外部观察，故用XTAL2引脚振荡信号作参考。
2.4.2 ST89C52单片机的工作过程和工作方式
单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理（冯·诺依曼原理），即程序存储和程序控制。存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据, 通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令，加以分析并执行规定的操作。
单片机的工作方式有：复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。 1．复位方式
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。MCS—51单片机复位后, 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。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。
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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。前两种见图2-17所示。 “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。
图2-17 （a）上电复位电路; （b）上电/外部复位电路
2．程序执行方式
程序执行方式是单片机的基本工作方式。由于复位后PC=0000H，因此程序执行总是从地址0000H开始，为此就得在0000H处开始的存储单元安放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口去执行。 3．待机方式
待机方式也称空闲方式，是一种节电工作方式。在待机工作方式中，振荡器保持工作，时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件，使它们继续工作，但时钟脉冲不再送到CPU，因而CPU停止工作。 4．掉电方式
掉电方式，也被称为停机方式。在掉电方式中，振荡器工作停止，单片机内部所有功能部件停止工作。它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。
待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式，它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。这类系统往往是直流供电或停电时依
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靠备用电源供电，以维持系统的持续工作。CHMOS型单片机的节电方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具体使用可参考相关书籍和手册。空闲和掉电模式外部引脚状态 如下表1 所示：
表1 空闲和掉电模式外部引脚状态
模式 空闲模式 空闲模式 空闲模式 空闲模式 程序存储器 内部 外部 内部 外部 ALE 1 1 0 0 PSEN 1 1 0 0 P0 数据 浮空 数据 浮空 P1 数据 数据 数据 数据 P2 数据 地址 数据 数据 P3 数据 数据 数据 数据
5. 编程和校验方式
对于内部集成有EPROM可以进入编程或校验方式。 （1）内部EPROM编程
编程时，时钟频率应定在3-6MHz的范围内，其余各有关引脚的接法和用法如下：
P1口和P2口的P2.0~P2.3为EPROM的4k地址输入，P1为8位地址； P2.4~P2.6以及PSEN应为低电平； P0口为编程数据输入；
P2.7和RST应为高电平；RST的高电平可为2.5V，其余的都以TTL的高低电平为准；
EA/VPP端加+21V的编程脉冲，此电压要求稳定，不能大于21.5V，否则会损坏EPROM
在出现正脉冲期间，ALE/PROG端加上50ms的负脉，完成一次写入。 （2）EPROM程序校验
在程序的保险位未设置前，无论在写入的当时或写入以后，均可将片上程序存贮器的内容读出进行检验，在读出时，除P2.7脚保持为TTL低电平之外，其他引脚与写入EPROM的连接方式相同。要读出的程序存贮器单元地址由P1口
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和P2口的P2.0~P2.3送入，P2口的其他引脚及PSEN保持低电平，ALE、EA和RST接高电平，检验的单元内容由P0口送出。在检验操作时，需在P0的各位外部加上电阻10k?。 （3）程序存贮器的保险位
ST89C52内部有一个保险位，亦称保密位，一旦将该位写入便建立了保险，就可禁止任何外部方法对片内程序存贮器进行读写。将保险位写入以建立保险位的过程与正常写入的过程相似，仅只P2.6脚要加TTL高电平而不是像正常写入时加低电平，而P0、P1和P2的P2.0~P2.3的状态随意，加上编程脉冲后就可使保险位写入。
保险位一旦写入，内部程序存贮器便不能再被写入和读出校验，而且也不能执行外部存贮器的程序。只有将EPROM全部擦除时，保险位才能被一起擦除，也才可以再次写入。
通过以上对单片机硬件系统的简单介绍，应该已经掌握了单片机的内部结构及工作的原理和过程，但是单片机要实现它的强大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，还必须依靠它的指令才能发挥单片机的强大作用。下面介绍单片机的指令系统。
2.4.3中断函数流程图
下图2-18、2-19为中断函数流程图：
打开外部中断1允许位，并将数码管、高音报警器、炫目灯关闭。 图2-18外部中断0请求
外部中断0请求 39
外部中断1请求 数码管显示E，炫目灯开启。同时开启定时中断0允许位 定时中断T0请求
关闭各个外设 图2-19外部中断1请求
延时20S T0重装初值、高音报警器取反
2.5主控芯片单片机的选择
20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下： 美国intel公司：MCS-51系列及其增强型系列
美国Motorola公司：6801系列和6805系列 美国Atmel公司：89C51等单片机 美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8 美国Fairchild公司：F8系列和3870系列 美国Rockwell公司：6500/1系列
美国T1（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列 NS(美国国家半导体)公司：TMS7000系列
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尽管单片机的品种很多，但是在中国使用最多的还是intel公司的MCS-51系列单片机和美国的Atmel公司的89C51单片机。
MCS-51系列单片机包括三个基本型8031、8051/8751。
8031内部包括一份8位CPU、128个字节，21个特殊功能寄存器（SFR）、 4个8位并行I/O口、1个全双工串形口、2个16位定时器，但片内无程序 存储器，外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用。
8051是在8031的基础上，片内集成有4KB ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中。也不予采用。
8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM,它构成了程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固定在EPROM中，可以反复修改程序。但是价格相对8031较贵。8031为外扩一片4KB EPROM的就相当于8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成电路不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。不予采用。
80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许程序存储区在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效地解决方案。
ST89C52是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的ST89C52是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。ST89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。故此设计采用ST89C52。
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2.5.1 ST89C52的主要性能 1)与MCS-51单片机产品兼容
2) 4k字节在系统可编程Flash存储器 3)1000次擦写周期 4)全静态操作：0HZ~24HZ 5)三级程序存储器锁定 6)32个可编程I/O口线 7)两个16位定时器/计数器 8)五个中断器 9)可编程串行通道
10)低功耗空闲和掉电模式 12)看门狗定时器 2.5.2 ST89C52的引脚结构
图2-20 ST89C52的引脚结构图
2.6传感器的选择
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传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
防盗报警系统的前端探测部分主要是各种类型的探测器，其中最主要的是入侵探测器。入侵探测器通常由传感器、信号处理器和输出接口组成，入侵探测器主要包括有主动红外入侵探测器、被动红外入侵探测器、微波入侵探测器、微波和被动红外复合入侵探测器、超声波入侵探测器、振动入侵探测器、音响入侵探测器、磁开关入侵探测器、超声和被动红外复合入侵探测器等，其中最常用的是被动红外探测器。
被动红外探测器的组成 ：被动红外探测器主要是探测接收外界的红外辐射，探测器本身不发射任何能量，而只对人体发出的红外线波段敏感。人体辐射的红外光波长是3～50μm，其中8～14μm占46%，峰值波长在9.5μm，所以被动红外探测器主要是接收波长8～14μm的红外辐射。 工作原理
被动红外探测器基本工作原理是：当防范区域内有人体移动时，人体发出的红外线经过光学透镜聚焦到热释电红外传感器上，热释电红外传感器感应到红外线信号，输出热电信号，输出的热电信号非常微弱，并且夹杂着很多干扰信号，为此需要设计特殊的热电信号处理电路，在放大热电信号的同时，滤除掉造成干扰的杂波信号。
由于要检测是否有活动的人员，所以通过研究各种类型的传感器，比较各类传感器的优点、缺点和合理性，最终确定本设计选择的传感器是双元件热释红外传感器。其基本原理为：当防范区域内有人体移动时，人体发出的红外线经过光学透镜聚焦到热释电红外传感器上，热释电红外传感器感应到红外线信号，输出热电信号，输出的热电信号非常微弱，并且夹杂着很多干扰信号，为此需要设计
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特殊的热电信号处理电路，在放大热电信号的同时，滤除掉造成干扰的杂波信号。 2.6.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构
热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。
非接触红外测温有以下几点优点：
（1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。 （2）测温范围宽。
（3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。 （4）不必接触被测物体，操作方便。 （5）可以确定微小目标的温度。
非接触测温技术的意义是显而易见的。随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。
通常将电磁波谱间隔在0.76～1000μm的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红外线。
热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化ΔP的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。
有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电——铁电体。例如：LiTaO2(钽酸锂)、BaTi O2(钛酸钡)和TGS（硫酸三甘酞）等。为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了TGS晶体制作的双型探测器 2.6.2红外测温原理
红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝对温度（－273.15℃）以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计
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测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其转换与温度成比例的电信号，由此测出其温度。
据斯蒂芬－波兹曼常数，绝对黑体其温度T于与辐射能之间的关系为：
E0=σk 4(W/m)。
其中：σ为蒂芬－波兹曼常数，其值为5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 为黑体的温度；E0 为黑体辐射能。
实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为：
E=εE0
其中：E为物体在一定温度下的辐射能力；E0 为与E在同一温度下的黑体辐射能力; ε为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在0～1之间。
由上可知，任何物体只要温度不是绝对零度都不断地发射红外辐射，物体的温度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发射的辐射功率。所以如果能量出物体的辐射功率，则可确定它的温度。 2.6.3热释红外传感器的结构
红外探测器是红外热释传感器的重要组成部分。它可以分成热释电探测器和光子探测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用领域广，容易使用。常用的热释电探测器如：LiTaO2(钽酸锂) 探测器、BaTi O2(钛酸钡) 探测器和TGS（硫酸三甘酞）探测器等。
如图2-21为热释电红外传感器的结构图、电路图。传感器的敏感元为PZT，在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又极其微弱，故在管内附有JFET及厚膜电阻，以达到阻抗变大的目的。在管壳的顶部设有虑光镜（TO－5封装）。图2-11为热释电传感器的实物照片。
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图2-21热释电红外传感器结构图
图2-22热释电红外传感器电路图
热释电体的自发极化强度与温度有关。随着温度升高，自发极化强度下降。温度升高到Tc时，自极化消失，此温度称为居里温度。温度超过居里温度，铁电体发生变化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。
由于自发极化，在与极化轴相垂直的晶体两外表面上出现正负极化强度。但是这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。因此
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不能在静态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷所需的时间很长，因晶体自发极化的弛豫时间很短，约10－12s，因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在动态条件下测量自发极化。
如果在热释电晶体沿极化轴的端面装上电极，那么自发极化在电极上感应的电荷量为：
Q=APS
当红外辐射照射时，热释电晶体温度升高，自发极化电晶体温度升高，自发极化强度降低，因此电极表面上感应电荷减少，这相当于“释放”了一部分电荷，因此称之为热释电现象。
如图2-23所示的电路连接负载，则在红外辐射时，就有电流流过负载经放大后成为输出信号。
图2-23电路连接负载
若没有经过调制的红外辐射热释电晶体，使温度升高到一个新的平衡值，那么电极表面的感应电荷也变化到新的平衡值，不再“释放”电荷，也就不再输出信号。因此，热释电探测器与其他热释探测器不同，它只存在温度升降的过程中才有信号输出。所以利用热释电探测器探测的红外辐射必须经过调制。
如果用调制频率为f的红外线照射热释电晶体，则晶体的温度自发极化强度（PS）及其引起的面束缚作电荷密度均以频率f作周期变化。如果1/f小于自由
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电荷中和面束缚电荷所需要的时间，那么在垂直于PS的晶体的两个端面之间就会产生开路电压。如果用负载电阻Rg把两个电极连接起来，就会有热释电电流Is 通过负载。热释电晶体自发极化强度随温度变化，使电极表面感应电荷发生变化，其等效电路如图2-24所示。
图2-24等效电路
电流源的电流强度为Is为：
IS?APd(?T)dt
式中:p一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数， 2.6.4 菲涅尔透镜
目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足2m提高到至少8m范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不交叉，都相隔一个盲区(如图2-25所示)。这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进人一个视场后，又走出这个视场，再进人另一视场对传感器而言，相当于一会儿看
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到人，一会儿又看不到人，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。
菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而且还有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅尔透镜一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明状。需要说明的是:在每次接通电源时，传感器要有几秒到十几秒的“预热”时间，在这段时期内该传感器不起作用。
2.7热释电红外传感器控制电路芯片选择
热释电红外传感器输出的检测信号很小。要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。使电路执行相关动作。热释电红外传感器控制电路就是根据检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统。下图2-26是控制电路的结构框图：
Vi 低频放大 比较整形 Vo
图2-26控制电路
LM317系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2-27所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM317的引脚排列见图2-28。
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图2-27 运算放大器
图2-28引脚排列
图2-29引脚连接
LM317的特点： （1）短路保护输出
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（2）真差动输入级
（3）可单电源工作：3V-32V （4）低偏置电流：最大100nA （5）每封装含四个运算放大器。 （6）具有内部补偿的功能。 （7）共模范围扩展到负电源 （8）行业标准的引脚排列 （9）输入端具有静电保护功能 3 系统硬件设计
3.1设计电路的功能和主要性能指标 3.1.1设计电路的功能
此电路工作时，当红外线发射管照射到红外线接收管的红外光受到遮挡时，红外线接收管导通，启动继电器，继电器的常开开关闭合，报警电路开始工作。喇叭发出“嘀、嘀、嘀……”的警报声，显示灯开始闪烁……此时，即使红外光没有被遮挡，报警电路仍然保持在工作状态，因为启动电路已经把继电器锁上（“记忆”），不按复位开关，即2电器常开开关不会打开。这样贼人就无法停止报警器“报警”（除非他破坏了电路）。此电路对阻吓贼人较强大的作用，防盗实用较大，制作也不太复杂，操作容易，材料也较容易买到，具有一定的商用价值 3.1.2设计电路的主要性能指标
A，此电路由6V的直流电源供电。电路也可用6—12V的直流电源，只需要更换部分元器件即可。
B，电路采用稳定性高的555集成电路组成。IC1是利用输出脚电平的高低来控制继电器常开开关的开与合。IC2与IC3构多谐振荡器，负责控制闪光灯和喇叭。 C，该电路耗电低，在没有触动报警的情况下，启动电路部分耗电流仅20mA左右;警报电路部分根本不耗电。报警时，启动电路电流达数十mA；报警电路仅为20mA左右。
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D，红外光接收管反应敏捷，受到红外光照射时管子保持截止的状态；当红外光线被阻截时，管子立即导通，启动继电器工作，即是报警器开始报警。 E，“红外线发射管”和“红外线接收管”两端可以并联多组“红外线发射管”和“红外线接收管”，使其“探测”范围更广。 3.2单元电路的设计过程 （1）对报警器进行构想
报警电路该如何工作？如何能让擅闯者触动报警器？报警器该如何开启？通过上互联网查找资料，发现许多报警器的警报系统都是利用集成电路的延时来发出警报声音或者是闪灯，触动后的报警器后不久就会自复位，再次处于警戒状态，我觉得这样不能阻吓贼人，经过考虑，最后确定了初步的方案： A利用“常开”继电器启动警报电路，使报警电路发出警报闪光和声音。 B 利用感光二极管作为触动开关。
C 报警器工作时，被触动后，报警器的闪灯和喇叭不停工作，以阻吓贼人和引起别人注意。直到主人重新设置报警器为止。
由以上几点，最后决定用555集成电路对设想中的电路进行控制。 （2）理解555集成电路的工作原理，以更好地设计电路。 （3）设计构想中的电路
首先设计继电器的启动电路，利用单个555集成电路的输出端电平的高低以及其复位的作用来控制继电器的开与关。然后设计闪烁灯和喇叭的警报电路，利用两个555集成电路组成的多谐振荡器，对闪烁灯和喇叭发出的声音进行控制，以达到设计的要求。
考虑把“红外线发射管”和“红外线接收管”安装在哪个电路上，以达到最少的影响。最后画出简单的分部电路图，以便进行组合。 （4）根据画出的简图，利用EWB软件进行测试
先对启动电路进行测试；然后对警报电路进行测试；再把“红外线发射管”和“红外线接收管”分别接到电路上，测试其影响，并决定把“红外线发射管”和“红
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外线接收管”放在哪个电路上；最后把两个电路组合其来，并进行测试。 （5）根据测试的结果得出设计好的电路图。 （6）进一步理解报警电路。
3.3整机电路和各部分电路的工作原理说明
表2元件清单
名称 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电容 电容 电容 电容
图3-1整机原理框图指示灯闪烁喇叭发出警报声 红外线被遮挡 继电器工作 常开接触点闭合 警报电路电源接通 警报电路工作 符号 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 C1 C2 C3 C4 C5 C6 数值 510 24 510 20 30 510 50 100 0.022 100 0.01 0.1 0.01 5.8 单位 Ω kΩ Ω kΩ kΩ Ω kΩ kΩ μF μF μF μF μF μF 名称 喇叭 开关 开关 NPN三极管 555集成电路 555集成电路 555集成电路 继电器 二极管指示灯 红外线发射管 红外线接受管 直流电源 直流电源 符号 Y K1 K2 VD1 IC1 IC2 IC3 KA;S1 L1 L2 L3 E1 E2 8Ω 6V 6V,常开;型号：JW1HN 绿色 无红外光照射时截止 53
说明:闭合总开关K1，把K2由“解警”扳到“警戒”位置，报警器开始工作。当有物体遮挡红外光线时，L2导通，S1自动闭合（继电器被锁上），警报电路报警灯闪烁并发出报警声音：“嘀、嘀、嘀……”。
主人回来时，把K2由“警戒”扳到“解警”位置，警报电路S1断开，报警停止,重新扳到“警戒”,报警器重新进入”待机”状态。 部分电路的工作原理说明 （1)启动电路
这是一个具有自保记忆性特性的利用二极管截止和导通的警戒开关, 用一只555集成电路和一只继电器构成。电路如“整机原理图”中的“启动电路”部分所示, 工作前把开关K2扳到 “警戒””位置, 于是555集成电路第三脚输出高电平, 继电器KA处于释放状态,报警电路不工作。当有不速之客遮挡红外光时，管子导通，555第六脚因加上高电平而使输出转换成低电平，于是继电器KA吸动常开触点开关S1闭合。报警电路接通电源，开始报警。由于该电路具有自锁功能，若不把K2扳到“解警”（复位），继电器KA恒处于工作状态，于是常开触点S1恒处于闭合状态，因而警报电路不断发出警示。这时，不管“红外线接收管”是否导通，不按复位开关，继电器不会自动释放。把K2扳到“解警”(复位)后，继电器释放，常开触点S1打开，警报电路因断电而停止工作。 （2)警报电路
这是一个多谐振荡器，用两只555集成电路构成。主要是控制闪光的频率和喇叭发出的声音。 555电路的工作原理
555的说明：它是一种时基电路，能在4.5--18V电源下工作，输出电平可与TTL，CMOS，HTL逻辑电路兼容，振荡精度与外接元件特性有关，具有200MA的吸收或供出电流，可直接推动扬声器，电感等低电阻负载。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有 NE555、5G555 、C7555等多种。它们的结构及工
作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有底功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5—16V，最大负载电流可达200MA；CMOS定时器电源电压为3—18V，最大负载电流在4MA以下。
555定时器有两个阈值（Threshold）电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；输出端为低电平时三极管TD导通， 7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止， 如果7脚接一个上拉电阻， 7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得和 两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端DIS，8脚是电源端VCC。555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。
当TH高触发端6脚加入的电平大于 ，TL低触发端2脚的电平大于 时，比较器A1输出高电平，比较器A2输出低电平，触发器置“0”，放电管饱和，7脚为低电平。 当TH高触发端加入的电平小于 ，TL低触发端的电平大于 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出低电平，触发器状态不变，仍维持前一行的电路状态，输出低电平，放电管饱和，7脚为低电平。
当TH高触发端6脚加入的电平小于 ，TL低触发端的电平小于 时，比较器A1输出低电平，比较器A2输出高电平，触发器置“1”，输出高电平，放电管截止，7脚为高电平。因7脚为集电极开路输出，所以工作时应有外接上拉电阻，故7脚为高电平。 当从功能表的最后一行向倒数第二行变化时，电路的输出将保持最后一行的状态，即输出为高电平，7脚高电平。只有高触发端和低触发端的电平变化到倒数第三行的情况时，电路输出的状态才发生变化，即输出为低电平，7脚为低电平。 由电路框图和功能表可以得出如下结论： （1）555定时器有两个阈值，分别是 和 。
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（2）输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接 有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。
（3）输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为 。 （4）输出与触发输入反相。 555构成的多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路接好后，只要接通电源，再其输出端变可以获得矩形脉冲。 电路图如下：
图3-3 555构成的多谐振荡器
振荡电路的周期与频率计算：tw1=0.7(RA+RB)C tw2=0.7RBC T=tw1+tw2=0.7(RA+2RB)C
f=1/T
警报电路中的振荡器是利用两多谐振荡器组成的，振荡器IC3的输出电压U3，接到振荡器IC2中555定时器的复位端，当U3为高电平时IC2振荡，为低电平时，IC2复位停止振荡。当IC3的U3为高电平时V1导通，此时L3的电流可以经过V1到达电源负极，L3发出绿光。当U3为低电平时V1截止，L3的电流不能经过V1到达电源负极 ，因此L3 中没有电流经过，故L3不能发光。U3是高低电平方波脉冲，电平的高低正好控制V1的导通与截止，这样，L3中的电流就时有时无，因此L3可以一闪一闪地进行报警提示。喇叭Y的工作方式与L3的工作方式相似，只是U2的波形与U3的波形不同，U2频率让IC3中的U3搞乱了而已。 镜面反射原理
红外光线的铺设，可以利用平面镜，凹镜，凸镜等进行反射原理。镜子的面积可以
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大，也可以小，也可以整齐地装在两边的墙上，不过光线应尽可能的多。这样，即使贼人发现有红外线的存在，但由于密度的关系，贼人在经过时，不管多小心，都会遮挡光线，从而触动报警器。 3.4 模块电路
3.4.1 低频带通放大电路
热释电红外传感器输出的检测信号很小，仅1mV左右，频率为0.1~10HZ，需经高增益、低噪声低频放大器放大后，才能进一步处理，一般来讲，要求放大器的增益为60~70dB,带宽0.3~7HZ。放大器的带宽对可靠性和灵敏度有重要影响，带宽窄，噪声小误动作率低；带宽宽，噪声大，误动作率高！
如图3-5所示，本系统采用LM317中的两个集成运算放大器构成低频带通放大电路，LM317内部集成了四个独立的高增益运算放大器，其电流小（典型值Is=1.0mA），且与所加电源电压的大小无关，频率补偿及偏置电流均采用了温度补偿措施，性能稳定。采用单电源供电。
图3-5 低频放大电路
放大器要求： 增益：60~70DB 带宽：0.3~7HZ 工作原理：
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放大电路的电压增益为：
A=1+2πfR12C4/(1+2πfR7C4)(1+2πfR12C4) 一般要求放大电路的增益为65Db。 电路的上下限截至频率为： FH=1/R12C7,FL=1/R7C4
在单电源供电的情况下，外加电压分压器后，可保证运放输出电压有较大的动态范
围。静态下应将输出端电位设在1/2处，方法是：ICA外接R4、R10分压器，将1/2VCC引至运放的同相输入端，这相当于将输入偏置电压垫高1/2VCC,从而使输出电压的静态电位定在1/2VDD处。与ICA一样，ICB为了保证运放输出电压有较大的动态范围，同样设置了分压器。
3.4.2电压比较整形电路
图3-6门限电路
电压比较器的作用是将一个模拟电压与一个参考电压相比较。在二者幅度相等的附近，输出电压将产生越变。本系统应用LM317剩余的两个集成运算比较器构成一个双限电压比较器。
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3.4.3双限电压比较器的工作原理
如上图3-7所示：基准电压分别由(R6+R14)和R14分压提供。当输入电压VO1<6引脚电压时，比较器输出高电平；当VO1>13脚电压时，比较器也输出高电平。而当6引脚电压 当人体通过菲涅尔透镜组成的传感器现场时，传感器输出一交变信号。其变化幅度大于13引脚电压，小于6脚电压，才能使比较器输出高电平，否则为低电平，而前级放大器静态时输出电压基本为1/2VCC，处在6引脚和13引脚电压之间，故比较器输出为0。所以两引脚电压的差值越接近1/2VCC，电路的灵敏度越高，但容易因噪声干扰产生误动作，若两引脚的差值远离1/2VCC，电路的可靠性将提高，但灵敏度降低。一般基准电压可按下列式子来计算： V差值=（4~5）VN 式子中VN为噪声电压。传感器给出的噪声电压，是指传感器噪声输出的信号经过70dB以上的放大后的噪声电压的峰-峰值。本产品的噪声电压大约为80mV,所以有V差值=（4~5）80mV=320~400 mV.这样，即照顾到灵敏度，又能保证电路有一定的可靠性。 3.4.4声音报警电路 如下图3-8所示：高音报警电路选用12V的高音喇叭作为报警装置，使用SS8050大功率三极管做驱动电路，当SPK为高电平时，三极管导通。反之则截至。本系统中 59 经过软件设置使报警器真实模拟了声音频率均匀拉高，还原、再拉高的过程。形成频率在976~1945Hz之间平滑递增的声音效果。实现报警器声音非常逼真。 图3-8高音报警电路 3.4.5灯光警示电路 如下图3-9所示：这里我们选用5V的炫目灯做灯光警示电路，因炫目灯在正常工作状态下电流比较大，所以这里我们选用使用继电器控制其开关的方案。这里我们照样使用三极管驱动继电器工作。 图3-9炫目灯做灯光警示电路 并联在线圈的两端的是续流二极管，线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动 60 势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如三极管，等造成损坏。续流二极管并联在线两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。 在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时其两端的电动势并不是立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流二极管。 3.4.6 供电电源电路 如下图3-10所示，本系统采用L7805CV来做电压芯片，因为其输出电流可达1.5A,可满足本系统5V供电电压。 图3-10电压芯片 在电源的两端并联的大电容和小电容起滤波作用。大电容是滤除低频，小电容是滤除高频。在其两端再并入同系列的大小电容可获得很宽频率范围的滤波特性。 61 3.4.7延时电路 图3-11延时电路 如图3-11，由VT3、R20、C8组成开机延时电路，时间也约为1分钟，它的设置主要是防止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够的时间离开监视现场，同时可防止停电后又来电时产生误报。该装置采用9－12V直流电源供电，由T降压，全桥U整流，C10滤波，检测电路采用IC3--78L06供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。 3.4.8单片机最小系统 如下图3-12所示，单片机的电源采用5V供电，时钟电路也就是振荡电路采用11.0592MHZ晶振，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。图中的电容起稳定作用。其复位电路采用混合复位电路，在上电的时候会自动复位，也可手动复位。方便在单片机死机的时候进行重启。 62 图3-12单片机最小系统 3.5 主机电路设计 报警器的主机采用ST89C52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ST89C52，构成系统的主机。 主机部分的电路原理图如图3-13所示，它由复位电路、振荡电路、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 63 行报警处理。 3.5.1 时钟电路 ST89C52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3-14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1.2～12MHz之间选择，电容值在5～30pF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3-15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3-14 内部方式时钟电路 64 图3-15 外部方式时钟电路 3.5.2 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3所示。 表3 一些寄存器的复位状态 寄存器 PC AC PSW SP DPTR P0~P3 IP IE TMOD 复位状态 0000H 00H 00H 07H 0000H FFH XX000000B 0X000000B 00H 寄存器 TCON TL0 TL1 TH0 TH1 SCON SBUF PCON 复位状态 00H 00H 00H 00H 00H 00H 不定 0XXX0000B 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 65 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S5P2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3-16(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3-16(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3-16(c)所示。 图3-16(a) 上电复位 图3-16(a) 上电自动复位 图3-6(b) 按键电平复位 66 图3-16(c)按键脉冲复 上述电路图中的电阻、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3-17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。 67 图3-17 IMP812的封装图 3.5.3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3-19所示。 68 图3-19 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 图3-20 按键抖动示意图 件程序来消除。 一次完整的按键过程，如图3-20所示,包含以下几个阶段： (1) 等待阶段：此时按键尚未按下，处于空闲阶段； (2) 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； 69 (3) 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； (4) 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； (5) 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： (1) 短击：用户快速按下单个按键，然后立即释放； (2) 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； (3) 连击：实现连续操作效果，如连续加1或减1； (4) 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； (6) 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。 3.5.4 蜂鸣器电路 本系统的蜂鸣器报警电路如图3-21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。 70 图3-21 蜂鸣器电路 3.5.5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3-22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，4～6V和工作电压有关 (3) 数字3脚：电源正极 DC6～9V (4) W1：灵敏度调整 (5) W2：输出延时调整 5～120秒 图3-22 热释电红外传感器的引脚示意图 它的技术参数如下： (1) 工作电压：DC6～9V (2) 电平输出：和电源电压相同 (3)感应角度：水平：90～140度；垂直：15～30度 (4) 静态电流：小于750μA (5) 无信号输出：0V (6) 感应距离：0.5～15米 (7) 外形尺寸：28mm×38mm 高25毫米（最高点） 71 (8) 输出电平：4～6V与工作电压有关 (9) 工作时间：可调5-120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。 3.5.6振动位移传感器电路设计 本系统采用ND—1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3-23是ND—1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3-23 ND—1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3-24所示,它的技术指标及参数见表4。 表4 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 3V—12V 3V时500毫安 0.1g 全向 加速度 －30℃～65℃ 12×22×32mm 工作温度 体积 各引脚功能如下： 引脚1：地 72 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3-24 振动位移传感器 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。 3.5.7串行通信硬件接口电路 PC 机与AT89C52 型单片机之间的串行异步通讯采用，RS232 接口电路实现, 利用计算机的串行接口进行数据传输。AT89C52 单片机P3.0 和P3.1 引脚的第二功能是串行口RXD(串行接收端) 和TXD (串行发送端) , 其内部的串行接口电路具有全双工异步通讯功能, 但是单片机输出的信号是TTL 电平,与标准RS232电平不同, 为获得电平匹配, 在实验板上扩充了一片MAX232芯片, 利用该芯片对RS232进行电平转换, 该芯 片内部有电荷泵, 只要单一的5V电源供电即可自行产生RS232所需的高电压, 使用很方便。串行通信口与PC机的连接电路如下图3所示。时钟电路选用11MHZ—24MHZ 的晶振和33PF 的瓷片电容, 且在设计电路时和晶振电容应尽可能靠近芯片以减少PCB 板的分布电容保证振荡器工作的稳定性以提高系统的抗干扰能力。计算机的主要作用是 73 通过串口传送源数据给单片机。执行计算机的是超级终端(HyperTerm inal) 串行通信软件。超级终端是一个通用的串行交互软件, 很多嵌入式应用的系统有与之交换的相应程序, 通过这些程序, 可以通过超级终端与嵌入式系统交互, 使超级终端成为嵌入式系统的“显示器”。超级终端的原理是将用户输入随时发向串口(采用TCP 协议时是发往网口, 这里只说串口的情况, 但并不显示输入)。它显示的是从串口接收到的字符。所以, 嵌入式系统的相应程序应该完成的任务是: 将自己的启动信息、过程信息主动发到运行有超级终端的主机。因为单片机要一个一个输出8 位字符, 所以用缓冲器SBU F 发送与接收数据, 再将接收到的字符返回到主机, 同时发送需要显示的字符(如命令的响应等) 到主机。 3.6 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。MCS—51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3-16所示。 复位不影响片内RAM存放的内容, 而ALE、PSEN在复位期间将输出高电平。由图3-16可以看出，复位后： 74 (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。 能部件工作状态的影响。 表5 PC与SFR复位状态表 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。 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0.1uF～10uF，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51K～100K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。 3.7设计电路的优缺点和进一步改进的设想 优点 75 （1）此电路用红外线光感二极管作为触发装置，与直接开关式防盗器相比先进了不小，其红外线分布可以利用平面镜的反光原理进行铺设，那么感应探察范围就可以很大，相应盲区就少，又因为红外线线是肉眼看不见，因而感应就变得无形而难以躲避。 （2）此电路有自锁记忆功能，锁定后贼人无法关掉报警器（除非启动电路或者报警电路被破坏了），直到主人回来，对电路进行复位后，报警才会停止。这样，主人就可以根据报警器有没有启动，从而判断是否有不速之客。由于盗贼触动报警后，报警器一直工作，这样对盗贼有较大的阻吓作用。 （3）此电路是直流电路，防止了交流电停电或贼人切断外部交流电源。 （4）此电路声光同时报警，既阻吓了盗贼，又引起了人们的注意。 （5）此电路装放和工作隐蔽，不易为人所知（特别是盗贼）。 （6）此电路可以在“红外线发射管”及“红外线接收管”两端并联多组“红外线发射管”和“红外线接收管”，这样就可以增大防盗范围。 （7）警报电路，由于不警报时，电路与电源是断开的。因而在“警戒”状态时，警报电路不耗电。 （8）此电路，在没有东西遮挡红外线时，误报现象几乎不会出现。 缺点 （1）此电路在设置红外线的分布时比较困难，要借用多种辅助工具，特别是利用镜面反射原理进行铺设时工程更困难。 （2）此电路在工作时，启动电路中的“红外线发射管”要长期处与工作状态，这样电池的消耗就较大。因而供电就成了报警器的首要问题。 （3）报警器在工作时，时时刻刻都在耗电，当报警器电量不足时，报警器不能自行提醒主人换电，因而主人需要经常留意电池的电量。以免报警器缺电而不能正常工作。 D，报警器没有工作状态的提示灯，因而主人不能确定报警器是否在工作，往往要自行测试报警器的工作状态。 改进一步改进的设想 （1）在“红外线发射管”及“红外线接收管”两端并联上热敏感应元件之类的，报警器的用途就可以更广一些。改装后，到时就可以做到既防盗又防火等的报警器。 76 （2）电路中的两个开关如果利小型遥控器来控制，这样主人就可以随时随地地按照自己的要求对报警器进行开启·警戒·解警状态的设置。 （3）利用太阳能充电电池给报警器供电，这样，主人就不用担心电池没电而导致报警器不能正常工作。 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 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 77 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BASIC﹑FORTRAN﹑PASCAL﹑C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 面向机器 高级语言 源程序 面向过程 汇编程序 机器语言程序 （目标程序） 编译或解 释程序 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 78 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： (1) 设计任务的分析、确定思路或算法。 (2) 程序的总体设计并画出流程图。 (3) 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。 (4) 源程序的汇编和调试。 (5) 编写程序说明文件。 4.1.3汇编语言程序设计方法 (1) 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。 (2) 划分功能模块进行设计。 (3) 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。 79 位置1位置2有报警?YesNO 开始开始初始化初始化P1口进入扫键程序检测端口N有情况?Y判断警情位置N延时判别 有情况?Y 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4-4所示； 80 显示警情位置警铃报警设标志位返回返回图4-3 扫键程序流程图 图4-2 主程序流程图 结束 N 是否还有检测信号等待下次报警 Y 声光报警是否持续10秒 Y 声光报警结束，LED 显示出报警次数 Y 显示报警的次数且启动声光报警电路开始报警 监测外部有无信号输入 N 初始化 入口 N 图4-4 主程序工作流程图 81 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。 手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图4-5所示； 图4-5 中断服务程序工作流程图 4.2.2定时中断程序设计 实现功能 中断返回 恢复现场、关中断 INTO/端有输入信号关闭报警 关中断、保护现场 中断源发出中断申请 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。 10s定时流程图 82 声光报警结束，LED 图4-6 10S定时流程图 显示出报警次数 声光报警是否持续10秒 Y 显示报警的次数且启动声光报警电路开始报警 外部有信号输入 N 4.2.3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： (1) 确定工作方式（对TMOD赋值）。 (2) 预置定时或计数初值（可直接将初值写入TH0,TL0或TH1,TL1）。 (3) 根据需要开放定时器/计数器的中断（直接对IE赋值）。 83 (4) 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。 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 84 定时器/计数器控制寄存器TCON TCON是一个8位的特殊功能寄存器，对应的地址为88H，可为寻址。 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=12×t0=12×(1/12MHz)=1us 设定时器T0初始值为X，则：(2∧16-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。 4.2.4 解除中断程序设计 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，用手工按键停止的声光报警的作用。 程序流程图 手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图所示； 85 中断源发出中断申请 关中断、保护现场 INTO/端有输入 信号关闭报警 恢复现场、关中断 中断返回 图4-7 中断服务程序工作流程图 4.2.5中断控制字 中断技术是计算机中一个重要的技术，它既和硬件有关，也和软件有关。计算机在执行程序过程中，由于CPU以外的某种原因，有必要尽快的终止当前程序的执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再回来继续执行被中止了的原程序。这种在执行程序过程中由于外界原因而被中断打断的情况称为“中断”。MCS-51单片机与终端有关的特殊功能寄存器有4个，分别为中断源寄存器，中断允许寄存器IE和中断优先寄存器IP。共有5个中断源，可提供两个中断优先级，即可实现二级中断嵌套。5个中断源的优先顺序由中断优先级寄存器IP和顺序查询逻辑电路共同决定。5个中断源对应5个固定的中断入口地址。当某个中断源的中断请求被CPU响应之后，CPU将把此中断源的中断入口地址装入PC，中断服务程序即从此地址开始执行，直到遇到返回指令RETI为止。 中断系统的控制寄存器： 中断系统有两个控制寄存器IE和IP，它们分别用来设定各个中断源的打开／关闭和中断优先级。 86 中断允许寄存器--IE IE在特殊功能寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低位到高位)分别是A8H-AFH。 IE用来打开或关断各中断源的中断请求。 EA：全局中断允许位。EA＝0，关闭全部中断；EA＝1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。 ×：无效位。 ES：串行I／O中断允许位。ES＝1，打开串行I／O中断；ES＝0，关闭串行I／O中断。 ETl；定时器／计数器1中断允许位。ETl＝1，打开T1中断；ETl＝O，关闭T1中断。 EXl：外部中断l中断允许位。EXl＝1，打开INT1；EXl＝0，关闭INT1。 ET0：定时器／计数器0中断允许位。ET0＝1，打开T0中断；ET0＝0，关闭TO中断。 EXO：外部中断0中断允许位。Ex0＝1，打开INT0;EX0=0,关闭INT0. 中断优先寄存器--IP： IP在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地址(由低位到高位)分别是B8H一BFH,IP用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级。 ×：无效位。 PS：串行I／O中断优先级控制位。PS＝1，高优先级；PS＝0，低优先级。 PTl：定时器／计数器1中断优先级控制位。PTl＝1，高优先级；PTl＝0，低优先级。 Pxl：外部中断1中断优先级控制位。Pxl＝1，高优先级；PXl＝O，低优先级。 PT0：定时器／计数器o中断优先级控制位。PT0＝1，高优先级；PTO＝0，低优先级。 Px0：外部中断0中断优先级控制位。Px0＝1，高优先级；Px0＝0，伤优先级。 在MCS-51单片机系列中，高级中断能够打断低级中断以形成中断嵌套；同级中断之间，或低级对高级中断则不能形成中断嵌套。若几个同级中断同时向CPU请求中断 87 响应，则CPU按如下顺序确定响应的先后顺序： INT0一T0---INT1一T1一RI／T1. 串行端口共有2个控制寄存器SCON和PCON，用以设置串行端口的工作方式、接收／发送的运行状态、接收／发送数据的特征、波特率的大小，以及作为运行的中断标志等。 4.3 关键代码 4.3.1家庭防盗报警系统程序 v1.0 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include uchar flag_alarm ; //报警标志位 uchar flag_bufang ; //布防标志位 uchar flag_bufang_en ; //布防标志位使能 uint flag_value; //用做定时器的变量 uchar bj_voice = 0; //切换报警声 sbit hw = P2^0; bit flag_300ms = 0; uint flag_value; //用做定时器的变量 void Send_threelines(unsigned char addr) ; void delay_1ms(unsigned int ms) // 延时子程序 { 88 //红外热释传感器定义 unsigned char i; while(ms--) { for(i = 0; i < 120; i++); } } sbit spk=P1^2; sbit led=P1^0; uchar FRQ=0x00; sbit star=P0^7; 4.3.2延时函数，定时/计数器T1 void delay(uint t) { uint i; for(i=0;i 4.3.3定时器T0中断函数 void T0_INT() interrupt 1 { TH0=0XFE; //计时器高电平端地址赋值 TL0=FRQ; //计时器低电平端地址赋值 spk=~spk;//蜂鸣器间接性鸣响 } 4.3.3外部中断1，检测到传感器信号后进行报警控制 void EX1_INT() interrupt 2 89 { P0=0X79; led=1; //数码管显示E,表示有人传入 //炫目灯开启 //开启定时中断0允许位 TR0=1; delay(1000); TR0=0; P0=0X00; led=0; spk=0; } //关闭定时中断0允许位 4.3.4外部中断0.布防/撤防功能 void EX0_INT() interrupt 0 { EX1=~EX1; //开启/关闭外部中断1允许位 P0=0X00; led=0; spk=0; } 4.3.5主函数 void main() { P0=0X00; led=0; spk=0; EA=1; //置数码管黑屏 //关闭炫目灯 //关闭高音报警器 //开启中断总允许位 //开启 外部中断0允许位 //关闭 外部中断1允许位 //关闭 定时中断T0允许位 //开启 定时中断T0允许位 //设置外部中断1触发方式为下降沿 //设置外部中断0为触发方式为下降沿 EX0=1; EX1=0; ET0=0; ET1=1; IT1=1; IT0=1; TMOD=0X11; //定时/计数器工作在模式1中 90 TH0=0X00; //对定时计数器T0赋初值 TL0=0XFF; TR0=0; //关闭定时/计数器T0,由外部中断1控制开启 TR1=1; // 开启定时计数器T1 while(1) { star=!star; delay(10); } } 4.3.6定时器0初始化程序 void time_init() { EA = 1; //开总中断 TMOD = 0X01; //定时器0工作方式1 ET0 = 1; //开定时器0中断 TR0 = 1; //允许定时器0定时 } void main() { uchar i; CE=0; SCK=0; CSN=1; time_init(); StartUART(); RX_Mode(); while(1) 91 { if(flag_300ms == 1) { flag_300ms = 0; if(Rx_Buf[0] == 0x01) beep = ~beep; // 报警 else beep = 1; // 取消报警 if(nRF24L01_RxPacket(Rx_Buf)) //接收无线信号 { for(i=0;i void time0_int() interrupt 1 { static uint value; TH0 = 0x3c; TL0 = 0xb0; // 50ms value ++; if(value % 6 == 0) { flag_300ms = 1; } 5 系统测试 92 图5-1 焊接完成 该图片为焊接完成后的电路板，该电路的工作机理为： （1） 未按布防键时，无论有人经过与否，皆不报警； （2） 按下布防键后，如有人在20cm范围内经过则红灯亮起，绿灯亮起，报警声 响起； （3） 按下取消布防后，有人经过时不在相应。 93 图5-2 启动报警 该图片为接上电源后，打开开关，建立布防后有人经过时的电路板响应，此时红灯绿灯皆亮，报警声响起。 图5-3 取消布防 94 该图为取消布防后无任何响应的截图，可看出除了红灯亮起表明电路板处于有源开启状态外，再无其他响应。 该电路板设计时，以单片机为中心，在P0口接上灯光报警电路，在P1口接上蜂鸣器电路，由于蜂鸣器的工作电流较大，而5V电压通过时提供电流不足，故在蜂鸣器前段加上了三极管放大电路，工作时只有SPK端处于高电平才能有效工作。开关有两个可以工作，一个是布防键，即按下后进入启动报警阶段，若有人经过则会绿灯亮起，报警声响起；另一个是取消布防键，按下后只有红灯亮起，无论有人经过与否，绿灯都不会再亮，蜂鸣器也不工作。 6结论 本课题的研发工作经过几个月的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对多元探测器与自动拨号报警系统的测试，可得到如下结论： （1）系统功能简单，能对家庭中出现的盗窃事件进行灾前监测，及时发出报警信息，避免用户生命财产不受损失。 （2）系统采用复合式传感器,增加了安全性，减少了漏报发生的可能性。通过单片机控制的数码显示器，能显示出事地点，使用户能及时快速做出应对措施。 （3）系统不需要用红外线或电磁波等发射源，采用模块化的设计思想，灵敏度高、隐蔽性好，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。 （4）系统采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作，增加了系统工作的可靠性。 （5）系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有成本低的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。 本设计采用KeilC51开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简单、功能齐全、性能齐全、性价比高等特点，是一种经济、实用的家庭防盗报警系统。 本论文完成了软硬件主要功能模块的设计，为进一步设计开发及功能扩展打下了良好的基础。整个系统主要由AT89S52芯片、热释电传感器、声光报警、键控组成。性能好，工作稳定，非常适合防盗报警领域！由于时间关系和水平有限，设计中存在着一些 95 缺陷和不足，还有待于在今后的进一步设计过程中不断完善。 当然防盗报警监控系统的开发是一个实践应用性很强的课题，要使其产品化，能够经受住实际应用的严格考验，还要进行许多深入细致的工作。而且随着科技水平的不断提高，对智能住宅小区的智能管理系统必然会有不断增长的要求。 本课题已经完成了对智能住宅盗情进行自动监测并实现了自动报警功能，完全可以作为一套简易系统投入使用，但是随着微电子技术、通讯技术、自动控制技术和传感器技术的发展，还将有很大的发展空间。系统需要进一步改进和完善，主要存在以下几个方面的问题： （1）系统只能在家里有人的情况下使用，如果家里没人则报警作用不能体现。针对这一点，可以给系统增加自动拨号的功能，将系统通过拨号电路与电话线相连，当发生意外情况的时候，系统可以自动拨打预先设置好的电话号码，进行报警。 （2）系统只能对盗情进行报警。对现代化的家庭来说，功能有些单一。但随着生活水平的提高，液化石油气、管道煤气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，却也增加了火灾隐患的危险。针对这一点，可以增加一些其它功能的传感器，比如说烟雾光电传感器、CO检测传感器等等，在检测盗情的同时，还可以检测火灾、煤气泄漏等等，真正能实现功能全面，一机多用。 （3）系统的防范目标是所有靠近的人，无法对本家庭成员进行判断，这样往往会产生一些无用的报警，干扰正常的生活。针对这一点，应该增加系统的自我判断功能。本课题只选用了两路传感器为例，其实单片机还可以通过扩展I/O口（例如外接8255）来外接更多路的传感器，从而扩大报警的范围。有问题才能进步，这些问题对我是一种激励，我会在以后的工作和学习中更加努力。 96 参 考 文 献 1)张毅刚等.MCS－51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，1990 2 )涂时亮等.单片机软件设计艺术.重庆：科学文献出版社重庆分社，1987 3)周航慈.单片应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社，1990 4)李华主编.MCS－51单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社，1993 5)Intel Microcontroller Handbook.1985 6)何立民.单片机应用技术选编.北京航空航天大学出版社，1996 7)韩毅;上班族,如何保护自己的家——家庭防盗报警系统[J];安防科技;2003年07期 8)钱晓军;家庭无线智能防盗报警系统[J];安防科技;2003年07期 9)宋松娥;安全防盗报警系统的组成及其作用[J];中国安防产品信息;1993年02期 10)范冰彦;家庭无线智能防盗报警系统[J];安防科技;2003年03期 11)王洪建;;AT89C2051在小区防盗报警系统中的应用[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年 12)刘豫喜;;基于单片机控制的自动拨号报警器[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届 13)青年学术年会论文集（上册）[C];2004年 14)王洪;智能住宅防盗报警系统的研制与设计[A];湖南省电工技术学会第七次会员代表大会暨2004学术年会论文集[C];2004年 102 致谢 该课题是在我指导老师的悉心关怀和精心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。从设计的开始到最终完成，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了许多做人的道理。在我的课题开展过程中倾注着导师辛勤的汗水和心血。老师的为人师表、渊博的知识、宽广的胸怀让我备受教益，在此谨向导师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意！ 通过本次毕业设计，我增强了理论与实践结合的能力，设计过程中遇到各种问题在指导老师的帮助下得以解决，锻炼了我的意志，更使我增强了信心。 再次衷心感谢在百忙之中指导我完成论文和参加毕业答辩的各位老师。 103 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容