PAGEPAGE3傳感器檢測技術(shù)課程設(shè)計基于單片機(jī)的紅外報警系統(tǒng)設(shè)計32016年6月目錄一、設(shè)計要求與研究內(nèi)容 41.1設(shè)計要求 41.2研究內(nèi)容 4二、基本原理與系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 42.1基本原理 42.2總體方案設(shè)計 52.3總體方案設(shè)計 6三、 硬件電路設(shè)計 103.1電源電路設(shè)計 103.2主機(jī)電路設(shè)計 103.3數(shù)碼顯示電路的設(shè)計 153.5用戶端探測器設(shè)計 18總結(jié) 20參考文獻(xiàn) 21附錄 22程序清單 22元器件清單 24安裝調(diào)試 25電路原理圖、印制板圖 27一、設(shè)計要求與研究內(nèi)容1.1設(shè)計要求現(xiàn)時社會治安問題嚴(yán)峻，各種入室搶竊、偷盜事件時有發(fā)生,治安問題更加突出。為了防護(hù)自己，越來越多的家庭采用智能防盜報警產(chǎn)品。防盜報警系統(tǒng)是利用探測器裝置對建筑物內(nèi)外重要地點和區(qū)域進(jìn)行布防，探測。當(dāng)探測器探測到非法入侵，報警器工作狀態(tài)變?yōu)閳缶癄顟B(tài)，產(chǎn)生報警聲。本論文的目的就是設(shè)計出一種符合上述要求的防盜報警系統(tǒng)。本文所研制的報警器的功能要求如下:（1）可實現(xiàn)非法入侵報警；（2）采用復(fù)合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和振動位移傳感器并接使用，增加報警可靠性；（3）蜂鳴器報警，并能顯示出出事地點；（4）采用雙電源技術(shù)，主電源停電或被切斷，被動電源自動工作。1.2研究內(nèi)容本課題需要研究的內(nèi)容主要有以下幾個方面：根據(jù)系統(tǒng)功能要求并且考慮產(chǎn)品的性價比，進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計。該方案采用模塊化設(shè)計方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和用戶的使用。系統(tǒng)硬件設(shè)計。包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設(shè)計。主要內(nèi)容有單片機(jī)的選擇、主機(jī)電路的設(shè)計、傳感器的選擇、報警電路的設(shè)計。下面分3章從系統(tǒng)總體的方案設(shè)計、系統(tǒng)的硬件設(shè)計、系統(tǒng)的軟件設(shè)計對本課題做詳細(xì)的介紹。二、基本原理與系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)2.1基本原理智能小區(qū)安防報警系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計方案是根據(jù)我國住宅建設(shè)的實際情況，以滿足居民生活在新時期的要求為宗旨，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性。系統(tǒng)組成框圖如圖2.1所示。探測器安裝在用戶需要防范的部位，如門窗、廚房，臥室等，當(dāng)系統(tǒng)處于布防狀態(tài)時，一旦有人入侵，與之相應(yīng)的報警探測器立即向報警主機(jī)發(fā)出報警信號，接到警情事件后，自動報警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場聲(蜂鳴器)報警。圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.2總體方案設(shè)計智能住宅安防報警系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅建設(shè)的實際情況，為滿足新時期居民的居住要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示，根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊：電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、振動位移傳感器模塊、AT89C51模塊、警鈴電路、數(shù)碼管顯示電路等。圖2-1系統(tǒng)組成框圖探測器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房，臥室等，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)時，一旦有人入侵，與之相應(yīng)的報警探測器立即向用戶端自動報警主機(jī)發(fā)出報警信號，接到警情事件后，自動報警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場聲(蜂鳴器)報警，同時顯示出出事位置。2.3總體方案設(shè)計本系統(tǒng)主要有電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、振動位移傳感器模塊、AT89C51控制電路、警鈴電路、數(shù)碼管顯示電路部分組成。下面我們將簡要介紹傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)。2.3.1傳感器技術(shù)感應(yīng)器技術(shù)是信息采集技術(shù)的第一步，感應(yīng)器是將能夠感受到的及按規(guī)定被測量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指感應(yīng)器中能直接感受或響應(yīng)被測量(輸入量)的部分，轉(zhuǎn)換元件是指感應(yīng)器中能將敏感元件感受的或響應(yīng)的感應(yīng)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號的部分。感應(yīng)器的作用：A．信息的收集。對某種特定要求，需檢測目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)或裝置的運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。B．信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號、代碼、圖形等多種形式記錄在紙或膠片上的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)、傳真機(jī)等易處理的信號數(shù)據(jù)，或者讀出記錄在各種媒介上的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。C．控制信息的采集。檢測控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標(biāo)值。現(xiàn)在有關(guān)家庭防盜的傳感器非常多，有無線人體熱釋電傳感器、無線門磁傳感器、振動位移傳感器、紅外線反射開關(guān)無線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達(dá)波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠探測的需要，而且還需經(jīng)濟(jì)實用和安裝操作簡便，所以選用了無線人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當(dāng)盜賊企圖從門窗進(jìn)入室內(nèi)時，無線人體熱釋電傳感器能檢測到人體移動的紅外信號。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶的歡迎。被動式熱釋電紅外探測器的工作原理：在自然界，任何高于絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。人體都有恒定的體溫，一般在37℃,所以會發(fā)出特定波長10um左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10um左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10um左右的紅外線通過菲泥爾濾波光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用一些熱釋電元件（強(qiáng)介電質(zhì)材料如鈦鎬酸鉛、鈦酸鋇等）作成。這種元件在接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化最終將以電壓或電流的形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動式熱釋電紅外探測器的特性：這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10um左右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲泥爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，由于兩片熱釋電元件接收到的能量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理并報警。抗干擾性能：防小動物干擾：探測器安裝在推薦的使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動物，一般不產(chǎn)生報警。抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408（安全防范國家標(biāo)準(zhǔn)）的要求，一般手機(jī)電磁干擾不會引起誤報。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件:a．紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。b．紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)，冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。c．紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。d．紅外線熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動的地方。振動位移傳感器：高靈敏振動位移傳感器，是一種集振動和位移測量于一身的全方位固態(tài)控制器件,是目前作為狀態(tài)檢測和報警的最佳選擇，傳感部分采用目前先進(jìn)固態(tài)加速度檢測器件，既對振動有很高的檢測靈敏度，又對周圍環(huán)境的聲音信號抑制，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可廣泛應(yīng)用于機(jī)動車、保險柜、門窗等場合的防盜裝置中，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片，應(yīng)用非常方便，可直接帶動小功率負(fù)載。2.3.2單片機(jī)技術(shù)單片機(jī)的特點：所謂單片機(jī)就是一塊芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定時/計數(shù)器和多種I/O接口電路等而具有一定規(guī)模的微型計算機(jī)。單片機(jī)與通用微型計算機(jī)相比較，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨到之處，主要特點如下：a．單片機(jī)中的存儲器ROM和RAM是嚴(yán)格分工的。ROM為程序存儲器，只存放程序、常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。而RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放變量。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機(jī)用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲空間，把已調(diào)試好的程序固化在ROM中，而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在RAM中，這樣，小容量數(shù)據(jù)存儲器能以高速RAM形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加快單片機(jī)的執(zhí)行速度。但單片機(jī)上RAM是作為數(shù)據(jù)存儲器用，而不是當(dāng)作高速數(shù)據(jù)緩沖存儲器（Cache）用。b．采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機(jī)的邏輯控制能力要優(yōu)于同等級的CPU，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng)的位處理能力。單片機(jī)的運行速度也較高。c．單片機(jī)的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機(jī)機(jī)芯上引腳有限，為了解決實際引腳和需要的信號線數(shù)的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來區(qū)分。d．系列齊全，功能擴(kuò)展性強(qiáng)。單片機(jī)具有內(nèi)部掩膜ROM、內(nèi)部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的擴(kuò)展外部的RAM、ROM及I/O接口，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，對應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)帶來極大的方便。e．單片機(jī)的功能是通用的。單片機(jī)雖然主要是作控制器用，但功能上還是通用的，可以像一般微處理器那樣廣泛地應(yīng)用在各個方面。單片機(jī)的應(yīng)用：單片機(jī)在控制應(yīng)用領(lǐng)域中，有如下幾方面的優(yōu)點：·體積小、成本低、運用靈活、易于產(chǎn)品化，它能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機(jī)電儀一體化；·面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得更佳的性能價格比；·抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機(jī)種無法比擬的；·可以方便地實現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。①工業(yè)控制數(shù)控機(jī)床，溫度控制，可編程順序控制，電機(jī)控制，工業(yè)機(jī)器人，智能傳感器，離散與連續(xù)過程控制；②儀器儀表智能儀器，醫(yī)療器械，液體和氣體色譜儀，數(shù)字示波器；③電訊技術(shù)調(diào)制解調(diào)器，聲象處理，數(shù)字濾波，智能線路運行控制；④辦公自動化和計算機(jī)外部設(shè)備圖形終端機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，繪圖儀，磁盤/磁帶機(jī)，智能終端機(jī)；⑤導(dǎo)航與控制導(dǎo)彈控制，魚雷制導(dǎo)，智能武器裝置，航天導(dǎo)航系統(tǒng)；⑥汽車與節(jié)能點火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，最佳燃料控制，計費器，交通控制；⑦商用產(chǎn)品自動售貨機(jī)，電子收款機(jī)，電子秤，銀行統(tǒng)計機(jī)；⑧家用電器微波爐，電視機(jī)，錄像機(jī)，音響設(shè)備，游戲機(jī)。AT89C51的特點：AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的低功耗、高性能8位單片機(jī)，與MCS-51單片機(jī)兼容，其功能特點為：·4K字節(jié)閃爍存儲器(FLASH)，可進(jìn)行1000次寫、擦除操作。·靜態(tài)操作，外接OHZ-24MHZ晶振。·三層程序存儲器瑣。·128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。·32跟可編程輸/輸出線。·兩個6位定時/計數(shù)器。·六個中斷源。·一個可編程串口。·支持低功耗模式和掉電模式。下面我們介紹一下AT89C51的引腳，AT89C51引腳排列如圖2-2所示，各引腳的功能如下：VCC：供電電壓。GND：接地。PO口：PO口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫l時，被定義為高阻輸入。PO能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，PO口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗時，PO輸出原碼，此時PO外部必須被拉高。圖2-2AT89C51引腳排列圖P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向1/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向1/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向1/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下為管腳的備選功能:·P3.0RXD(串行輸入口)·P3.1TXD(串行輸出口)·P3.2/INTO(外部中斷0)·P3.3/INT1(外部中斷1)·P3.4TO(記時器0外部輸入)·P3.5T1(記時器1外部輸入)·P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)·P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)·P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。硬件電路設(shè)計3.1電源電路設(shè)計本系統(tǒng)電源電路原理圖如圖3-1所示，系統(tǒng)的電源采用220V交流供電，電網(wǎng)的220V交流電經(jīng)橋路整流，電容濾波，送入7805和7809的輸入端，最后輸出5V和9V的直流電。圖3-1電源原理圖3.2主機(jī)電路設(shè)計報警器的主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)來實現(xiàn)。單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、定時/計數(shù)器及輸入輸出接口電路等計算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有很多大公司能夠生產(chǎn)單片機(jī)，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機(jī)的功能也日漸強(qiáng)大，運算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了32位和64位單片機(jī)，但根據(jù)實際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價比，本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)AT89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機(jī)。主機(jī)部分的電路原理圖如圖3-2所示，它由復(fù)位電路、振蕩電路、蜂鳴器、共陰極7段數(shù)碼管組成。引腳P1.0和P1.4分別接到傳感器的輸出端，用以檢測異常情況，以便進(jìn)行報警處理。圖3-2主機(jī)部分原理圖3.2.1時鐘電路AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路如圖3-3所示，在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在1.2～12MHz之間選擇，電容值在5～30pF之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路如圖3-4所示，XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于MHz的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘P1和P2，供單片機(jī)使用。圖3-3內(nèi)部方式時鐘電路圖3-4外部方式時鐘電路3.2.2復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位操作：復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。除PC之外，復(fù)位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2-1所示。表2-1一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HAC00HTL000HPSW00HTL100HSP07HTH000HDPTR0000HTH100HP0~P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H復(fù)位信號及其產(chǎn)生：RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期(即二個機(jī)器周期)以上。若使用頗率為6MHz的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4us才能完成復(fù)位操作。整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，其電路如圖3-6(a)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實現(xiàn)的，其電路如圖3-6(b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路如圖3-6(c)所示。圖3-6(a)上電復(fù)位圖3-6(b)按鍵電平復(fù)位圖3-6(c)按鍵脈沖復(fù)上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于6MHz晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。本系統(tǒng)中的復(fù)位電路如圖3-7所示，利用的是單片機(jī)復(fù)位監(jiān)控芯片IMP812。IMP812是在低功耗微處理器（uP）微控制器（uC）和數(shù)字系統(tǒng)中用來監(jiān)視3.0V、3.3V和5.0V電源工作的低功耗監(jiān)控電路。每個都具有去抖動的手動復(fù)位輸入。IMP812是美國Maxim公司MAX812的改進(jìn)型替代產(chǎn)品其工作溫度范圍擴(kuò)展為-40℃至105℃。只要電源電壓降至預(yù)置的復(fù)位門限以下時該電路就發(fā)出一個復(fù)位信號并在電源已經(jīng)升高到此復(fù)位門限后至少保持這個信號140ms。IMP812則具有高電平有效的RESET輸出。復(fù)位比較器已設(shè)計成可以忽略Vcc電壓的快速瞬變。IMP812的低功耗使之成為便攜式及電池供電設(shè)備的理想選擇。器件具有緊湊的4引腳SOT143封裝僅占用極小的電路板空間。圖3-7IMP812的封裝圖3.2.3鍵盤電路鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備，實現(xiàn)鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實現(xiàn)鍵盤掃描，如8279，CH451，LMC9768等，還有就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。使用現(xiàn)成的芯片可以節(jié)省CPU的開銷，但增加了成本，而用軟件實現(xiàn)具有較強(qiáng)的靈活性，也只需要很少的CPU開銷，可以節(jié)省開發(fā)成本。本文便使用軟件實現(xiàn)鍵盤的掃描。常見的鍵盤可分為獨立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。獨立按鍵式鍵盤應(yīng)用在需要少量按鍵的情況，按鍵和單片機(jī)的I/O口線直接連接。而行列掃描式鍵盤用在按鍵需求較多的情形下。考慮到本系統(tǒng)操作簡便，所以采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤電路如圖3-8所示。圖3-8按鍵電路圖理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時，可以相應(yīng)的產(chǎn)生低電平或高電平，但實際并非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸點式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時，按鍵觸點的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時，觸點不會迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開，而是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定下來，按鍵材料不同，抖動時間也各不相同。按鍵抖動可能導(dǎo)致單片機(jī)將一次按鍵操作識別為多次操作，一般采用硬件電路或軟件程序來消除。圖3-9按鍵抖動示意圖一次完整的按鍵過程，如圖3-9所示,包含以下幾個階段：A．等待階段：此時按鍵尚未按下，處于空閑階段；B．閉合抖動階段：此時鍵剛剛按下，但信號處于抖動狀態(tài)，系統(tǒng)在檢測時應(yīng)消抖延時，約5ms到20ms；C．有效閉合階段：此時抖動己經(jīng)結(jié)束，一個有效按鍵動作己經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)應(yīng)該在此時執(zhí)行按鍵功能，或?qū)存I編碼記錄下來，待鍵彈起時再執(zhí)行其功能；D．釋放抖動階段：許多時候編程人員并不在此時消抖延時，但最好也執(zhí)行一次消抖延時，以防止誤操作；E．有效釋放階段：若設(shè)計要求在按鍵抬起時才執(zhí)行功能，則應(yīng)當(dāng)在此時進(jìn)行按鍵功能的處理。按鍵擊鍵的類型有多種劃分方式：按擊鍵時間分短擊和長擊；按擊鍵次數(shù)分單擊和連擊；按特殊功能分雙擊或組合鍵等。功能分析如下：·短擊：用戶快速按下單個按鍵，然后立即釋放；·長擊：用戶長時間按下一個按鍵。如某些重要的功能鍵，復(fù)位，為防止用戶誤操作；·連擊：實現(xiàn)連續(xù)操作效果，如連續(xù)加1或減1；·復(fù)合按鍵：用戶同時按下兩個或多個按鍵，實現(xiàn)某些特殊功能；·無鍵按下：當(dāng)用戶在一定時間內(nèi)未按任何按鍵，執(zhí)行某些特殊的操作，如自動進(jìn)入待機(jī)態(tài)或節(jié)能態(tài)。3.3數(shù)碼顯示電路的設(shè)計本系統(tǒng)的顯示電路采用的是數(shù)碼管顯示電路，數(shù)碼管顯示器由于其成本低，配置靈活，與單片機(jī)接口簡單，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中。下面介紹其工作原理及與單片機(jī)的接口電路。3.3.1數(shù)碼管的工作原理LED數(shù)碼顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的點或線段發(fā)光，將這些二極管排成一定圖形，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就可以顯示出不同的字形。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的LED顯示器為七段顯示器，再加上有一個小數(shù)點，因此也可把它稱為八段顯示器。結(jié)構(gòu)形式有共陰極和共陽極兩種，它的結(jié)構(gòu)圖如圖3-10所示。共陰極是把所有發(fā)光二極管的陰極連起來，通常接地，通過控制每一只發(fā)光二極管的陽極電平來使其發(fā)光或熄滅。陽極為高電平發(fā)光，為低電平熄滅；共陽極是把所有發(fā)光二極管的陽極連起來，通常為高電平，如+5v，通過控制每一只發(fā)光二極管的陰極電平來使其發(fā)光或熄滅，陰極為低電平發(fā)光，為高電平熄滅。圖3-10(C)當(dāng)中的com端在應(yīng)用時作為位選端，8個發(fā)光二極管被分成兩組，所以有兩個com端，在使用時把它們并聯(lián)起來。必須注意的是，在圖中的電阻并非是數(shù)碼管內(nèi)部就有的電阻，它們是需外接的限流電阻，如果不限流將造成發(fā)光二極管的燒毀。限流電阻的取值一般使流經(jīng)發(fā)光二極管的電流在10-20mA，由于高亮度數(shù)碼管的使用，電流還可以取得小一些。3-10(a)共陰極3-10(b)共陽極為了在LED顯示器上顯示某個字符，必須在它的8位段選線上加上相應(yīng)的電平組合,即一個8位數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)就叫該字符的段選碼。通常用的段選碼的編碼規(guī)則為：dpgfedcba圖3-10(c)封裝圖忽略小數(shù)點的七段LED顯示器的段選碼如表3-2所示。表中是不帶小數(shù)點的字段選碼,讀者很容易得到帶小數(shù)點的字段選碼。表3-2七段LED顯示器的段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼顯示字符共陰極段選碼共陽極段選碼03FHC0Hb7CH83H106HF9Hc39HC6H25BHA4Hd5EHA1H34FHB0He79H86H466H99Hf71H8EH56DH92Hg80H7FH67DH82HP73H82H707HF8HU3EHC1H87FH80HT31HCEH96FH90HY6EH91Ha77H88H滅00HFFH3.3.2本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示電路如圖3-11所示，為共陽極數(shù)碼管,a～g、dp分別接到單片機(jī)的P0.0～P0.6、P0.7腳。圖3-11數(shù)碼管顯示電路3.4蜂鳴器電路本系統(tǒng)的蜂鳴器報警電路如圖3-12所示,蜂鳴器用一個三極管0913來驅(qū)動。單片機(jī)引腳P2.0接0913的基極輸入端。當(dāng)P2.0輸出高電平1時，三極管導(dǎo)通,蜂鳴器兩端獲得約+5V的電壓而鳴叫；當(dāng)P2.0輸出低電平0時,三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖3-12蜂鳴器電路3.5用戶端探測器設(shè)計本系統(tǒng)采用了兩組傳感器器件,每組各一個熱釋電紅外探測器和一個振動位移傳感器。每組的兩個傳感器通過一個或非門連在一起，任何一個傳感器接收到報警信號，單片機(jī)都會做出反應(yīng)，處理警情。這樣的復(fù)合式傳感器的設(shè)計,增加了安全性，減少了漏報發(fā)生的可能性。為了縮短課題研發(fā)周期，應(yīng)用傳感技術(shù)。我選用了兩種熱釋電傳感器成品組件。3.5.1熱釋電紅外探測器電路設(shè)計本系統(tǒng)采用的熱釋電傳感器成品的引腳示意圖如圖3-13所示，引腳功能如下：(1)數(shù)字1腳：電源負(fù)極(2)數(shù)字2腳：信號輸出，高電平有效，4～6V和工作電壓有關(guān)(3)數(shù)字3腳：電源正極DC6～9V(4)W1：靈敏度調(diào)整(5)W2：輸出延時調(diào)整5～120秒

圖3-13熱釋電紅外傳感器的引腳示意圖它的技術(shù)參數(shù)如下：·工作電壓：DC6～9V·電平輸出：和電源電壓相同·感應(yīng)角度：水平：90～140度；垂直：15～30度·靜態(tài)電流：小于750μA·無信號輸出：0V·感應(yīng)距離：0.5～15米·外形尺寸：28mm×38mm高25毫米（最高點）·輸出電平：4～6V與工作電壓有關(guān)·工作時間：可調(diào)5-120秒范圍當(dāng)探測器檢測到異常的情況，由2腳輸出一個高電平，發(fā)送到單片機(jī)上，單片機(jī)做出報警處理。3.5.2振動位移傳感器電路設(shè)計本系統(tǒng)采用ND—1型振動位移傳感器，它是一種集振動和位移于一體的全方位傳感器。它內(nèi)部采用先進(jìn)的固態(tài)加速度檢測器件，對外來振動十分敏感。圖3-14是ND—1型振動位移傳感器的內(nèi)部組成框圖，它由振動和位移傳感元件、靈敏度限制電路、檢測控制電路、延時電路和輸出級等。圖3-14ND—1型振動位移傳感器內(nèi)部框圖振動位移傳感器外部電路如圖3-15所示,它的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)見表3-3。表3-3振動位移傳感器技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)工作電壓靜態(tài)電流靈敏度檢測方向位移檢測依據(jù)工作溫度體積3V—12V3V時500毫安0.1g全向加速度－30℃～65℃12×22×32mm各引腳功能如下：引腳1：地引腳2：靈敏度調(diào)節(jié)引腳3：信號輸出引腳4：輸出延時設(shè)定引腳5：電源圖3-15振動位移傳感器由于器件內(nèi)部集成度很高,外圍電路相當(dāng)簡單，圖中的C6是延時控制電容，取值越大，延時就越長，反之則越短，一般取值0.1uF～10uF，這里取值為4.7uF。當(dāng)人體在不斷運動時，輸出為高電平，并通過內(nèi)部電路延時，當(dāng)人體停止運動時，輸出轉(zhuǎn)為低電平。R1是外接靈敏度設(shè)定電阻，取值在51K～100K之間，阻值越大，靈敏度就越高。此電阻可以不接，這時傳感器靈敏度最高。總結(jié)經(jīng)過整整一學(xué)期的設(shè)計與改進(jìn)，本設(shè)計已基本到達(dá)尾聲，目前基本實現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)想，通過對實物的測試以及分析，可得如下結(jié)論：（1）系統(tǒng)功能比較全面，且簡潔易操作。能實時對家庭環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)有異情發(fā)生時，可以迅速發(fā)出報警信號，達(dá)到災(zāi)前監(jiān)測的目的，保護(hù)了生命財產(chǎn)的安全。（2）整個系統(tǒng)體積較小，有很好的隱蔽性，不易被入侵者發(fā)現(xiàn)，對方就不會有所防備。再加上它靈敏度較高、控制范圍較大，有效減少了誤報和漏報的可能，整個系統(tǒng)比較完善、靈活。（3）系統(tǒng)使用“雙報警”模式，不僅在布防狀態(tài)下可以自動報警，在非布防的情況下也可緊急手動報警，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性。（4）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、操作方法簡潔、安裝也十分方便。并且整體造價比較低廉，普通的住戶和人群都可使用。參考文獻(xiàn)[1]何立民，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，1996，112-231.[2]吳英才,林華清，熱釋電紅外傳感器在防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用[J],傳感器技術(shù),2002[3]余發(fā)山，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M]，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003，97-162.[4]李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，1999，22-25.[5]童名文，一種新型報警器的研制[M]，武漢理工大學(xué)，2003，101-132.[6]余家春，Protel99SE電路設(shè)計實用教程[M]，中國鐵道出版社，2003，15-98.[7]馬忠梅，單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(第3版)[M]，北京航空航天大學(xué)出版社，2003，22-136.[8]王寧，智能監(jiān)控防盜報警系統(tǒng)[D]，同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007[9]黃勤，單片機(jī)的原理及應(yīng)用[M]，清華大學(xué)出版社，2010,33-34[10]譚秋林，紅外光學(xué)氣體傳感器及檢測系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2013,99-166河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書PAGE1附錄程序清單//宏定義#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//頭函數(shù)#include<reg52.h>ucharMode=1,t;sbits1=P1^2;sbits2=P1^3;sbits3=P1^4;bitalarm=1,kai=1;//LEDsbitLR=P0^0;sbitLY=P0^1;sbitLG=P0^2;//蜂鳴器sbitFeng