【正文】 大部分人防盜意識(shí)還不夠強(qiáng) .造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問題十分擔(dān)憂。 第 6 頁(yè) 共 47 頁(yè) 現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于紅外 線是不見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。紅外報(bào)警器大多數(shù)采用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù) ,其功能也非常先進(jìn)。其中包括被動(dòng)式熱釋電型紅外報(bào)警器。還有紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器 ,超聲波防盜報(bào)警器 ,紅外線防盜報(bào)警器 ,高靈敏紅外報(bào)警器 ,觸摸式延時(shí)防盜報(bào)警器 , 觸摸式防盜報(bào)警器 ,紅外報(bào)警器 , 紅外線聲先報(bào)警器?? 防盜報(bào)警系統(tǒng)是在探測(cè)到防范現(xiàn)場(chǎng)有入侵者時(shí)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)的專用電子系統(tǒng)，一般由探測(cè)器（報(bào)警器）、傳輸系統(tǒng)和報(bào)警控制器組成。探測(cè)器檢測(cè)到意外情況就產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，通過傳輸系統(tǒng)送入報(bào)警控制器 發(fā)出聲、光或其他報(bào)警信號(hào) [7]。探測(cè)器（報(bào)警器）的種類很多，按所探測(cè)的物理量的不同，可分為微波、紅外、激光、超聲波和振動(dòng)等方式；按電信號(hào)傳輸方式不同，又可分為無線傳輸和有線傳輸兩種方式 [8]。由于紅外線是不見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用，這時(shí)紅外線報(bào)警器的簡(jiǎn)易、靈敏度高為人們解決了不少問題。但是市場(chǎng)上的報(bào)警器大部分都是用于一些大公司財(cái)政機(jī)構(gòu)，價(jià)格高昂，一般人們難以接受，如果再設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一種價(jià)廉、性能靈敏可靠的防盜報(bào)警器，必將為大多數(shù)需求者所利用，在人們的防盜和保證 財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。 本課題嘗試用價(jià)格低廉、應(yīng)用普遍的 AT89C51 單片機(jī)控制的電路來設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)式對(duì)射式的紅外線防盜報(bào)警器，期望達(dá)到方便、實(shí)用的效果。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 (1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為 數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。 (2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由 紅外線發(fā)射與感光二極管的信號(hào)發(fā)生器 、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、 LED 控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、 通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。 (3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài) ， 當(dāng)門或窗被沒有打開時(shí)感官二極管一直處在感光狀態(tài)此時(shí)的電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。 當(dāng)有人闖入時(shí) 即門或窗打開時(shí)二極管沒有感光，那么電路得到信號(hào)，至此電路會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，電路會(huì)產(chǎn)生給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)。單片機(jī)得到信號(hào)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作 ，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使 警號(hào) 發(fā)聲 。 (4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡 可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。 第 7 頁(yè) 共 47 頁(yè) 二、 AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)單概述 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 單片機(jī)是美國(guó) Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 。 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 圖 2 為 AT89C51 單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括 CPU、存儲(chǔ)器、可編程 I/O 口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 外 部 中斷 控制 并行口 串行通信 圖 2 AT89C51 功能方塊圖 AT89C51 管腳說明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式。AT89C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4 KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 256 B RAM/SFR 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 16 AT89C51 CPU 64 KB 總線 擴(kuò)展控制器 可編程 I/O 可編程全 雙工串行口 內(nèi)中斷 第 8 頁(yè) 共 47 頁(yè) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第 516B 位。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原 碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)，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(shí)， 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(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。在給出地址 1 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) 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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器 復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才 起作用。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào) 第 9 頁(yè) 共 47 頁(yè) 將不出現(xiàn)。 EA /VP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平 時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源 。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出 ,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。 三、總體方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為： 紅外線發(fā)射電路和紅外線接受電路 、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、 LED 控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系 統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。 從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)： 紅外線發(fā)射電路和紅外線接受電路 、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 3 總體設(shè)計(jì)框圖所示： 圖 3 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。首先將多個(gè)紅外線發(fā)射器均勻的放置在門和床的一側(cè)，然后在對(duì)應(yīng)的一側(cè)放置感光二極管。然后會(huì)通過設(shè)計(jì)好的電路給單片機(jī)輸入一個(gè)觸發(fā)信號(hào) 。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。 第 10 頁(yè) 共 47 頁(yè) 系統(tǒng)硬件電路部分 （ 1）、單片機(jī)控制部分電路 如圖所示為單片機(jī)組成的控制電路，其中晶振與其相連構(gòu)成時(shí)鐘電路，而復(fù)位開關(guān)與其 相連構(gòu)成單片機(jī)小系統(tǒng)。如圖 4 所示。 圖 4 單片機(jī)控制電路電路圖 （ 2）、紅外線發(fā)射電路 紅外線發(fā)射電路主要由 D7~D12 六個(gè)紅外線發(fā)射管組成。紅外發(fā)射管的負(fù)極依次接到單片機(jī) ~ 口，當(dāng)電源接通時(shí)，單片機(jī)的 P1 口設(shè)為輸出狀態(tài)，當(dāng) P1口輸出均為“ 0”時(shí)，各個(gè)二極管均成導(dǎo)通狀態(tài)，發(fā)出紅外光，覆蓋包括了接收電路的一定的區(qū)域。正常情況下沒有遮擋時(shí) P1 口輸出為 00H。 紅外線發(fā)射二極管在 第 11 頁(yè) 共 47 頁(yè) 使用時(shí)，須由電流驅(qū)動(dòng) ， 在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的是在 IF 電流的控制，設(shè)計(jì)出的 驅(qū)動(dòng)電流 IF 不能太大，若大于 IF(max)則元件有燒毀之慮， IF 若太小，則其發(fā)射束就會(huì)變小。 通過查閱資料可知 IF(max)在 20mA 左右，通過計(jì)算可得限流電阻的最小值為 200 歐，本電路選取 470 歐如圖 5 所示。 圖 5 紅外線發(fā)射電路圖 （ 3）、紅外線接收電路 紅外線接收電路主要由 D1~D6 六個(gè)紅外線接收二極管組成，主要功能是用來接收 D7~D12 發(fā)射的紅外線，正常情況下能夠成功接收，如果有人闖入，中斷紅外線，將接受不到紅外線，此時(shí)判斷為應(yīng)當(dāng)報(bào)警，由單片機(jī)控制報(bào)警。具體電路連接如下圖， D1~D6 六個(gè)紅外線接收管的負(fù)極與反相器芯片 74LS14D 的 A1～ A6 腳，當(dāng)沒有遮擋時(shí)接收管正常接收到紅外線時(shí)并導(dǎo)通， +5V 電源通過 D1~D6 的正極加到反相器 74LS14D 的輸入端，進(jìn)行反相為低電平機(jī)，輸出管腳 Y1~Y6 接單片的 到 腳，這時(shí)的 ~ 口為低電平：而當(dāng)有人闖入使紅外線被遮擋時(shí)，接收管截止，反相器輸入端為低電平，反相后輸出高電平，這時(shí)的單片機(jī)的 ~口為高電平。當(dāng)在一定得時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到位于不同位置的光束被遮擋時(shí)，則由 口輸出高低電平間隔為 1S 的脈沖報(bào)警信號(hào)。此脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，直至斷開開關(guān) SW2。如圖 6 所 示。 圖 6 紅外線接收電路圖 第 12 頁(yè) 共 47 頁(yè) （ 4）、 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有 6 個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為 2 個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有 12 個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為 1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為 1us。如圖 7 所示為時(shí)鐘電路。 CCX12MHZXTAL1XTAL2 圖 7 時(shí)鐘電路 圖 （ 5）、 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方法一般有上電自 動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后 , 在 RESET 端持續(xù)給出 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖 8 示為復(fù)位電路。 RRCVCCSVssRST單片機(jī) 圖 8 復(fù)位電路 圖 （ 6）、聲光報(bào)警電路 第 13 頁(yè)