【正文】 [7]。探測器（報(bào)警器）的種類很多，按所探測的物理量的不同，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)警器的簡易、靈敏度高為人們解決了不少問題。但是市場上的報(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 AT89S52 單片機(jī)控制的電路來設(shè)計(jì)一個(gè)主 動(dòng)式對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。 紅外線防盜報(bào)警器的發(fā)展前景 隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，貧富懸殊逐漸拉大，各地盜賊頻頻入室行竊日益猖獗，已成為社會(huì)的一大公害！ 而今人們的經(jīng)濟(jì)條件不斷改善，生活標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，安全防范意識逐步增強(qiáng)，防盜報(bào)警產(chǎn)品越來越受到人們的高度關(guān)注和重視 。 4 紅外線防盜報(bào)警器的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下幾個(gè)方面： （ 1）隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，百姓的收入水平不斷提高，私有財(cái)產(chǎn)的迅速積聚，從而使得安全與健康成為富裕起來的人們最為關(guān)注的兩大熱點(diǎn)，家庭安全保障首當(dāng)其沖 ,此為防盜產(chǎn)品風(fēng)火而起的第一機(jī)會(huì)點(diǎn)； （ 2）全國城市房地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)火爆， 20%以上的增長速度，每年 800 億的開發(fā)總量，為智能安防產(chǎn)品進(jìn)入普通百姓的新居提供了巨大空間 ,此為準(zhǔn)確的市場評估量所帶來的最大商機(jī)點(diǎn)； （ 3）各地政府對安全問題（盜搶、火災(zāi)、突發(fā)事件等）的高度重視，以及為創(chuàng)建文明城市、花園城市、改善城市形象吸引投資等政府行為需要，出臺拆除金屬防盜網(wǎng)的政策，為 智能隱形防盜網(wǎng)打入市場提供了千載難逢的契機(jī) ,此為時(shí)下政策附與的商機(jī) 。 （ 4）對美的追求，對高品位、舒適、爽目居住環(huán)境的向往，科技安防成為時(shí)尚和潮流； （ 5）智能安防市場目前還停留在行業(yè)用戶，個(gè)人及家庭的消費(fèi)尚未全面啟動(dòng)，基本是一片空白市場，潛力不可估量； 5 該系統(tǒng)以單片機(jī) AT89S52 系列為核心，采用紅外線發(fā)射管和紅外線接收管為發(fā)射和接收裝置，由反相器芯片反相間接控制 CPU 工作。在 CPU 程序運(yùn)行以后控制輸出口電平使得蜂鳴器與發(fā)光二極管組成的聲光報(bào)警電路同時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。系統(tǒng)原理框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)方框圖 采用 AT89S52 單片機(jī)，直流可調(diào)開關(guān) MC34063，反相器 74LS14D 等芯片 [9]。其中， AT89S52 的 ~ 為輸出口，而 ~ 為輸入口。 P1 口連接紅外線發(fā)射電路， P1 口為低電平時(shí)，紅外線發(fā)射電路導(dǎo)通，正常發(fā)射紅外線 [10]。P3 口輸入經(jīng)接收紅外線電路接收并由反相器反相的電平，當(dāng)電平到達(dá)單片機(jī) CPU后，若各口均為低電平，則 CPU 不做任何反應(yīng)，此時(shí)不報(bào)警；而當(dāng)紅外線被認(rèn)為擋住而使接收電路無法接受到時(shí) P3 輸入口就會(huì)輸入高電平，此時(shí)當(dāng)在一定的時(shí)間內(nèi)檢測到位于不同位置的光束被遮擋時(shí)，由 口輸出報(bào)警信號，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路 進(jìn)行報(bào)警。 電源電路 紅外線發(fā)射電路 單 片 機(jī)AT89S52 反相器 74LS14D 聲光報(bào)警電路 紅外接收電路 6 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路 AT89S52 單片機(jī)式一種低功耗，高性能的 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80S51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上的 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程， 7 亦適于常規(guī)編程器 [11]。在單芯片上擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 單片機(jī) P1 口與紅外線發(fā)射電路相連， P3 口與紅外線接收電路相連， 口連接聲光報(bào)警電路輸出方波脈沖信號驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警。 X X2 腳與晶振相連，用于定時(shí)計(jì)數(shù)，以形成一秒周期的方波脈沖信號 [12]。 主控芯片的性能以及標(biāo)準(zhǔn)功能 主要性能： 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 三級加密程序存儲器 32 個(gè)可編程 I/O 口線 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模 標(biāo)準(zhǔn)功能： AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52可降至 0HZ靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止 [15]。 主體單片機(jī)芯片 AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)如圖 31所示： 8 圖 31 AT89S52引腳圖 各主要管腳介紹如下： VCC : 電源 GND: 地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 P2 口： P2 口是 一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口 9 使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號 [13]。如下表 31所示。 表 31 P3口的引腳號及其第二功能 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) 10 微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端 [14]。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 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)。 圖 32 AT89S52 的引腳結(jié)構(gòu) 11 圖 31單片機(jī)控制電路電路圖 紅外線發(fā)射部分 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 33 所示。 12 圖 32 紅外線發(fā)射電 路圖 紅外線接收部分 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，輸出管腳 Y1~Y6 接單片機(jī)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 [16]。此脈沖信號驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，直至斷開開關(guān) SW2。如圖 34 所示。 13 圖 33 紅外線接收電路圖 聲光報(bào)警電路 聲光報(bào)警電路與單片機(jī) 口相連，當(dāng)單片機(jī)的 口輸出一系列脈沖方波，開始驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。聲 光報(bào)警部分主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，當(dāng)報(bào)警開始時(shí)，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲響，聲光并用，同時(shí)報(bào)警 [17]。聲光報(bào)警部分電路圖如圖 35 所示。 圖 34 聲光報(bào)警部分電路圖 14 電源電路 電源開關(guān) SW1 送入 220V 經(jīng)過保險(xiǎn)絲后送入變壓器，保險(xiǎn)絲起保護(hù)電路的作用 [18]。變壓器 L1 將 220V 的交流電源經(jīng)磁場耦合轉(zhuǎn)換成 12V 的交流電源，四個(gè)全波整流二極管將 12V 交流源整流為直流 12V 電源提供給后面電路。由電容組成的濾波電路將整流后的電源進(jìn)行紋波濾除，濾除頻率較高的干擾紋波。再經(jīng)直流開關(guān)電源，轉(zhuǎn)換出 5V