【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(dòng)位移傳感器模塊、AT89C51模塊、 警鈴電路、數(shù)碼管顯示電路等。 自 動(dòng) 報(bào) 警 器A T 8 9 C 5 1熱 釋 電 紅 外 傳感 器振 動(dòng) 位 移 傳 感器警 鈴 電 路 電 源 電 路數(shù) 碼 管 顯 示 電路 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 探測(cè)器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房，臥室等，陜西理工學(xué)院 8 當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，一旦有人入侵，與之相應(yīng)的報(bào)警探測(cè)器立即向用戶端自動(dòng)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，接到警情事件后，自動(dòng)報(bào)警主機(jī)立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場(chǎng)聲 (蜂鳴器 )報(bào)警，同時(shí)顯示出出事位置。 系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 本系統(tǒng)主要有電源電路、 熱釋電紅外傳感器電路、振動(dòng)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(jiǎn)要介紹 傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù) 。 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(cè)量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)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(cè)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(cè)量的電信號(hào)的部分。 感應(yīng)器的作用 ： A．信息的收集。對(duì)某種特定要求，需檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)或裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 B．信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號(hào)、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(jì)算機(jī)、傳真機(jī)等易處理的信號(hào)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(cè)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(wú)線人體熱釋電傳感器、無(wú)線門磁傳感器、振動(dòng)位移傳感器、紅外線反射開(kāi)關(guān)無(wú)線探頭、門把手人體接近感應(yīng)傳感器、雷達(dá)波人體檢測(cè)無(wú)線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠探測(cè)的需要，而且還需經(jīng)濟(jì)實(shí)用和安裝操作簡(jiǎn)便，所以選用了無(wú)線人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測(cè)。當(dāng)盜賊企圖從門窗進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，無(wú)線人體熱釋電 傳感器能檢測(cè)到人體移動(dòng)的紅外信號(hào)。 在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非陜西理工學(xué)院 9 常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶的歡迎。 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的工作原理： 在自然界，任何高于絕對(duì)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(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)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(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng) 10um左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)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(guò)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(shí)就會(huì)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(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的特性：這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為 10um左右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對(duì)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(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián) 或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)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(cè)器無(wú)信號(hào)輸出。 一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)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(hào)處理并報(bào)警。 抗干擾性能： 防小動(dòng)物干擾：探測(cè)器安裝在推薦的使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上的小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。 抗電磁干擾：探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408（安全防范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）的要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤 報(bào)。 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 。 陜西理工學(xué)院 10 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(cè)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(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，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(dòng)的地方。 振動(dòng)位移傳感器 ： 高靈敏振動(dòng)位移傳感器 ， 是一種集振動(dòng)和位移測(cè) 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(cè)和報(bào)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(cè)器件 ， 既對(duì)振動(dòng)有很高的檢測(cè)靈敏度 ， 又對(duì)周圍環(huán)境的聲音信號(hào)抑制 ， 具有很強(qiáng)的 抗 干擾能力 ， 可廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車 、 保險(xiǎn)柜 、門窗等場(chǎng)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(dòng)小功率負(fù)載 。 單片機(jī)技術(shù) 單片機(jī)的特點(diǎn) ： 所謂單片機(jī)就是一塊芯片上集成了 CPU、 ROM、 RAM、定時(shí) /計(jì)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(jì)算機(jī)。單片機(jī)與通用微型計(jì)算機(jī)相比較，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨(dú)到之處，主要特點(diǎn)如下： a． 單片機(jī)中的存儲(chǔ)器 ROM和 RAM是嚴(yán)格分工的。 ROM為程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)器用，而不是當(dāng)作高速數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)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(jí)的 CPU，特別是單片機(jī)具有很強(qiáng) 的位處理能力。單片陜西理工學(xué)院 11 機(jī)的運(yùn)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(shí)際引腳和需要的信號(hào)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(lái)設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來(lái)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(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)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(gè)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(diǎn)： 體積小、成本低、運(yùn)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(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得更 佳的性能價(jià)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(wú)法比擬的； 可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)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(guò)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(yùn)行控制； ④ 辦公自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備 陜西理工學(xué)院 12 圖形終端機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)，繪圖儀，磁盤(pán) /磁帶機(jī)，智能終端機(jī)； ⑤ 導(dǎo)航與控制 導(dǎo)彈控制，魚(yú)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(diǎn)火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，最佳燃料控制，計(jì)費(fèi)器，交通控制； ⑦ 商用產(chǎn)品 自動(dòng)售貨機(jī)，電子收款機(jī) ，電子秤，銀行統(tǒng) 計(jì) 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(diǎn) ： 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 MCS51單片機(jī)兼容，其功能特點(diǎn)為： 4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器 (FLASH)，可進(jìn)行 1000次寫(xiě)、擦除操作。 靜態(tài)操作，外接 OHZ24MHZ晶振。 三層程序存儲(chǔ)器瑣。 128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)。 32跟可編程輸 /輸出線。 兩個(gè) 6位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 六個(gè)中斷源。 一個(gè)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 22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(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)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(xiě) l時(shí)，被定義為高阻輸入。 PO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) /地址的第八位。在 FLASH編程時(shí)， PO口陜西理工學(xué)院 13 作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， PO輸出原碼，此時(shí) PO外部必須被拉高。 圖 22 AT89C51 引腳排列圖 P1口 ： P1口是一個(gè)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(xiě)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 1/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(xiě)“ 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(xiě)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 1/O口，可接收輸出 4個(gè)陜西理工學(xué)院 14 TTL門電流。當(dāng) P3口寫(xiě)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 : RXD(串行輸 入口 ) TXD(串行輸出口 ) /INTO(外部中斷 0) /INT1(外部中斷 1) TO(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(xiě)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。 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： 來(lái)自反向振蕩器的輸出。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 3 報(bào)警器硬件設(shè)計(jì) 電源電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)電源電路原理圖如圖 31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 31 電源原理圖 主機(jī)電路設(shè)計(jì) 報(bào)警器的主機(jī)采用 AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器及輸入輸出接口電路等計(jì)算機(jī)主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型 計(jì) 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(yùn)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(shí)際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價(jià)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 32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 ，用以檢測(cè)異常情況，以便進(jìn)行報(bào)警處理。 陜西理工學(xué)院 16 圖 32 主機(jī)部分原理圖 時(shí) 鐘電路 AT89C51內(nèi)部有一個(gè)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(shí)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(shí)鐘電路如圖