【正文】 目前 各種各樣的智能控制系統(tǒng)越來越多，在眾多控制系統(tǒng)中，單片機扮演著重要角色。 現(xiàn)在已越來越廣泛地應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、日常生活等很多領(lǐng)域，可以說單片機的應(yīng)用已滲透到人類的生活、工作的每一個角落，這說明它和我們每個人的工作、生活密切相關(guān)，也說明我們每個人都有可能和有機會利用單片機去改造你身邊的儀器、產(chǎn)品、工作與生活環(huán)境。當(dāng)單片機接受到入侵信號后，進行判斷和運算，得到相應(yīng)的控制量去控制外圍執(zhí)行部件，實現(xiàn)報警功能。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外的 紅外報警器大多數(shù)都是采用 先進技術(shù)，其功能也非常先進 。目前國際上應(yīng)用最多的是主動紅外對射總線制報警主機的方式，這種方式具有技術(shù)成 熟、可靠性高、易擴展、操作簡便、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。從單一封閉式、被動型安全防范模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報警處理方向發(fā)展。而在應(yīng)用市場上，將朝更細化的方向前進，成長最快的住宅小區(qū)應(yīng)用為例，有廠商表示，專為住宅小區(qū)設(shè)計的定向幕簾式和防寵物探測器，成本低、安裝簡單、適合家庭用的無線聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)，以及小區(qū)智能化安防和報警集 成系統(tǒng)產(chǎn)品都將是亮點。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 頁 共 31 頁 。 3. 設(shè)計中出現(xiàn)的圖片都是利用 WORD 軟件、 PRTEL,PROTEUS 等 軟 件， 具體到設(shè)計時，又分硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計分為兩大部分：單片機部分和檢測部分。在完成正文部分后，主 要工作就是要進行調(diào)試。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 4 頁 共 31 頁 2 單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計 單片機控制的紅外線報警系統(tǒng)工作原理單片機控制的報警器采用紅外傳感器裝置檢測防區(qū)內(nèi)有人體移動輻射的紅外熱能，專用紅外傳感處理集成電路對接收信號處理，傳遞給單片機控制器，單片機進行智能控制，啟動高分貝嗽叭現(xiàn)場報警，并借助與報警系統(tǒng)相連的電話機進行撥號報警， 同時啟動照相機進行拍照。 誤報警，當(dāng)檢測到某點有盜請時該系統(tǒng)應(yīng)延時再進行檢測一次，若確有盜情方可報警，并用數(shù)字指示出被盜地點。 本章節(jié)主要介紹單片機系統(tǒng)的硬件設(shè)計及其相關(guān)芯片的概述和各部分的接口電路。是以單片機為核心構(gòu)成防盜報警系統(tǒng)，以完成用戶鍵盤輸入，數(shù)碼（可漢字液晶）顯示、故障 狀態(tài)指示為主，完成報警檢測，若有報警事故發(fā)生，可向外界發(fā)出聲報 警信號。是一種低功耗，高性能的含有 4K字節(jié)快檫寫可編程／檫除只讀存儲器（ EEPORM）的 8位 CMOS 單片機，時鐘頻率高達 24MHZ，與 8031 的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。此外， BI／ ATu89C51 還支持由軟件選擇的二種掉電工作方式。由于芯片內(nèi)的 4Ｋ程序存儲器可在線或用編程器重復(fù)編程，受到了應(yīng)用設(shè)計者的歡迎，并得到較為廣泛的應(yīng)用 。由于 8255 每片 3 個口，每個有 8 個點，故每片 8255 可監(jiān)測 24 個房間，若需要，還可以增加 8255 的數(shù)量。這個系列單片機最吸引人的特點就是在片內(nèi)含有 Flash 存儲器，因此它有著十分廣泛的用途，特別是在便攜式和需要特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用 [2]。這個系列對中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 6 頁 共 31 頁 于以 8051 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來說，進行取代和構(gòu)造十分容易。下面簡要說明各部分的組成及功能： 圖 AT89C51基本組成框圖 1． 中央處理器 單片機的中央處理器（ CPU）是單片機的核心，完成運算和控制操作。 中斷控制 CPU 片內(nèi)Flash 存儲器 總線控制 片內(nèi) RAM 4 個 I/O 端口 定時器 1 定時器 0 ETC 振蕩器 串 行端口 TXD RXD P0 P2 P1 P3 計數(shù)器 輸入 外部中斷 擴展中斷 E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10V C C40GND20A T 8 9 C 5 1中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 31 頁 運算器主要用來實現(xiàn)算術(shù)、邏輯運算和位操作。 控制器是識別指令并根據(jù)指令性質(zhì)協(xié)調(diào)計算機內(nèi)各組成單元進行工作的部件。其功能是控制指令讀入、譯碼和執(zhí)行，并對指令執(zhí)行過程進行定 時和邏輯控制。 程序存儲器主要用來存儲指令代碼和一些常數(shù)及表格。 用隨機存儲器 RAM（ Random Access Memory）來存儲程序運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以又被稱為數(shù)據(jù)存儲器。標(biāo)準(zhǔn) AT89 單片機的程序存儲器采用 4KB 的快速擦寫存儲器 Flash Memory,編程和擦除完全是電氣實現(xiàn)。實際上片內(nèi)的字節(jié)地址空間是 256 個（ 00H～ FFH） ,其中高 128 字節(jié)地址 (80H～ FFH)被特殊功能寄存器 SFR 占用 ,用戶只能使用低 128字節(jié)單元 (00H～ 7FH)來存放可讀 /寫的數(shù)據(jù)。這主要是解決 CPU 的高速處理能力和外部設(shè) 備低速運行之間的速度匹配問題，并可以有效地提高 CPU的工作效率；同時也提高了 CPU對外的驅(qū)動能力，輸出接口電路具有鎖存器和驅(qū)動器，輸入接口電路具有三態(tài)門控制，成為接口電路的基本特征。 AT89C51 的晶振頻率為高為 24MHz。 C/T=0，選擇定 C/T 計數(shù)方式 /定時方式選擇位。 M1和 M0 工作方式選擇位。 IE IP 8255 的工作方式 8255有 3種 工作方式，即方式 0、方式 方式 2，如圖 。 這種方式不需要任何選通信號。A口、 B口及 C口的高 4位和低 4位都可以設(shè)定為輸入或輸出。在方式 0時，各個端口的輸入、輸出可有16種不同的組合。 在這種方式下 ,A、 B、 C三 個口分為兩組： A組包括 A口和 C口的高 4位， A口可由編程設(shè)定為輸入口或輸出口，若懸河 C口的高 4位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號；B組包括 B口和 C口的低 4位， B口同樣由編程設(shè)定輸入或輸出口， C口的低 4位用來作為輸入 /輸出操作的控制和同步信號；任何一個端口都有可做為輸入或輸出；若只有一個端口工作于方式 1，余下的 13位，可以工作在方式 0下； A口和 B口 的輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)都被定時 /計數(shù)器 1 定時 /計數(shù)器 0 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 31 頁 鎖存。 在這種方式下， A口為 8位雙向總線， C口的 7~3 PCPC 用來作為輸入 /輸出的同步控制信號。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 31 頁 圖 8255的三種工作方式 A 方式 0 b 方式 1 c 方式 2 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 31 頁 AT89C51 與 8255 接口電路 在 89C51 單片機上擴展一片 8255A 芯 片，無需外加任何邏輯電路，其接口如圖 所示。這里 8951 單片機對 8255 采用了線性選址法。 7448 的輸入接單片機一般 OI/ 口，電阻起限壓作用。 圖 單片機與 7448譯碼驅(qū)動器及 LED的連接圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 31 頁 外部地址鎖存器 單片機中的 16 位地址，分為高 8 位（ A15～ A8）和低 8 位（ A7～ 0）。而 P0 口同時又是數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口，故在傳送時采用分時方式，先輸出低 8 位地址，然后再傳送數(shù)據(jù)。在進行外部存儲器擴展時，凡具有輸入 /輸出控制的 8 位寄存器均可作為地址鎖存器 [8]。 引腳說明： ? STB:數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號 ,高電平有效 .當(dāng)該信號為高電平時 ,外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器 ,負跳變時 ,數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)該信號為低電平時，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。 ? 70 ~DD ： 8位數(shù)據(jù)輸入線。 （ a） 74LS273 (b) 74LS373 (c)8282 圖 地址鎖存器引腳圖 89C51 單片機 P0 口與地址鎖存器的連接方法如圖 所示。 74LS373有三種工作狀態(tài)： （ 1）當(dāng) /OE 為低電平， G為高電平時，輸出狀態(tài)和輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。當(dāng) G保持低電平時，即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會影響輸出端狀態(tài)，從而實現(xiàn)了鎖存功能。 (a)使用 74LS273 (b)使用 74LS373 (c)使用 8282 圖 89C51單片機 P0口與地址鎖存器的連接方法 檢測信號放大電路設(shè)計 紅外技術(shù) 已經(jīng)成為先進科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，他在各領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。而本設(shè)計輸入部分主要是各種各樣的傳感器，不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為；若更換其他的傳感器，該系統(tǒng)還可以用于火災(zāi)報警、煤氣泄漏等報警。 熱釋紅外線傳感器典型電路 熱釋紅外線傳感器由于具有獨特的優(yōu)異功能，被廣泛應(yīng)用在國防和民用領(lǐng)域，作遙控、遙測、 防盜、警戒、放火及自動化設(shè)施，其原理及典型應(yīng)用電路如圖 所示。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 31 頁 金屬、塑料封裝熱釋紅外傳感器，內(nèi)裝有變換阻抗用的場效應(yīng)晶體管，輸出阻抗一般為 ?k47~10 ，頂端或側(cè)面裝有濾光鏡片，用來選擇接收不同波長的熱釋紅外線。如果用菲涅耳透鏡配合放大電路，將檢測出來的紅外信號放大 60～ 70dB，則可檢測出 10～ 20m 處人的行動。 圖 為熱釋紅 外線傳感器典型應(yīng)用電路。AT為單元件熱釋紅外線傳感器，接收波長為 m?20~1 ，適用于溫度遙測，但同樣亦可用于防盜及自動控制系統(tǒng)，其內(nèi)部電路如圖 所示。經(jīng)晶體管 VT1和運算放大器 A1組成的兩級 放大器將信號放大至 dB75~70 。在無目標(biāo)進入時，末級無輸出；一旦有目標(biāo)進入探測范圍， AT 則有信號輸出，經(jīng)放大后，電壓高于比較器設(shè)定電壓時， 2A 輸出高電位， 2VT 導(dǎo)通，繼電器 K 吸合，其觸點接通報警電路或控制電路，實現(xiàn)熱釋紅外線探測之目的。當(dāng)把它置于紅外光照強度很弱的環(huán)境中時， VDP 內(nèi)部僅有極少的載流子流過，表現(xiàn)為高阻值；當(dāng)它接收到一定強度的紅外光時，其內(nèi)部的 PN 結(jié)載流子受紅外光激發(fā)而增多， VDP反向電流增大，表現(xiàn)為低阻值。在 VDP 無光照時，調(diào)節(jié) RP 使 1IC 的 ⑥ 腳為 左右， bD1 的 ④ 腳輸出高電平。當(dāng)有不速之客闖入光源與光敏二極管之間的警戒域時， VDP 接收的光強瞬時減小，等效電阻值增大，在 M點產(chǎn)生一個脈沖信號，經(jīng) 1C 耦合到 1IC 的輸入端， IC1的第 6腳變?yōu)楦唠娖剑?bD1 的第 10 腳輸出高電平， VL 發(fā)亮，向主人報警。當(dāng)光線透過 “ 窗口 ” 照射到光敏二極管管心上時， PN結(jié)反向漏電流增大，此時的漏電流稱為光電流；而無光照時， PN結(jié)反向漏電流很小，此時的漏電流稱為暗電流。光敏二極管的典型應(yīng)用電路如圖 所示 。在這里， RL為光敏二極管的負載電阻， UO為輸出電壓。 紅外線探測信號放大電路設(shè)計 紅外線探測信號放大電路設(shè)計中紅外線探測器能探測人體發(fā)出的紅外線，當(dāng)人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書