2017畢業(yè)論文-工廠防盜報(bào)警設(shè)計(jì).doc

工廠防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄前言31.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)51.1系統(tǒng)功能和特點(diǎn)52 報(bào)警器的種類62 .1各類報(bào)警器622 熱釋電紅外傳感器6221 熱釋電紅外傳感器簡單介紹622 熱釋電紅外傳感器的原理特性723 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)特性及安裝83 AT89S51 單片機(jī)概述1031 AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)1032 AT89S51單片機(jī)的工作周期1533 AT89S51單片機(jī)的工作過程和工作方式1634 AT89S51的指令系統(tǒng)194 整機(jī)設(shè)計(jì)2141 概述2142 總體設(shè)計(jì)2243 系統(tǒng)硬件選擇2244 硬件電路實(shí)現(xiàn)2345 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)235.1.系統(tǒng)構(gòu)成及原理265.2.實(shí)施方案設(shè)備選型及配置275.2.1探測器275.2. 2區(qū)域控制器285.2.3報(bào)警控制中心295.2.4信號傳輸306 產(chǎn)品制作306.1 Protel 99SE PCB軟件介紹306.2 PCB板設(shè)計(jì)316.2.1 PCB板面規(guī)劃316.2.2 PCB網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入316.2.3 PCB元件布局316.3.4 布線326.3 PCB板制作336.3.1 PCB打印336.3.2 PCB轉(zhuǎn)印336.3.3 PCB蝕刻346.3.4 PCB鉆孔346.3.5 PCB板表面處理346.4 元器件安裝與產(chǎn)品調(diào)試356.4.1 元器件安裝356.4.2 產(chǎn)品調(diào)試37總結(jié)38參 考 文 獻(xiàn)39致 謝41附圖A42附圖B43前言當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，一個(gè)個(gè)新的廠房建設(shè)，人們對工廠的設(shè)備安全防范越來越重視，采取了許多措施來保護(hù)工廠的安全。以往的做法是安裝防盜網(wǎng)，但也存在有礙美觀，犯罪分子易發(fā)現(xiàn)躲蔽，不能有效地防止壞人的入侵等缺點(diǎn)?，F(xiàn)在，全國各地區(qū)的廠房都在迅速地開展建設(shè)現(xiàn)代化的智能防盜活動(dòng)，對其中的安全防范系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等提出了更高的要求。因?yàn)樵诙鄶?shù)廠方多設(shè)在郊區(qū)，廠房的四周白天或夜間活動(dòng)人員少時(shí)，犯罪分子很容易有從圍墻進(jìn)入廠區(qū)作案，為了使不因該發(fā)生的意外損失降到最低，必須要有一套專門的安全設(shè)備與操作人員，來維護(hù)和管理廠區(qū)的財(cái)產(chǎn)安全不受任何侵害，最安全有效的方法是：1、在廠區(qū)的四周圍墻上裝上紅外探頭，它是利用人眼看不見的紅外線相互之間構(gòu)成一個(gè)防護(hù)網(wǎng)，安全性及高。 2、在廠房的四周每一邊大約與正中的位置上安裝一個(gè)超大聲音的警笛，廠區(qū)的四周四條邊上安裝四個(gè)警笛，無論是哪條邊有人入侵，該條邊的警笛立即報(bào)警，發(fā)出巨大的聲音。偷盜者都是很心虛的，當(dāng)聽到如此大的警笛聲都會(huì)嚇的魂飛魄散，逃之夭夭。3、報(bào)警主機(jī)要有專人來管理，報(bào)警時(shí)主機(jī)上會(huì)顯示報(bào)警的防區(qū)，顯示的防區(qū)就代表該方位有人入侵，因此報(bào)警中心必須要有人值守。以便警情得到迅速處理。防盜報(bào)警系統(tǒng)防患于未然，用來實(shí)現(xiàn)較周密的外圍全方位管理及建筑物內(nèi)重要的管轄區(qū)，防盜報(bào)警系統(tǒng)分工作區(qū)安防狀態(tài)的監(jiān)視、結(jié)合內(nèi)部對講系統(tǒng)，遙相呼應(yīng)，可減少管理人員的工作強(qiáng)度，提高管理質(zhì)量及管理效益。防盜報(bào)警系統(tǒng)作為現(xiàn)代化管理有力的輔助手段,它將現(xiàn)場內(nèi)各現(xiàn)場的視頻圖像或是險(xiǎn)情信號傳送至主控制中心及分控室，值班管理人員在不親臨現(xiàn)場的情況下可客觀地對各監(jiān)察地區(qū)進(jìn)行集中監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)情況統(tǒng)一調(diào)動(dòng)，節(jié)省大量巡邏人員，還可避免許多人為因素，并結(jié)合現(xiàn)在的高科技圖像處理手段，還可為以后可能發(fā)生的事件提供強(qiáng)有力的證據(jù)，有了良好的環(huán)境，全方位的安全保障，才能創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。(1)本系統(tǒng)采用總線制方式，可使系統(tǒng)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，報(bào)警信號、防拆信號、環(huán)境監(jiān)測信號、設(shè)備故障信號、線路故障信號、電源不良信號等情況均通過總線即時(shí)向控制主機(jī)進(jìn)行通報(bào)，并且可由中心控制室通過檢測操作對系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行檢測、調(diào)整，并可對各探測器的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。(2)本系統(tǒng)可以單獨(dú)由本身報(bào)警系統(tǒng)所組成一個(gè)完整的回路實(shí)現(xiàn)其所有的報(bào)警功能，也可以把系統(tǒng)接入監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)有報(bào)警信號輸入時(shí)可以直接聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)，把發(fā)生警情的區(qū)域畫面第一時(shí)間傳送到監(jiān)控中心。(3)系統(tǒng)控制中心可以采用一部586以上電腦作報(bào)警用，其內(nèi)置功能有：報(bào)警中文操作軟件，當(dāng)接收機(jī)收到前端探測器的報(bào)警信號時(shí)；中心通過電腦接收軟件檢測，自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警代碼，并調(diào)出數(shù)據(jù)庫內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)將報(bào)警信號位置樓層及報(bào)警探測器位置顯示在屏幕上；如報(bào)警信號未被、處理，屏幕上將會(huì)有提示以防止操作員忘記處理；自動(dòng)記錄處理報(bào)警的日期、時(shí)間并可打印出來。工作人員可通過密碼鍵盤對系統(tǒng)進(jìn)行編程、開機(jī)、關(guān)機(jī)、布防、撤防等控制。另外，當(dāng)防區(qū)產(chǎn)生報(bào)警后鍵盤上LED顯示屏能顯示出防區(qū)號，使工作人員立即清楚報(bào)警位置，以便及時(shí)處理警情。為了進(jìn)一步滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們文明生活的高標(biāo)準(zhǔn)要求，創(chuàng)造一個(gè)安全、舒適、溫馨、高效的辦公與生活環(huán)境，并根據(jù)各種不同大廈的需要，從項(xiàng)目的具體實(shí)際出發(fā)，做到配置合理，留有擴(kuò)展余地，技術(shù)先進(jìn)，性能價(jià)格比高，確保系統(tǒng)性能高質(zhì)量，高可靠性。本套防盜報(bào)警系統(tǒng)，是在認(rèn)真研究了項(xiàng)目的技術(shù)要求和低價(jià)高效率原則的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)為一個(gè)功能完善，技術(shù)先進(jìn), 質(zhì)量穩(wěn)定可靠的管理與安全保衛(wèi)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理發(fā)揮積極的作用。本設(shè)計(jì)本著安全 、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、完善、兼容的方針，系統(tǒng)可采用分級控制，操作簡單，可聯(lián)網(wǎng)集成，防盜報(bào)警系統(tǒng)提供給管理者及是一個(gè)直觀的聲像警示，管理員能及時(shí)了解到區(qū)內(nèi)各處的保衛(wèi)安全情況，及時(shí)采取措施，紅外報(bào)警能及時(shí)告訴何處有外人闖入，管理者能及時(shí)了解各設(shè)備目前的狀態(tài)及運(yùn)作情況及各區(qū)工作人員的工作情況，若此方案得到實(shí)施，將對自動(dòng)化管理，安全技術(shù)防范，提高內(nèi)部安全狀況等方面都將起到積極的促進(jìn)作用。1. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮施工、維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容是系統(tǒng)的、完整的、全面的；設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性。其具有以下原則：1、先進(jìn)性與適用性采用目前最先進(jìn)的軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，出錯(cuò)率低，兼容性強(qiáng)，升級容易，采用模塊式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)容方便，沒有重復(fù)建設(shè)投資，系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平；同時(shí)，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用又應(yīng)簡便易行，容易掌握。同時(shí)也有著舒適、安全、方便、快捷為準(zhǔn)則，其操作應(yīng)簡便易學(xué)。2、經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性考慮實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，設(shè)計(jì)選用功能和適合現(xiàn)場情況、符合要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)最佳的性能價(jià)格比，以便節(jié)約投資，同時(shí)保證系統(tǒng)功能實(shí)施的需求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。3、可靠性與安全性 硬件選用先進(jìn)、成熟、可靠的產(chǎn)品，能適應(yīng)室外環(huán)境的硬件，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較高的可靠性，在系統(tǒng)故障或事故造成中斷后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的功能，同時(shí)系統(tǒng)具有一整套完成的系統(tǒng)管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全。4、追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置在滿足對功能、質(zhì)量、性能、價(jià)格和服務(wù)等各方面要求的前提下，追求最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)備配置，以盡量降低系統(tǒng)造價(jià)。5、提高監(jiān)管力度與綜合管理水平本設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)備控制需要高效率、準(zhǔn)確及可靠。本系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對各子系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行綜合監(jiān)控，時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)撐握監(jiān)視及報(bào)警情況。防盜報(bào)警系統(tǒng)大大減少勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員；另外，系統(tǒng)的綜合統(tǒng)籌管理可使設(shè)備按最優(yōu)組合運(yùn)行，在最佳情況下運(yùn)行，既可節(jié)能，又可大大減少設(shè)備損耗，減少設(shè)備維修費(fèi)用，從而提高監(jiān)管力度與綜合管理水平。1.1系統(tǒng)功能和特點(diǎn) 本系統(tǒng)既要先進(jìn)、實(shí)用、成熟、可靠，又要系統(tǒng)開放性、可擴(kuò)展性好，防盜報(bào)警系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和管理，使設(shè)備得以安全、可靠、高效地運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮智能管理的作用，創(chuàng)造安全、健康、舒適宜人和能提高工作效率的優(yōu)良環(huán)境，節(jié)約能源，并減少維護(hù)人員。根據(jù)本環(huán)境需要,并接合功能需求建立防盜報(bào)警系統(tǒng)，其具有以下功能：對建筑物重要區(qū)域的出入口，財(cái)務(wù)及貴重物品庫的周界等特殊區(qū)域及重要部位需要建立必要的入侵防范警戒措施；周界防范系統(tǒng)充分發(fā)揮其特有職能，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種安全隱患和違章行為，便于有效處理及制止事態(tài)漫延，并為日后提供查詢資料,以保障正常運(yùn)營次序及完善各項(xiàng)管理。防盜報(bào)警系統(tǒng)主要是一些探測設(shè)備組成，利用現(xiàn)代科技的聲、光處理技術(shù)，采用物理方法和電子技術(shù)，來自動(dòng)探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號，并向值班人員輔助提示發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位、顯示可能采取的對策?？傊痉辣I報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)使本項(xiàng)目高度自動(dòng)化、高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。2 報(bào)警器的種類2 .1各類報(bào)警器1.開關(guān)型傳感器（1）微動(dòng)開關(guān)、按鍵開關(guān)；（2）干簧繼電器。2.壓力傳感器（1）壓電陶瓷壓力傳感器；（2）半導(dǎo)體壓力傳感器。3.聲音傳感器；4.光電傳感器；5.熱釋電紅外傳感器。22 熱釋電紅外傳感器221 熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個(gè)電壓信號加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)覽測等。自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會(huì)發(fā)出不同波長的紅外線，利用紅外傳感器可對其進(jìn)行檢測。根據(jù)工作原理，紅外傳感器分為熱型和量子型兩類，熱型紅外傳感器也稱熱釋電紅外傳感器或被動(dòng)紅外傳感器。與量子型相比，其頻響速度較慢，靈敏度較低，但響應(yīng)的紅外線波長范圍較寬，價(jià)格便宜，并可在常溫下工作。量子型與熱型的特點(diǎn)相反，而且要求冷卻條件。它是目前在防盜報(bào)警、火災(zāi)檢測、自動(dòng)門、自動(dòng)水龍頭、自動(dòng)電梯、 自動(dòng)照明。及非接觸溫度測量等領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的傳感器。其原因?yàn)椋罕粶y對象自身發(fā)射紅外線，可不必另設(shè)光源；大氣對2-26lLm、35lLm、8141lm三個(gè)被稱為“大氣窗口”的特定波段的紅外線吸收甚少，可非常容易被檢測；中、遠(yuǎn)紅外線不受可見光影響，可不分晝夜進(jìn)行檢測。 22 熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個(gè)探測器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。圖2.1 菲涅耳透鏡工作原理圖菲涅爾透鏡（圖2.1）利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。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，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓號。在該探測技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來完成探測目的。被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號，從而完成報(bào)警功能。 23 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)特性及安裝圖2.2 雙探測元熱釋電紅外傳感器圖2.2是一個(gè)雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí)端接電源正極，端接電源負(fù)極，端為信號輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.2-20。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。當(dāng)人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時(shí)，電路中的傳感器將輸出電壓信號，然后使該信號先通過一個(gè)由C1、C2、R1、R2組成的帶通濾波器，該濾波器的上限截止頻率為16Hz，下限截止頻率為0.16Hz。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱（通常僅有mV左右），而且是一個(gè)變化的信號，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式（脈沖電壓的頻率由被測物體的移動(dòng)速度決定，通常為0.1-10Hz左右），所以應(yīng)對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大。本設(shè)計(jì)運(yùn)用集成運(yùn)算放大器LM324來進(jìn)行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如 圖2.3所示, 在VCC電源端2利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動(dòng)信號時(shí)，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖2.3 熱釋電紅外傳感器原理圖雙探測熱釋電紅外探頭的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：1、容易受各種熱源、光源干擾。2、被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。3、易受射頻輻射的干擾。4、環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度降低，有時(shí)造成短時(shí)失靈?？垢蓴_性能：1、防小動(dòng)物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。2、抗電磁干擾：探測器的抗電磁波干擾性能符合GB10408中4.6.1要求,一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。3、抗燈光干擾：探測器在正常靈敏度的范圍內(nèi)，受3米外H4鹵素?zé)敉高^玻璃照射,不產(chǎn)生報(bào)警。熱釋電紅外傳傳感器的安裝要求紅外線熱釋電人體傳感器只能安裝在室內(nèi)，其誤報(bào)率與安裝的位置和方式有極大的關(guān)系.。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：1、紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2.0-2.2米。2、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。3、紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。4、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(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。紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感, 而對于橫切方向 (即與半徑垂直的方向)移動(dòng)則最為敏感. 在現(xiàn)場選擇合適的安裝位置是避免紅外探頭誤報(bào)、求得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。3 AT89S51 單片機(jī)概述31 AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89S51單片機(jī)是美國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器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(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)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大。AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖3.1為AT89S51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、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)振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 16 AT89S51 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 外中斷 控制 并行口 串行通信 圖3.1 AT89S51 功能方塊圖1. 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，是單片機(jī)的大腦和心臟，主要完成運(yùn)算和控制功能。AT89S51的CPU是一個(gè)字長為8位的中央處理單元，即它對數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）AT89S51 中共有256個(gè)RAM單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用。3. 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）AT89S51 共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。4. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器AT89S51 共有2 個(gè)16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。5. 并行I/O 口AT89S51 共有4 個(gè)8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。6. 串行口AT89S51有1 個(gè)全雙工的可編程串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。7. 時(shí)鐘電路AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。8. 終端系統(tǒng)AT89S51 的中斷系統(tǒng)功能較強(qiáng)，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有5 個(gè)中斷源：2 個(gè)外部中斷源/INTO和/INT1 ；3 個(gè)內(nèi)部中斷源，即2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷，1個(gè)串行口中斷。由上所述，AT89S51雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件，因此可以說它是一臺簡單的計(jì)算機(jī)。AT89S51 較詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如附圖A所示。3.1.1 管腳說明ATMEL公司的AT89S51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式，如圖3.2所示。AT89S51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。圖3.2 DIP 封 裝 引 腳 圖 圖 3.3 SMT 的 封 裝 圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口： P0口為一個(gè)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)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH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)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(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和控制信號。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（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)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(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)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(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(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，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對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。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。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)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。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：來自反向振蕩器的輸出。3.1.2 主要特性： 與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3.1.3 振蕩器特性（1）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。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。圖3.4內(nèi)外部振蕩器電路（2） 芯片擦除 整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。32 AT89S51單片機(jī)的工作周期單片機(jī)有了硬件和軟件就可以在控制器發(fā)出的控制信號作用下有條不紊地工作，控制信號必須定時(shí)發(fā)出，為了定時(shí)計(jì)算機(jī)內(nèi)部必須有一個(gè)準(zhǔn)確的定時(shí)脈沖。這種定時(shí)脈沖是由晶體振蕩器產(chǎn)生的，并組成下面幾種工作周期，如圖3.5所示。圖 3.5 振蕩周期、狀態(tài)周期、機(jī)器周期和指令周期振蕩周期：是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖信號的振蕩源的周期。 即由單片機(jī)的晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖的周期。狀態(tài)周期：每個(gè)狀態(tài)周期為振蕩周期的 2 倍, 是振蕩周期經(jīng)二分頻后得到的。 在一個(gè)狀態(tài)周期中有兩個(gè)時(shí)鐘脈沖，通常稱它為P1、P2。機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期包含 6 個(gè)狀態(tài)周期S1S6, 也就是 12 個(gè)振蕩周期。 在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi), CPU可以完成一個(gè)獨(dú)立的操作。 指令周期：它是指CPU完成一條操作所需的全部時(shí)間?？刂撇考菃纹瑱C(jī)的神經(jīng)中樞，以主振頻率為基準(zhǔn)（主振周期即為振蕩周期），控制器控制CPU的時(shí)序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，它將各個(gè)硬件環(huán)節(jié)組織在一起。一般情況下，算術(shù)邏輯操作發(fā)生在時(shí)相P1期間，而內(nèi)部寄存器之間的傳送發(fā)生在時(shí)相P2期間，這些內(nèi)部時(shí)鐘信號無法從外部觀察，故用XTAL2引腳振蕩信號作參考。33 AT89S51單片機(jī)的工作過程和工作方式單片機(jī)工作過程遵循現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作原理（馮諾依曼原理），即程序存儲和程序控制。存儲程序是指人們必須事先把計(jì)算機(jī)的執(zhí)行步驟序列（即程序）及運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù), 通過一定的方式輸入并存儲在計(jì)算機(jī)的存儲器中。程序控制是指計(jì)算機(jī)能自動(dòng)地逐一取出程序中的指令，加以分析并執(zhí)行規(guī)定的操作。 單片機(jī)的工作方式有：復(fù)位、程序執(zhí)行、掉電保護(hù)和低功耗、編程、校驗(yàn)與加密等方式。1復(fù)位方式通過某種方式, 使單片機(jī)內(nèi)各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)除了正常的初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或由于操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時(shí)，也需要按復(fù)位鍵重啟機(jī)器。MCS51單片機(jī)復(fù)位后, 程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能寄存器復(fù)位的狀態(tài)如表3.1所示。 復(fù)位不影響片內(nèi)RAM存放的內(nèi)容, 而ALE、在復(fù)位期間將輸出高電平。由表3.1 可以看出，復(fù)位后：(1)（PC）=0000H 表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H，即單片機(jī)復(fù)位后從0000H單元開始執(zhí)行程序；(2)（PSW）=00H， 其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作寄存器0組；(3)（SP）=07H 表示復(fù)位后堆棧在片內(nèi)RAM的08H單元處建立；(4) P0口P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。 能部件工作狀態(tài)的影響。 表 3.1 PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PCABPSWSPDPTRP0P3IPIETMOD0000H 00H 00H 00H 07H0000H FFHXX000000B0X0000000B 00HTCONT2CONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00HXXH(0XXX0000B)單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RST/VPD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)位信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。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)位以及“看門狗”復(fù)位三種類型。前兩種見 圖3.6所示。 “看門狗”電路則是一種集成有單片機(jī)的電源監(jiān)測、按鍵復(fù)位以及對程序運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現(xiàn)死機(jī)而設(shè)計(jì)的電路。圖3.6（a）上電復(fù)位電路; （b）上電/外部復(fù)位電路2程序執(zhí)行方式程序執(zhí)行方式是單片機(jī)的基本工作方式。由于復(fù)位后PC=0000H，因此程序執(zhí)行總是從地址0000H開始，為此就得在0000H處開始的存儲單元安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，以便跳轉(zhuǎn)到實(shí)際程序的入口去執(zhí)行。3待機(jī)方式待機(jī)方式也稱空閑方式，是一種節(jié)電工作方式。在待機(jī)工作方式中，振蕩器保持工作，時(shí)鐘脈沖繼續(xù)輸出到中斷、串行口、定時(shí)器等功能部件，使它們繼續(xù)工作，但時(shí)鐘脈沖不再送到CPU，因而CPU停止工作。4掉電方式掉電方式，也被稱為停機(jī)方式。在掉電方式中，振蕩器工作停止，單片機(jī)內(nèi)部所有功能部件停止工作。它同樣是一種為降低功耗而設(shè)計(jì)的節(jié)電工作方式。待機(jī)方式和掉電方式都是為了進(jìn)一步降低功耗而設(shè)計(jì)的節(jié)電工作方式，它們特別適合于電源功耗要求很低的應(yīng)用場合。這類系統(tǒng)往往是直流供電或停電時(shí)依靠備用電源供電，以維持系統(tǒng)的持續(xù)工作。CHMOS型單片機(jī)的節(jié)電方式是由特殊功能寄存器PCON控制，其具體使用可參考相關(guān)書籍和手冊?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài) 如下表 3.2 所示：表 3.2 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)模式程序存儲器ALEP0P1P2P3空閑模式內(nèi)部11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑模式外部11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電模式內(nèi)部00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電模式外部00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)5. 編程和校驗(yàn)方式對于內(nèi)部集成有EPROM可以進(jìn)入編程或校驗(yàn)方式。（1）內(nèi)部EPROM編程編程時(shí)，時(shí)鐘頻率應(yīng)定在3-6MHz的范圍內(nèi)，其余各有關(guān)引腳的接法和用法如下：P1口和P2口的P2.0P2.3為EPROM的4k地址輸入，P1為8位地址；P2.4P2.6以及PSEN應(yīng)為低電平；P0口為編程數(shù)據(jù)輸入；P2.7和RST應(yīng)為高電平；RST的高電平可為2.5V，其余的都以TTL的高低電平為準(zhǔn)；EA/VPP端加+21V的編程脈沖，此電壓要求穩(wěn)定，不能大于21.5V，否則會(huì)損壞EPROM在出現(xiàn)正脈沖期間，ALE/PROG端加上50ms的負(fù)脈，完成一次寫入。（2）EPROM程序校驗(yàn)在程序的保險(xiǎn)位未設(shè)置前，無論在寫入的當(dāng)時(shí)或?qū)懭胍院?，均可將片上程序存貯器的內(nèi)容讀出進(jìn)行檢驗(yàn)，在讀出時(shí)，除P2.7腳保持為TTL低電平之外，其他引腳與寫入EPROM的連接方式相同。要讀出的程序存貯器單元地址由P1口和P2口的P2.0P2.3送入，P2口的其他引腳及保持低電平，ALE、EA和RST接高電平，檢驗(yàn)的單元內(nèi)容由P0口送出。在檢驗(yàn)操作時(shí)，需在P0的各位外部加上電阻10k。（3）程序存貯器的保險(xiǎn)位AT89S51內(nèi)部有一個(gè)保險(xiǎn)位，亦稱保密位，一旦將該位寫入便建立了保險(xiǎn)，就可禁止任何外部方法對片內(nèi)程序存貯器進(jìn)行讀寫。將保險(xiǎn)位寫入以建立保險(xiǎn)位的過程與正常寫入的過程相似，僅只P2.6腳要加TTL高電平而不是像正常寫入時(shí)加低電平，而P0、P1和P2的P2.0P2.3的狀態(tài)隨意，加上編程脈沖后就可使保險(xiǎn)位寫入。保險(xiǎn)位一旦寫入，內(nèi)部程序存貯器便不能再被寫入和讀出校驗(yàn)，而且也不能執(zhí)行外部存貯器的程序。只有將EPROM全部擦除時(shí)，保險(xiǎn)位才能被一起擦除，也才可以再次寫入。通過以上對單片機(jī)硬件系統(tǒng)的簡單介紹，應(yīng)該已經(jīng)掌握了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作的原理和過程，但是單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)它的強(qiáng)大控制功能特性，只有硬件是不能工作的，還必須依靠它的指令才能發(fā)揮單片機(jī)的強(qiáng)大作用。下面介紹單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 34 AT89S51的指令系統(tǒng) 指令是規(guī)定計(jì)算機(jī)進(jìn)行某種操作的命令，一條指令只能完成有限的的功能，為使計(jì)算機(jī)完成一定的或復(fù)雜的功能就需要一系列指令。計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的各種指令的集合稱為指令系統(tǒng)。單片機(jī)的主要功能也是有指令系統(tǒng)體現(xiàn)的。C51 指令系統(tǒng)使用了 7種尋址方式，共有111條指令。指令一般有兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。80C51 匯編語言指令格式如下： 操作碼 操作數(shù) ；注釋操作碼 ：是有助記符表示的字符串，它規(guī)定了指令的操作功能。操作碼 ：是指參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的地址。注釋 ：是為該條指令作的說明，以便于閱讀。在80C51指令系統(tǒng)中，操作數(shù)可以是1、2、3個(gè)，也可以沒有。不同功能的指令，操作數(shù)作用不同。例如，傳送指令多數(shù)有兩個(gè)操作數(shù)，寫在左邊的稱為目的操作數(shù)（表示操作結(jié)果存放的單元地址），寫在右邊的稱為元操作數(shù)（支出操作數(shù)的來源）。例如，一條傳送指令的書寫格式為： MOV A ，3A H ； 表示將3A H 存儲單元的內(nèi)容送到累加器 A中。 1. 尋址方式 包括：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址（基址寄存器 + 變址寄存器間接尋址）、相對尋址、位尋址，共7種尋址方式，且每種尋址方式所涉及的存儲器空間各有不同。請參考相關(guān)書籍。 2. 數(shù)據(jù)傳送類指令； 3. 算數(shù)運(yùn)算類； 4. 邏輯運(yùn)算類； 5. 控制轉(zhuǎn)移類； 6. 位操作類；80C51 指令系統(tǒng)的尋址方式、各類指令的格式及功能等相關(guān)內(nèi)容，請參考相關(guān)書籍，這里不再贅述。但指令系統(tǒng)是學(xué)習(xí)和使用單片機(jī)的一個(gè)很重要環(huán)節(jié)，應(yīng)理解和熟練掌握這些指令系統(tǒng)。且不同種類的單片機(jī)其指令系統(tǒng)一般是不同的。4 整機(jī)設(shè)計(jì)41 概述 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。 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)警和顯示等模塊子函數(shù)。電路結(jié)構(gòu)做成可劃分為：熱釋電紅外傳感器、家庭智能報(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、本地顯示、本地報(bào)警等功能。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)、在線調(diào)試等幾個(gè)階段，就本設(shè)計(jì)來說也包括這些過程。它們的進(jìn)程框圖如圖4.1 所示。開始 明確任務(wù) 選機(jī)型，劃分軟、硬件硬件研制軟件設(shè)計(jì)聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試排出故障、修正軟件固化程序、應(yīng)用系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行完成研制圖 4.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖42 總體設(shè)計(jì) 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)：熱釋電紅外傳探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路、LED顯示控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖4.2總體設(shè)計(jì)框圖所示： CPUAT89S51復(fù)位電路信號檢測電路LED數(shù)字顯示報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)圖4.2 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。設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL電平至AT89C51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號，然后通過LED顯示報(bào)警次數(shù)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。 43 系統(tǒng)硬件選擇從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： AT89S51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等等。元器件選擇與制作：元器件清單見附錄B所示44 硬件電路實(shí)現(xiàn)經(jīng)分析本設(shè)計(jì)的電路原理圖見附圖B所示45 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖4.3所示；入口 初始化 監(jiān)測外部有無信號輸入 N 顯示報(bào)警的次數(shù)且啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警 Y 聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒 N聲光報(bào)警結(jié)束，LED顯示出報(bào)警次數(shù) Y Y 是否還有檢測信號等待下次報(bào)警 Y N結(jié)束 圖4.3 主程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋點(diǎn)傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警點(diǎn)路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警，同時(shí)顯示出報(bào)警次數(shù)以便人們查詢，然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖4.4所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場INTO/端有輸入信號關(guān)閉報(bào)警 恢復(fù)現(xiàn)場、關(guān)中斷 中斷返回 圖4.4 中斷服務(wù)程序工作流程圖1. 主程序清單如附錄A所示其中，10秒鐘的定時(shí)采用定時(shí)器T0定時(shí)工作在方式1 ,單片機(jī)晶振Fosc=12MHz，所以機(jī)器周期T=12t0=12(1/12MHz)=1us 設(shè)定時(shí)器T0初始值為X，則：(216-X)1us=50ms 從而可知定時(shí)器T0初始值X= 65536-50000=15536=3CB0H,在此用50H、51H單元分別進(jìn)行1秒和10秒的計(jì)數(shù)，它們內(nèi)的賦值分別為14H、0AH ，T0的初值置為TL0=0B0H、TH0=3CH。已經(jīng)通過仿真軟件仿真，可以達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)的目的，仿真效果圖如下圖4.5所示 ；圖4.5 結(jié)果仿真效果圖通過仿真圖可以看出,該設(shè)計(jì)程序的結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的,通過多次調(diào)試和修改，且在程序設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮到各方面的干擾以及輸入輸出信號在工作中的不穩(wěn)定因素，都應(yīng)該在程序設(shè)計(jì)或硬件外圍電路中對這些干擾和不穩(wěn)定因素進(jìn)行消除和穩(wěn)定。在本設(shè)計(jì)中已經(jīng)對外部輸入信號和按鍵中斷進(jìn)行了軟件消抖和防干擾處理，本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該考慮的問題和因素都已經(jīng)進(jìn)行了對應(yīng)的處理，所以，一些隱患在設(shè)計(jì)過程中都已經(jīng)消除了，根據(jù)仿真實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能，同時(shí)，根據(jù)原理圖作出相應(yīng)的PCB圖，如下圖4.6所示； 圖4.6 報(bào)警器PCB效果圖根據(jù)PCB圖做出電路板，按照PCB圖的線路元器件的連接即可焊接出報(bào)警器成品，然后對焊接后的成品進(jìn)行修正、測試，可以達(dá)到預(yù)期的目的，既當(dāng)報(bào)警器工作時(shí)，當(dāng)人體移動(dòng)到距離報(bào)警器010M 范圍時(shí)，即可觸發(fā)報(bào)警器工作，當(dāng)持續(xù)報(bào)警10S鐘后自動(dòng)停止報(bào)警，也可以手工按鍵解除報(bào)警；在報(bào)警的同時(shí)也可以顯示出報(bào)警的次數(shù)，以供人員查閱。所以，此次設(shè)計(jì)的報(bào)警器靈敏度高，操作簡單、靈活、易用。 5.1.系統(tǒng)構(gòu)成及原理防盜報(bào)警系統(tǒng)分別由探測器、區(qū)域控制器和報(bào)警控制中心三部分構(gòu)成。 防盜報(bào)警器的作用防盜報(bào)警系統(tǒng)就是用探測器對建筑物內(nèi)外重點(diǎn)區(qū)域、重要地點(diǎn)布防,在探測到非法入侵者時(shí),信號傳輸?shù)綀?bào)警控制器:聲光報(bào)警,顯示地址,有關(guān)值班人員接到報(bào)警后,根據(jù)情況采取措施,以控制事態(tài)的發(fā)展。防盜報(bào)警系統(tǒng)除上述報(bào)警功能外,尚有聯(lián)動(dòng)功能。諸如:開啟報(bào)警現(xiàn)場燈光(含紅外燈)、聯(lián)動(dòng)音視頻矩陣控制器、開啟報(bào)警現(xiàn)場攝像機(jī)進(jìn)行嚴(yán)視,電視矩陣控制器一系列聯(lián)控:使監(jiān)視器顯示圖像、錄像機(jī)錄像、多媒體控制器自動(dòng)或人工操作等等這一切都可對報(bào)警現(xiàn)場進(jìn)行聲音、圖像等進(jìn)行復(fù)核,從而確定報(bào)警的性質(zhì)(非法入侵、火災(zāi)、故障等),以采取有效措施。系統(tǒng)通過鍵盤啟動(dòng)報(bào)警主機(jī)后，進(jìn)入防范狀態(tài)。如有人非法進(jìn)入防區(qū)，會(huì)觸發(fā)室內(nèi)探測器，系統(tǒng)會(huì)檢測并確認(rèn)報(bào)警信號(即發(fā)出警報(bào))，并將信號送到控制主機(jī)，發(fā)出報(bào)警達(dá)到防范作用。工作人員進(jìn)入時(shí)只需通過鍵盤解除防盜系統(tǒng)(即撤防)，則防區(qū)內(nèi)探測器暫時(shí)關(guān)閉。遇到不法之徒進(jìn)行打劫時(shí)，按緊急按鈕或相應(yīng)的緊急裝置，向保安監(jiān)控中心求援，控制主機(jī)將原設(shè)定的地址代碼及報(bào)警類別經(jīng)電話線發(fā)到報(bào)警中心(即110、派出所)。報(bào)警中心電腦檢測到送來數(shù)據(jù)并進(jìn)行識別，從數(shù)據(jù)庫調(diào)出相關(guān)資料、顯示警情信息和位置的相關(guān)資料。另外控制中心的報(bào)警主機(jī)自動(dòng)不定時(shí)檢測前端各報(bào)警系統(tǒng)工作情況，如信號中斷或控制系統(tǒng)有故障即可自動(dòng)提示并打印出故障發(fā)生在某個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)，系統(tǒng)可全天24小時(shí)無故障運(yùn)行，確保安全。同時(shí)報(bào)警信息聯(lián)動(dòng)閉路監(jiān)控系統(tǒng)，將報(bào)警現(xiàn)場附近攝像機(jī)圖像切換到監(jiān)視器，并聯(lián)動(dòng)錄像機(jī)進(jìn)行錄像。5.2.實(shí)施方案設(shè)備選型及配置5.2.1探測器 1)門磁開關(guān)：是探測器最基本、最簡單有效的裝置，常用的有微動(dòng)開關(guān)、磁簧開關(guān)等，一般裝在門窗上。開關(guān)可分為常開和常閉兩種。常開式常處于開路，當(dāng)有情況時(shí)(如門、窗被推開)，開關(guān)就閉合，使電路導(dǎo)通啟動(dòng)警報(bào)，這種方式優(yōu)點(diǎn)是平時(shí)開關(guān)不耗電，缺點(diǎn)是如果電線被剪斷或接觸不良將使其失效。常閉式則相反，平常開關(guān)為閉合，異常時(shí)打開，使電路斷路而報(bào)警。該方法優(yōu)點(diǎn)是，在線路被剪斷或線路有故障時(shí)會(huì)啟動(dòng)報(bào)警，但當(dāng)罪犯在斷開回路之前選用導(dǎo)線將其短路，就會(huì)使其失效。一般在門磁探測器中，大多數(shù)采用磁簧開關(guān)。2)光束遮斷式探測器(又稱為主動(dòng)紅外探器)：能夠探測光束是否被遮斷的探測器，目前用得最多的是紅外線對射式。由一個(gè)紅外線發(fā)射器和一個(gè)接收器，以相對方式布置組成,當(dāng)非法入侵者橫跨門窗或其他防護(hù)區(qū)域時(shí)，擋住了不可見的紅外光束，從而引發(fā)報(bào)警。為防止非法入侵者可能利另一個(gè)紅外光束來瞞過探測器，所以探測器的紅外線必須先調(diào)制到指定的頻率再發(fā)送出去，而接收器也必須配有頻率與相位鑒別電路來判別光束的真?zhèn)位蚍乐谷展獾裙庠吹母蓴_。一般較多被用于周界防護(hù)探測器。3)被動(dòng)式紅外探測器(又稱熱感式紅外探測器)：不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是探測器直接探測來自移動(dòng)目標(biāo)的紅外輻射，因此才有被動(dòng)式之稱。任何物體，包括生物和礦物體，因表面溫度不同都會(huì)發(fā)出強(qiáng)弱不同的紅外線，各種不同物體輻射的紅外線波長也不同，人體輻射的紅外線波長是在10um左右，而被動(dòng)式紅外探測器件的探測波范圍在814um，因此能較好地探測到活動(dòng)的人體跨入禁區(qū)段，從而發(fā)出報(bào)警信號。被動(dòng)式紅外探測器按結(jié)構(gòu)、警戒范圍及探測距離的不同可分為單波束型和多波束型兩種。單波束型采用反射聚焦式光學(xué)系統(tǒng)，其警戒視角較窄一般小于50o，但作用距離較遠(yuǎn)(可達(dá)百米)。多波束型采用透鏡聚集式光學(xué)系統(tǒng)，用于大視角警戒，可達(dá)90o，作用距離一般只有幾米到十幾米。一般用于對重要出入口入侵警戒及區(qū)域防護(hù)。4)玻璃破碎探測器：通常利用壓電式拾音器，裝在面對玻璃的位置。它只對高頻的玻璃破碎聲音進(jìn)行有效的檢測，不會(huì)受到玻璃本身震動(dòng)的影響。目前普遍應(yīng)于玻璃門、窗的防護(hù)。5)振動(dòng)探測器：用于鐵門、窗戶等通道和防止重要物品被人移動(dòng)的場合，以機(jī)械慣性式和壓電效應(yīng)式兩種為主。機(jī)械慣性式是利用軟簧片終端的重錘受到振動(dòng)產(chǎn)生慣性擺動(dòng)，振幅足夠大時(shí)，碰到旁邊的另一金屬片而引起報(bào)警；壓電效應(yīng)式是利用壓電材料振動(dòng)導(dǎo)致機(jī)械變形而產(chǎn)生電氣特性變化的特性，檢測電路根據(jù)其特性的變化來判斷振動(dòng)大小并報(bào)警。由于機(jī)械式容易銹蝕，且體積較大，已逐漸由壓電式替代。6)視頻探測器(又稱為景像探測器)：多采用電荷耦合器件CCD作為遙測傳感器，通過檢測被檢測區(qū)域的圖像變化來報(bào)警的一種裝置。由于是通過檢測因移動(dòng)目標(biāo)闖入攝像機(jī)的監(jiān)視視野而引起電視圖像的變化，所以又稱為視頻運(yùn)動(dòng)探測器或動(dòng)目標(biāo)探測報(bào)警器。視頻報(bào)警器利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，把圖像的像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存在存儲器中，然后與以后每一幅圖像相比較，如果有很大的差異，說明有物體的移動(dòng)。7)超聲波探測器：是利用人耳聽不到的超聲波段(頻率高于20000Hz)的機(jī)械振動(dòng)波來作為探測源的報(bào)警器又稱為超聲波報(bào)警器。用來探測空間移動(dòng)物體。8)雙技術(shù)探測器(又稱為雙鑒探測器)：是將兩種探測技術(shù)結(jié)合在一起，由復(fù)合探測來觸發(fā)報(bào)警，即只有當(dāng)兩種探測器同時(shí)或者相繼在短暫時(shí)間內(nèi)都探測到目標(biāo)時(shí)，才可發(fā)出報(bào)警信號，從而進(jìn)一步提高報(bào)警可靠性。目前使用較多的有微波被動(dòng)紅外雙鑒探測器和超聲波被動(dòng)紅外雙鑒探測器。由于組件內(nèi)有兩個(gè)獨(dú)立的探測技術(shù)作雙重鑒證，所以避免了單技術(shù)探測器因受環(huán)境干擾而導(dǎo)致的誤報(bào)警。9)泄漏電纜傳感器：一般用來組成周界防護(hù)。該傳感器由埋在地下的兩根平行泄漏電纜組成，一根泄漏同軸電纜與發(fā)射機(jī)相連，向外發(fā)射能量，另一根泄漏同軸電纜與接收機(jī)相連，用來接收能量發(fā)射機(jī)發(fā)射的高頻電磁能(頻率為30300MHz)經(jīng)發(fā)射電纜向外輻射，一部能量耦合到接收電纜收發(fā)電纜之間的空間形成一個(gè)橢圓形的電磁場的探測區(qū)域。當(dāng)非法入侵者進(jìn)入探測區(qū)域時(shí)，改變了電磁場，使接收電纜接收的電磁場信號發(fā)生了變化，發(fā)出報(bào)警信息，起到了周界防護(hù)作用。目前已不斷開發(fā)出許多更高性能的新探測器產(chǎn)品，探測器選擇是否恰當(dāng)，布置是否合理，將直接影響報(bào)警系統(tǒng)的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)防盜報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，要對現(xiàn)場