基于单片机STC89C52的红外线室内防盗系统 毕业论文.docx

基于单片机stc89c52的红外线室内防盗系统摘要 随着经济和科学技术的不断发展，大部分的城市居民都在上班族的行列，家往往成了晚间休息的场所，这使得家的安全隐患重重。本设计将以stc89c52芯片为载体，致力于开发平民百姓能够买得起的室内防盗系统，通过电路控制，使系统能够在发生情况时自动识别信号并采取预定措施进行声光报警，是一个集成度高，成本低的室内智能防盗器。整个系统主要由stc89c52芯片、tcrt5000传感器、声光报警、键控组成。性能好，工作稳定，非常适合防盗报警领域，而今制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。关键词 stc89c52；传感器；防盗报警iabstract with the development of economy,science and technology,mostof the urban residents in the ranks,often became home evening resting place office workers,which is home during the day and had an impact on safety.this design will stc89c52rc chip carrier,is committed to the development of the civilian population can afford indoor security systems, through the circuit contro,the system can automatically identify the signal in the event of the situation and take measures to pre-sound and light alarm,is anintegrated degree high and low-cost indoor intelligent anti-theft devic.the wholesystem is mainly composed of stc89c52 chip,tcrt5000 sensor,sound and light alarm as well as keying.due to its good performance and stable work,it is very suitable for the field of anti-theft alarm.what is more,it is easy to fabricate,low cost,more convenient to install,comparative stable anti-theftperformance, strong anti-interference ability,high sensitivity,safe and reliable.this anti-theft alarm is not easily found by thieves because of its hidden installatin.key words stc89c52rc; sensor; burglar alarmi目 录1 前 言12 红外线防盗系统总体设计方案3 2.1 主控芯片单片机的选择3 2.1.1 单片机的特点3 2.1.2 stc89c52的主要性能5 2.2 传感器的选择6 2.2.1 tcrt5000光电传感器的优势6 2.2.2 tcrt5000光电传感器介绍73 红外线防盗系统硬件设置9 3.1 系统总体设计图9 3.2 声音报警电路9 3.2.1 蜂鸣器简介9 3.2.2 蜂鸣器工作原理10 3.2.3 声音报警电路原理图分析10 3.3 灯光警示电路11 3.4 单片机最小系统11 3.5 本章小结124 红外线防盗系统软件设计13 4.1 stc89c52单片机主程序13 4.2 中断函数流程图14 4.3 本章小结145总结15参 考 文 献17附录18致谢271 前 言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点：（1） 压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。（2） 开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。（3） 遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。综合以上报警器的不足，本系统采用了tcrt5000红外传感器以及stc89c52单片机，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后利于跟pc机通信，便于多用户统一管理。2 红外线防盗系统总体设计方案2.1 主控芯片单片机的选择2.1.1 单片机的特点 单片机全称单片微型计算机，是指在一种单硅片上集成微型计算机主要功能部件的集成芯片，它可以说是一个微型计算机系统，内部集成了中央处理器（cpu）、随机数据存储器（ram）、只读程序存储器（rom）、定时器/计数器、输入/输出（i/o）接口电路以及串行通信接口等主要功能部件。由此也决定了单片机功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便的特点。51单片机内部功能可以划分为rom、ram、（rom与ram统称为存储器）、定时器/计数器、并行i/o接口、串行接口、中断系统等几大块。对比8031和8032, 51系列单片机内部提供了程序存储器，其中8051系列单片机提供了4kb的程序存储器，而8052系列单片机提供了8kb的程序存储器，在此范围内，不用外部提供程序存储器。在这个设计中，大家可以采用51系列单片机作为控制器。51系列单片机应用广泛，技术成熟。缺点是内部资源较少，运行速度较慢，内部资源较少。因而我选择stc89c52作为该设计的芯片，既有51系列的基本特点，资源也相对较多。（1）stc89c52的引脚介绍stc89c52的管脚如图2-1所示，stc89s52作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对stc89c52进行必要的说明：图2-1 stc89c52的引脚结构图1）vcc：40脚，供电电压，一般接+5v电压。2）gnd：20脚，接工作地。3）p0口：18脚，p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0具有内部上电阻。但是p0口在程序校验作为输出指令字节时，需要外部加上拉电阻，一般上拉电阻选4.7k10k为宜。本设计中用5.1k的排阻对p0口进行上拉电平。4）p1口：3239脚，p1口是一个内部具有上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4个ttl门电流。p1端口写入“1”后，被内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为作输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。5）p2口：2027脚，p2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个ttl 逻辑电平。对p2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。6）p3口：1017脚，p3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个ttl 逻辑电平。对p3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。7）reset：9脚，复位输入端。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。8）：30脚，当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于系统校验。9）psen：29脚，外部程序存储器的选通信号。10）：31脚，访问外部程序存储器控制信号。当为低电平时，读取外部程序存储器；当端为高电平时，则读取内部程序存储器，设计中一般接高电平。11）xtal1：19脚，振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。如采用外部时钟源时，xtal1为输入端。12）xtal2：18脚，振荡器反相放大器的输出端。如采用外部时钟源时，xtal2应悬空不接。（2）stc89c52和stc89c51区别stc89c52是stc89c5151基础上衍生出来的增强产品，事实上52内核现在是实际应用的主流。主要差别在：1、内部rom增加了4k，总计8k，相应的如果外扩程序存储器，则从2000h开始从外部取指。2、增加了128字节的内部ram，地址从80h到ffh。使用时这128字节地址因为与特殊功能寄存器地址重叠，所以只能采用间接寻址的方式读写。3、增加了定时器2，而且该定时器也可用作波特率发生器，具备16位自动重装载和捕获能力。4、相应的增加了定时器2中断。5、增加了有关定时器2的特殊功能寄存器t2mod、t2con、rcap2l、rcap2h、th2、tl2等，还有诸如t2、et2等控制位其它方面均与51一致。2.1.2 stc89c52的主要性能其主要特性如下：增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。用户应用程序空间为8k字节，片上集成512字节ram。 通用i/o口（32个），复位后为：p0/p1/p2/p3是准双向口/弱上拉，p0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为i/o口用时，需加上拉电阻。 isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（rxd/p3。0，txd/p3。1）直接下载用户程序，数秒即可完成共3个16位定时器/计数器。即定时器t0、t1、t2 stc89c52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，这个性能使得stc89c52单片机成为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节flash，512字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 stc89c52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.2 传感器的选择2.2.1 tcrt5000光电传感器的优势1、响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。2、可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。因此，传感器能长期使用。3、可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。利用这种性质，可对检测物体的颜色进行检测。2.2.2 tcrt5000光电传感器介绍tcrt5000光电传感器模块是基于tcrt5000红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。tcrt5000传感器的工作原理与一般的红外传感器一样，一传一感。tcrt5000具有一个红外发射管和一个红外接收管。当发射管的红外信号经反射被接收管接收后，接收管的电阻会发生变化，在电路上一般以电压的变化形式体现出来，而经过adc转换或lm324等电路整形后得到处理后的输出结果。电阻的变化取决于接收管所接收的红外信号强度，常表现在反射面的颜色和反射面接收管的距离两方面。红外传感器采用发射和接收一体的传感器结构，发射电路通电，红外发光管发红外光，当有人经过传感器前方时红外接收管接收到人体反射回来的红外信号信号，此时传感器输出模拟信号，该模拟信号经过比较器和固定电平比较后输出0和1的电平信号，单片机通过检测io口的电平状态来判断是否有人经过。传感器电路如下：图2-2 传感器tcrt5000 的工作原理图传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平。3 红外线防盗系统硬件设置3.1 系统总体设计图图3-1 系统设计原理图本设计是主要思路是以单片机为载体，以stc89c52rc为控制芯片，结合外部触发装置组合而成的室内智能防盗系统。具有体积小，价格低，安装、操作简单，维护容易等特点。利用外部触发装置将非法入侵信号传入单片机，经过芯片处理后，系统自动判断，并在现场发出报警的声响，一直持续到有人人工接触警报，通过按键进行关闭重置，之后系统进入正常工作状态。该报警器能探测从旁边经过的人，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和报警电路等组成。报警功能开启时当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号。3.2 声音报警电路3.2.1 蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器分类：1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515v直流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.52.5khz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。3.2.2 蜂鸣器工作原理 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机io引脚输出的电流较小，单片机输出的ttl电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。该设计报警电路通过一个三极管9012来放大驱动蜂鸣器。蜂鸣器的正极接到vcc（5v）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极e，三极管的基级b经过限流电阻后由单片机的单片机io口控制，当单片机io口输出高电平时，三极管t1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当单片机io口输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，人们可以通过程序控制p3.7脚的电平来使蜂鸣器发出声音和关闭。程序中改变单片机io引脚输出来控制报警电路的工作。3.2.3 声音报警电路原理图分析如下图3-2所示：高音报警电路选用蜂鸣器作为报警装置，使用三极管做驱动电路，当spk为高电平时，三极管导通。反之则截至。本系统中经过软件设置使报警器真实模拟了声音频率均匀拉高，还原、再拉高的过程。实现报警器声音非常逼真。图3-2 蜂鸣器工作原理图3.3 灯光警示电路图3-3 led灯光原理图该电路主要有单片机系统控制p2.5口跟p2.6口的高低电平来控制led灯的暗亮，当p2.5口输出低电平的时候led0被点亮。同理，当p2.6口输出低电平的时候led1灯被点亮3.4 单片机最小系统如下图3-4所示，单片机的电源采用5v供电，时钟电路也就是振荡电路采用11.0592mhz晶振，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。图中的电容起稳定作用。其复位电路采用混合复位电路，在上电的时候会自动复位，也可手动复位。方便在单片机死机的时候进行重启。图3-4 单片机最小系统原理图3.5 本章小结 红外线防盗系统主要以stc89c52芯片为核心，通过传感器tcrt5000接收到的闯入者得红外信号，传输给stc89c52芯片，并在程序控制下改变芯片引脚的高低电频，从而控制蜂鸣器的响声，达到警示作用来实现报警功能。4 红外线防盗系统软件设计4.1 stc89c52单片机主程序在开机后，单片机首先进行初始化，将蜂鸣器外设关闭，进入程序主流程。系统自动检测按键的键值，然后将键值存储到单片机cpu里面，根据不同的键值去执行不同的操作。进入程序按键子程序，关闭定时器，再给定时器重装初值。然后判断按键效果跟按键数，检测松手之后执行服务程序。图4-1 主程序流程图开始初始化y是否有按键按下？按键服务程序按键扫描程序nn是否有人闯入？蜂鸣器响报警y4.2 中断函数流程图图4-2为中断函数流程图图4-2 中断函数流程图是定时器0中断服务函数关闭定时器0给定时器0重装初值扫描按键端口判断是否有按键被按下将按键值保存，打开定时器0否4.3 本章小结当总开关开启后，系统将自动检测是否有闯入者，当有闯入者闯入程序就自动启动声光警报，之后采用的是按键扫描的方式取消报警或者复位。5总结1、结论该设计采用keilc51开发系统，完成了程序模块规划及各个模块的设计与编程，实现了对信号处理过程的编程和调试。它具有电路简单、功能齐全、性能齐全、性价比高等特点，是一种经济、实用的家庭防盗报警系统。本论文完成了软硬件主要功能模块的设计，为进一步设计开发及功能扩展打下了良好的基础。整个系统主要由stc89c52芯片、tcrt5000传感器、声光报警、键控组成。性能好，工作稳定，非常适合防盗报警领域！由于时间关系和水平有限，设计中存在着一些缺陷和不足，还有待于在今后的进一步设计过程中不断完善。当然防盗报警监控系统的开发是一个实践应用性很强的课题，要使其产品化，能够经受住实际应用的严格考验，还要进行许多深入细致的工作。而且随着科技水平的不断提高，对智能住宅小区的智能管理系统必然会有不断增长的要求。为了提高灵敏度，减少误报率，可以采用摄像头作为探测头，将采集到的信号进行图像处理及判断后再决定是否报警。如果系统接收到报警信号后，保安人员可以通过查询报警记录来确定是否真有人经过。2、不足与展望虽然基于红外线防盗系统跟目前市场的防盗产品有一定的需求，但随着技术发展的日新月异，产品还有一定的不足之处：1）未集成视频监控模块基于红外线防盗系统的设计虽然提供了红外线人体信号的监测，但是整个系统并没有提供视频监控的接口。目前视频监控系统应用广泛，多数新型小区已经安装了视频监控系统，因此系统集成对视频监控系统的控制是发展的趋势。2）检测器单一报警器设计上只接收一个监控软件的连接，而在家庭的实际应用中，往往需要多个地点监控系统运行。针对此限制，可以考虑安装多个监控器，这样更加保证家庭的安全系数，不过成本也随之提高。 随着安防行业的发展，最终用户的使用习惯以及安防意识的成熟，家庭防盗系统也在不断的需求自身的发展以及趋势。随着新技术的发展，家庭防盗系统也必将朝着智能化，专业化以及个性化的特点进一步发展。参 考 文 献1 李建忠.单片机原理及其应用m.北京:电子工业出版社，2004.10.2 李海涛.关于如何提高单片机系统的可靠性的探讨j.宁夏机械，2003.2.3 田泽.嵌入式系统开发教程m.北京:北京航空航天大学出版社，2004，3.4 于正林.苏成志.avr单片机原理与技术m.西安:电子科技大学出版社，2007，1.5 田闯.电流电源屏电池单片机监测系统m.西安:电子科技大学出版社，2007，1.6 赵建岭，薛圆圆. 51单片机开发与应用技术详解m.西安:电子科技大学出版社，2007，1.7 李艳红 单片机io口不宜用作直接驱动出口j.设备自动化，2003.8 姜平.红外线防盗报警系统的设计.硅谷2010年18期，2010.附录附录1基于stc89c52红外线防盗系统实物图片附录2/主函数#includeheader。h#includekey。hvoid delayms(uchar t)uchar i，j;for(i=t;i0;i-)for(j=120;j0;j-);/*初始化函数*/void init() /初始化函数tmod = 0x01; /定时器0设置工作方式1th0 =55536/256; /定时器初值tl0 =55536%256; /定时器初值ea = 1;et0 = 1; /定时器0打开tr0 = 1; /定时器0打开/wdt_contr = 0x31; /看门狗定时器在12m晶振时131ms复位/*主函数*/void main(void)init();beep = 1;delayms(10);while(1)if(flag_on = 1)if(test = 0)delayms(20);if(test = 0)beep = 0;key(key_num);/按键子函数#includeheader。h#includekey。huint time_10ms = 0; /时间变量uint time_1s = 0; /时间变量uchar key_num = 0;bit flag_keydown;bit flag_on = 0;void t0_timer() interrupt 1 /定时器0中断服务程序static uchar count_keydown; /定义静态变量tr0 = 0;/wdt_contr = 0x31; /喂狗th0 =55536/256; /重装初值tl0 =55536%256; /重装初值time_10ms +; /time_10ms变量累加if (time_10ms = 100)time_10ms = 0; /time_10ms变量清零time_1s +;if(time_1s = 50) time_1s = 0;if(key_1 = 0)num = 1;key_num = num; if(key_2 = 0)num = 2;key_num = num;if(key_3 = 0)num = 3;key_num = num;/if(key_4 = 0)/num = 4;/key_num = num;/if(key_3 != 0&key_2 != 0&key_1 != 0)num = 0; /把此时按键所在io的值保存下来if(num 0) /如果按键按下 count_keydown+;count_keyup=0;else if(count_keydown100)/长按，则每隔(230-2)*定时器周期完