家庭红外光栅报警系统设计.doc

家庭无线控制红外光栅报警系统设计 学 生 姓 名： 考 籍 号： 站 点： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 412011届毕业设计（论文） 题目：家庭无线控制红外光栅报警系统设计 专 业： 助学站点： 考 籍 号： 姓 名： 指导教师： 2011 年 10 月 长沙理工大学继续教育学院 毕业设计（论文）任务书 助学站 专业 年级 题目： 家庭无线控制红外光栅报警系统设计 任务起止日期：2011年 9 月 至 2011 年 10 月 学生姓名： 考籍号： 指导教师： 主管部门 年 月 日审查 院负责人 年 月 日批准目 录摘 要4第一章 绪 论51.1序言51.2防盗系统的介绍51.3 国内外研究概况61.4 我国住宅安全防范系统展望61.5 设计任务与要求61.6 论文主要工作概述7第二章 系统总体设计思路及方案72.1 系统总体设计思路72.2 系统方案选择论证72.3 系统总体设计方案82.4 报警系统的功能及工作过程9 2.4.1 家用防盗报警系统具有以下特点和功能9 2.4.2 系统的基本工作过程92.5 防盗报警系统的组成92.6 传感器简介102.6.1 热释电红外传感器简介102.6.2 热释电红外传感器电路图102.6.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性112.7 51系列单片机的内部组成112.7.1 51系列单片机122.7.2 89C51单片机的内部组成122.7.3 89C51单片机引脚及功能122.8 RS485接口13第三章 系统硬件设计143.1 主要硬件143.2 电源电路设计143.3 热释电红外传感器原理153.3.1 传感器选型153.3.2 放大电路的设计153.4 红外探测信号输入电路163.5 键盘电路设计173.6 时钟电路的设计183.7 复位电路的设计183.8 声光报警电路的设计193.9 实时时钟电路193.9.1 实时时钟芯片DS1302的结构及工作原理193.9.2 引脚功能及结构193.10 液晶显示模块设计203.10.1 12864模块引脚说明203.10.2 接口时序213.11 RS-485 通信的设计223.11.1 RS-485芯片选型223.11.2 MAX485简介223.11.3 MAX485电路设计233.12 防盗探测器电路设计253.13 用户端自动报警器总体设计263.14 自动报警器电路设计273.15 自动拨号及语音报警电路设计283.15.1 拨号电路283.15.2 语音电路283.15.3 电话接口电路303.16密码显示电路设计30第四章 系统软件设计314.1 控制模块程序设计314.2 拨号模块程序设计324.3 语音模块程序设计334.4 摘挂机模块程序设计344.5 密码及显示模块程序设计344.6 中断服务程序工作流程图354.7 信号采集电路子程序流程图35第五章 系统的抗干扰措施365.1 系统硬件抗干扰措施365.2 系统软件抗干扰措施36结束语37参考文献38致 谢39摘 要家是人们心灵的港湾，是人们休息的驿站，营造一个安全、温馨的休息环境是所有人梦寐以求的。但是，随着社会的进步，生活步伐的加快，现在大多数的人们都是双职工，都是早出晚归，家长期以来都处于没有人看守的状态，或者是老人、小孩在家的情况。盗窃、火灾、煤气泄漏都是随时可能发生的，这给在外工作的人们多了一份担忧，而以往的防盗网、防盗门的保护方法，不但有碍美观，更不利防火的要求，不能有效地阻止破坏的入侵。所以，建立一个安全的防范系统保护家庭的安全显得尤为重要，而近几年来应运而生的防盗报警系统，不仅能够有效地阻止破坏的入侵，探测煤气的泄漏，还可以远距离清楚地了解家庭的情况，全面地保护了家庭的安全，给家庭设置了一份防范，给人们少了一份担忧。本方案家庭防盗报警系统根据现场的考察和用户的需求，本方案的家庭防盗报警系统划分为3个防区，分别是周围环境防区、住宅环境防区、厨房环境防区，每一个环境防区都设置了一个声光报警器，在设防的状态下，只要有入侵行为，都会触发探测器引发报警，全面、智能、安全地保护了家庭的安全，给我们营造了一个安全、舒服、温馨的休息环境。本文设计了住宅智能化中的红外防盗报警系统。本系统以单片机89C51为核心，配以各种功能模块，来满足人们日常生活中的安全需求，本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，抗干扰力强、灵敏度高，而且安装较隐蔽，不易被发觉。该系统主要包括红外探测电路、LCD控制电路、声光报警电路及单片机控制电路等。自动检测功能由红外探测电路实现，当有盗贼穿过此装置时，红外传感器立即将检测到的信号经过信号处理后传送给主机电路，由主机来判断信号并驱动电路报警。报警功能由扬声器、蜂鸣器等发声装置实现，同时通过RS-485通信报警给小区警卫。本设计通过红外传感器探测人体红外线信号，从而达到报警的功能，满足了人们日常生活对防盗报警功能的需要。 关键词：防盗报警，防火报警，红外探测，声光报警，RS-485通信，无线控制第一章 绪 论1.1序言改革开放以来，在城市大发展的过程中，大量外地人口涌入城市，给社会治安带来很大压力。工厂、机关和居家失盗、抢劫事件时有发生；个别地方尤为严重，损失惊人。由此引起公安部门的高度重视和社会各届人士的普遍关注。有些部门和居民小区开始派人白天守卫、夜间巡逻。为此，政府部门提倡采用高科技手段实现技术防范措施。在社会治安的现实需求和政府部门的推动下，市场上国产和进口的防盗报警应运而生。本文所要介绍的家用防盗报警系统，正是在住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求，而设计并开发的。系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，为保障小区人身财产安全，通过运用传感器探测、双音多频远程数据传输等技术综合形成家用报警系统，从而达到保障住宅安全的目的。双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。DTMF 信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D / A 变换器，可发出16 种双音多频DTMF 信号：接收部分用于完成DT信号的接收、分离和译码，并以4 位并行二进制码的方式输出。当遇到盗情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。1.2防盗系统的介绍当我们遇到突发事件、如火灾，铁窗防盗网对救援及逃生带来很大的影响。选择安全可靠、使用方便、功能齐全的防盗报警产品，已经成为现代生活的必备。提供智能防盗报警系统利用成熟的微电脑控制技术，采用普通电话线传输报警信号，将防盗、防火、防有害气体、抗暴、防劫、急病求救、现场报警、无线报警等众多功能，积于一体。 需要外出时，您只需按下手中的遥控器，报警系统就会自动进入防盗状态。期间如有歹徒企图打开门窗，就会触发门磁感应器；假如非法之徒从阳台闯入，厅内的红外线探测器出会马上检测到有非法入侵者。这时，报警主机会发出报警声，尖锐的报警声可把歹徒吓得落荒而逃,同时引起邻居、保安的注意。同时，通过电话线将警情报告给数个指定电话（如报警中心、保安部、居委会或亲友等），在几秒内收到报警信息后，您也可以对家里情况进行异地监听，迅速采取应对措施，让歹徒得到相应的制裁，保障您财产和生命的安全。当外出或正熟睡时，忽然电线短路发生火灾。当烟火刚刚起时，烟雾探测器就会探测到，即发出警报声，提醒室内人员，并同自动通过电话对外报警，以便迅速及时处理，使您免遭损失。又如果煤气发生泄露，防有害气体探测器将马上发出警报声，并自动启动排风扇，避免室内人员发生不测。 当在家中不幸遇到抢劫，或者家人身体不适，无法拨打电话，您只需按下手中的遥控器或把倒地求救器碰倒，即可通过电话在几秒内对外报警求救，获得最快支援。家庭报警功能是家庭智能控制器的一个重要功能模块，同家庭的各种传感器、功能按键、探测器及执行器共同构成家庭的安防体系，是家庭安防体系的大脑。报警功能包括防火、防盗、天然气泄露报警及紧急呼叫等功能；采用先进智能型控制网络技术、由微机管理控制，当用户出现意外情况时，按动家庭智能控制器上的不同按键，即可通过网络及时传送至小区管理中心，并发送出报警语音信息；配合红外、瓦斯烟雾、医疗等传感器，集有线和无线报警于一体，紧急启动喇叭现场报警，并将警报传至小区管理中心，实现对匪情、盗窃、火灾、煤气、医疗等意外事故的自动报警。智能报警系统硬件总体结构，主要包括中央控制器、发射接收模块、DTMF(双音多频)模块、语音模块、电话接口模块等。本设计的防盗报警系统利用单片机控制技术、无线传感器网络技术和GSM移动通信技术，实现一种具有联网功能的智能防盗系统。该系统采用GSM移动通信技术，可以使小区安防人员和用户及时收到报警信息，在第一时间赶赴现场，从而使用户损失降到最低。采用无线数据传输方式，可以轻松组网。报警网络可大可小，小到家庭独立使用、小区组网，大到地区组网。采用无线数据传输方式，不需要重新布线，可随意放置监视探头，非常适合小区及家庭使用。1.3 国内外研究概况小区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。所以说，小区的安防系统和智能管理系统是现代化小区管理不可缺少的有机组成部分。考虑设备成本与集中管理的需要，可将周界报警探测系统、住宅联网报警系统加以集成和综合，构成综合防范体系。由此，居民住宅应当设置安全防范报警系统，对盗窃、入室抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的能力。我国家用安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。1.4 我国住宅安全防范系统展望家用防盗系统近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT 产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。家用防盗系统建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。发展家用防盗系统是住宅产业现代化的必然选择。家用防盗系统按智能技术开发的功能和作用的不同，小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。目前欧美已有一些国家正在大力研究无线防盗探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。作为住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。1.5 设计任务与要求 (1)、该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LCD控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)、系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声,并通过RS-485总线传送给小区警卫。1.6 论文主要工作概述：针对国内外的发展情况，可见住宅安全防范系统是我国未来住宅建设的重点发展方向。本课题要设计的家用防盗报警系统是依托公共电话网做传输媒体的电话报警系统，与传统的区域报警系统相比，它具有传输距离远、硬件简单、安装方便的优点。本文所介绍的安全报警系统，是用双绞线连接中央控制器和各用户端自动报警器，实现前端报警器的报警数据采集；利用电话线，采用单片控制的DTMF 通信方式实现自动拨号报警，既可提高信息传递速度，又可解决前端报警器之间同时报警争信道问题。本课题所设计的防盗报警系统符合国家建设部对普及型住宅小区的要求，实现功能包括：盗窃以及入室抢劫实行自动报警；住宅设置紧急呼叫系统；用户端自动报警器对各传感器的信号进行检测和控制；用户端自动报警装置对双音多频编、译码器控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换，设置简洁，操作方便。该防盗报警系统主要包含用户端电子防盗系统及监控管理控制中心两大部分。用户端的电子防盗系统又包括探测器、自动报警器及输出等组成部分，并将模块化思想引入此系统，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努力降低成本，使其经济实用，在保证灵敏度的情况下，尽量降低误报率，确保在同类产品中的竞争地位。 第二章 系统总体设计思路及方案2.1 系统总体设计思路：本系统由五路热释电红外探测器采集五路（门、窗、阳台等报警监测点）报警信号，将报警信号送入89C51控制芯片，触发声光报警，并通过串口通信将报警信号传给小区警卫，进行警情处理从而实现家庭用防盗报警系统的功能。基本工作原理如下:利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给CPU，CPU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，完成声音报警和发光报警。此外，CPU有一个全双工的串行通信口，需通过RS-485总线通信将报警区域的地址传送到小区监控中心的PC机上，监控中心可以及时的发现报警的具体地点，进行警情的处理。2.2 系统方案选择论证：防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。该系统设计方案有以下两种：方案一；利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。方案二；通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案二。2.3 系统总体设计方案：本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LCD控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2.1总体设计框图所示：信号处理电路89C51单片机传感器1传感器5复位电路 12864 液晶显示小区警卫声光报警电路. . . . . . RS485总线时钟电路图2.1 总体设计框图 处理器采用51系列单片机89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。2.4 报警系统的功能及工作过程2.4.1家用防盗报警系统具有以下特点和功能：1、系统采用模块化设计。前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态，经确认后及时通报给中央控制器。并能够可靠地进行盗情报警，通过电话线拔打预先设置的1-6 组电话手机号码（小区监控管理中心电话、用户个人电话、用户单位电话、盗警电话110 、紧急呼救电话），进行语音报警。2、用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障（如探头断线或掉电等）, 并可向中央控制器报告故障情况。3、系统开关机采用密码控制且允许修改密码，防止误报同时增加用户端自动报警器的保密性。4、用户端自动报警器内提供备用电源，在没有市电的情况下，交直流供电自动切换，确保系统在停电时能继续工作。2.4.2系统的基本工作过程：用户端的防范现场，一旦有人入侵时，与之相应的报警探测器则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认，若50s 后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声、光报警，同时用户端自动报警器自动向相关部门拨打预先设置好的报警电话号码，进行语音报警。用户端报警器具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉线（被剪断），则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（505 定时器）去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息（如有无交流电、备用电池电量是否不足等）上报的功能，可以对预设的普通电话、手提电话实现报警。 2.5防盗报警系统的组成：家庭防盗报警系统主要由4部分组成：无线防盗报警探头、家庭主机、小区主机、地区主机。无线防盗报警探头一般安装在用户住宅的窗户上，其外形小巧美观，可以直接贴在窗户上。防盗报警探头通过对振动和红外热源的双重探测原理，确认盗贼的入侵。当发现警情后立即启动自身声光报警，震慑入侵者，同时通过无线数据传输方式将报警信息传送给家庭报警主机。家庭报警主机立即将报警信息通过短信的方式发送到用户手机、小区或地区的报警主机，同时可启动大功率的室内声光报警装置，阻止进一步的侵犯行为。1、无线防盗报警探头采用振动传感器和红外热释电传感器双重监测原理确认盗贼存在，保证了报警的准确性。该探头采用低功耗设计技术，功耗低，使用纽扣电池供电能够工作一年以上。每一个无线防盗报警探头均有唯一ID号码，可以与其安装的实际位置进行匹配。通过用户主机可以随时修改这些位置设置，用户可以通过报警短信收到报警的精确位置(具体到用户住宅的窗户位置)，便于通知相关人员尽快到达事故现场。2、家庭主机可以发送报警短信，而且在居室内启动声光报警。预留大功率的电磁继电器，可以驱动其他家电进行报警等动作。报警对象可以进行分组管理(家人、朋友、保安等)，以便根据优先级通知最近人员尽快到达事故现场，减小用户损失。3、小区主机和地区主机主要是根据报警短信内容识别报警所在位置。根据报警短信内容查询地理信息识别系统，尽快派出最近的安保人员到达事发现场。小区主机和地区主机有用户注册管理功能，管理本辖区的人网用户群，同时通过数据库系统管理报警日志。2.6 传感器简介2.6.1 热释电红外传感器简介:被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为814um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。2.6.2 热释电红外传感器电路图：热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。图2.2为热释电红外传感器的内部电路框图。图2.2 热释电红外传感器的内部电路框图2.6.3 被动式热释电红外探头的工作原理及特性：人体的体温一般在37，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。该探头具有如下特点：1、由于这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射必须非常敏感。2、为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。3、被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。4、一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。5、根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。2.7 51系列单片机的内部组成2.7.1 51系列单片机：AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机内包含下列几个部件： MCS51系列单片机的典型芯片是89C51，所以以89C51为例来介绍MCS51系列单片机。8 位的 CPU，片内有振荡器和时钟电路,工作频率为112MHz（Atmel 89Cxx为024MHz） 片内有 128/256字节 RAM 片内有 0K/4K/8K字节 程序存储器ROM 可寻址片外 64K字节 数据存储器RAM 可寻址片外 64K字节 程序存储器ROM 片内 21/26个 特殊功能寄存器（SFR） 4个8位 的并行I/O口（PIO） 1个 全双工串行口（SIO/UART） 2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER） 可处理 5/6个中断源，两级中断优先级 内置1个布尔处理器和1个布尔累加器（Cy） MCS-51指令集含 111条指令2.7.2 89C51单片机的内部组成: 图2.3画出了89C51单片机的内部系统组成的基本框图： 外时钟源 外部事件计数2X16位定时/计数器时钟电路4KB ROM 256B RAM89C51 单片机中断控制串行接口并行接口64KB 总线控制器 内中断INT0 INT1 控制 并行口 串行通讯图2.3 MCS51单片机系统组成基本框图由图2.3可以看出，MCS51系列单片机89C51是由中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出（I/O）口电路、定时器/计数器等若干部件组成，再配置一定的外围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系统。2.7.3 89C51单片机引脚及功能:共40条引脚，分为端口、控制、电源三类：(1) 端口线：4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。P0口（P0.0 P0.7）:多功能端口，用于传输数据、地址。P0口在传输数据信息时，输入带缓冲、输出带锁存，使用非常方便。P1口（P1.0 P1.7）：单功能端口，用于数据输入/输出传输。P2口（P2.0 P2.7）：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。P3口（P3.0 P3.7）：多功能端口，用于传输控制信息或作为普通I/O端口。传输控制信息时：P3.0：RXD，串口输入P3.1：TXD，串口数出P3.2：INT0，外部中断0输入P3.3：INT1，外部中断1输入P3.4：T0，计数器0输入P3.5：T1，计数器1输入P3.6：WR，“写”控制信号线P3.7：RD，“读”控制信号线(2) 电源线：共2条，VCC、VSS(GND)。(3) 控制线：共6条，传送控制信号。ALE：地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据/地址信息，ALE=0/1：数据/地址。EA：允许访问外程序存储器。EA=0/1：片外/片内存储器有效。PSEN：片外ROM选通。RST：芯片复位线。XTAL1、XTAL2：外接石英晶体输入线。图2.4为89C51单片机的引脚图：图2.4 89C51单片机引脚结构2.8 RS485接口:RS485采用差分信号负逻辑，2V6V表示“1”，- 6V -2V表示“0”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。 主要特点为：单+5V电源供电；低功耗时工作电流120500uA，静态电流120uA；关闭方式，由低电流关机模式，静态电流为0.1uA；驱动器有过载保护功能；共模输入电压范围-7+12V。RS485总线电气性能如下表2.1所示：表2.1 RS-485总线具体参数性能指标RS485总线工作模式差分传输（平衡传输）允许的收发器数目32（受芯片驱动能力限制）最大电缆长度4000英尺（1219米）最高数据速率10Mbps最小驱动输出电压范围1.5V最大驱动输出电压范围5V最大输出短路电流250mA最大输入电流1.0mA/12Vin驱动器输出阻抗54欧输入端电容50pF接收器输入灵敏度200mV接收器最小输入阻抗12k接收器输入电压范围-7V +12V接收器输出逻辑高200mV接收器输出逻辑低2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。 图3.12为DS1302的引脚功能图：图3.12 实时时钟电路3.10 液晶显示模块设计：12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。图3.13为12864模块的引脚结构及其与单片机的连接：图3.13 12864引脚结构和接口3.10.1 12864模块引脚说明：12864点阵液晶显示模块（LCM）就是由128*64个液晶显示点组成的一个128列*64行的阵列。每个显示点对应一位二进制数，1表示亮，0表示灭。存储这些点阵信息的RAM称为显示数据存储器。要显示某个图形或汉字就是将相应的点阵信息写入到相应的存储单元中。图形或汉字的点阵信息由自己设计，问题的关键就是显示点在液晶屏上的位置（行和列）与其在存储器中的地址之间的关系。由于多数液晶显示模块的驱动电路是由一片行驱动器和两片列驱动器构成，所以12864液晶屏实际上是由左右两块独立的64*64液晶屏拼接而成，每半屏有一个512*8 bits显示数据RAM。下表3.1所示具体说明了12864模块的引脚结构：逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V电源地(GND)：0V工作温度(Ta)：060(常温) / -2075（宽温）表3.1 12864模块引脚说明引脚号引脚名称功能说明1 VCC模块的电源地2 VDD 模块的电源正端3 VLLCD驱动电压输入端（调对比度） 4 RS(CS) 并行的数据（H）/指令（L）选择信号（串行的片选信号） 5 R/W(SID) 并行的读（H）/写(L)选择信号（串行的数据口） 6 E(CLK) 并行的使能信号（串行的同步时钟） 7 DB0 并行数据0 8 DB1 并行数据1 9 DB2 并行数据2 10 DB3 并行数据3 11 DB4 并行数据4 12 DB5 并行数据5 13 DB6 并行数据6 14 DB7 并行数据7