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文档简介

1、 主动式报警系统的设计摘 要 本设计是基于单片机AT89S52控制的主动式红外线报警器,主要由红外线发射局部、红外线接收局部、单片机以及声光报警局部组成,系统可以通过红外线发射电路发射红外线信号,当红外线信号被遮挡时,接收电路接收不到红外线,此时,单片机就会驱动声光报警电路进展报警。系统用红外线收发管进展检测,报警装置安装隐蔽,不宜被发现,且红外线信号采用脉冲信号,节能且抗干扰,这个主动报警电路具有很好的稳定性、较强的实用性,适用于较多的场合,有着广阔的市场前景,故设计意义很重要。关键词 单片机AT89S52; 报警器; 主动1 绪论课题研究的背景近年来,随着电子电器的飞速开展,人民的生活水平

2、有了很大的提高,各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有,然而一些不法分子也越来越多,大局部人的防盗意识还不够强,造成偷盗现象屡见不鲜,因此防盗,平安等话题已成为我们越来越关注的一个话题。现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的平安程度,有效保证了居民的人身财产平安。由于红外线是不见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、戒备等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器。还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外

3、线声先报警器6防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统,一般由探测器报警器、传输系统和报警控制器组成。探测器检测到意外情况就产生报警信号,通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号7。探测器报警器的种类很多,按所探测的物理量的不同,可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式;按电信号传输方式不同,又可分为无线传输和有线传输两种方式8。由于红外线是不见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、戒备等安保装置中得到了广泛的应用,这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题,但是市场上的报警器大局部都是用于一些大公司财政机构,价格高昂,一般人们难以承受。

4、1.2 课题研究的意义当前,防盗、平安等话题已成为我们越来越关注的一个话题。红外报警器在社会中广泛应用,对于预防盗贼、实时监控具有重要意义,极大的减轻了人的工作负担,保障了社会的安定和谐。各国对红外线技术的研究促使红外线技术应用到很多高科技领域,红外线技术结合单片机技术制作的红外防盗报警具有很广阔的研究背景,单片机使得报警功能越来越智能化、人性化,可以实现人们的各种防盗报警要求。红外线报警器分为主动式和被动式两种。其中,主动式红外线报警器,是报警器主动发出红外线,红外线碰到障碍物,就会反弹回来,被报警器的探头接收。如果探头监测到红外线是静止不动的,也就是不断发出红外线又不断反弹的,那么报警器就

5、不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候,探头就会检测到有异常,就会报警。而被动式 HYPERLINK t _blank 报警器少了一项功能,就是不能主动的发射探测信号,只能被动的探测障碍物发出的信号,接收到当到达一定阀值即报警。主动式红外探测器是由收、发装置两局部组成。发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线,当被遮断时,接收装置即发出报警信号,因此,它也是阻挡式报警器,或称对射式探测器。通常,发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号,经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线,通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束

6、,射向接收端。接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号,经整形放大后推动执行机构启动报警设备。主动式红外报警器有较远的传输距离,因红外线属于非可见光源,入侵者难以觉察与躲避,防御界限非常明确。该装置不受白天黑夜及气候的限制,无论何时何地都有其特有的使用价值,并且因具有造价低廉、性能稳定可靠、通用性强等特点,颇受人们喜爱2。本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89S52单片机控制的电路来设计一个主动式红外线报警系统,期望到达方便、使用的效果。2 总体设计方案该系统以单片机AT89S52系列为核心,采用红外线发射二极管和红外线

7、接收二极管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作,在CPU程序运行以后控制输出口电平,使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进展报警。具体过程如下:采用单片机AT89S52,直流可调开关MC34063,反相器74LS14D等芯片。主动式红外线报警器就是通过电源电路将220V交流电经变压器降压,整流器整流,电解电容滤波,直流开关电源稳压,最后提供稳定的+5V电压给整个电路。其中AT89S52的为输出口,为输入口,P1口连接红外线发射电路,P1口为低电平时,红外线发射电路正常发射红外线。P3口输入经接收电路接收并由反相器反相电平,当电平到达CPU后,假设各口均为低电平,那么CP

8、U不作任何反响,即报警器不会报警;而当红外线被认为挡住,接收电路无法接收到红外线时,P3输入口就会输出高电平,此时当一定的时间内检测到位于不同位置的红外线被阻挡时,口就会输出报警信号,驱动声光报警电路报警。声光报警电路由于受口输出的上下电平间隔1S的脉冲信号控制,扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。同时,口输出的上下电平间隔1S的脉冲信号经电阻加到发光二极管上,使二极管发光,到达声光同时报警的效果。系统原理框图如图2-1所示3。电源电路红外线发射电路声光报警电路反相器 红外线接收电路单片机图2-1 系统方框图3 系统硬件电路设计单片机P1口与红外线发射电路相连,P3口与红外线接收电路相连,口

9、连接声光报警电路输出方波脉冲信号驱动声光报警。X1、X2管脚与晶振相连,用于定时计数,以形成1S周期的方波脉冲信号。 单片机控制局部电路本系统是采用芯片AT89S52作为核心控制,AT89S52是一个低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8KB在系统可编程Flash存储器,使用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚构造。芯片内集成了通用8位中央处理器和系统可编程Flash,使得AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案4。3.1.1 AT89S52的主要性能以及标准功能1主要性能:与MCS-51单片机产品兼容 8K字节

10、在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期 全静态操作:0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 8个中断源 全双工串行通道 低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符2标准功能:AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间,支持最大64K外部存储扩展。片内资源有4组I/O控制端口、把关定时器、2个数据指针、3个16位定时器/计数器、8个中断、全双工串行口、片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52具有两种择节电工作模式,为空闲模式等待模式和掉电模式停机模式。空闲模式下,CPU停顿工作,但中断、

11、串行口和定时器/计数器可以继续工作。总之,CPU进入空闲状态后是不工作的,但各功能部件保持了进入空闲状态前的内容,且消耗功耗少。掉电保护方式下,振荡器停振,片内所有功能部件停顿工作,但RAM内容被保存,直到下一个中断或硬件复位为止5。 单片机芯片的引脚功能单片机芯片AT89S52的引脚构造如图3-1所示:图 3-1 AT89S52的引脚构造图各主要管脚介绍如下:1电源线 2条VCC: +5V电源GND: 接地2并行端口 4个P0口:P0口是一个8位漏极开路双向I/O口,能直接用于对外部存储器的读/写操作,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。P1口:P1口是一个具有

12、内部上拉电阻的8位双向I/O口,专门供用户使用。P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。此外,和分别作为定时器/计数器2的外部计数输入计数器/定时器2的触发输入。P2口: 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。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时,P2口送出高8位地址。在Flash的编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口:P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/0口,该口的每一位均独立地定义为第一I/O功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口,P3口第二功能如下:P3.0 RXD 串行输入

13、端P3.1 TXD 串行输出端P3.2 INT0 外部中断0请求输入端,低电平有效P3.3 INT1 外部中断1请求输入端,低电平有效P3.4 T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端P3.5 T1 定时器/计数器1计数脉冲输入端P3.6 WR 外部数据存储器写选通信号输入端,低电平有效P3.7 RD 外部数据存储器读选通信号输入端,低电平有效63控制线 6条RST:复位输入,晶振工作时,RST脚出现2个机器周期以上高电平将使单片机复位。看门狗计时完成时,RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊存放器AUXR地址8EH上。ALE/PROG:地址锁存允许/编程线,配合P0口引脚的第二功能使用。在访问

14、片外存储器时,ALE地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。在一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每次访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲PROG。如有必要,可通过特殊功能存放器SER区中的8EH单元的D0位置位制止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE制止位无效。PESN:程序存储允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52由外部程序存储器取指令

15、或数据时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器时,将跳过两次PSEN信号。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号,欲使CPU仅访问外部程序存储器地址为0000HFFFFH,EA必须保持低电平接地。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端;XTAL2:振荡器反相放大器的输出端7。 单片机AT89S52的最小系统本设计采用的是12MHz的晶振,晶振连接单片机引脚X1、X2,构成时钟电路,它向单片机提供一个基准的震荡定时信号;复位电路的按键开关的一端接单片机的9管脚,使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态开场工作;电源电路为后面的电路

16、提供+5V的电压。其中单片机、复位电路、晶振电路、电源构成单片机的最小系统8,单片机控制的局部电路如图3-2所示:图3-2 单片机控制的电路3.2 发射电路局部红外线发射电路主要由D7D12六个红外线发射二极管组成,它的外形和发光二极管LED相似,它是可以将电能直接转换成近红外光,用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时,受控装置中均有相应的红外光一电转换元件,如红外接收二极管。红外线发射二极管的负极依次接到单片机口,当电源接通时,单片机的P1口设为输出状态,当P1口输出均为“0时,各个二极管均为导通状态,发出红外线信号,覆盖包括了接收电路的一定区域。正常情况下没有遮挡时P1口输出为00H。

17、发射二极管在使用时,须由电流驱动,在进展设计时,最重要的是对驱动电流IF的控制,驱动电流太大会使元件烧毁,驱动电流太小那么会使发射束就会变小。通过查阅资料可知IF(max)在20mA左右,通过计算可得限流电阻的最小值为200欧,本电路选取470欧,如图3-3所示10。 图3-3 红外线发射电路电路图 接收电路局部红外线接收电路主要由D1D6六个红外线接收二极管组成,主要功能是用来接收D7D12发射出来的红外线信号,正常情况下能够成功接收,如果有人闯入,那么红外线将会被中断,接收不到,此时应当由单片机控制声光报警电路进展报警。具体电路连接:D1D6六个红外线接收二极管的负极与反相器芯片74LS1

18、4D的A1A6脚相连接,它起到一个上下电平转换的作用,当没有遮挡时接收管正常接收到红外线信号时并导通,+5V电源通过D1D6的正极加到反相器74LS14D的输入端,进展反相为低电平,输出管脚Y1Y6接单片机的到脚,这时的口为低电平;而当有人闯入使红外线信号被遮挡时,接收管截止,反相器输入端为低电平,反相后输出高电平,这时的单片机的口为高电平。当在一定的时间内检测到位于不同位置的光被遮挡时,那么由口输出上下电平间隔为1S的脉冲报警信号,此脉冲信号驱动声光报警电路报警,直至断开开关。红外线接收电路如图3-4所示11。图3-4 红外线接收电路电路图3.4 电源电路局部电源开关送入220V经过保险丝后

19、送入变压器,保险丝起保护电路的作用18。变压器L1将220V的交流电源经磁场耦合转换成12V的交流电源,四个全波整流二极管将12V交流源整流为直流12V电源提供应后面电路,由电容组成的滤波电路滤除整流后的电源频率较高的干扰纹波,本设计采用直流开关电源MC34063,相当于三端稳压器进展稳压,转换出5V电源为后端供电,具体工作过程:经整流、滤波的12V电源,经直流开关电源U1跟后面读不通第6脚供应电源,1、7、8脚为电源芯片的比拟输入端,RA为大功率限流电阻,TL1为功率电感,电源经TL1的2脚输出,D17为快速开关二极管,C1/BC3组成电容滤波电路。如图3-5所示。图3-5 电源电路电路图3

20、.5 声光报警电路局部声光报警电路与单片机口相连,当单片机的口输出一系列脉冲方波时,开场驱动报警电路报警。声光报警电路局部主要由发光二极管和蜂鸣器组成,当报警开场时,P3.7 脚输出的脉冲信号经电阻加到发光二极管上,使发光二极管闪烁发光,同样蜂鸣器发出声响,因此实现了声光并用,同时报警。声光报警局部电路图如图3-6所示。图3-6 声光报警局部电路图4 系统的软件设计系统的软件设计,主要集中在单片机功能流程的设计上,要监视是否有人闯入,信号接收是否中断、如何控制声光报警等。程序流程图的设计遵循由上而下的原那么,即从主体逐步细分到每一个模块的流程。主程序、脉冲信号产生程序、中断效劳程序存放在AT8

21、9S52单片机中,整个程序设计思想是当检测到有人闯入时,就由口输出上下电平间隔为1S的脉冲信号去驱动声光报警电路。这可以通过使口每隔1S取反一次实现。而1S时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。用存放器R1做循环计数器初值为10。采用中断方式编程,整个程序由主程序和中断效劳程序两局部组成12。1系统主程序流程主程序的功能:起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线信号的接收是否中断14。主程序的流程图如图4-1所示。程序开场后,系统初始化完毕后判断是否有人闯入,假设有那么报警,假设无那么回到上一级继续判断是否有人闯入。开场系统初始化有人?转向报警程序YESNO图4-1 主程序流程图2脉

22、冲信号产生程序流程主要功能:通过定时100ms等待,并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号,重复此过程,最终得到一列1S周期的方波脉冲信号,最终此列脉冲信号由单片机口输出与报警电路连接驱动发光二极管以1S频率闪动和蜂鸣器鸣叫报警。其主要流程如图4-2所示。确定有人等待至时间到定时100ms等待时间到吗?转向报警程序YESNO图4-2 脉冲信号产生程序流程图3中断效劳程序主要功能:判断定时1S是否完成,从而决定是否对口取反。中断子程序流程图如图4-3所示。保护现场重设定时初值中断返回恢复现场1s到了吗?NOYES图4-3 中断效劳程序框图5 系统的性能分析此系统属于主动式红外线

23、报警系统,主要由系统自发发射接收红外线信号,由发射电路局部通过红外线发射管发射红外线信号,然后通过红外线接收电路中的红外接收管接收红外线信号,正常的情况下,发射与接收活动正常进展,一旦有人闯入,就会使得接收中断,此时就通过线路连接反映给单片机系统电路,通过软件设计局部来使单片机及时掌握是否有人闯入使信号接收受阻的信息,从而控制报警器电路的发光二极管与蜂鸣器局部同时进展声光报警。结果证明,该系统所使用的都是一些新型实用的芯片,性能优良价格廉价,可以应用于很多密闭以及高度保密重防的空间,而且软件设计方面也十分简单,原理简单易懂,安装和使用起来都非常方便,适合于开发实用型的报警器。结论本次设计结合单

24、片机、红外线发射电路、红外线接收电路、电源电路以及声光报警电路,构建了一个基于单片机AT89S52控制的主动式红外线报警系统,主要是采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作。当红外线发射电路发射的红外线信号被遮挡,红外线接收电路接收不到红外线信号时,通过单片机控制报警电路的运行,驱行声光报警电路进展报警,用红外线收发管进展检测,通过分析得出这个报警装置具有安装隐蔽,不易被发现;探测信号采用脉冲信号,节能且抗干扰。系统可以探测到一定范围内的人的闯入, 可以应用在安防范围比拟确定的情况下。采用这种方法设计的防盗报警器具有本钱廉价和探测效果好的优点,实际运用

25、方便,有着广阔的市场前景,对于提高人们的平安水平具有积极的作用。但由于时间仓促和自己能力有限,可能此系统还存在一些有待探讨和完善的地方。例如环境温度、元件制造工艺、社杯制造工艺、使用时间、储存时间以及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化,会造成系统障碍,产生误报;另外,报警器安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面也可能会引起系统的误报警。可能在实际应用的过程中,也会产生误报,例如有老鼠或宠物在防范区出没,这些都有待于继续研究并改善。此外,通过这次设计,更加深入的理解和掌握了这方面的知识,同时也对本科阶段这四年的学习做了进一步的总结,更加明确了自己的方向和目标。在设计过程中,对设计的

26、流程和步骤也有了清晰的认识,自己也学到了许多新的知识,获得了许多感悟和心得,为以后的学习和研究打下了坚实的根底。参考文献1 张云.电子技术在安防中的应用.电子世界,2021:8-11.2 刘长文,赵玮等.?红外线光电报警器的研究?.2006年,第32卷增刊,269-270.3 AT89C51的智能无线安防报警器.电子设计应用,2003:49-51.4 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2004:49-70.80C51单片机根底教程. 北京: 北京航天航空大学出版社,2006:20-26.6 刘坤,郑锋等.51单片机应用系统典型模块开发大全.北京:中国铁道出版社,2021:

27、500. 7 丁元杰.单片微机原理及应用. 北京: 机械工业出版社,2003:16.8 方然.AT89S52的几种应用.北京:北京邮电大学学报,2007:33-34.9 周国雄,晏密英.单片机应用系统设计精讲.北京:中国铁道出版社,2021:80. 10 童诗白,华成英.模拟电子技术根底. 北京:高等教育出版社,2006:3.11 张庆双.实用电路速学速用宝典. 北京: 机械工业出版社,2021:33.12 郭天祥.单片机C语言教程.北京:电子工业出版社,2021:10-20.13 .Introdution to Electronic Circuit Design.2004:38-45.14

28、Muhammad HRashid.Microelectronic Circuits:Analysis and Design.2002.15 Monroe Schlessinger,Irving J.Spiro.Infrared technology fundamentals.New York,2000.Design of the active alarm systemLi Jiao(College of Physics and Electronic Information, Dezhou University, Dezhou, 253023)Abstract The system is a a

29、larm controlled by single-chip AT89S52, including signal part of the launch, part of the signal receiver, microcontroller, as well as part of sound and light alarm. The system will alarm when detection signal has been blocked , through the single-chip microcomputer to control the operation of alarm

30、circuit, and at the same time sound and light alarm, with signal transceiver test tube, install hidden, can not easily be found; detection signal using pulse signal, energy-saving and anti-jamming,this alarm circuit has great stability. Else,this circuit has strong utility and broad market prospects,which is suit for more scenes. Designed using this method of a

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