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1、 基于单片机控制的红外报警器的设计吴业旋（德州学院物理系，山东德州253023）摘 要 基于单片机控制的红外报警器以AT89S51单片机为核心，主要由可通过发射电路发射的红外线被遮挡时控制报警系统报警, 通过单片机控制报警电路的运行，并能同时进行声光报警，用红外线收发管进行检测，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较确定的情况下。采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，有着广阔的市场前景。关键词 AT89S51； 红外传感器； 数据采集； 报警电路1 绪论 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不
2、断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。 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。就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：（一）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，很容易失报和误报，其可靠性低。（二）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。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时若遮住了光也会引起误报，所以这种
3、报警器的可靠性也不高。还有，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。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。 2 系统方案与论证 为了能够设计出一种制作简单、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、安全可靠红外线报警系统，本设计给出了二种方案。2.1 方案论述方案一：本红外防盗系统以AT89S
4、51单片机为核心，外接热释电红传感器，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警，同时通过显示电路显示出报警次数。该设计包含如下结构：热释电红外传探头电路、报警电路、单片机、复位电路、LED显示控制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： CPUAT89S51复位电路信号检测电路LED数字显示报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动驱动图2.
5、1 系统框图方案二：该系统以单片机AT89S52系列为核心，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。在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。系统原理框图如图2.2所示：红外线发射电路声光报警电路CPUAT89S52反相器红外接收电路电源电路图2.2 系统框图2.2 方案比较方案一使用的控制器为AT89S51单片机，方案二使用的控制器为AT89S52单片机，没有数据存储功能。与方案二的单片机相比较，AT89S51单片机功耗低，性能高而且成本不高，并且完全能够满足本方案的需求。综上所述，根据对二种方案
6、的比较以及对设计的红外报警系统成本低廉，精确度较高，抗干扰能力强，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定的要求，选择方案一来设计本红外报警系统。3系统硬件设计3.1控制器模块本设计的控制器模块选用AT89S51，AT89S51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
7、场合，可灵活应用于各种控制领域。(1) 标准功能：4k 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 IO 口线，看门狗（WDT），两个数据指针，两个 16 位定时计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。(2)在外部结构上，AT89S51单片机和MCS-51系列单片机的结构
8、相同，有三种封装形式，分别是PDIP形式，为40针脚； PLCC形式，为44针脚；TAFP形式，也为44针脚。其中，常用的为PDIP形式，如图3.1所示。图3.1 AT89S51的引脚图3.2信号检测与放大模块 针对红外辐射信号的探测，设计了一种实用化的基于单片机AT89S51检测放大电路。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，然后经放大电路将电信号放大传给单片机。电路图如图3.2所示： 图3.2 信号检测与放大电路3.3 LED显示模块针对报警次数的显示，设计了一种实用化基于单片机ATS51的LED显示电路。此电路实现的功能是显
9、示报警次数信号。当查询P1.0有高电平时，进行报警处理，7段LED数码管显示报警次数，当报警次数超过10次，清零。同时通过P3.0和P3.1口设置进行声光报警。电路图如图3.3所示：图3.3 LED显示电路3.4 报警执行模块针对声光报警实现，设计了一种实用化基于单片机AT89S51报警执行电路。此电路接受单片机传送来的电平信号，驱动声光报警从而达到报警效果。驱动电路通过P3.1口将高电平信号送至放大电路然后传给声音报警设备LS（蜂鸣器），从而达到声音报警的效果。电路图如3.4所示：图3.4 执行报警电路3.5 手工暂停模块 针对中断系统的显示，设计了一种实用化基于单片机AT89S51的手工暂
10、停电路。该电路可通过按按钮S1能够实现手工解除警报信号。电平信号经放大电路到声光报警器后，当报警延时10s一段时间后会自动解除，同样也可以通过按下zanting键，单片机接收INT0的中断信号，调用INT0中断子程序，从而解除报警。电路图如图3.5所示：图3.5 手工暂停电路 3.6 晶振与复位模块通过振荡得到一个稳定的时钟频率。利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。电路图如图3.6所示： 图3.6 晶振/复位电路4系统软件设计4.1主程序设计按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图4.1所示： 入口 初始化 监测外部有无信号输入 N
11、Y 显示报警的次数且启动声光报警电路开始报警 声光报警是否持续10秒N声光报警结束，LED显示出报警次数 Y 是否还有检测信号等待下次报警 Y N结束图 4.1 主程序工作流程图4.2定时中断程序设计手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图5.2所示： 中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO/端有输入信号关闭报警 恢复现场、关中断 中断返回 图 4.2 中断服务程序工作流程图5结论本课题研究设计了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89S51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射
12、，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰，平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警，同时通过显示电路显示出报警次数，以便人们识别了解报警情况。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和机通信，便于多用户统一管理。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。参考文献
13、1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报, 2001.2 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余锡存. 单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000.4 李全利. 单片机原理及接口技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.5 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.6 楼然苗. 51系列单片机设计实例.北京：北京航空航天大学出版社,2006.7 刘仁宇. 单片微型计算机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社,2003.8 马忠梅. 单片机外围电路设计 北京：北京航
14、空航天大学出版社,2005.9 黄智伟. 传感器应用设计实例制作.北京：电子工业出版社 ,2006. 10 Philips. Augest.PDIUSBDI2 DataSheetEB, 2000.Design of the Infrared Alarm Which Based on the Microcontroller Abstract The system is a infrared anti-theft alarm controlled by single-chip AT89S51, including infra-red part of the launch, part of the
15、infrared receiver, microcontroller, as well as part of sound and light alarm. The system will alarm when infrared ray has been blocked , through the single-chip microcomputer to control the operation of alarm circuit, and at the same time sound and light alarm, with infrared transceiver test tube, i
16、nstall hidden, can not easily be found; detection signal using pulse signal, energy-saving and anti-jamming. This system can detect a certain person within the scope of the intrusion, security can be applied to determine the scope of the case. Designed using this method of anti-theft alarm and detec
17、tion in a cost-effectiveness of low-cost best advantages, has broad market prospects.Key words AT89S51；infrared sensor；data collection；alarm circuit 附录附录1 程序1. 主程序清单如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H ;指针入口地址 SET
18、B P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;监测输入信号，是否有输入信号 LA: ACALL DELAY ;延时消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1;10S钟定
19、时: MOV 51H,#14H ;10S循环次数 MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定时初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;启动T0 L2:JBC TF0,L1 ;查询记数溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S继续循环 SETB P3.0 ;10s到关闭报警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;报警结束，正常运行绿指示灯亮 LJMP LP ;循环,继续工作 2. 外部中断INTO服务程序： PINT0: CLR EX0 ;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;监测是否有中断输入 LN: LCALL DELAY ;延时消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使报警结束，绿指示灯亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;开放外部中断0 LCALL LP ;在中断继续检测是否有输入信号 LN2: RETI END附录2 系统总电路图附录3 仿真原理图15