通信工程毕业设计（论文）-基于AT89C51单片机的实验室防盗报警系统的设计.doc

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1、毕业设计说明书 实验室防盗报警系统的设计 学生姓名： 学号： 系 别： 专 业： 指导教师： 2010 年 6 月 信息与通信工程系 通信工程 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 实验室防盗报警系统实验室防盗报警系统 摘摘 要要 随着科学技术的迅猛发展，现代生活水平也随之提高，人们更希望在一种安 全、舒适的环境下生活。然而不法分子的手段也在不断进步，传统防盗手段明显 不能满足人们的需要。 本文介绍了一种实验室防盗报警系统的设计，该系统是以 AT89C51 单片机为 控制核心，采用热释红外传感器和自动拨号系统实现防盗报警。该系统具有结构 简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠、

2、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可 靠、安装隐蔽等特点，可用于实验室或家庭防盗报警。 关键词关键词：单片机，报警，自动拨号，传感器 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 The system of laboratory anti-theft alarm Abstract With the rapid development of science and technology，the level of peoples life will also be improved in modern time, that people hope live in a safe and comfo

3、rtable living environment. However, the means of crime elements are also continuously progressing. Obviously, the traditional means of security can not meet peoples needs. The article introduces a design of Laboratory Anti-theft alarm system. The system used AT89C51 microcontroller as the core of co

4、ntrol, used heat spread infrared rays sensor as sensor, used automatic dial-up system as alarm. It is simple, inexpensive and easy to be operated, anti-interference capability and secure, and the automatic dial-up alarm function can be used into laboratory and family as the alarm system. Keywords: m

5、icrocontroller, alarm, automatic dial-up, sensor 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 I 页 共页 目目 录录 1 引言 1 1.1 本课题的研究意义 1 1.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态 1 2 系统总体介绍 3 2.1 入侵探测器介绍 3 2.1.1 红外探测器 3 2.1.2 微波探测器 5 2.1.3 玻璃破碎探测器 6 2.1.4 电容变化探测器 7 2.2 微控制器介绍 7 2.2.1 AT89C51 芯片介绍.7 2.2.2 AT89C51 主要特性参数.8 2.2.3 AT89C51 的管脚介绍.8

6、 2.2.4 AT89C51 振荡器特征10 2.2.5 AT89C51 的时钟特性11 2.2.6 AT89C51 功能特性概述11 2.3 执行电路 .12 3 系统硬件电路设计 .13 3.1 热释电人体红外线传感器 .13 3.1.1 热释电人体红外线传感器的工作原理 .13 3.1.2 热释电人体红外线传感器的主要性能参数 .14 3.2 测量及放大电路设计 .14 3.3 热释红外传感信号专用集成电路设计 .15 3.3.1 专用集成电路芯片 BISS0001.15 3.3.3 BISS0001 工作原理.17 3.3.4 BISS0001 应用电路设计.18 中北大学信息商务学院

7、 2010 届本科毕业设计说明书 第 II 页 共页 3.4 “看门狗”复位电路 .19 3.4.1 “看门狗”的工作原理 .19 3.4.2 DS1232 的功能特性.20 3.5 工作指示及声光报警电路设计 .21 3.6 自动拨号系统 .22 3.6.1 MT8888 的介绍.22 3.6.2 MT8888 的工作原理.23 3.6.3 MT8888 的接口.26 3.6.4 MT8888 与单片机接口电路设计.26 3.6.5 电话线接口电路 .27 3.7 语音电路 .28 3.7.1 ISD1420 语音芯片29 3.7.2 ISD1420 引脚功能描述29 3.7.3 地址输入端

8、的工作模式 .30 3.7.4 ISD1420 语音电路设计30 3.8 显示电路 .31 3.9 电源电路的设计 .33 4 报警系统软件设计 .34 4.1 系统主程序设计 .34 4.2 PROCESS 控制模块设计35 4.3 自动拨号模块程序设计 .36 4.3.1 信号检测 .36 4.3.2 DTMF 拨号程序设计.37 5 系统的调试及运行 .38 5.1 系统的硬件电路调试 .38 5.2 系统的软件调试 .38 6 结论 .40 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 III 页 共页 附 录 41 参 考 文 献 42 致 谢 44 中北大学信息商务学院

9、 2010 届本科毕业设计说明书 第 1 页 共 44 页 1 1 引言引言 1.11.1 本课题的研究意义本课题的研究意义 随着社会的不断进步和科学技术经济的不断发展，人们的安全意识也逐渐加 强，但是一些不法分子的手段也在改变，传统防盗手段明显不能满足人们的要求， 而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于普通实验室， 中小企业和家庭。针对此类现象，研究设计了一种基于单片机控制的智能防盗报 警系统，具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠，抗干扰能力强， 灵敏度高，安全可靠安装隐蔽等特点。它利用 AT89C51 系列单片机的强大功能和 可扩充性为后盾，能够快速报警保护

10、人民生命财产的安全1。 1.21.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态防盗报警系统的研究状况以及发展动态 在国内防盗报警最初被应用于博物馆，20 世纪六十年代主要采用的手段是声 音报警，通过罪犯行窃时发出的声音作为报警信号，值班人员听到声音后再采取 相应的措施。随着科学技术的发展，1982 年公安部和公安部第一研究所，根据当 时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超 声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术 提高到一个新水平。1984 年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发 展迅速。特别是 84 年为了加强庆祝国庆 35

11、周年的安全保卫工作，在天安门广场 建立了电视监控工程，从此以后电视监控技术便进入到防盗报警系统中和城市交 通安全管制中，提高了系统功能。 在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多 媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技 术同时处理多种信息，并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻 辑联系，集成为一个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警 情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、 可靠、灵活的系统功能2。 目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如:早期的美国安定保、 C国内

12、防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取 得长足发展也是在 2000 年以后，特别是在 2004 年国内有些厂商迅速成长，投资 规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。 现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的 国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近 80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美 国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能 完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。 随着现代高新技术的发展和进步，以及安防各行业的共同努

13、力，防盗、防非 法入侵报警系统必将为营造安全、舒适的工作和生活环境，为保障公共安全、维 护社会稳定、构建和谐社会发挥更大的作用，并从中得到更大的发展3。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 3 页 共 44 页 2 2 系统总体介绍系统总体介绍 本系统主要由入侵探测器、控制器和执行电路组成。探测器主要是对入侵信 号的探测，微控制器是系统的核心部分，主要对入侵信号处理并控制执行电路， 执行电路是系统的实现部分，包括报警系统、自动拨号系统、语音系统等。系统 框图如图 2.1。 微控 制 器 入侵探 测 器 执 行 电 路 图 2.1 系统框图 2.12.1 入侵探测器介绍入侵

14、探测器介绍 随着不法分子犯罪手段的不断改变，对于报警系统的要求也不断提高，尤其 是探测器的准确度、隐蔽性和抗破坏性的提高尤为重要。目前探测器的种类繁多， 主要有红外探测器、微波探测器、玻璃破碎探测器、超声波探测器、电容变化探 测器等。 2.1.1 红外探测器 它是根据人体红外光谱原理，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红 外线射束时，形成红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过 40 毫秒时，接收端的蜂鸣器会产生现场提示音，报警信号输出电路即向主机发出无 限报警信号。红外探测器有主动式红外探测器、被动式红外探测器两种。 (1)主动式红外探测器 主动红外探测器由红外发射机、红外接

15、收机和报警控制器组成。分别置于收、 发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束 的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有 人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号 的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器 遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮 挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响， 而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 4

16、 页 共 44 页 所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对 一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于 博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封 锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等4。 主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置 的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不 是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰 墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变 化或红外发射光束和反射光束之一被阻

17、挡而使接收机无法接收到红外反射光束时 发出报警信号。 (2)被动式红外探测器 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是 恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发 射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适 应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体 红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。 被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。 被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警 控制器等部分组成。其核心是不见光红外探测器件

18、，通过关学系统的配合作用可 以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是 814m，人体辐射的红外峰值波长约为 10m，正好在范围以内。 被动式红外探测器（Passive Infared Detector，PIR）根据其结构不同、警戒范 围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束 PIR 采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传 感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在 5以下，但作用距离较远， 可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、 通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚

19、焦式光学系统，目前大都采用红 外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型， 若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 5 页 共 44 页 立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较 多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。 下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐 射干扰。多波束型 PIR 的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于 90，垂 直视场角最大也可以达到 90，但作用距离较近。所有透镜

20、都向内部设置的热释电 器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。 红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不 能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将 引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安 装在顶棚上向下 360范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵 都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛 使用5。 2.1.2 微波探测器 微波探测器分为雷达式和墙式两种。 (1)雷达式微波探测器 雷达式是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应

21、。 微波的波长很短，在 1mm1000mm 之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到 移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率 会产生微小的偏移。此时可认为报警产生。 采用多普勒雷达的原理，将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应 管作微波固态振荡源，通过与波导的组合，形成一个小型的发射微波信号的发射 源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源 耦合回来的信号混频，从而得到一个频率差，再送到低频放大器处理后控制报警 的输出。微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属 材料都可穿透。所以一般安装不能面对室外，以免室

22、外有人通过引起误报。金属 物体对微波反射较强，在探测器防范区域内不要有大面积物体存在，如铁柜等。 否则在其后的阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞。多个微波探测器安装在 一起时，发射频率应该有所差异，防止交叉干扰产生误报。另外，如日光灯、水 银灯等气体放电光源产生的 100Hz 调制信号由于在闪烁灯内的电离气体容易成为 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 6 页 共 44 页 微波的运动反射体而引起误报。探测器对警戒区域内活动的目标的探测范围是一 个立体防范空间，范围比较大，可以覆盖 6090 的水平辐射角，控制面积可达几 十到几百平方米。雷达式微波探测器的发射能图与所采

23、用的天线结构有关，采用 全向天线（如 1/4 波长的单极天线）可产生圆球形或椭圆形的发射范围，这种能 场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线(如喇叭天线)可以产生宽泪 滴形或有窄又长的泪滴形能图，适合保护狭长的地点，如走廊或通道等。 (2)墙式微波探测器 墙式微波探测器利用了场干扰原理或波束阻断式原理，是一种微波收、发分 置的探测器。墙式微波探测器由微波发射机、发射天线、微波接收机、接收天线、 报警控制器组成。微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束，工作频率通 常选择在 9 至 11GHz，微波接收天线与发射天线相对放置。当接收天线与发射天 线之间有阻挡物或弹出目标时，由于破坏了

24、微波的正常传播，使接收到的微波信 号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。墙式微波探测器 在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百 米、宽 2 到 4 米、高 3 到 4 米，酷似一道围墙，因此称为微波墙式探测器或微波 栅栏。 2.1.3 玻璃破碎探测器 利用压电陶瓷片的压电效应（压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将 会在其表面产生电荷） ，可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音 （10k15kHZ）进行有效检测，而对 10kHZ 以下的声音信号（如说话、走路声） 有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积

25、 有关。 玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类。一类是声控型的单技 术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽 10 到 15KHz）的具有特 殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双 技术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。 声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃 破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。 次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 7 页 共 44 页 声响探测技

26、术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响 信号和引起的次声波信号才触发报警。 玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐 的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。 2.1.4 电容变化探测器 基于电桥测量电容的基础，利用电容的变化触发报警的探测器称为电容变化 式报警探测器。由于电桥的平衡状态受桥臂上元器件值的影响，探测灵敏度较高， 但受环境（温度、湿度等）影响较大。设计成差分方式工作则可有效地降低因环 境影响而造成的误报警。 传感器的平衡电桥伸出的感应线细小、轻便、柔软，安装不受地形限制，安 装在入侵者可能翻越、靠近的场所6。 2.22.2

27、微控制器介绍微控制器介绍 MCS-51 系列单片机系统结构的完整、特殊功能寄存器的规范化以及指令系 统的控制功能等特色，使其成为单片机中的主流机型，确立了单片机作为微控制 器（MCU）的地位，引起了微型计算机领域新的变革。在功能相同的基础上，考 虑到成本和功能问题，作者在此选用的是 ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机为 核心，为了理解这些功能是如何实现的，本节主要介绍 89C51 单片机的特性，功 能与结构等。 2.2.1 AT89C51 芯片介绍 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasab

28、le Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处 理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与 工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容7。下面就是一个 AT89C51 单片机 的外观及引脚图： 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 8 页 共 44 页 图 2.2 AT89C51 引脚封装图 2.2.2 AT89C51 主要特性参数 （1）与 MCS-51 兼容 （2）4K 字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000 写/擦循环 （4）数据保留时间：10 年 （5）全静态工作：0Hz-24Hz （6）三级

29、程序存储器锁定 （7）128*8 位内部 RAM （8）32 可编程 I/O 线 （9）两个 16 位定时器/计数器 （10）5 个中断源 （11）可编程串行通道 （12）低功耗的闲置和掉电模式 （13）片内振荡器和时钟电路 2.2.3 AT89C51 的管脚介绍 VCC：供电电压。 GND：接地。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 9 页 共 44 页 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器， 它可以被定义为数据/地址的第八位。在 F

30、LASH 编程时，P0 口作为原码输入口， 当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口 被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程 和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。

31、并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部 上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取 时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外 部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上

32、拉的缘故。P3 口也 可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 2.1 所示： 表 2.1 部分管脚定义 口管脚备选功能 P3.0RXD（串行输入口） P3.1TXD（串行输出口） P3.2/INT0（外部中断 0） P3.3/INT1（外部中断 1） P3.4T0（记时器 0 外部输入） P3.5T1（记时器 1 外部输入） P3.6/WR（外部数据存储器写选通） P3.7/RD（外部数据存储器读选通） 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 10 页 共 44 页 P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RS

33、T 脚两个机器周期的高电 平时间13。 ALE/PROG：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定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉 高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外

34、部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信 号将不出现8。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H- FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此 引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.2.4 AT89C51 振荡器特征 XTAL

35、1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入端和输出端，如下图所示。该反 向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时 钟源驱动器件，XTAL2 应悬空。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发 器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的 宽度。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 11 页 共 44 页 图 2.3 内部振荡电路 图 图 2.4 外部时钟驱动电路 图 2.2.5 AT89C51 的时钟特性 AT89C51 的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统 的唤醒方式有 RAM、定时/计数器、

36、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续 工作状态。省电模式中，片内 RAM 将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工 作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 2.2.6 AT89C51 功能特性概述 AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，5 个中断向量两级中断结构，一 个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51 可降至 0 HZ 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

37、。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所以部件工作直到下一个硬件复位 9。 考虑到 AT89C51 本身固有的特点，设计时需注意以下几点：首先，它的程序 存储器空间为 2KB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其 次，它没有 MOVX 指令，也就是说，它不支持外部存储器操作，这一点设计时一 定要考虑到。此外，AT89C51 自身还有一些其它特点，譬如：通过使用命令使其 工作在低功耗模式等。单片机利用 T0 定时器和 INT0 引脚来测量输入方波信号的 周期，而使用外部中断 0 来控制定时器 T0 是否开始定时。当定时器 T0 的运行控 制位复位时，不管 P

38、3.2 引脚是何值，定时器都不工作。只有当定时器 T0 的运行 控制位置位后，才能根据 P3.2 引脚状态来决定定时器是否工作。当 P3.2 引脚出现 高电平时，定时器 T0 开始定时；而在其出现低电平时，定时器 T0 停止工作，并 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 12 页 共 44 页 将测量信号的周期保存在定时器的存储器中11。系统初始化时可通过设置使 T0 和 T1 定时器工在模式 1。 2.32.3 执行电路执行电路 执行电路是本课题设计的重点，是防盗报警系统的重要组成部分，组成框图 如图 2.5 它主要包括报警系统、自动拨号系统、语音电路及显示电路。 控 制

39、 器 语音电路 DTMF 收发 电路 摘挂机电路 电 话 接 口 报警显 示电 路 报警器 图 2.5 执行电路框图 在执行电路中报警器是一种传统的报警方式，当发现警情是报警器受控制器 控制发出报警声音，但当用户远离警区时简单的声光报警器就失去了它的作用， 因此我们在电路中接入了自动拨号报警系统，自动拨号报警系统是随着科技的发 展应人们的需求而发展出来的一种新技术产品，它能在发现警情时通过单片机的 控制实现向预存电话号码自动拨号，并由语音电路实现语音报警。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 13 页 共 44 页 3 3 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 热释红 外探头

40、 声 光 报 警 驱 动 电 路 键 盘 AT89C51 单片机 拨号电路 MT8888 放大电路 BISS0001 看门狗 DS1232 语音电路 ISD2500 电话接 口电路 电源 电路 LED 数码管 驱 动 电 路 图 3.1 系统硬件结构总图 本设计为单片机应用系统，结构图如图 3.1 所示。防盗报警电路以 AT89C51 为主控核心，主体电路由单片机系统基本电路、传感器模块电路、声光报警电路 和语音拨号报警电路组成。单片机系统具有看门狗系统监控电路，可以应付大多 数的意外干扰和程序错误。输入部分具有多种传感器模块输入接口，可以实现多 种场合的防盗检测。输出部分具有声光报警电路和拨

41、号报警电路，可以在警报触 发的时候发出声光警告，同时自动拨打预设的电话号码报告主人。 3.13.1 热释电人体红外线传感器热释电人体红外线传感器 防盗报警器入侵信号的探测是由热释电人体红外线传感器完成的，系统要探 测非法入侵信号，用传统的办法目标明显易于被破坏，灵敏度低。因此我们考虑 采用热释电人体红外线传感器，它具有反应速度快、准确、稳定性好、不易被破 坏安全性好等特点。因此，广泛用于银行、办公楼、实验室、家庭等场合的防盗 报警系统中。 3.1.1 热释电人体红外线传感器的工作原理 热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。 热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度

42、主要表现在传感器敏感单元的温度 所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内 部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为 0.110Hz）和对 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 14 页 共 44 页 特定波长红外线（一般为 515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射 而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传 感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可 见光和大部分红外线的干扰12。 热释电人体红外线传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心探测元件， 红外光谱原理

43、，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红外线射束时，形成 红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过 40 毫秒时，红外传感 器将信号传入专用集成电路并由专用集成电路转换后输入单片机控制系统，由单 片机控制系统完成控制报警器报警任务。 3.1.2 热释电人体红外线传感器的主要性能参数 热释电人体红外线传感器的主要性能参数：电源电压 2.210.0V 源极电压 0.32.0V 源极阻抗 47K Id=643uA 电 平 衡 10%Max） 频率响应 0.330Hz 12db（Max）响应波长 7.514um 平均大于 70%工作温度-1050。 其输出电压与特性曲线如图 3.2 所示

44、。 图 3.2 Rv 与 的关系曲线 3.23.2 测量及放大电路设计测量及放大电路设计 如图 3.3 所示的电路是由测量元件、补偿元件及电阻组成的测量电路，其中 A1为测量元件，A2为补偿元件，R1、R2为纯电阻。在正常情况下，调节 A2是电 桥输出电压 U0=0，当控制区域的探测温度增加时，A1的阻值增加，则输出电压也 增加，通过测量输出电压 U0即可得探测的温度变化。其中 Ui为稳压源，它的稳 定性决定了测量的精度。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 15 页 共 44 页 由于探测电路的输出信号比较弱，必须对信号进行放大，本设计采用由单运 放组成的测量放大器，如

45、图 3.4 所示。电路中，利用三个运放组成了一同相差动 放大电路，其中电路配置时，一般使 Rf1=Rf2，通过调整 RW，改变放大器的增益。 图 3.3 测量电路 图 3.4 放大电路 3.33.3 热释红外传感信号专用集成电路设计热释红外传感信号专用集成电路设计 3.3.1 专用集成电路芯片 BISS0001 根据系统的需要作者在这里选择了 BISS0001 芯片，其内部原理框图如图 3.5。 图 3.5 BISS0001 原理 BISS0001 采用 CMOS 工数模混合、16 脚 DIP 封装、具有独立的高输入阻抗 运算放大器、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰、静态电流极小等特点。 中北大

46、学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 16 页 共 44 页 BISS0001 芯片管脚图如图 3.6。 图 3.6 BISS0001 芯片管脚图 表 3.1 管脚说明 引脚 名称I/O功能说明 1AI 可重复触发和不可重复触发选择端。 2VOO 控制信号输出端。 3RR1- 输出延迟时间 Tx 的调节端 4RC1- 输出延迟时间 Tx 的调节端 5RC2- 触发封锁时间 Ti 的调节端 6RR2- 触发封锁时间 Ti 的调节端 7VSS- 工作电源负端 8VRFI 参考电压及复位输入端。通常接 VDD，当接“0”时可使定时器复位 9VCI 触发禁止端。当 VcVR 时允许触发(

47、VR0.2VDD) 10IB- 运算放大器偏置电流设置端 11VDD- 工作电源正端 122OUTO 第二级运算放大器的输出端 132IN-I 第二级运算放大器的反相输入端 141IN+I 第一级运算放大器的同相输入端 151IN-I 第一级运算放大器的反相输入端 161OUTO 第一级运算放大器的输出端 光控电路由光敏电阻器 RG、电阻器 Rl和 IC 第 9 脚内电路组成。控制执行电 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 17 页 共 44 页 路由电阻器 Rl0、晶体管 V、二极管 VD 和继电器 K 组成。 3.3.3 BISS0001 工作原理 BISS0001

48、是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及 封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。 我们以其不可重复触发工作方式下的波形和可重复触发工作方式下的波形， 来说明其工作过程。来说明其工作过程。 图 3.7 不可重复触发工作方式下的波形 首先，根据实际需要，利用运算放大器 OP1组成传感信号预处理电路，将信 号放大。然后耦合给运算放大器 OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高 为 VM(0.5VDD)后，将输出信号 V2送到由比较器 COP1 和 COP2 组成的双向鉴 幅器，检出有效触发信号 Vs。由于 VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当 VDD=5V 时，可

49、有效抑制1V 的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3 是一个条 件比较器。当输入电压 VcVR 时，COP3 输出为高电平，进入延时周期。 当 A 端接“0”电平时，在 Tx 时间内任何 V2 的变化都被忽略，直至 Tx 时间结束，即所 谓不可重复触发工作方式。当 Tx 时间结束时，Vo 下跳回低电平，同时启动封锁 时间定时器而进入封锁周期 Ti。在 Ti 时间内，任何 V2 的变化都不能使 Vo 跳变 为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰10。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 18 页 共 44 页 图 3.8 可重复触发工作方式下的波形 可重复触发工作方式下的波形在 Vc=“0”、A=“0”期间，信号 Vs 不能触发 Vo 为有效状态。在 Vc=“1”、A=“1”时，Vs 可重复触发 Vo 为有效状态，并可促使 Vo 在 Tx 周期内一直保持有效状态。在 Tx 时间内，只要 Vs 发生上跳变，则 Vo 将从 Vs 上跳变时刻起继续延长一个