刘卉讲师
目录
绪论 (1)
1 无线报警器系统总体设计 (2)
1.1 系统概述 (2)
1.2主要器件介绍 (3)
1.2.1热释电红外传感器概述 (3)
1.2.2 AT89S51 单片机概述 (7)
1.3 总体设计 (12)
2 无线报警器系统硬件设计 (12)
2.1系统工作原理图 (12)
2.2 信号检测与放大电路 (13)
2.2.1电路实现功能 (13)
2.2.2电路图图2-1信号检测与放大电路 (13)
2.2 LED显示电路 (14)
2.3.1电路实现功能 (14)
2.3.2电路图 (14)
2.3.3电路实现原理 (15)
2.3 报警执行电路 (15)
2.4.1电路实现功能 (15)
2.4.2电路图 (15)
2.4.3电路实现原理 (16)
2.4手工暂停 (16)
2.5.1电路实现功能 (16)
2.5.2电路图 (16)
2.5.3电路工作原理 (17)
2.5单片机控制晶振与复位电路 (17)
2.6.1电路实现功能： (17)
2.6.2电路图： (17)
2.6.3电路工作原理 (17)
3 无线报警器系统软件设计 (17)
3.1流程图 (18)
3.2 主程序设计 (20)
4 系统调试 (30)
结论和展望 (31)
心得体会 (34)
参考文献 (34)
附录 (34)
绪论
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，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。而我所研究的防盗报警器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，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方便和PC机通信，便于多用户统一管理和用户操作。
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高，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是越来越多。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问题，但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。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、警戒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，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, 红外线声先报警器……而本产品选择的是被动式热释电型红外报警器。
此外，在电子防盗、人体探测等领域中，红外探测器、以其价格低廉、技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。
1 无线报警器系统总体设计
1.1 系统概述
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，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方便和PC机通信，便于多用户统一管理和用户操作。
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、报警和显示等模块子函数。电路结构做成可划分为：热释电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED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、本地显示、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、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。它们的进程框图如图1-1 所示。
图1-1 单片机应用系统研制过程框图
1.2 主要器件介绍
1.2.1 热释电红外传感器概述
1） PIR传感器简单介绍
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，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动检测等。
自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。其特点如下：
①目标物体的辐射能量随温度的升高而增大。
②随着温度的升高，物体辐射能量的峰值向短波方向移动，其变化符合维恩定律。
③相同温度下，不同目标物体的辐射能量是不同的。
④热释电传感器的输出信号直流电平为1V，幅度为1MV的交流信号。改信号通
过热释电传感器内部场效应的源极输出。热释电红外传感能区别运动着的生物和飘落的物体（主动式红外传感器无法鉴别出运动中的物体是生物，还是其他非生物）
2）PIR结构特性及安装
图1-2 PIR结构
图１-2是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为０．２～２０μｍ。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。
当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16HZ，下限截止频率为0.16HZ。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1MV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定,通常为0.1～10HZ），所以应对热释电红外传感
器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图1-3所示, 在VCC电源端［2］利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
图1-3 热释电红外传感器原理图
红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：
1、红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
1.2.2 AT89S51 单片机概述
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。AT89S51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。
图3-1为AT89S51单片机的基本组成功能方块图。有图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。
时钟源外部事件数
外
图1-4 AT89S51 功能方块图
（1）.中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。
（2）. 内部数据存储器（内部RAM）
AT89S51 中共有256个RAM单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。
（3）. 内部程序存储器（内部ROM）
AT89S51 共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据等。
（4）.定时器/计数器
AT89S51 共有2 个16 位的定时器/计数器，可以实现定时和计数功能。
（5）.并行I/O 口
AT89S51 共有4 个8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以实现数据的并行输入、输出。
（6）. 串行口
AT89S51有1 个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
（7）.时钟电路
AT89S51 单片机内部有时钟电路，但晶振和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
（8）. 终端系统
AT89S51 的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有5 个中断源：2 个外部中断源/INTO和/INT1 ；3 个内部中断源，即2个定时/计数中断，1个串行口中断。
由上所述，AT89S51虽然是一块芯片，但它包括了构成计算机的基本部件，因此可以说它是一台简单的计算机。
2）管脚说明
VCC：供电电压。
GND：接地。
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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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。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）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（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）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
1.3 总体设计
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1-8总体设计框图所示：
图1-5 总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89S51。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AT89S51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，然后通过ＬＥＤ显示报警次数，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 无线报警器系统硬件设计
本电路实现的是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，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。
2.1 系统工作原理
经分析本设计的电路原理图如下所示
图2-1 系统电路原理图
2.2信号检测与放大电路
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
2.2.1电路实现功能
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
2.2.2电路图
图2-2信号检测与放大电路
2.3 LED显示电路
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
2.3.1电路实现功能
此电路实现的功能是显示报警次数信号。
2.3.2电路图
图2-3 LED显示电路
2.3.3电路实现原理
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。
2.4 报警执行电路
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。
2.4.1 电路实现功能
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。
2.4.2 电路图
图2-4执行报警电路
2.4.3 电路实现原理
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。
2.5 手工暂停
针对中断系统的显示，设计了一种实用化基于单片机AT89S51的手工暂停电路。
2.5.1 电路实现功能
通过按按钮S1能够实现手工解除警报信号。
2.5.2 电路图
图2-5手工暂停电路
2.5.3 电路工作原理
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暂停键，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。
2.6 单片机控制晶振与复位电路
2.6.1 电路实现功能：
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。
2.6.2 电路图：
图2-6晶振/复位电路
2.6.1 电路工作原理：
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内荡器。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应不接。有余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。
复位则是通过某种方式, 使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。复位方式是单片机的初始化操作。单片机除了正常的初始化外，当程序运行出错
或由于操作错误而使系统处于死循环时，也需要按复位键重启机器。
3 无线报警器系统软件设计
3.1 流程图
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3-1所示；
图3-1 主程序工作流程图
3.2 主程序设计
1. 主程序清单如下：
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 0200H
MAIN: 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
SETB 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 LP
DELAY: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 MOV A,#00H
INC R0 ;报警次数加一
CJNE R0,#0AH,LP1
MOV R0,#00H