电气毕业设计

学生毕业设计（论文）报告

系 别： 专 业： 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目：单片机的红外防盗报警器设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 2010.5.4-2010.7.3

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

毕业设计（论文）任务书

专业 电气自动化 班级

一、课题名称： 单片机的红外防盗报警器设计 二、主要技术指标： （1）检测范围：0~100%LEL （2）报警准确度：±5%LEL （3）工作电压：AC220V±15% （4）抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠 （5）探测波长范围为0．2～20μm 三、工作内容和要求：

(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、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、本地报警等功能。终端由处理器、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ATC51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[1]。 (4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。 四、主要参考文献：

_[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] 唐桃波, 陈玉林. 基于ATC51的智能无线安防报警器 [J]. 电子设计应用, 2003, 5(6): 49～51

[5] 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.

[6] 薛均义, 张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.

[7] 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出

1

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

版社, 2006.

[8] 康华光. 电子技术基础（模拟部分）[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [9]王明亮等. 广播.电视调频发送技术,上、下册. 北京: 中国广播电视出版社,1993 [10] 陈汝全. 电子技术常用器件手册.北京:机械工业出版社,1994 [11] 康光华,陈大钦. 电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.1999.6.第四版. [12]苏长赞. 红外线与超声波遥控. 北京: 人民邮电出版社,1995 [13] 李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报,1996.6 [14] 张琳娜，刘武发．传感检测技术及应用．中国计量出版社，1999 [15] 沈德金，陈粤初．MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例．北京航空航天大学出版社,1990

[16]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996 [17] 李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.6

学 生（签名） 2010 年 5 月 7 日

指 导 教师（签名） 2010 年 5 月10 日 教研室主任（签名） 2010 年 5 月 10 日 系 主 任（签名） 2010 年 5 月 12 日

- 1 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目 单片机的红外防盗报警器设计 一、选题的背景和意义： 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。 二、课题研究的主要内容： 本设计研究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ATC51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，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。 三、主要研究（设计）方述： 1、文献资料法：学习已有的文献资料，进行借鉴，并适当加以深化。 2、实验法：通过PLC控制污水处理，进行编程，执行；。 3、讨论研究法：通过对设计中研究内容实现方法的讨论，来确定本设计实现的最佳方法。 4、经验总结法：通过对设计归纳和小结，深化本设计研究的意义和目的。 - 2 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期） 5.4-5.5 5.6-5.15 5.16-6.1 工 作 内 容 指导教师与学生见面,指导学生选题,初步查找,收集相关资料. 由指导教师下达毕业论文任务书,制定毕业论文相关计划. 学生应完成开题报告,并交给指导教师审阅.指导教师将开题报告电子版统一提交至系里留档. 6.1-6.10 6.10-6.20 6.20-7.3 完成论文(设计)初稿,并交给指导教师审阅. 据指导教师提出的修改意见对论文(设计)进行修改 完成论文的最终定稿,交指导教师和评阅教师评阅,并准备论文(设计)答辩 五、指导教师意见： 指导教师签名： 2010 年 5 月 10 日 - 3 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

六、系部意见： 系主任签名： 2010年 5 月 11 日 - 4 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

基于ATC51红外防盗报警器的设计

目录

摘要 Abstract

第1章 前言…………………………………………………………..………………9 第2章 基础知识介绍…………………………………..………. ……………….10 2.1 红外技术………………………………………..………………………….…11

2.1.1 红外技术定义……………………………………………………11

2.1.2 红外技术的发展史…………………………………......……………....12 2.1.3 红外技术的影响………………………………………...…….….12 2.1.3 红外技术的发展趋势………………………………………..…………….13 2.2 热释电红外传感器简单介绍 ………………………………………..…….13 2.3 PIR的原理特性………………………………………..…………………….14 2.4 ATC51单片机简单概述………………………………………..…………...14 2.4.1 ATC51单片机的结构………………………………………..……….......15 2.4.2ATC51单片机管脚说明………………………………………..………...16 第3章 方案设计…………..………..…………..………..…………..………..…….17

3.1 总体设计思路 ………………………………..………………………..…..17 3.2 具体电路模块设计 ………………………………..………………………17 3.2.1 热释电红外传感器原理 …………………………………………..….18 3.2.2 放大电路的设计 …………………………………………………...….18 3.2.3 时钟电路的设计 …………………………………………………..…..19 3.2.4 复位电路的设计………………………………..………………………19 3.2.5 发光二极管报警电路的设计……………………………………...……20 3.2.6 声音报警电路的设计………………………………..…………………20 3.3 系统硬件电路的选择及说明……………………………………………....20 3.4 软件的程序实现………………………………..……………………….…21 3.4.1主程序工作流程图…………………………………………………..……22 3.4.2中断服务程序工作流程图……………………………………………..…22 第4章 软件仿真…………..………..…………..………..………..………..…..…23 第5章 结束语………………………………………………………………………24

答谢辞 …………………………………………………………………………..24 参考文献 …………………………………………………………………………25

附录一 设计编程程序…………………………………………………………26 附录二 单片机控制的红外防盗报警器原理图………………………………28 附录三 单片机控制的红外防盗报警器PCB图…………………………..…29 附录四 Proteus仿真原理图…………………………………………………30

- 5 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

摘 要（居中、宋体三号黑体）

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。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用51系列单片机ATC51，整个系统是在系统软件控制下工作的 关键词 单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

- 6 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

Abstract

The system uses a pyroelectric infrared sensor, making it simple and low cost, more convenient installation, and security is relatively stable performance, strong anti-interference, high sensitivity, safety and reliability.This anti-theft device installed hidden and difficult to be thieves discovered that while it processed the signal through the SCM system and PC, to facilitate communication, to facilitate the unified management of multiple users.The design includes two parts, hardware and software design.Hardware consists of MCU control circuit, infrared sensor circuit, driving the implementation of alarm circuit, LED control circuit components.Processor with 51 series ATC51, the whole system is under the control of the system software to work.

Keywords SCM; infrared sensor; data acquisition; alarm circuit

- 7 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第1章 前言

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。

有一个安定、和谐的家庭氛围和社会气息是人们的基本要求，在无人看守的家庭、银行、仓库、商店、重要财经部门等一些重要的部门实施自动监测报警的要求就变得更必要、更重要了，它会使家庭、银行等重要部门的财产免受损失。针对这一要求人们研制了一系列自动报警系统。如有门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统,报警器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，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用。由于它是不可见光，因此用它作防盗监控报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。本设计正是基于此，设计了主动式、被动式红外防盗报警系统。

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第2章 基础知识介绍

2.1 红外技术

2.1.1 红外技术定义

红外技术是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。 红外技术的内容包含四个主要部分：

1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。

2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。

3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。

4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。与红外线相关的技术还有：探测技术;精确制导技术;光电子技术;先进材料技术 2.1.2 红外技术的发展史

自从1800年英国天文学家F·W·赫歇尔发现红外辐射至今，红外技术的发展经历了将近两个世纪。从那时开始，红外辐射和红外元件、部件的科学研究逐步发展，但发展比较缓慢，直到1940年前后才真正出现现代的红外技术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元、部件制成一些军用红外系统，如高射炮用导向仪、海岸用船舶侦察仪、船舶探测和跟踪系统，机载轰炸机探测仪和火控系统等等。其中有些达到实验室试验阶段，有些已小批量生产，但都未来得及实际使用。此后，美国、英国、前苏联等国竞相发展。特别是美国，大力研究红外技术在军事方面的应用。目前，美国将红外技术应用于单兵装备、装甲车辆、航空和航天的侦察监视、预警、跟踪以及武器制导等各个领域。

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。1800年，F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分

- 1 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

析中的价值。30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。从60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。

1.红外探测器最早是用单元探测器，为了提高灵敏度和分辨率，后来发展为多元线列探测器。多元线列探测器先后扫过(串扫)同一目标时，它输出的信噪比可比单元探测器高n（开平方）倍，n为元数。如果多元线列探测器平行扫过(平扫)目标时，则可获得目标辐射的一维分布。以线列探测器为基础的红外探测系统，大都安装在飞机或卫星遥感平台上，平台的前进运动垂直于线列作为第二维时，就可得到目标辐射的分布图像。现在，红外探测器已从多元发展到焦平面阵列，相应的系统已实现了从点探测到目标热成像的飞跃。目前，长波碲镉汞(HgCdTe)探测器面阵已达0×480元，焦平面阵列探测器的实验室水平已达256×256元，预计到2000年可达到百万元。

2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。早期的红外探测器通常工作在近红外。随着红外技术的发展，红外探测器的工作波段已扩展到中红外和远红外。

3.轻小型化。非致冷、集成式、大面阵是红外探测器方向的发展。采用低温制冷技术，是为了提高红外探测器件的灵敏度和输出信号的信噪比，使其具有良好的性能，但它也使红外探测器体积大、成本高。为了实现小型化，必须减少制冷设备和相关电源，因此，高效小型制冷器和无需制冷的红外探测器将是今后的发展方向。利用材料电子计算机和微电子方面的最新技术，也可使红外探测器与具有一定数据处理能力的数据处理设备相结合，使其向轻集成化、

4.红外探测系统从单波段向多波段发展。正如前面所述：在大气环境中，目标的红外辐射只能在1～3、3～5和8～13微米三个大气窗口内才能有效地传输。如果一个红外探测系统能在两个或多个波段上获取目标信息，那么这个系统就可更精确、更可靠地获取更多的目标信息，提高对目标的探测效果，降低预警系统的虚警概率，提高系统的搜索和跟踪性能，适用更多的应用需求，更好地满足各军兵种的需要。

在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用

大面阵、焦平面化方向发展，以提高其性能。

- 2 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。 2.1.3红外技术的影响

物理学的研究告诉我们，在自然界中，任何温度高于绝对零度(0°K或-273℃)的物体都在向外辐射各种波长的红外线，物体的温度越高，其辐射红外线的强度也越大。我们根据各类目标和背景辐射特性的差异，就可以利用红外技术在白天和黑夜对目标进行探测、跟踪和识别，以获取目标信息。在现代战争中，获取战场信息的优势已经成为掌握战争主动权的关键，红外技术是从空中和空间获取战场信息的关键技术之一，因此，许多国家均投入很大的人力和物力去研究红外技术，并将其广泛地应用于军事领域，并产生巨大影响。

红外技术已成为军事目标的侦察、监视、预警与跟踪的重要手段。一切军事目标，如海洋中的舰船、地面行动及各种装备、空中的飞机、导弹，都散发热量，发出大量的红外辐射。利用红外技术装备，就可以从空中和空间对这些目标进行侦察、监视与跟踪。如侦察卫星依靠红外成像设备和多光谱仪可以白天黑夜地获取大量的军事情报。装有红外探测器的导弹预警卫星从70年代以来，一直监视着世界各国的弹道导弹发射，为国家及军事指挥部门提供警报，如目前美国国防支援计划中的预警卫星在几十秒钟内，就可以鉴别来袭导弹的发射和方向，据说将来美国的天基红外系统可在20秒内，提供有关导弹发射和方向方面的精确信息，为拦截来袭导弹提供宝贵的预警时间。 2.1.4 红外技术的发展趋势

红外技术的发展关键在于红外材料的研制、红外设备的制冷、红外设备向更长波段发展、红外焦平面阵列器件的研制和红外设备与数据处理设备的结合等。红外技术的发展以红外探测器的发展为标志，可以从红外探测器的发展来推断其发展趋势。

(1)红外焦平面器件发展到高密度、快响应、元数达到106—108元以上的大规模集成器件，由二维向三维多层次结构发展，在应用上就可以实现高清晰度热像仪，极大地缩小整机体积，增强功能。

(2)双色、多色红外器件的发展使整机可同时实现不同波长的多光谱成像探测，成倍扩大系统信息量，成为目标识别和光电对抗的有效手段。

(3)探测器在焦平面上实现神经网络功能，按程序进行逻辑处理，使红外整机实现智能化。

- 3 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

(4)提高探测器工作温度，高性能室温红外探测器和焦平面器件是发展重点之一，不需要制冷器，将会使整机更精巧、更可靠，从而实现全固体化。

(5)提高成品率，降低价格。 2.2 热释电红外传感器简单介绍

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[2]

。如图1示为热释电红外传感器的内部电路框图。

图1 热释电红外传感器的内部电路框图

2.3 PIR的原理特性

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。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，经信号处理而输出电压信号。

2.4 ATC51单片机简单概述

2.4.1 ATC51单片机的结构

ATC51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

- 4 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

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位处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大[3]。ATC51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2为ATC51单片机的基本组成功能方块图。由图可见，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。

外时钟源 外部事件计数振荡器和时序 OSC 程序存储器 4 KB ROM 数据存储器 256 B RAM/SFR 定时器/计数器 2 ×16 ATC51 CPU 内中断 KB总线 扩展控制器 可编程 I/O 可编程全 双工串行口 外部中断 控制 并行口 串行通信 图2 ATC51 功能方块图

2.4.2 ATC51管脚说明

ATMEL公司的ATC51是一种高效微控制器。采用40引脚双列直插封装形式。ATC51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的，所以有不少引脚具有第二功能。

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FLASH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，

- 5 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

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。

P3口也可作为ATC51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。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。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。

PSEN：外部程序存储器的选通信号端。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。

EA/VP：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。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。

- 6 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第3章 方案设计

3.1 总体设计思路

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、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3总体设计框图所示：

AT 复位电路 驱动 LED发光显示 C51 信号检测电路 放大 驱动 报警执行电路 图3 总体设计框图

处理器采用51系列单片机ATC51。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ATC51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

[4]

者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。

3.2 具体电路模块设计

3.2.1 热释电红外传感器原理

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4所示, 在VCC电源端利用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。

- 7 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

Vcc3vVCC12vR2 C1 Q1 R4OUT Y2RS C2 R1Y1 FETR3Q2NPN 图4 热释电红外传感器原理图

3.2.2 放大电路的设计

如图5所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。

图5 放大电路图

3.2.3 时钟电路的设计

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应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5]。如图6所示为时钟电路。

- 8 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

图6 时钟电路图

3.2.4 复位电路的设计

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[6]。例

[7]

如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图7示为复位电路。

图7 复位电路图

3.2.5 发光二极管报警电路的设计

由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用[8]。图8所示为发光二极管报警电路。

- 9 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

图8 发光二极管报警电路图

3.2.6 声音报警电路的设计

如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图9示为声音报警电路。

图9 声音报警电路图

3.3 系统硬件电路的选择及说明

硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： ATC51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3—D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3—D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。

3.4 软件的程序实现

3.4.1 主程序工作流程图

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10所示；

- 10 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

开始 系统初始化 检测外部有 无信号输入 N Y 启动声光报警电路开始报警 声光报警是否持续10秒 Y 声光报警结束 N Y 是否还有检测信号等待下次报警 N 结束 图10 主程序工作流程图

3.4.2 中断服务程序工作流程图

本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否

- 11 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，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。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图11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、开中断 中断返回 图11 中断服务程序工作流程图

- 12 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第4章 软件仿真

本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录C。

本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使图中的绿灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮起。

- 13 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

第5章 结束语

经过几个月的努力，本设计研究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ATC51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，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。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。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.

答谢辞

感谢我的论文指导老师，在他的指导下我完成了论文，老师多次询问研究进程，并为我指点迷津。当然，还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过了这三年的生活，最后要感谢的就是我的父母，对于他们我更是有千言万语，还是汇聚成一句话：感谢你们一直都伴随着我。

- 14 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

参考文献

[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] 唐桃波, 陈玉林. 基于ATC51的智能无线安防报警器 [J]. 电子设计应用, 2003, 5(6): 49～51

[5] 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.

[6] 薛均义, 张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.

[7] 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.

[8] 康华光. 电子技术基础（模拟部分）[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004. [9]王明亮等. 广播.电视调频发送技术,上、下册. 北京: 中国广播电视出版社,1993

[10] 陈汝全. 电子技术常用器件手册.北京:机械工业出版社,1994

[11] 康光华,陈大钦. 电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.1999.6.第四版.

[12]苏长赞. 红外线与超声波遥控. 北京: 人民邮电出版社,1995 [13] 李建民.单片机在温度控制系统中的应用.江汉大学学报,1996.6 [14] 张琳娜，刘武发．传感检测技术及应用．中国计量出版社，1999 [15] 沈德金，陈粤初．MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例．北京航空航天大学出版社,1990

[16]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,1996 [17] 李志全等.智能仪表设计原理及应用.国防工业出版社,1998.6

- 15 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

附录一 设计编程程序

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

CPL P3.0 CPL P3.1

;10S钟定时:

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

- 16 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

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

- 17 -

END

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

附录二 单片机控制的红外防盗报警器原理图

- 18 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

附录三 单片机控制的红外防盗报警器PCB图

- 19 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

附录四 Proteus仿真原理图

- 20 -

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

毕业设计（论文）成绩评定表

一、指导教师评分表（总分为70分）

序 号 1 2 3 4 5 6 考 核 项 目 工作态度与纪律 调研论证 外文翻译 设计（论文）报告文字质量 技术水平与实际能力 基础理论、专业知识与成果价值 - 21 -

满 分 10 10 5 10 15 15 评 分 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文

7 思想与方法创新 合计 5 70 指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、答辩小组评分表（总分为30分）

序 号 1 2 3 4 5 考 核 项 目 技术水平与实际能力 基础理论、专业知识与成果价值 设计思想与实验方法创新 设计（论文）报告内容的讲述 回答问题的正确性 合计 答辩小组评价意见（建议等第）： 答辩小组组长教师签名： 年 月 日 满 分 5 5 5 5 10 30 评 分 三、系答辩委员会审定表

1． 审定意见 2．审定成绩（等第）_____ ___ 系主任签字： 年 月 日

- 22 -