1、单片机调试与应用课程设计报告书专 业： 机电一体化学 号： 201504010223姓 名： 许文旭指导教师： 李彬二16 年 7月摘 要 .2第一章概述 .31.1 项目要求 .31.2 设计思路 .31.3 设计方案 .31.3.1 方案选择 .31.3.2 硬件电路设计 .5第二章硬件电路设计 .52.1 器件选择 .52.1.1 电源模块 .52.1.2 热释电传感器 .52.1.3 菲涅耳透镜 .62.1.4 BISS0001 芯片简介 .62.2 电路 .72.2.1 按键控制电路 .72.2.2 指示灯和报警电路 .7第三章软件设计 .103.1 程序流程 .103.2 报警判断
2、程序 .113.3 操作说明 .12第四章系统调试 .124.1 电路调试 .134.2 程序调试 .13第五章项目总结及心得体会 .145.1 项目总结 .145.2 心得体会 .15附件一：总体原理图设计 .16摘 要 随着现在社会的发展，时代进步，高新技术的快速融入，人们的生活发生了巨大的改变，人们置购了大量高新技术的产品，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。现在许多小区都有着保安看管，但在一些农村就没有这些设施了，于是，许多家庭都安装了报警系统，这有效的保护了大家的财产安全。在本文中，
3、介绍一种利用热释电红外传感器进行监控，并进行报警的系统的设计。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，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模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED 控制模块等部分组成。处理器采用 51 系列单片机 STC89C52，程序使用 C 语言编写。关键字：热释电红外传感器、STC89C52、红外线第一章概述1.1 项目要求随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。然
4、而一些不法分子也越来越多。这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警系统这时为人们解决了大部分问题。但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。其价格昂贵，使普通家庭难以承受。如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路
5、、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。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，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。1.2 设计思路1.2.1 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、按键设定、报警等。1.2.2 本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED 指示电路及软件组成。1.2.3 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
6、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，红外热释电模块送出 TTL 电平至 STC89C52 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。1.3 设计方案1.3.1 方案选择方案一：本红外防盗系统以AT89S51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
7、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1.1总体设计框图所示：图 1.1 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 1.2 所示：图 1.2 系统框图综上所述，根据对二种方案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
8、方便，而且防盗性能比较稳定的要求，选择方案电源电路 红外线发射电路CPUAT89S52反相器声光报警电路红外接收电路二来设计本红外报警系统。本方案采用了热释电红外线传感器，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，便于多用户统一管理和用户操作。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为 0，从而达到了探测移动人体的目的。该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采
9、集、按键控制、报警等模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED 指示灯组成。1.3.2 硬件电路设计本设计包括硬件和软件设计两个部分。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：红外感应部分、STC89C52 单片机、报警系统三大部分。电路总原理图如图 1-3 所示：图 1-3 总体设计框图处理器采用 51 系列单片机 STC89C52。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，送出 TTL 电平至 STC89C52 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。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警
10、。第二章硬件电路设计2.1 器件选择2.1.1 电源模块本系统电压为 4.5v 左右，直接接 3 个 1.5V 的直流干电池提供电源，然后用导线连接电源接口模块。2.1.2 热释电传感器热释电红外传感器(简称 PIR)是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。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、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为 910-um，而探测元件的波长灵敏度在 0.220-um 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
11、的波长范围为 710-um，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，本传感器是整个系统的关键，只有本传感器才能感应到人体红外线。如图 2-1 所示。 图 2-1 热释感应传感器2.1.3 菲涅耳透镜菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。如图 2-
12、2 所示为菲涅耳透镜模型图。图 2-2 菲涅耳透镜2.1.4 BISS0001 芯片简介BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。BISS0001 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需
13、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
14、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。而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Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。2.2 电路2.2.1
15、按键控制电路本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 30 秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图 2-3 所示。S23GND4P10图 2-3 按键部分2.2.2 指示灯和报警电路在单片机的 I/O 里会输出高低电平,在 P20、P21 和 P22 分别接上 LED 指示灯而 P23 接上蜂鸣器而蜂鸣器外接个 8550 的三极管起到开关作用，当三极管达到饱和状态下就驱动了蜂鸣器工作了 。如图 2-4 所示。B1蜂 鸣 器Q850VCGND+R32
16、KP图 2-4 指示灯和报警电路2.2.3 信号采集处理模块电路信号处理模块本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应 2 脚输入到前置放大器 OP1 进行放大，然后由 C4 耦合给运算放大器 OP2 进行第二级放大。再经过电压比较器 COP1 和 COP2 构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过 R3 进入单片机部分进行处理。延时周期可通过 R12 来调节输出，在延时时间内只要 Vs 发生上跳变，Vo 就会从 Vs 上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若 Vs 一直保持为高电平，这样就可以通过 P10 传
17、输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节 R13，最大可以调节到 7 米左右。图中 BISS0001中 1 脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。2.2.4 单片机最小系统要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图 2-5 所示。P.02345678RST9(XD)INWALGE/OVCUYMuFKJ图 2-5 信号处理模块 单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界
18、 5V 直流电源。连接方式为单片机中的 40 脚 VCC 接正极 5V，而 20 脚 VSS 接电源地端。复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。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。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电
19、路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。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。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。2.2.5 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 手工暂停电路第三章软件设计3.1 程序流程 主程序工作流程图
