基于单片机红外报警系统课程设计报告

软件学院

课程设计报告书

课程名称 ARM体系结构与编程

设计题目基于单片机红外报警系统

专业班级嵌入式软件08-2班

学号 0820010202 姓名冯雪连

指导教师崔丽群

2010年12月

目录

1 设计时间 (1)

2 设计目的 (1)

3 设计任务 (1)

4 设计内容 (1)

4.1本系统的设计方案 (1)

4.1.1系统概述 (2)

4.1.2 功能模块 (3)

4.1.2具体电路模块设计 (4)

4.1.3 系统硬件电路的选择及说明 (7)

4.3软件的程序实现 (7)

4.2.1 主程序工作流程图 (7)

4.2.2软件仿真 (9)

5 总结与展望 (10)

程序源代码： (11)

参考文献 (23)

1 设计时间

2010年12月20日-12月24日

2 设计目的

随着时代的不断进步 ,人们对环境的安全性提出更高的要求 ,很多小区都安装了智能报警系统 ,大大提高了小区的安全程度 ,有效保证居民的人身财产安全.目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础.而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件——热释电红外传感器.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 ,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物.热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域.

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AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。

3 设计任务

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。终端由中央处理器、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AT89C51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。

4 设计内容

4.1本系统的设计方案

4.1.1系统概述

1．AT89C51简介

AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图4-1所示。

图4-1 AT89C51引脚

2 .系统设计简介

本系统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，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。

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。进程框图如图4-2所示。

图4-2 进程框图

4.1.2 功能模块

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4-3

图4-3 总体设计框图

处理器采用51系列单片机AT89C51。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AT89C51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，或者是在声光报警10s 后有定时器实现自动消除报警[4]。

4.1.2具体电路模块设计

1. 放大电路的设计

如图6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。如图4-4

AT89

C51

复位电路

信号检测电路 报警执行电路

LED 发光显示

放大

驱动

驱动

图4-4 放大电路图

2. 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4-5所示。

图4-5 时钟电路图

3. 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]。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us[7]。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图4-6所示

图4-6 复位电路图

4. 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]。如图4-7所示

图4-7 发光二极管报警电路图

5. 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10示为声音报警电路。如图4-8所示

图4-8 声音报警电路图

4.1.3 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： AT89C51、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。

4.3 软件的程序实现

4.2.1 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图4-9所示；

图4-9主程序工作流程图

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，如图4-10所示；

图4-10 中断服务程序工作流程图

4.2.2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。

Proteus它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil 软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

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。

5 总结与展望

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AT89C51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。

到目前为止我的毕业设计也即将告一段落了，在这次的毕业设计中，自己也学习到了很多以前没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。

程序源代码：

1.定义接口.h文件

1602S51.H

--------------------------------------------------------------------------*/

#ifndef __1602S51_H__

#define __1602S51_H__

sbit LCDE=P2^7;

sbit RW=P3^4;

sbit RS=P3^5;

wr_com(unsigned char comm);//********写控制字符程序E=1 RS=0 RW=0**********//

wr_data(unsigned char dat);//*****当前位置写字符子程序：E=1 RS=1 RW=0

void display(unsigned char addr,unsigned char *a,unsigned char c);

unsigned char rd_bf();//*****忙状态检查*******//

void delay_10us(unsigned char x)

{

while(x--);

}

void delay_ms(unsigned char cnt)

{

unsigned char i;

do {

i = 4;

do {

delay_10us(39);

} while(--i);

} while(--cnt);

}

// 1602液晶相关

wr_com(unsigned char comm) //********写控制字符程序E=1 RS=0 RW=0**********//

{

LCDE=0;

RS=0; //********RS寄存器选择输入端，当RS=0；当进行写模块操

作，指向指令寄存器。

RW=0; //********当RS=1，无论是读操作还是写操作，都是指向数据寄存器。

LCDE=1;

P0=comm;

RS=0;

RW=0;

LCDE=0;

}

wr_data(unsigned char dat)//*****当前位置写字符子程序：E=1 RS=1 RW=0

{

LCDE=0;

RS=0; //********RS寄存器选择输入端，当RS=0；当进行写模块操作，指向指令寄存器。

RW=0; //********当RS=1，无论是读操作还是写操作，都是指向数据寄存器。

RS=1;

RW=0;

LCDE=1;

P0=dat;

LCDE=0;

RS=0;

RW=0;

}

unsigned char rd_bf()//*****忙状态检查*******//

{

unsigned char i;

//P0=0xff;

LCDE=0;

RS=0;

RW=0;

RS=0;

RW=1;

LCDE=1;

i=P0;

LCDE=0;

// while(i){i=P0_7;}

return(i);

}

void init_LCD()//**********初始化程序，必须按照产品的资料介绍的过程进行********//

{

wr_com(0x38); //*****显示模式设置必须三次，不用检测忙信号

delay_ms(5);

wr_com(0x38);

delay_ms(5);

wr_com(0x38);

delay_ms(5);

//rd_bf();

//delay5ms();

wr_com(0x01); ///***清屏****

delay_ms(5);

rd_bf();

delay_ms(5);

wr_com(0x06); ///****光标移动设置***

delay_ms(5);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x38); ////***显示模式设置****

delay_ms(1);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x0f); /////***显示开***

delay_ms(1);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x40); //set cgram address

delay_ms(1);

// rd_bf();

}

//名称：显示子程序

//功能：在指定地方显示字符

//入口：a 是指向要显示的数组

// addr是要显示的地址

// c 为数组长度

//返回：无

void display(unsigned char addr, unsigned char *a, unsigned char c) {

unsigned char i;

// if(rd_bf())

wr_com(addr);

for(i=0;i

{

rd_bf();

wr_data(a[i]);

delay_10us(1);

}

}

//功能：数据输出

//输入：str为要显示的数据，X为坐标

void Printf_Number(unsigned char X,unsigned long Temp) {

unsigned char i = 8;

char vec[9];

char *ptr=vec;

vec[i] = 0;

do

{

vec[--i] = Temp%10 + '0';

Temp /= 10;

}

while (Temp!=0);

ptr=ptr+i;

wr_com(X);

while((*ptr) != '\0')

{

// wr_lcd (dat, *ptr);

rd_bf();

wr_data(*ptr);

ptr ++;

delay_10us(2);

}

}

#endif

2．红外报警.c文件

//红外报警系统

#include

//#include "1602S51.H"

sbit Alarm_sound=P1^3; //蜂鸣器，低电平有效

sbit LED_Green=P2^5; //正常工作指示--绿

sbit LED_Test=P2^6; //测试状态指示--红

sbit Relay_Control=P1^4; //继电器低电平有效

sbit Red_LED1=P1^0; //红外接收头

sbit Red_LED2=P1^1; //红外接收头

sbit Red_LED3=P1^2; //红外接收头

sbit human=P3^0; //热释电按口

unsigned int Alarm_Number=10; //报警门限值，可通过按键改变

unsigned char Style_bit=0; //类型标志位

unsigned int Count_number=0; //计数

bit Alarm_bit=0; //强制报警开关

bit Test_bit=0; //测试标志

bit Red_recognize_bit1=0; //识别到物体标志

bit Red_recognize_bit2=0; //识别到物体标志

unsigned char delay_count; //灯的开关状态延迟计数，当到一定次数，就进行开关灯操作，

//这样做的好处时为了使灯的闪烁时间不影响其他子程序，如按键扫描

unsigned char style[6]={"STYLE:"}; //显示Style 类型

unsigned char raster[6]={"Raster"};//显示光栅

unsigned char identify[8]={"Identify"}; // 显示人体识别

unsigned char TestModel[9]={"TestModel"}; //显示测试模式

unsigned char count[7]={"Count: "}; // 显示人体识别

unsigned char change[9]={"Alarm_Num"};

unsigned char Clear9[9]={" "}; //用于清屏

unsigned char Clear16[16]={" "}; //用于清屏

unsigned char Warning[16]={" Warning! "};

void Alarm_CLOSE(void);

void Alarm_OPEN(void);

void Key_Scan(void);

void Test(void);

//液晶相关定义

sbit LCDE=P2^7;

sbit RW=P3^4;

sbit RS=P3^5;

wr_com(unsigned char comm);//********写控制字符程序E=1 RS=0 RW=0**********//

wr_data(unsigned char dat);//*****当前位置写字符子程序：E=1 RS=1 RW=0

void display(unsigned char addr,unsigned char *a,unsigned char c);

unsigned char rd_bf();//*****忙状态检查*******//

//*************delay_ms********************************

void delay_10us(unsigned char x)

{

while(x--);

}

void delay_ms(unsigned char cnt)

{

unsigned char i;

do {

i = 4;

do {

delay_10us(39);

} while(--i);

} while(--cnt);

}

// 1602液晶相关

wr_com(unsigned char comm)//********写控制字符程序E=1 RS=0 RW=0**********//

{

LCDE=0;

RS=0; //********RS寄存器选择输入端，当RS=0；当进行写模块操作，指向指令寄存器。

RW=0; //********当RS=1，无论是读操作还是写操作，都是指向数据寄存器。

LCDE=1;

P0=comm;

RS=0;

RW=0;

LCDE=0;

}

wr_data(unsigned char dat)//*****当前位置写字符子程序：E=1 RS=1 RW=0

{

LCDE=0;

RS=0; //********RS寄存器选择输入端，当RS=0；当进行写模块操作，指向指令寄存器。

RW=0; //********当RS=1，无论是读操作还是写操作，都是指向数据寄存器。

RS=1;

RW=0;

LCDE=1;

P0=dat;

LCDE=0;

RS=0;

RW=0;

}

unsigned char rd_bf()//*****忙状态检查*******//

{

unsigned char i;

//P0=0xff;

LCDE=0;

RS=0;

RW=0;

RS=0;

RW=1;

LCDE=1;

i=P0;

LCDE=0;

// while(i){i=P0_7;}

return(i);

}void init_LCD()//**********初始化程序，必须按照产品的资料介绍的过程进行********//

{

wr_com(0x38); //*****显示模式设置必须三次，不用检测忙信号

delay_ms(5);

wr_com(0x38);

delay_ms(5);

wr_com(0x38);

delay_ms(5);

//rd_bf();

//delay5ms();

wr_com(0x01); ///***清屏****

delay_ms(5);

rd_bf();

delay_ms(5);

wr_com(0x06); ///****光标移动设置***

delay_ms(5);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x38); ////***显示模式设置****

delay_ms(1);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x0f); /////***显示开***

delay_ms(1);

rd_bf();

delay_ms(1);

wr_com(0x40); //set cgram address

delay_ms(1);

// rd_bf();

}

//名称：显示子程序

//功能：在指定地方显示字符

//入口：a 是指向要显示的数组

// addr是要显示的地址

// c 为数组长度

//返回：无

void display(unsigned char addr, unsigned char *a, unsigned char c) {

unsigned char i;

// if(rd_bf())

wr_com(addr);

for(i=0;i

{

rd_bf();

wr_data(a[i]);

delay_10us(1);

}

}

//功能：数据输出

//输入：str为要显示的数据，X为坐标

void Printf_Number(unsigned char X,unsigned long Temp) {

unsigned char i = 8;

char vec[9];

char *ptr=vec;

vec[i] = 0;

do

{

vec[--i] = Temp%10 + '0';

Temp /= 10;

while (Temp!=0);

ptr=ptr+i;

wr_com(X);

while((*ptr) != '\0')

{

// wr_lcd (dat, *ptr);

rd_bf();

wr_data(*ptr);

ptr ++;

delay_10us(2);

}

}

void main(void)

{

P0=0;

P1=0xff;

P2=0xFF;

P3=0xff;

Alarm_sound=1; //关蜂鸣器

LED_Green=1;

LED_Test=0;

Relay_Control=1;

init_LCD(); //初始化

display(0x80,style,6); //第一行

display(0x88,raster,6); //第二行

display(0xc0,count,7); //第二行

// Print_Number(0xc7,12);

while(1)

{

//Printf_Number(0xc8,Alarm_Number);

Key_Scan();

if(Alarm_bit==1)

{

delay_count++;

delay_ms(10); //延迟MS

if(delay_count>100) //当延迟次毫秒=1S

{

delay_count=0;

Relay_Control=~Relay_Control; //开灯或关---------达到让报警时灯闪烁的效果}

}

switch(Style_bit)