传感器课程设计基于单片机的红外报警系统设计大学论文Word下载.docx
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3.2.2数码显示模块:
3.2.3红外探测器模块:
3.3主机电路设计10
3.3.1主机部分10
3.3.2内部时钟电路的设计11
3.3.3外部时钟电路的设计11
3.3.4蜂鸣器电路的设计12
3.3.5复位电路的设计12
四、软件设计14
4.1主程序流程图14
五、结论14
六、心得体会15
七、参考文献15
安装调试实验报告16
电路原理图、印制板图16
原理图16
实物图17
元器件清单18
程序清单19
正文
一、设计要求
1、存在的问题
现如今,治安问题已然非常严重。
小偷小摸、入室抢劫这类事情发生频率非常高。
这就需要在建筑物周围以及内部重点区域安装防盗装置。
世面上已有的报警装置都存在着一些漏洞,所以结合已存在的报警装置,取长补短,设计出一种简单有效、性能良好的红外探测报警装置。
本设计的报警系统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。
2、选题依据
随着时代的进步、科技的发展,人们对生活的品质的追求越来越高,也对安全问题越来越重视。
人们需要一种简单有效的家庭防盗报警系统,能可靠的保护家庭安全,若有情况可以立即发现并及时向主人发出信号,将险情扼杀在摇篮中,或是减小损失。
这样即使出门在外,人们也可以安心的工作、娱乐。
因此,家庭防盗报警系统的需求量很很大的,也很重要。
3、基础知识
3.1热释红外传感器简单介绍
热势红外线传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测原件。
是一种能检测人体的红外线而输出电信号的传感器,它能组成放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共外线能量的变化,并将其转化成电压信号输出。
将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路。
如图所示为热释电红外传感器的内部电路框图。
热释电红外传感器内部电路框图
3.2STC89C51单片机的简单概述
STC89C51单片机的结构
STC89C51单片机是美国Stcmel公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Stcmel公司的高密度、非异失性存取技术生产,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【3】。
STC89C51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2-2为STC89C51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。
STC89C51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,具有运算和控制功能。
STC89C51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.数据存储器(内部RAM)
芯片中共有256B的RAM单元,但其中后128个单元(80H-0FFH)被专用寄存器占用,能作为寄存器提供用户使用的只是前128个单元(00-7FH),用于存放可读写的数据。
因此常说的内部数据存储器是指前128个单元,简称内部RAM。
3.程序存储器(内部ROM)
芯片内部有4KB的掩膜ROM,可用于存放程序、原始数据和表格等,因此称为程序存储器,简称内部ROM。
4.定时器/计数器
出于控制应用的需要,芯片内部共有两个16位的定时器/计数器以实现定时或计数功能,并以其定时或计数结果对单片机进行控制。
5.并行I/O口
STC89C51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
STC89C51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。
该串行口功能较强,既可以作为全双工异步通信收发器使用,也可以作为同步移位寄存器使用。
7.中断控制系统
STC89C51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。
8.时钟电路
STC89C51单片机芯片内部有时钟电路,但石英晶体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,系统允许的最高晶振频率为12MHz。
9.内部总线
上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。
总线在图中以带箭头的空心线表示。
系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线—地址总线、数据总线和控制总线进行传送,总线结构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和可靠性。
STC89C51较详细的内部结构如图2-3所示。
3.3STC89C51单片机的管脚说明
STC89C51是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,如图2-4所示。
STC89C51单片机是高性能单片机,因为受引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能。
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STC89C51的一些特殊功能口,如下所示:
STC89C51内部结构框图
P3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)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
STC89C51引脚图
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。
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/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。
3.4STC89C51单片机的主要特性
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
全静态工作:
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128*8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
3.5STC89C51单片机的工作周期
单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作,控制信号必须定时发出,为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。
这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的,并组成下面几种工作周期,如图2-5所示。
这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的,并组成下面几种工作周期。
振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期
振荡周期:
是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。
状态周期:
每个状态周期为振荡周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。
在一个状态周期中有两个时钟脉冲,通常称它为P1、P2。
机器周期:
一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个振荡周期。
在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。
指令周期:
它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
二、基本原理
该设计主要包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、报警模块和显示模块等模块。
该系统主控制模块用单片机做为核心,报警方式是传统的声光报警;
显示方式采用数码显示,按键方式采用中断矩阵键盘,传感器采用热释电红外传感器。
传感器技术是信息采集技术的第一步,它通常由敏感元件和转换元件组成,敏感元件,是传感器能直接感受输入量的部分。
转换元件,是传感器能把敏感元件接收到的部分转换成可用信号。
传感器的应用:
信息采集。
对于一些特别的要求,需要检测目标状态的存在,在一定的状态下信息转换为数据,对装置和系统进行监测。
信息数据的交换。
把多种形式的信号,如图形、文字等,显示
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