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三,设计步骤及原理分析
3.1,设计方法
为完成系统功能,选择和设计传感器和单片机控制电路组成防盗报警系统。
此防盗报警系统可以用于宾馆、仓库、居民楼等场所,它能对监测点进行自动检测(可供32点监测),一旦出现盗情,能立即报警,并指示被盗的地点编号。
该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。
若更换其它的传感器还可用于火灾报警、煤气泄漏报警等。
图2.1系统组成框图
各部分电路功能及作用如下:
门磁与振荡电路是家用防盗报警器必备的检测电路,具有检测灵敏,体积小,安装方便等优点,所以作为本次设计的首选检测电路。
显示电路采用2个7位LED显示,可供显示32个检测点,从而明确显示事故发生位置,便于及时实施防盗工作。
声音电路的设计采用蜂鸣电路,声音大,可以吓跑盗窃者,同时也可提高户内人员的警惕性。
电源部分的设计是方便用户使用直接接220V交流电源即可使用,不必担心电池没有电而失去了报警器的功能。
消音部分可采用按键式复位电路,避免检测电路误报时蜂鸣电路一直发声,造成影响。
主机选用AT89C51单片机,P3口接入32组门磁与振荡检测电路并联电路组经过放大器与门电路接入。
P1口连输出经芯片MC14543接2位LED数码显示器。
报警蜂鸣电路接于P3.7口。
晶振电路接于XTAL1XTAL2口,复位电路接于RESET口电源电路与VCC、GND连接。
3.2设计步骤及原理分析
3.2.1CPU的选择
1.单片机选择
1)单片机接受A/D转换电路输入的数字信号,并将输入的信号进行处理和运算,以
控制控制电流或者控制电压的形式输出给被控制的单元电路,完成各项任务要求。
2)AT89C51单片机的性能及应用
AT89C51单片机温度测控仪采用Atmel公司的AT89C51单片机,采用双列直插封装(DIP),有40个引脚。
其主要特征如下:
(1)面向控制的8位CPU;
(2)一个片内振荡器和时钟产生电路,振荡频率为0—24MH;
(3)片内4KBFlashROM程序存储器;
(4)128B的片内数据存储器;
(5)可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路;
(6)2个16位定时/计数器;
(7)4个并行的I/O口,共32条可单独编程的I/O线;
(8)中断系统有5个中断源,可编为两个优先级;
(9)一个全双工的异步串行口;
(10)21个特殊功能寄存器;
(11)具有节电工作方式,即休闲方式和掉电保护方式。
图2.289C51单片机引脚图
VSS:
接地端。
VCC:
电源端。
正常操作及对FLASHROM编程和验证时接+5V电源。
P0口:
是双向8位三态I/O口。
在访问外部存储器时,可分时用作低8位地址线和8位数据线;
在FLASHROM编程时,它输入指令字节,而在验证程序时,则输出指令。
P0口能驱动8个LSTTL门电路。
P1口:
是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在对FLASHROM编程和程序验证时,它接受低8位地址。
能驱动4个LSTTL门电路。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
在访问外部存储器时,它送出高8位地址。
在对FLASHROM编程和程序验证时,它接收高8位地址和其他控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,能驱动4个LSTTL门电路。
RST:
复位信号输入端,高电平有效。
当振荡器工作时,出现两个机器周期以上的高电平,就可以使单片机复位。
ALE/PROG:
地址锁存允许信号。
PSEN:
外部程序存储器选通信号。
EA/VPP:
访问内、外部程序存储器控制信号。
接高电平时,CPU访问并执行内部程序存储器的指令,但当程序计数器值超过0FFFH时,将自动转去执行外部程序存储器中的程序。
接低电平时,CPU只访问并执行外部程序存储器中的指令。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
3.2.2数据存储器扩展
89C51片内有128B的RAM存储器,在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。
这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能,扩展外部数据存储器。
89C51单片机最大可扩展64KBRAM。
本文中采用6264进行数据存储器扩展。
6264是8K*8位静态随机存储器,采用CMOS工艺制造,单一+5V电源供电,额定功耗200mW,典型存取时间200ns,为28线双列直插式封装。
6264与89C51的硬件连接图2.3所示。
6264的片选线CE1接89C51的P2.7,第二片选线CE2接高电平,保持一直有效状态,6264是8KB容量的RAM,故使用了13根地址线。
图2.389C51单片机系统扩展图
3.2.3复位电路设计
单片机储器单片机的复位是靠外电路来实现的,在正常运行情况下,只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平,即可引起系统复位,但如果RST引脚上持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。
可见复位的时间和充电的时间有关,充电时间越长复位时间越长,增大电容或增大电阻都可以增加复位时间。
为了保证系统可靠复位,在设计复位电路时,一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平,单片机就能实现复位。
复位操作有两种情况,即上电复位和手动(开关)复位。
本系统采用手动复位方式。
图2.4复位电路图
3.2,4时钟电路设计
单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准,时钟信号通常用两种电路形式得到:
内部振荡和外部振荡。
AT89C51单片机内部有一个用于构成振荡器的高。
增益反向放大器,引脚XTALl(X1)和XTAL(X2)分别是此放大电器的输入端和输出端。
该反向放大器可配置为内部振荡。
在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式。
由于采用内部振荡方式时,电路简单,所得的时钟信号比较稳定,实际使用中常采用这种方式。
图2.5时钟电路图
2.6CPU最小系统图
图2.6 CPU最小系统
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,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。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM定时器计数器串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
3.2.5门磁振荡传感器的选择
32组门磁振荡检测电路,并行输入,运用或门四个一组输入,只要有一个为高电平即可启动电路。
当有更多检测电路要加入时,可并联加入。
图3.1 防盗系统检测电路
3.2.6防盗报警检测接口电路设计
3,2.6.1A/D转换器选择
图3.2 ADC0809引脚图
ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行的A/D转换器件。
内有一个8通道多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它由比较器、逐次逼近器、D/A转换器及控制和定时5部分组成,输出具有TTL三态锁存缓冲器,可以直接连到单片机数据总线上。
3.2.6,2模拟量检测接口电路图
图3.3 ADC0809与89C51单片机的接口电路
ADC0809与单片机的典型接口电路,由图3.2可以看出,其与单片机接口十分简单。
89C51单片机通过地址线P2.7和读,写信号来控制转换器模拟输入通道地址锁存,启动和输出允许,ALE为其地址锁存控制信号。
根据图3.3中的接线方案,8个模拟输入通道(IN0~IN7)的地址分别为7FF8H~7FFFH。
3.2.6,3防盗报警输出接口电路设计
显示电路采用MC14543芯片进行译码输出,2位可显示32个数字代表的32个监测位置。
报警采用蜂鸣电路,可叫醒户主,采取防盗措施。
利用555振荡器产生振荡,可是蜂鸣器发出声响。
声音输出电路电路图3.2如下所示:
显示电路如图3.3
图3.2 输出声音电路
图3.3显示电路
3.2.7软件实现功能综述
根据总体设计方案,防盗报警系统包括主程序、读数子程序、显示报警子程序主程序主要用来进行初始化,设置口地址和控制字,并对检测结果进行核对和控制读数子程序用来读取门磁振动检测电路的输入数据进行分析显示。
显示报警子程序,利用芯片进行译码显示,转为BCD码后输出。
流程图设计
1主程序流程图设计
图4.1 系统程序流程图
主程序主要用来进行初始化,设置口地址及其控制字,并对检测结果进行核对,控制,其流程图如图4.1
2显示及报警流程图设计
显示和报警子程序主要用于对所查找的报警点进行显示报警,其流程程序图如图2.2所示。
图2.2 显示及报警流
3程序清单
ORG0000H
START:
MOVP1,#0F0H;
MOVR3,#0D0H;
MOV20H,#02H
M1:
MOVA,R3
ACALLREAD;
JZN1
ACALLM2;
N1:
MOVA,R1
INCA
MOVR1,A
ACALLREAD
JZN2
ACALLM2
N2:
JZN3
N3:
JZN4
N4:
MOVR3,#0B0H;
MOVA,02H
DECA
JNZM1
SJMPSTART;
READ:
MOVP1,A;
CLRP1.4
ORLP1,#0FH
MOVA,P1;
SETBP1.4
ANLA,#0FH
RET;
M2:
MOVR0,A
LCALLDELAD1
XRLA,R0;
JNZM22
ACALLTLTC;
M22:
RET
TLTC:
MOVA,R1;
MOVR7,A
JNZL1
MOVR2,#00H
L1:
MOVA,R7
XRLA,#01H
JNZL2
MOVR2,#04H
L2:
XRLA,#02H
JNZL3
MOVR2,#08H
L3:
XRLA,#03H
MOVR2,#12H
LL3:
ANLA,#0F0H
RLCA
JCL4
MOVR3,#16H
L4:
JCL5
MOVR3,#00H
L5:
MOVA,R0;
RRCA
JNCL6
MOVR4,#01H
LCALLDIS
L6:
MOVA,R0
JNCL7
MOVR4,#02H
L7:
RRCA
JNCL8
MOVR4,#03H
L8:
JNCL9
MOVR4,#04H
L9:
DIS:
MOVA,R2;
ADDA,R3
DAA
ADDA,R4
MOVR4,A
MOV21H,#00H
HDISP:
MOVA,R4
ORLA,#07H
MOVP2,A
ACALLDELAD2
SWAPA
ORLA,#0BH
MOVP2,A
ACALLDELAD5
INC21H
MOVA,#0FFH
XRLA,21H
JZB1
SJMPHDISP
B1:
DELAD1:
MOVR5,#04H;
DELAD2:
MOVR6,#0F0H
DELAD3:
MOVR7,#0F7H
DELAD4:
NOP
DJNZR7,DELAD4
DJNZR6,DELAD3
DJNZR5,DELAD2
DELAD5:
MOVR5,#02H;
DELAD6:
MOVR6,#0FFH
DJNZR6,$
DJNZR5,DELAD6
四,课程设计小结及体会
文设计了一种单片机进行远程控制的家庭防盗报警器,该系统能利用现有的公共电话网络随时实现异地监控家中的情况,并且家中发生危险情况时能及时将信息传递给主人,具有方便、安全的优点。
该系统的传感器可选用门磁式、振动式的功能开关量传感器,系统终端部分选用音响报警电路及数码显示电路。
单片机储器单片机的复位是靠外电路来实现的,在正常运行情况下,只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平,即可引起系统复位。
显示报警子程序,利用芯片进行译码显示,转为BCD码后输出
通过这次传感器课程设计,让我更加了解了传感器的作用,传感器在我们的生活中有许多的大用处,也展现了它强大的用处,希望我能够在这次学习中学习的知识能够在以后的生活中能够展现出来!
五,参考文献
[1]梅丽凤等编著单片机原理及接口技术清华大学出版社2009.7
[2]赵晶主编Prote199高级应用人民邮电出版社,2000
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航空航天大学出版社,1990:
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冶金工业出版社,1981:
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高等教育出版社,1988
[8]李新平,实用电子仿真技术.北京:
机械工业出版社,2003
[9]李东生,信号与电子系统原理及EDA仿真.中国科学技术大学,2000
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