基于单片机的多功能住宅安防报警系统的设计(编辑修改稿)

基于单片机的多功能住宅安防报警系统的设计(编辑修改稿)内容摘要：

压信号。 热释电红外传感器输出的检测信号很小。 要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。 使电路执行相关动作。 热释电红外传感器控制电路就是根据检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。 本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统 [5]。 下图 25 是控制电路的结构框图： 低 频 放 大 比 较 整 形V i V o 图 25 控制电路结构框图 6 本设计所用的热释感器就采用双探测元的结构。 其工作电路原理及设计电路如图 26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。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 图 26 热释电红外传感器原理图 （ 2） 菲涅尔透镜 ： 目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。 热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。 加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足 2m 提高到至少 8m 范围。 菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不交叉，都相隔一个盲区 (如图 27 所示 )。 这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进人一个视场后，又走出这个视场，再进人另一视场对传感器而言，相当于一会儿看到人，一会儿又看不到人，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个 相应的电信号。 菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而且还有聚焦作用，其焦距一般在 5cm 左右。 菲 涅尔透镜一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明状， 传感器 加装了菲涅尔透镜后可以有效增加传感器的检测范围 ，菲涅尔透镜的实物图如附图 1 所示。 另外， 需要说明的是 ：传感器模块 在每次接通电源时，传感器要有几秒到十几秒的“预热”时间，在这段时期内该传感器不起作用。 菲涅尔透镜的示意图如下图所示： 7 图 27 菲涅尔透镜示意图 （ 3） 本设计采用 HCSR501 模块，如附录 一图 13 所示。 该模块是基于红外线检测技术的自动控制模 块，采用德国原装进口 LHI778 红外感应 探头设计，感应部分应用菲涅尔透镜对感应范围进行放大，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式， 广泛应用于各类自动感应电气设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。 HCSR501 人体感应模块电气特性： ① 工作电压范围：直流电压 ； ② 静态电流： 50uA； ③ 电平输出：高 ； ④ 触发方式： L（不可重复触发） /H（重复触发）； ⑤ 感应角度： 100 度锥角； ⑥ 工作温度： 15—+70 摄氏度； ⑦ 触发时间： 5200S(可调 )可制作范围零 点几秒 — 几十分钟。 HCSR501 模块功能参数： ① 全自动感应 ： 人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。 ② 两种触发方式（可跳线选择）： a、不可重复触发方式 ： 即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平； b、可重复触发方式 ： 即感应输出高电平后，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，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时 间的起始点 )。 ③ 封锁时间 (默认设置 ： 封锁时间 )：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成 8 低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。 此功能可以实现 “ 感应 ”。 温度传感器单元 为了满足本设计需要， 该单元 选用的是 DS18B20 智能温度传感器。 它是美国 DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板 （ ONB0ARD） 专利技术。 全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电 路内。 一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。 与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～ 12 位的数字值读数方式。 （ 1） DS18B20 的特点 ： DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 的外形及管脚排列如图 28 所示： DALLAS18B20PR35封 装GND DQ VDD1 2 3 图 28 DS18B20 外形及引脚排列图 （ 2） DS18B20 引脚定义： ① DQ 为数字信号输入 /输出端。 ② GND 为电源地。 ③ VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 （ 3） DS18B20 的性能特点如下： ① 适应电压范围更宽，电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由数据线供电。 ② 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条接口线即可实现 9 微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 ③ DS18B20 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 ④ DS18B20 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 ⑤ 温范围 － 55℃ ～＋ 125℃ ，在 10～ +85℃ 时精度为 177。 ℃。 ⑥ 可编程的分辨率为 9～ 12 位 ，对应的可分辨温度分别为 ℃ 、 ℃ 、 ℃ 和℃ ，可实现高精度测温。 ⑦ 在 9 位分辨率时最多在 内把温度转换为数字， 12 位分辨率时最多在 750ms内把温度值 转换为数字，速度更快。 ⑧ 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行传送给 CPU，同时可传送CRC 校验码，具有极强的抗干扰纠错能力。 ⑨ 负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20 测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。 DS18B20 有寄生电源供电方式和外部电源供电方式，本设计采用外部电源供电方式。 在外部电源供电方式下， DS18B20 工作电源由 VDD 引脚接入，此时 I/O 线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度。 在外部 供电的方式下， DS18B20 的 GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是 85℃ [4]。 本设计中采用外部电源供电方式，其与单片机的接口电路如下图 29 所示 123D S 18 B 20V C CR5R e s 2P 图 29 DS18B20 与 STC89C52 单片机 引脚 连线 DS18B20 温度传感器 与单片机的接口电路非常简单。 DS18B20 只有三个引脚，一个接地，一个接电源，一个数字输入输出引脚接单片机的 I/O 口，电源与数字输入输出脚间需要接一个 的电阻。 系统中的温度传感器可用于检测环境温度，通过温度值的变化来 预测 火灾的发生。 例如当温度高于 50 度时，启动声光报警电路，提示用户进行处理。 10 单片机控制模块 单片机是整个报警系统的核心部件，一方面它要接收来自传感器的信号，另一方面要对信号分别进行处理，控制后续电路的相应工作；同时，查询是否有键按下的命令。 在单片机实现的功能中，将模数转换后的信号做数字滤波，再进行线性化处理，然后送 LCD显示，这一过程的软件实现，需要单片机 有较快的运算速度。 同时，在保证 报警器的精确性、可靠性及抗干扰性的基础上，能够尽可能降低 成本，缩小体积。 如今市面上单片机的种类很多，许多厂家都有自己的单片机系列产品。 本设计中 只是对 各种传感器的 采集 数据进行处理，在 LCD 上显示并产生声光报警，功能不是特别复杂，实时性不太强，运算量不是太大，因此选用 8 位单片机。 该应用还应该考虑单片机的功耗。 满足这两个条件的单片机种类很多，考虑到价格，本人已有的单片机集成开发环境和仿真器等因素，最终选用宏晶公司生产的 STC89C52 型号的单片机。 STC89C52 单片机主要性能及结构 STC89C52 单片机完全兼容 MCS51 系列单片机的所有功能， 并且本身带有 2K 的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上， 它 比人们常 用的 8031CPU 外加 EPROM 为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单方便等优点，具体如下： STC89C52 单片机是最早期也最典型的产品， 具有低功耗、高性能的特点，是 采用CHMOS 工艺的 8 位单片机。 它在硬件资源和功能、软件指令及编程上与 Intel 80C3X 单片机完全相同，在应用中可直接替换。 在 STC89C52 内部有 FLASH 程序存储器，不仅能 用常规的编程器编程，也可 在线使之处于编程状态对其编程。 编程速度很快，擦除时也 无需紫外线，非常方便。 它为许多嵌入式控制系统提供了灵活、低成本 、低功耗 的解决方案 [6]。 （ 1） 主要特性介绍如下： ① 与 MCS51 产品指令系统完全兼容。 ② 封装： PDIP40（见图 210）。 ③ 8K 的 EEPROM 功能。 ④ 三个程序存储器保密位。 ⑤ 2568 字节的内部 RAM。 ⑥ 用户应用程序空间 32K 字节。 ⑦ 工作温度范围： 0—75℃ /40/—+85℃。 ⑧ 全静态设计，时钟频率范围为 0～ 24MHz、 33MHz。 ⑨ 低功耗的待机工 作模式和掉电工作模式。 ⑩ 3 个可工作于 4 种模式的 16 位定时 /计数器中断。 11 ⑪ 片内集成 8KB 的 FLASH 存储器，可反复编程 /擦除 1000 次。 ⑫ 工作电压： （ 5V 单片机） /（ 3V 单片机）。 ⑬ 共 3 个 16 位定时器 / 计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用。 ⑭ 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断， Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 ⑮ 通用异步串行口 (UART)，还可用定时器软件实现多个 UART。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 010P 3. 111P 3. 212P 3. 313P 3. 414P 3. 515P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119V S S20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E30EA31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U2S T C 89 C 54 R D + + 图 210 STC89C52 引脚图 （ 2） 管脚说 明： 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 8 个 TTL 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 4 TTL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 12 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 ST89C52 的一些特殊功能口 ， P3 口管脚备选功能 如下 ： （串行输入口）； （串行输出口）； （外部中断 0）； （外部中断 1）； （计时器 0 外部输入）； （计时器 1 外部输入）； （外部数据存储器写选通）； （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，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 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 SFR 8EH 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。 在由外部程序存储器读取指令期间，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。 EA/VPP：当 EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储。