0902 班 张德欢 2009118010232目录1绪论1l.i发展概况与设计背景11.2本设计概述22总体设计方案32.1方案选择论证32.2主控芯片单片机的选择32.2.1 AT89C51的主要性能42.2.2 AT89C51的引脚结构52.3传感器的选择62.3.1传感器的超声波探测的原理结构72.3.2超声波探测原理72.3.3超声波传感器的结构83系统硬件设计133.1低频带通放大电路133.2电压比较整形电路143.2.1双限电压比较器的工作原理143.3报警电路153.4灯光警示电路163.5状态显示电路173.6供电电源电路173.7单片机最小系统184系统软件194.1主程序流程图194.2中断函数流程图205结论21致谢22参考文献23附录一：系统电路图24附录二：系统程序251.1发展概况与设计背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大 的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区 发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上 所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而 且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一 步完善和提咼。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它 在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以 规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报 现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算 机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机 内存储起来，方便来访人的杳询和保安人员的统一管理。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力 遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺 点：（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作， 主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。（二）开关式电子防盗报 警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高, 不可靠。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如 果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不 高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比 较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。1.2本设计概述综合以上报警器的不足，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 处理后利于跟PC机通信，便于多用户统一管理。2总体设计方案2.1方案选择论证防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软 件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入 侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。该系统设计方案有以下两种：方案一；利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由 编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电 通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联 网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情 的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动 警力做出快速处理。方案二；通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片 机控制报警灯和高音报警器的启动。通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选 择方案二。2.2主控芯片单片机的选择20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就单片机而言，世界上一些 著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界 上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国intel公司：MCS-51系列及其增强型系列美国Motorola公司:6801系列和6805系列美国Atmel公司：89C51等单片机美国Z订og公司：Z8系列及SUPER8美国Fairchild公司：F8系列和3870系列美国Rockwel 1公司:6500/1系列美国T1 （德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列NS （美国国家半导体）公司：TMS7000系列尽管单片机的品种很多，但是在中国使用最多的还是intel公司的MCS-51 系列单片机和美国的Atmel公司的89C51单片机。MCS-51系列单片机包括三个基本型8031、8051/875E8031内部包括一份8位CPU、128个字节，21个特殊功能寄存器（SFR）、 4个8位并行I/O 口、1个全双工串形口、2个16位定时器，但片内无程序 存储器，外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用。8051是在8031的基础上，片内集成有4KB ROM,作为程序存储器，是一个 程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制 的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定， 且批量大的单片机产品中。也不予采用。8751是在8031基础上，增加了 4K字节的EPROM,它构成了程序小于4KB的 小系统。用户可以将程序固定在EPROM中，可以反复修改程序。但是价格相对 8031较贵。8031为外扩一片4KB EPROM的就相当于8751,它的最大优点是价格 低。随着大规模集成电路不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模 的。不予采用。80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash许程序存储区在系统可编程， 亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash, 使得AT89S52位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效地解决方案。AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器（FPEROMFlash 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。AT89C51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。故此设计采用AT89C5E2.2.1 AT89C51的主要性能1）与MCS-51单片机产品兼容2）4k字节在系统可编程Flash存储器3）1000次擦写周期4）全静态操作:0HZ24HZ5）三级程序存储器锁定6）32个可编程1/0 口线7）两个16位定时器/计数器8）五个中断器9）可编程串行通道10）低功耗空闲和掉电模式11）看门狗定时器2.2.2 AT89C51的引脚结构PDIPP1.OC140P1.1C259P12匚3羽P1.3C437P1.4C556P1.5C635P1.6C734P1.7C88RSTC9卫(RXD)P3.01031fTXD) P3.1C11XilNTtTi P3.2 匸1229iTOTTi P3.3 L1328(T0)P3.4C1427(T1)P3.5L1526iW P3.61625阿P3.7匚1724XTAL2L1823XTAL1C1922GNDC20213VCC ：PO.D (ADO) 3PO.1 (ADI) 3 PQ2 (AD2) P0.3(AD3) 0 P0.4 (AD4)2 P0.5 (AD5)3 PO.6 (AD6：| JP0.7(AD7) :JWVPP 3ALEPROGJP2.7(A15)2 P2.6 (A14) 3P2.5 (A13) JP2.4 (A12) P2.3(A11) JP22(A1O) 3P2.1 (A9)3 P2.0 (A8)图2-1 AT89C51的引脚结构图超声波测距原理:超声波传感器是利用压电效应的原理压电效应有逆效应和顺效应超声波传感器是可逆 元件.超声波发送器就是利用压电逆效应的原理.所谓压电逆效应如图8-1所示，是在压电元 件上施加电压，元件就变形即应变。若在图8-la）所示的已极化的压电陶瓷上施加如图8-1 （b所示极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥，同时外部G）负电荷与极 化负电荷相斥.由于相斥的作用.压电陶瓷在厚度方向上缩短在长度方向上伸长。若外部 施加电压的极性变反，如图8-1 （c）所示那样.压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上縮 短.极化电极B（b）外加电压产生的应变KBE方何上伸it图8-1 压电逆效应外加电压柿反产生的应变u 压电超声波在相同的传播媒体里（大气条件）传播速度相同，即在相当大的频率范围内声速不随 频率变化，波动的传播方向与振动方向一致，是纵向振动的弹性机械波，它是借助于传播介 质的分子运动而传播的，波动方程描述方法与电磁波是类似的。(1)A = A (x ) co s (U kx)式中,A（x）为振幅,Ao为常数，3为圆频率,t为时间,x为传播距离,k=2n/入为波数，X 为波长,a为衰减系数。衰减系数a与声波所在介质及频率的关系为a=aF（3）式中，a为介质常数，f为振动频率。在空气里，a =2X10 s7cm,当振动的声波频率f =40kHz （超声波）代入式（3）可得 a = 3. 2X 10 4 cm 1 ,即 l/a= 31m;若 f = 30 kHz,则 l/a= 56m它的物理意义是：声波在空气媒质里传播，因空气分子运动摩擦等原因，能量被 吸收损耗。在（1/a）长度上，平面声波的振幅衰减为原来的e分之一，由此可以看出，频 率越高，衰减得越厉害，传播的距离也越短。考虑实际工程测量要求,在设计超声波测距仪 时,选用频率f = 40kHz的超声波，波长为34000/40000=0. 85cm。超声波测距应用：1. 超声波流量计：测量水的流速，这是因为超声波是一种机械波，依靠介质才能传播，其 传播方向受介质运动影响，因此，水可以改变传播方向。进而可以做出超声波流量计， 可应以自来水、工业用水、农业用水等进行测量。还适用于下水道、农业灌渠、河流等 流速的测量。2. 超声波测距仪：用以测量液位、井深、管道长度、建筑测量、厚度测量等。3. 报警器：盲人探路器、防盗报警等4. 定位系统：用以探测超声波发射源位置，在生活中有重要意义，如人说话、呼吸的时 候不光产生声波，同样也会产生部分超声波，呼出的气体分子与空气分子碰撞就