单片机课程设计报警器.doc

广东工业大学华立学院
课 程 设 计（论文）

课程名称　　 单片机及应用原理教程
题目名称　　 红外声光报警系统
学生系部 　 机电工程学部　 　 　
专业班级 　　　 12自动化1班　 　 　
学　　号　　　　 5112290212040142　　　 　
学生姓名　　　 张展通 　　
指导教师　　　 王 赟 　　　 　　　

2015年06月6日

1

广东工业大学华立学院
课程设计（论文）任务书
题目名称
红外声光报警系统
学系学部
机电工程学部
专业班级
12自动化1班
姓 名
张展通
学 号
5112290212040142
一、课程设计（论文）的内容
设计一种红外声光报警系统主要功能有：
（1） 防盗的安保措施；
（2） 白天和黑夜都能执行其功能；
（3） 声光监控与红外线监控同时进行；
（4） 警报解除，监控继续；
（5） 能发出警报信息声。
二、课程设计（论文）的要求与数据
（1） 方案论证；
（2） 系统原理图或各功能模块的硬件电路原理框图；
（3） 主程序流程图；
（4） 系统调试与分析；
（5） 源程序清单。
三、课程设计（论文）应完成的工作
（1） 完成方案论证；
（2） 完成器件选型；
（3） 给出硬件电路原理图；
（4） 给出程序流程图；
（5） 完成源程序设计及调试；
（6） 完成课程设计报告的撰写。
四、应收集的资料及主要参考文献
[1] 刘海成.单片机及其应用[M].中国电力出版社，2012.7

发出任务书日期： 年 月 日 指导教师签名：
计划完成日期： 年 月 日 教学单位责任人签章：

摘 要

围绕单片机红外声光报警系统的设计与开发进行研究和实践，详细介绍了红外声光报警系统的整体结构，硬件设计，软件设计，系统方案以及其它的开发和具体实现。介绍一种基于在系统可编程技术和AT89C51编译器配有集成开发的新型红外声光报警的设计方法，阐述其工作原理和软硬件设计。在硬件上，用C51大规模集成芯片对其外围电路进行集成，用一片AT89C51芯片实现了几十片分离元件才能实现的功能，几乎将整个系统下载于同一芯片，实现了所谓的片上系统，从而大大简化了系统结构，增强了系统结构的可靠性和性价比。该红外声光报警可以适用于家庭及一般机构，起到防盗报警的效果。

关键字： 红外声光报警系统 AT89C51芯片 Proteus软件 蜂鸣器 发光二级管 按键

目 录
摘要 1
1．红外声光报警系统总体设计 3
1.1　系统设计背景 3
1.2　方案的论证与选择 3
1.3 系统设计思路 3
1.4 系统总体框图 4
2．红外声光报警系统硬件设计 4
2.1　芯片介绍（AT89C51） 4
2.2 各个模块电路的设计 6
2.2.1 复位电路模块 6
2.2.2 晶体振荡电路模块 6
2.2.3 LED电路模块 6
2.2.4 按键电路模块 7
2.2.5 蜂鸣器电路模块 7
2.3 整体电路模块的设计 8
3．红外声光报警系统的软件设计 8
3.1 总程序的功能设计 9
3.2 总程序流程图的设计 9
3.3 中断程序的应用 9
4．红外声光报警系统的测试与分析 10
5． 结论 11
6． 元件清单 11
7． 附录（程序） 12
1．红外声光报警系统总体设计
1.1　系统设计背景
随着国民经济的发展，社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术的正在不断的发展。与此同时，红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施，达到保护人身财产安全的目的。
1.2　方案的论证与选择
根据设计的基本要求，经过多方面的查证与对比，以充分发挥资源和提高系统性价比为原则，本系统采用AT89C51单片机为控制电路，使用红外检测及蜂鸣器电路来实现功能。具体设计方案的论证如下：
方案一：采用数字电路控制
用以555芯片构成的数字逻辑电路作为报警系统的核心控制，通过检测信号及改变RC电路来控制报警时间，实现目的。采用数字电路设计的方案好处就是设计简单，但控制的准确性和灵活性差，故不采用。
方案二：采用以单片机为核心的控制方案
选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接LED灯，扬声器，键盘等实现数据的处理传输和显示功能，具有较好的灵活性，能很好地实现设计指标。
因此综合考虑，本系统采用方案二。
1.3 系统设计思路
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。当红外检测装置检测到有人时，信号经放大电路和非门将相应的电平送至单片机的P1.3端口，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，控制声光报警设备完成相应动作。当报警被触发后，如果触发信号一直维持，则可人工手动解除报警信号；若是触发后返回原来状态，则在报警一段时间后自动解除。同时，当警情触发或消除后可用复位电路使系统复位。另外，在一直维持声光报警时，若发现为意外触发，可以按下按键使P3.2产生控制信号，触发中断来消除报警，恢复正常工作状态。该红外声光报警系统可以适用于家庭及一般机构，起到防盗报警的效果。
1.4 系统总体框图
系统框图如下图1-1所示，各模块设计如下：
(1) 单片机的P1.3口接检测电路，用于实现报警触发信号的检测。
(2) 单片机的P1.0口以及P3.0口接LED灯，用于显示系统当前工作状态。
(3) 单片机的P3.1口接蜂鸣器报警电路，可以发出声响，起到报警作用。
(4) 单片机的P3.2口接按键，用于触发中断，起到控制报警电路的作用。
复位电路
振荡电路
AT89C51单片机

LED状态显示电路
蜂鸣器报警电路
按键中断电路
检测电路
LED状态显示电路

图1-1
2．红外声光报警系统硬件设计
2.1　芯片介绍（AT89C51）
单片机是电子密码保险箱系统的核心部件，面它接收来自矩阵键盘的信号，控制后续电路的相应工作，完成大部分开锁及报警的工作。目前的单片机有很多的品种，但是比较流行的是由美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机，这个系列的单片机有很多的品种，不过其它的单片机都是在最原始的单片机的基础上或加或减一些功能组成的。目前，在我国比流行的是89C51单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的。
AT89C51的管脚图如图2-1所示：

图2-1　AT89C51芯片管脚说明图
管脚说明：
VCC:这个管脚是用来给单片机供电的，接的是+5V电源 。
GND:这个管脚是单片机的接地端口。
RST：这个管脚是复位端口，当这个管脚两个周期以上的高电平时，就可以使单片机复位，也可以当备用电源。
/EA：这个端口是控制单片机取指的。当它的电平为低时，它只从片外程序存储器取指；当它是高电平的时候，它从片内取指，不过当超过片内时，它就从片外取指。如果单片机无片内存储器的话，那么这个端口就应该始终接低电平。
/PSEN：当这个端口的电平为低时，就可以用单片机外部的存储器上进行读的操作。
ALE：可以当外部时钟脉冲使用，也可以用来扩展系统。
P0:这个端口比较特殊，它作为I/O口使用时，要外接上拉电阻，不然的话无法拉高输出电平。当它作为地址/数据总线使用时，它是一个双向口，我们不必外接上拉电阻。
P1:它只能作为I/O口使用，是一个标准的双向口。
P2:这个端口和P0和P1这两个端口相似，但又不一样。它可以作为I/O口使用，也可以作为高8位的地址线A8到A15输出口使用。
P3:这个端口跟前三种也不一样，它有两种功能，第一种功能是作为I/O口使用，这个很普通。第二种功能是一些比较特殊的功能，它的具体的特殊功能如下表2-1所示：
表2-1　P3口的特殊功能
管脚
备选功能
名称
P3.0
RXD
串行输入口
P3.1
TXD
串行输出口
P3.2
/INT0
外部中断0
P3.3
/INT1
外部中断1
P3.4
T0
记时器0外部输入
P3.5
T1
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
XTAL1，XTAL2：这两个端口是用来设定单片机的时钟信号的。作为外部时钟时，用于外接时钟信号；当作为内部时钟时，常见的接法是接两个电容和一个晶振。
2.2 各个模块电路的设计
2.2.1 复位电路模块

说明：该电路上电单片机自动复位，按下按键手动复位。
2.2.2 晶体振荡电路模块

说明：本设计采用外部振荡电路。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)就构成了内部振荡方式。
2.2.3 LED电路模块

说明：LED灯采用灌电流方式连接。系统正常工作时，P1.0口的绿灯（D1）亮；产生报警时，P3.0口的红灯（D2）亮。
2.2.4 按键电路模块

说明：按键电路接了上拉电阻。在按键按下时，P3.2为高电平，使中断触发，报警消除，电路恢复正常工作状态。
2.2.5 蜂鸣器电路模块

说明：报警时输出的控制信号是得电路工作，蜂鸣器鸣叫，起到报警作用。
2.3 整体电路模块的设计

3 红外声光报警系统的软件设计
3.1总程序的功能设计
当单片机检测到外部传感器送来的脉冲信号后，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，蜂鸣器持续发声。检测是否还有触发信号在保持，若保持，则继续鸣叫；否则停止鸣叫，恢复正常工作。若有按键按下，则产生中断信号，消除报警，蜂鸣器停止鸣叫，恢复正常工作。
3.2总程序流程图的设计

3.3中断程序的应用

4 红外声光报警系统的测试与分析
上电后初始化，系统正常工作，绿灯亮，蜂鸣器不叫（图4-1）：
图（4-1）
系统检测到有人闯入，即P1.3为低电平，开始报警，红灯亮，蜂鸣器鸣叫（图4-2）：

图（4-2）
按下按键，恢复正常工作状态，绿灯亮，红灯灭，蜂鸣器不叫，同图（4-1）。
同样，按下复位键，可以是系统恢复正常工作状态，同图（4-1）。
分析：以上为红外声光报警系统的测试内容，运用protues进行硬件仿真和软件测试，结果均为正确，能够实现报警功能，即P1.3由高电平变为低电平时（有人闯入），触发报警系统，红色LED灯亮，蜂鸣器鸣叫，按下中断按键，停止鸣叫，恢复。
5 结论
本次设计的红外声光报警系统以AT89C51为核心，用LED灯及蜂鸣器来表现实验效果，通过按键来实现对报警系统的控制。通过对硬件的仿真及软件测试，实现了设计功能的要求。在设计本系统的过程中，对于类似汇编的单片机编程实现，是一个十分有趣的过程。我不仅学到了很多的知识，也对单片机课程有了更大的兴趣。总之，通过本次单片机应用系统的汇编程序设计，我受益匪浅。
6 元件清单
器件
功能
参数说明
芯片AT89C51
可编程芯片
8位单片机
石英晶振X1
产生一定的时钟信号
11.0592MHz
电阻R5、R11
起上拉电阻的作用
1kΩ
电容C1，C2
帮助起振及微调晶振频率
33pf
三极管2N1711
用于放大信号
NPN管
LED灯D1、D2
显示系统当前工作状态
/
反相器74LS04
使输出电平反相
/
光敏电阻TORCH
替代红外检测装置
/
其余电阻
控制电流大小
/
蜂鸣器SPEAKER
发出声响，其报警作用
/
按键Button
复位电路开关/中断触发按键
/

7 附录（程序）
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 0200H

MAIN: MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断
SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式
MOV SP,#30H ;指针入口地址
SETB P3.0
CLR P3.1
CLR P1.0

LP: JNB P1.3,LA ;监测输入信号，是否有输入信号
LA: ACALL DELAY ;延时消抖
JNB P1.3,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序
AJMP LP

ALARM: SETB P1.0 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动
CLR P3.0
SETB P3.1
MOV R0,#0FFH ;循环次数
MOV R3,#0FFH
MOV R4,#30
MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时方式1
MOV TL0,#0FFH ;置定时初值
MOV TH0,#0FBH
SETB TR0 ;启动T0

L1: MOV TL0 ,#0FFH
MOV TH0 ,#0FBH
CPL P3.1
L2: JBC TF0,L1 ;查询记数溢出
DJNZ R0,L2 ;循环次数继续循环
DJNZ R3,L2
DJNZ R4,L2

PINT0: CLR EX0 ;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断
PUSH PSW
PUSH ACC
JNB P3.2,LN ;监测是否有中断输入

LN: LCALL DELAY ;延时消抖
JNB P3.2,LN1
AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回

LN1: CLR TR0
SETB P3.0
CLR P3.1
CLR P1.0 ;使报警结束，绿指示灯亮
POP ACC
POP PSW
SETB EX0 ;开放外部中断0
SJMP $

LN2: RETI

DELAY: MOV R1,#10
DELAY1: MOV R2,#255
DJNZ R2,$
DJNZ R1,DELAY1
RET
END

心

得

体

会

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。
虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。
我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合﹑相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。

2015年 6月 6 日
教

师

评

语

2015年6月 8日
成
绩
及
签
名

2015 年 6月 8 日