小區智能化警報系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 不同的焦距（感應距離） ，從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。 51 系列單片機的內部組成AT89C51 單片機是美國 Atmel 公司生產低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 4k bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大。AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。MCS51 單片機是在一塊芯片中集成了 CPU，RAM，ROM、定時器/計數器和多種功能的 I/O 線等一臺計算機所需要的基本功能部件。MCS51 單片機內包含下列幾個部件：MCS—51 系列單片機的典型芯片是 89C51，所以以 89C51 為例來介紹 MCS—51 系列單片機。8 位的 CPU，片內有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為1～12MHz（Atmel 89Cxx 為 0～24MHz）1)片內有 128/256 字節 RAM2)片內有 0K/4K/8K 字節程序存儲器 ROM3)可尋址片外 64K 字節數據存儲器 RAM4)可尋址片外 64K 字節程序存儲器 ROM5)片內 21/26 個特殊功能寄存器（SFR）6)4 個 8 位的并行 I/O 口（PIO）7)1 個全雙工串行口（SIO/UART）8)2/3 個 16 位定時器/計數器（TIMER/COUNTER）9)可處理 5/6 個中斷源，兩級中斷優先級710)內置 1 個布爾處理器和 1 個布爾累加器（Cy）11)MCS51 指令集含 111 條指令 89C51 單片機的內部組成圖 畫出了 89C51 單片機的內部系統組成的基本框圖： 外時鐘源 外部事件計數 內中斷 INT0 INT1 控制 并行口 串行通訊 MCS—51單片機系統組成基本框圖由圖 可以看出，MCS—51 系列單片機 89C51 是由中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、輸入/輸出（I/O）口電路、定時器/計數器等若干部件組成，再配置一定的外圍電路，如時鐘電路、復位電路等，即可構成一個基本的微型計算機系統。 89C51 單片機引腳及功能共 40 條引腳，分為端口、控制、電源三類：(1) 端口線：4 個 8 位端口共 32 條引腳，用于傳輸數據、地址、控制、狀態等信息。時鐘電路 4KB ROM 256B RAM 2X16 位定時/計數器89C51 單片機中斷控制 64KB 總線控制器 并行接口 串行接口8P0 口（~）：多功能端口，用于傳輸數據、地址。P0 口在傳輸數據信息時，輸入帶緩沖、輸出帶鎖存，使用非常方便。P1 口（~）：單功能端口，用于數據輸入/輸出傳輸。P2 口（~）：多功能端口，用于傳輸地址信息或作為普通 I/O 端口。P3 口（~）：多功能端口，用于傳輸控制信息或作為普通 I/O 端口。傳輸控制信息時：：RXD，串口輸入：TXD，串口數出：INT0，外部中斷 0 輸入：INT1，外部中斷 1 輸入：T0，計數器 0 輸入：T1，計數器 1 輸入：WR， “寫”控制信號線：RD， “讀”控制信號線(2) 電源線：共 2 條，VCC、VSS(GND)。(3) 控制線：共 6 條，傳送控制信號。ALE：地址鎖存，用于區分在多功能端口傳送的數據/地址信息，ALE=0/1：數據/地址。EA：允許訪問外程序存儲器。EA=0/1：片外/片內存儲器有效。PSEN：片外 ROM 選通。RST：芯片復位線。XTALXTAL2：外接石英晶體輸入線。圖 為 89C51 單片機的引腳圖：9 89C51單片機引腳結構 RS485 接口RS485 采用差分信號負邏輯，＋2V～＋6V 表示“1” ， 6V～ 2V 表示“0” 。RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制是全雙工通訊方式，兩線制是半雙工通訊方式。在 RS485 通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。 主要特點為：單+5V 電源供電；低功耗時工作電流 120～500uA，靜態電流120uA；關閉方式，由低電流關機模式，靜態電流為 ；驅動器有過載保護功能；共模輸入電壓范圍7～+12V。RS485 總線電氣性能如下表 所示： RS485總線具體參數性能指標 RS485總線工作模式 差分傳輸（平衡傳輸）允許的收發器數目 32（受芯片驅動能力限制）最大電纜長度 4000英尺（1219米）最高數據速率 10Mbps最小驅動輸出電壓范圍 177。最大驅動輸出電壓范圍 177。5V最大輸出短路電流 250mA最大輸入電流 驅動器輸出阻抗 54歐輸入端電容 ≤50pF接收器輸入靈敏度 177。200mV10接收器最小輸入阻抗 12k接收器輸入電壓范圍 7V~+12V接收器輸出邏輯高 200mV接收器輸出邏輯低 200mV113 硬件設計 電源電路設計電源電路的功能介紹：此電路在整個設計中起著很重要的作用，是提供器械運轉的原動力。此電源為直流穩壓電源包括降壓、整流、濾波、穩壓三部分，最終將電網中 220V 的交流電壓轉換為 5V 的直流電壓提供給后面的工作電路。在整個電路中電源部分起到重要的作用，如果電源部分不能實現整個電路都不能運行。（1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網 220V 交流電壓變換成較低的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。變壓器副邊與原邊的功率比為 P2/ P1=η，式中 η 是變壓器的效率。在本電源電路中取 η 的數值為 22，故降壓后副邊電壓值為 10V。（2）整流電路：利用 D1～D4 4 個二極管組成的一個橋式整流電路，將50Hz 的正弦交流電轉化成脈動的直流電。整流后的電壓約為 9V。（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分通過 C101加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩壓電路：芯片 7805 穩壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩定，不隨交流電網電壓波動和負載電阻的變化而變化。本穩壓電源可作為 TTL 電路或單片機電路的電源。三端穩壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸出三端穩太器，其基本原理相同，均采用串聯型穩壓電路。在線性集成穩壓器中，由于三端穩壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩定，價格低廉等優點，因而得到廣泛應用。三端穩壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩壓器，另一種輸出電壓是可調的，稱為可調輸也三端穩太器，其基本原理相同，均采用串聯型穩壓電路。LM7805 簡介：LM7805 是常用的三段穩壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 DC 5V 的輸出電壓，應用范圍廣，內含過流和過載保護電路。12 直流穩壓電源電路 熱釋電紅外傳感器原理傳感器采用雙元熱釋電紅外檢測元件 RE200B，如圖 所示。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測紅外輻射，并采用雙靈敏元互補方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。其內部電路如下：1 腳接工作電壓，其工作電壓低且范圍寬（～15V） ；2 腳為輸出源極電壓；3 腳為公共地。使用時，一般在 2 腳與 3 腳之間加 47KΩ 的源極電阻，但應根據實際情況，適當調整源極電阻。 RE200B紅外檢測元件內部電路圖 放大電路的設計如圖 所示為最基本的放大電路，Vi 是輸入電壓信號，Vo 是輸出放大的電壓信號。由于本模塊考慮到模塊實用性的問題，所以運放芯片采用低電壓、單電源、低功耗 LMV324 芯片，如圖 所示。LMV324 功耗是比同類產品低 120μA；在5V 時，其典型工作電流為 100μA。該運放芯片工作電壓為 ～，采用軌到軌的輸出。LMV324 的引腳和 NS、TI 和 Maxim 的 LMV3XX 系列兼容，因此可直接替換。當 LMV324 工作在 5V 時，帶寬為 ,轉換速率為 。13 LMV324引腳及功能圖 紅外探測信號輸入電路紅外探測信號輸入部分由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、數字信號輸入電路組成。當工作中的紅外線傳感器 J1 探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由 J1 的 S 端引腳輸出微弱的電信號（1～10Hz）,經三極管 Q1 等組成第一級放大電路放大（見圖 ） ，再通過 C2 輸入到運算放大器 U1A 中進行高增益、低噪聲放大（見圖 ） ，此時由 U1A 輸出的信號已足夠強。如圖 所示，U1B 是電壓比較器，二級放大信號 OUT2 由運放芯片 U1B 中 5 腳輸入，RRRD1 組成基準電壓電路，輸入信號與反向輸入端基準電壓比較，一旦有盜賊闖入監控的范圍內，熱釋紅外線傳感器監測到信號后，發出一個微弱的交變信號，經兩級交流放大后，與基準電壓進行比較，此時，經過放大的信號大于基準電壓，通過 U1B 的比較，其輸出電平為運放工作電壓高電平 5V，三極管 Q2 導通，J2 輸出為低電平；當 OUT2 端輸入沒有信號時，輸出為 0V，所以三極管 Q2 截止，J2 引腳輸出為高電平。調試時，在紅外線傳感器前人走動，調整 R9，直到 J2 引腳輸出為低電平。各電路如圖 到圖 所示。圖 中，R1 是源極電阻，其阻值可以根據實際情況進行調整；產生的微弱信號由 S9014 進行放大。S9014 是 NPN 型三極管，其 IC 靜態工作電流達100mA，放大倍數最大可達 1000 倍。R3 給 S9014 提供靜態基極電壓。放大后的信號由 C2 耦合到下一級。14 第一級放大電路圖 二級放大電路圖 電壓比較器電路圖15，用三極管S9013把OUT3的信號轉換成單片機的入口電平信號。其主要原因是，當產生報警信號后，OUT3輸出約為5V的工作電壓，需要用三極管將其轉換成低電平。這樣，當有報警信號時，J2引腳輸出低電平，將給單片機一個低電平，而這樣一個低電平信號將使單片機退出低功耗狀態，同時喚醒整個電路；而沒有報警時，將輸出持續的高電平。 數字信號輸入電路 鍵盤電路設計實時時鐘顯示電路由三個獨立的按鍵組成，其中這三個獨立的按鍵與單片機的 ～ 口連接，S2 為功能鍵，S3 為加一鍵，S4 為減一鍵，可通過控制按鍵實現所需的實時日歷時鐘功能。按鍵電路如下圖 所示： 鍵盤電路 時鐘電路的設計XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置16為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2 應不接。因為一個機器周期含有 6 個狀態周期，而每個狀態周期為 2 個振蕩周期，所以一個機器周期共有 12 個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為 1/12us，故而一個機器周期為 1us。圖 為時鐘電路。 時鐘電路圖 復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后, 在 RESET 端持續給出 2 個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為 12MHz 時，則復位信號持續時間應不小于 2us。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。圖 為復位電路。 復位電路圖 聲光報警電路的設計如下圖 所示，報警電路控制端由單片機的 端來完成，高電平有效。當 輸出高電平時，NPN 三極管導通，驅動揚聲器產生聲音報警信號，17同時電路中的 LED 導通，發光二極管被點亮，進行發光報警。 聲光報警電路圖 實時時鐘電路 實時時鐘芯片 DS1302 的結構及工作原理DS1302 是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓 為 ～。采用三線接口與 CPU 進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或 RAM 數據。DS1302 內部有一個 318的 用于臨時性存放數據的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升級產品，與DS1202 兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背 電源進行涓細電流充電的能力。 引腳功能及結構DS1302 的引腳排列,其中 VCC1 為后備電源，VCC 為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續運行。DS1302 由 VCC1 或 VCC 兩者中的較大者供電。當 VCC 大于 VCC1＋ 時，VCC 給 DS1302 供電。當 VCC 小于 VCC1 時，DS1302 由 VCC1 供電。X1 和 X2 是振蕩源，外接 晶振。RST 是復位/片選線，通過把 RST 輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST 輸入有兩種功能：