畢業(yè)論文--室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目： 室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，防盜成了人們越來越關(guān)心的問題。鐵門鐵窗等已經(jīng)不能給人們帶來太多的安全感，社會對報(bào)警器材的需求日益迫切。智能防盜系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來的技術(shù)防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代物理和電子技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)侵進(jìn)入破壞行為、產(chǎn)生聲光報(bào)警

2、阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?lt;/p><p>　　室內(nèi)防盜智能控制系統(tǒng)作為一種新型的電子防盜設(shè)備廣泛應(yīng)用于家庭住宅區(qū)。目前市面上所擁有的家庭電子防盜報(bào)警器，只能用于單一的住宅，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜器進(jìn)一步完善和提高。</p><p>　　這是一種基于單片機(jī)信號處理技術(shù)的防盜檢測器的軟硬件設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)

3、在反應(yīng)速度、誤報(bào)率、漏報(bào)率以及抗干擾能力方面都具有較好性能。本系統(tǒng)利用熱釋電紅外傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理，設(shè)計(jì)的新型探測器，測量范圍廣, 響應(yīng)速度快, 靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠 。并采用單片機(jī)89C51作為人體探測系統(tǒng)的核心，以熱釋電紅外線為數(shù)據(jù)采集部件，經(jīng)過比較放大之后，輸入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷及處理。當(dāng)檢測到有被測物體進(jìn)入測量范圍時，系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報(bào)警信號，等待一段延遲時間后自動消除報(bào)警信號，并可手動解除報(bào)警信號。當(dāng)

4、有主人在家系統(tǒng)無需報(bào)警時,可開啟樓道燈控制系統(tǒng)，即傳感器探測到有人經(jīng)過時照明燈亮,等待一段延遲時間后自動熄滅,并可手動來控制延遲時間的長短。系統(tǒng)的另外一個功能是檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制，當(dāng)探測頭探測到有人經(jīng)過時,系統(tǒng)自動計(jì)數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報(bào)警信號，并通過LED顯示檢測到的人數(shù)與最大容量報(bào)警人數(shù)。系統(tǒng)使用單片機(jī)與PC機(jī)通信原理，把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理。<

5、;/p><p>　　關(guān)鍵詞: 熱釋電傳感器 單片機(jī) 聲光報(bào)警 鍵控</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　第二章 應(yīng)用

6、元件的介紹2</p><p>　　2．1 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2．2 紅外測溫原理2</p><p>　　2．3 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2．4 菲涅爾透鏡5</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)6</p><p>

7、;<b>　　3．1系統(tǒng)組成6</b></p><p>　　3．2 單片機(jī)系統(tǒng)8</p><p>　　3．3 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計(jì)8</p><p>　　3．4執(zhí)行電路10</p><p>　　3．5鍵盤控制電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3．6 LED路設(shè)計(jì)12<

8、/p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　4．1 主控程序16</p><p>　　4．2 鍵盤掃描程序17</p><p>　　4．3 動態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)18</p><p>　　4．4 系統(tǒng)的總程序19</p><p>　　第五章 系統(tǒng)的測試分析22</p>

9、;<p>　　5．1 測試設(shè)備22</p><p>　　5．2 測試方法22</p><p>　　5．3 功能測試22</p><p>　　5．4 指標(biāo)測試及結(jié)果分析23</p><p>　　第六章 本設(shè)計(jì)的功能及使用環(huán)境25</p><p>　　6.1 本設(shè)計(jì)的功能25</p>

10、<p>　　6.2 本設(shè)計(jì)使用環(huán)境25</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)27</p><p>　　附錄一 AT89C51 DIP 40引腳說明28</p><p>　　附錄二 系統(tǒng)總體電路圖29</p><p><b>

11、;　　緒論</b></p><p>　　隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財(cái)產(chǎn)也不斷地增多，因而也對防盜措施提出了新的要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，

12、不易出現(xiàn)不報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機(jī)做信號處理器，這樣有利于與計(jì)算機(jī)相連接，利用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。</p><p>　　本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處

13、理后利于跟PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。</p><p>　　第二章 應(yīng)用元件的介紹</p><p>　　2．1 熱釋電傳感器的紅外輻射與紅外探測的原理結(jié)構(gòu)</p><p>　　熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)中的主要手段，其特點(diǎn)是測溫范圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通

14、等領(lǐng)域。</p><p>　　非接觸紅外測溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準(zhǔn)確度。</p><p><b>　?。?）測溫范圍寬。</b></p><p>　?。?）探測器的響應(yīng)時間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量。</p><p&

15、gt;　?。?）不必接觸被測物體，操作方便。</p><p>　?。?）可以確定微小目標(biāo)的溫度。</p><p>　　非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。</p><p>　　通常將電磁波譜間隔在0.76～1000μm的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器

16、是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。</p><p>　　熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化ΔP的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。</p><p>　　有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電——鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞

17、）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測器</p><p>　　2．2 紅外測溫原理</p><p>　　紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（－273.15℃）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計(jì)測量其中與溫度有關(guān)波長范圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。

18、</p><p>　　據(jù)斯蒂芬－波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為：</p><p>　　其中：σ為蒂芬－波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；E0 為黑體輻射能。</p><p>　　實(shí)際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：</p><p><b>　　E=εE

19、0</b></p><p>　　其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0 為與E在同一溫度下的黑體輻射能力; ε為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在0～1之間。</p><p>　　由（2）可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的

20、輻射功率，則可確定它的溫度。</p><p>　　2．3 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類：其中，熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用</p><p>　　領(lǐng)域廣，容易使用。常用

21、的熱釋電探測器如：LiTaO2(鉭酸鋰) 探測器、BaTi O2(鈦酸鋇) 探測器和TGS（硫酸三甘酞）探測器等。</p><p>　　如圖1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管內(nèi)附有JFET及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變目的。在管

22、殼的頂部設(shè)有慮光鏡（TO－5封裝）。</p><p>　　熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱恪?lt;/p><p>　　由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而

23、顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時間很長，因晶體自發(fā)極化的弛豫時間很短，約10－12s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。</p><p>　　如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： Q=APS</p>

24、<p>　　當(dāng)紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。</p><p>　　若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不

25、再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。</p><p>　　如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（PS）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于PS的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個電極連

26、接起來，就會有熱釋電電流Is 通過負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如</p><p><b>　　圖3所示。</b></p><p>　　電流源的電流強(qiáng)度為Is為： </p><p>　　式中:p一自發(fā)極化強(qiáng)度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，</p><p><b>

27、　　2．4 菲涅爾透鏡</b></p><p>　　目前人體驗(yàn)知系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅爾透鏡可使傳感器的探測半徑從不足2m提高到至少8m范圍。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個透鏡組，每個單元一般都只有一個不大的視場，且相鄰的視場既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個盲區(qū)(如圖4所示)。這樣，當(dāng)人

28、體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控范圍內(nèi)運(yùn)動時，人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控范圍內(nèi)活動時，進(jìn)人一個視場后，又走出這個視場，再進(jìn)人另一視場對傳感器而言，相當(dāng)于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。</p><p>　　菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)

29、和盲區(qū)，</p><p>　　而且還有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右</p><p>　　菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳</p><p><b>　　白色半透明狀。</b></p><p>　　需要說明的是:在每次接通電源時，傳感</p><p>　　器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間，在

30、這</p><p>　　段時期內(nèi)該傳感器不起作用。</p><p>　　第三章 總體電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3．1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　系統(tǒng)組成如圖5所示。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)測量放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門

31、限閥門送出下TTL電平至89C51單片機(jī).在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢，統(tǒng)計(jì)平均及識別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時發(fā)出人侵報(bào)警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報(bào)警設(shè)備完成。相應(yīng)動作，當(dāng)報(bào)警延遲一段時間后自動解除，也可人工手動解除報(bào)警信號。然后通過LED顯示報(bào)警次數(shù)。同時,還可把整個系統(tǒng)變?yōu)樽詣娱_關(guān)燈系統(tǒng),當(dāng)有主人在時,可用手動解除報(bào)警功能,并且可以開啟開關(guān)燈執(zhí)行電路,在探測頭感應(yīng)到有人時執(zhí)行電路執(zhí)行開燈。同時系統(tǒng)還可以使用在一些大型的公共場合

32、，作為檢測人數(shù)個數(shù)和人數(shù)的最大容量控制。</p><p>　　如下圖6為系統(tǒng)總體電路圖</p><p><b>　　3．2 單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用了89C51,由P3.4進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過P0傳輸數(shù)據(jù)到LED顯示，同時用P2.2～P2.7進(jìn)行動態(tài)掃描控制。鍵盤通過P1.3和P1.4控制最大報(bào)警人數(shù)。如圖7所示。&l

33、t;/p><p>　　3．3 熱釋電傳感器的基本電路分析及設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 高低通放大器</p><p>　　IC1使用廉價的通用四運(yùn)放LM324,用其中兩個運(yùn)放組成高、低通放大器。按圖8所示參數(shù)計(jì)算得到,第一級放大增益為:AＶ1=R6/R4=220,第二級放大增益為:AＶ2=R10/R9=270,總放大增益為:AＶ=220×270=594

34、00=95.5dB。我們知道,在運(yùn)算放大電路中,放大倍數(shù)一般不宜取的太大,否則容易引起輸出端波形失真且導(dǎo)致電路自激振蕩。故將R6改為200ｋΩ,將R10改為1MΩ,此時的總增益為AＶ=20×100=2000=66dB,比較符合實(shí)際應(yīng)用,能保證電路工作可靠。</p><p>　　3.3.2 電壓比較器</p><p>　　LM324另外兩個運(yùn)放組成電壓比較檢測窗口,由R3、R5和R

35、7、R8將高、低通放大器的⑶腳和⑸腳均設(shè)置為1/2Vcc,即2.5V。當(dāng)紅外傳感器檢測到人體的活動,其產(chǎn)生的微弱電壓信號經(jīng)過放大,傳送到LM324的⑽、⒀腳時,用示波器可以檢測到峰值約為5V的正弦波,那么無論是信號的正半周還是負(fù)半周,兩個比較器中必有一個輸出為低電平,使IC2的⑵腳由高電平跳成低電平,以便控制延時電路工作。</p><p>　　而當(dāng)紅外傳感器沒有檢測到人活動時,由靜態(tài)電路可知,該3V直流信號同時加

36、到LM324的⑽、⒀腳,又知道R11、R12、R13將窗口電壓上、下限設(shè)置為2.8V和2.2V,即⑼腳偏置為2.8V,⑿腳偏置為2.2V。此時,電壓比較器輸出端⑻、⒁均為低電平;而IC2的⑵腳原來經(jīng)R14上拉電阻設(shè)置為高電平,則VD1、VD2都導(dǎo)通,將IC2的⑵腳鉗位成低電平。</p><p>　　在圖8電路中,NE555為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,⑵腳一旦有下降沿脈沖觸發(fā),則定時器就工作,③腳就輸出高電平。若沒有檢測到人體

37、活動,而末端能輸出高電平,驅(qū)動后級的繼電器等電路單元工作,電路工作屬不正常, 為了避免電路誤動作對原電路進(jìn)行了修改。</p><p>　　電壓比較器部分修改后的電路如圖9所示。將兩個二極管倒個方向，在其后加一個開關(guān)三極管，以它的輸出來控制延時電路。靜態(tài)時, LM324的⑻、⒁均為低電平，開關(guān)管截止，IC2的⑵腳仍為高電平，延時電路不工作。當(dāng)紅外傳感器檢測到人的活動，在輸入信號的正半周時,⒀腳的電平高于⑿腳所加的2

38、.2V比較電壓,下比較器由⒁腳輸出低電平，VD2截止；此時由于⑽腳電平高于⑼腳，比較器輸出高電平，VD1導(dǎo)通，其高電平使得開關(guān)管飽和導(dǎo)通，將IC2的⑵腳拉成低電平，致使延時電路工作。在信號負(fù)半周時，上、下比較器輸出電平剛好相反，即⑻腳輸出低電平，⒁腳輸出高電平，VD2導(dǎo)通?？梢?只要傳感器檢測到人體活動，無論是信號的正半周還是負(fù)半周，兩個比較器中必有一個輸出為高電平，通過開關(guān)三極管從而控制延時電路工作。</p><p

39、><b>　　3.3.3開關(guān)電路</b></p><p>　　如圖9所示,在比較器后加上開關(guān)管2N3904,整個電路不但工作可靠,且輸出電流大,能驅(qū)動后級的執(zhí)行電器工作。</p><p><b>　　3.3.4延時電路</b></p><p>　　延時電路IC2使用單時基電路NE555,延時時間ｔ=1.1R16

40、15;C8≈60ｓ。其作用有二。一是為自己離開檢測區(qū)時提供一段非報(bào)警延遲時間；二是在自己進(jìn)入檢測區(qū)后提供關(guān)斷檢測器所需的時間。延時電路工作時,輸出的高電平或接通報(bào)警器電源進(jìn)行報(bào)警。同時使繼電器吸合。繼電器工作后可控制較大的繼電器以接通電燈。</p><p><b>　　3．4執(zhí)行電路</b></p><p>　　如圖10所示,當(dāng)傳感器在無觸發(fā)信號輸入的靜態(tài)時保持低電平

41、,當(dāng)有檢測信號時,比較器輸出一個高電平,經(jīng)過施密特觸發(fā)器變?yōu)榈碗娖絹碛|發(fā)后級的555延遲電路，延遲電路后的三極管飽和導(dǎo)通,發(fā)射極變?yōu)楦唠娖?繼電器動作,常開開關(guān)吸合,照明燈接通電源后亮。</p><p>　　3．5鍵盤控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)中鍵盤控制主要是對最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)的初始化對最大容量報(bào)警人數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，所以外部鍵盤按鈕只需用兩個按鍵分別進(jìn)行加減設(shè)置。

42、鍵盤按鈕與單片機(jī)的接口電路如圖11：</p><p>　　鍵盤電路中每個按鈕都是一個常開開關(guān)電路，當(dāng)按鈕未被按下時，P1.3--P1.4口輸入為高電平，當(dāng)按鈕按下時，P1.0—P1.3口輸入為低電平。通常的按鈕所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時，電壓信號波形如圖12所示。由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，一個按鈕開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時夜不會一下子斷開。因而在斷開與閉合的瞬間均伴隨有一連串的抖動

43、，如圖12所示。抖動的時間長短由按鈕的機(jī)械特性決定，一般為5—10ms。按鈕的穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作所決定的，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒。</p><p>　　鍵抖動會引起一次按鍵誤讀多次，為了確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動，在鍵閉合穩(wěn)定時取鍵狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鈕的抖動，可用硬件或軟件兩種方法消除。本系統(tǒng)采用了軟件消除抖動的方法。</p>

44、<p>　　3．6 LED路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡稱LED（Light Emitting Diode），近年也有配置CRT顯示器的。LED顯示器價廉、配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口較復(fù)雜，正本也較高。</p><p>　　本系統(tǒng)只需顯示數(shù)字，不需要顯示圖形，因此選用LED顯示器。</p>

45、;<p>　　在單片機(jī)中通常使用七段LED，構(gòu)成字型“8”，另外還有一個小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點(diǎn)，這種顯示器有共陰和共陽兩種，如圖13所示。</p><p>　　圖13 LED數(shù)碼管</p><p>　　本系統(tǒng)采用了共陰極的LED,陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個發(fā)光二極管組成，其中七個發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個筆畫a—g，另一個小數(shù)點(diǎn)為d

46、p發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆畫即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。</p><p>　　共陰極七段LED顯示數(shù)字0—F、文字、符號及小數(shù)點(diǎn)的編碼（a段為最低位，dp點(diǎn)為最高位）如表1所示。</p><p>　　表1 共陰七段LED顯示字型編碼表</p><p>　　LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式

47、。</p><p>　　本系統(tǒng)采用了LED動態(tài)顯示方式,在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，有一個8位I/O口控制。而共陰公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時選通。圖14所示為6位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。</p><p>　　圖14 LED動態(tài)顯示接口電路</p><p>　　由于所有6位段選線皆由一個I/O口控制

48、，因此，在每一瞬間，6位LED會顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（因?yàn)楸鞠到y(tǒng)選用共陰LED，故因送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每位分時顯示該位應(yīng)顯示字符。段選碼、位選碼每送入一次后應(yīng)延時1ms來等待數(shù)碼管響應(yīng)，因人眼的視覺暫留時間為0.1s(10

49、0ms),所以每位顯示的間隔不能超過20ms,并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果，給人看上去每個數(shù)碼管總在亮。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　單片機(jī)控制電路采用89C51。主要實(shí)現(xiàn)對人體的檢測并計(jì)數(shù)，報(bào)警，鍵盤設(shè)定最大容量報(bào)警人數(shù)速度，顯示人數(shù)及最大容量報(bào)警人數(shù)。顯著特點(diǎn)是用軟件簡便實(shí)現(xiàn)某些硬件功能。</p>

50、<p>　　本系統(tǒng)使用單片機(jī)匯編語言編程。通過分析本系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)程序可以劃分為以下幾個模塊來寫：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等子函數(shù)。</p><p>　　本系統(tǒng)的程序巧妙地利用單片機(jī)的內(nèi)部定時/計(jì)數(shù)器T0來計(jì)時，每50ms中斷一次，并用該值為基準(zhǔn)來計(jì)算時間；系統(tǒng)檢測到人體的信號經(jīng)過比較放大之后得到標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號，然后輸入單片機(jī)的INT0端口，使用外部中斷的方式進(jìn)行計(jì)算。</p>

51、;<p><b>　　4．1 主控程序</b></p><p>　　主控程序主要是利用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器T0對所采集到的脈沖數(shù)進(jìn)行累加，并存放于RAM的40H中，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示所采集到的人數(shù)。如圖15為指控程序的流程圖。</p><p>　　圖15 主控程序流程圖</p><p>　　4．2 鍵盤掃描程序</p>

52、<p>　　在按下某個按鍵時，被按按鍵的橫片總會有輕微的抖動，這種抖動經(jīng)常會持續(xù)10ms左右時間。因此，CPU在按鍵抖動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的行值和列值，最好的辦法是使CPU在檢測到有按下時延遲20ms再進(jìn)行掃描。如圖16為鍵盤掃描流程圖。</p><p>　　4．3 動態(tài)顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　顯示器的掃描，每隔1.25 ms輪流點(diǎn)亮一位顯示器，對每一位顯示器來

53、說每隔6.25 ms點(diǎn)亮一次，點(diǎn)亮的時間為1.25 ms。本系統(tǒng)中有六位顯示器，在89C51中設(shè)置有六個顯示緩沖單元，分別放置六位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。并通過P2.2～P2.7對LED進(jìn)行控制。如圖17為顯示程序流程圖。</p><p>　　圖17 動態(tài)顯示程序流程圖</p><p>　　4．4 系統(tǒng)的總程序</p><p><b>　　具體程序如下：<

54、/b></p><p>　　ORG 0000H </p><p><b>　　SJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p>　　MAIN：BAOJINGLED EQU P1.5</p><p>　　MOV R0，

55、#32H ;上限</p><p>　　MOV 40H，#00H ;實(shí)人數(shù)</p><p>　　MOV TMOD，#04H ;計(jì)數(shù)器初期化</p><p>　　MOV TH0，#00H</p><p>　　MOV T10，#0

56、0H</p><p>　　MOV TCON，#10H</p><p>　　KEY：MOV 40H，T10 ;調(diào)入計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)</p><p>　　ORL P1,#18H</p><p>　　MOV A，P1 ;上限加減</p>

57、<p><b>　　PUSH A</b></p><p>　　DELAY：MOV R6，#26H</p><p>　　D1：MOV R2，#0AH</p><p>　　ACALL DIS ;調(diào)用顯示</p><p>　　D2：DJNZ R2，D2<

58、;/p><p>　　DJNZ R6，D1</p><p><b>　　POP A</b></p><p>　　JB ACC.4，JB1</p><p><b>　　LCALL DEL</b></p><p>　　JB ACC.4，JB1</p><p>&

59、lt;b>　　LCALL P0F</b></p><p>　　JB1：JB ACC.3，JB2</p><p><b>　　LCALL DEL</b></p><p>　　JB ACC.3，JB2</p><p><b>　　LCALL P1F</b></p><

60、;p>　　JB2：LCALL BIJIAO ;上限比較報(bào)警</p><p><b>　　SJMP KEY</b></p><p>　　DEL: MOV R4,#49H</p><p>　　D10: MOV R3,#50H</p><p>　　D20: DJNZ R3,D20</p&

61、gt;<p>　　DJNZ R4,D10</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　P0F: INC R0</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　P1F: DEC R0</p><p><b>　　RET

62、</b></p><p>　　BIJIAO: PUSH A</p><p><b>　　MOV A,R0</b></p><p>　　CJNE A,40H,BIJIAO1</p><p><b>　　BIJIAO1:</b></p><p><b>　　

63、POP A </b></p><p>　　JC BAOJING</p><p>　　JNC BUBAOJING</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　BAOJING:</b></p><p>　　CLR BAOJINGLED&

64、lt;/p><p><b>　　RET </b></p><p>　　BUBAOJING:</p><p>　　SETB BAOJINGLED</p><p><b>　　RET </b></p><p>　　DIS :MOV A,40H</p><p

65、>　　MOV B,#64H</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV P2,#0DFH</p><p>　　MOV DPTR ,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b&

66、gt;</p><p><b>　　ACALL T1</b></p><p>　　MOV A,#0AH</p><p><b>　　XCH A,B </b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV P2,#0BFH&

67、lt;/p><p>　　MOV DPTR ,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p>　　ACALL T1 MOV P2,#7FH</p><p><b>　　XCH A,B</b>

68、</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　ACALL T1</b></p><p><b>　　MOV A,R0</b&

69、gt;</p><p>　　MOV B,#64H</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV P2,#0FBH</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b&g

70、t;　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　ACALL T1 </b></p><p>　　MOV A,#0AH</p><p><b>　　XCH A,B</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p

71、>　　MOV P2,#0F7H</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　ACALL T1</b></p><p>　　MOV P2

72、,#0EFH</p><p><b>　　XCH A,B</b></p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p><b>　　MOV P0,A</b></p><p><b>　　ACALL T1&l

73、t;/b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　T1:MOV R5,#01H</p><p>　　DE1:MOV R1,#0FFH</p><p>　　DE2:DJNZ R1,DE2</p><p>　　DJNZ R5,DE1</p><p&g

74、t;<b>　　RET </b></p><p><b>　　PUSH 01H </b></p><p><b>　　PUSH 05H</b></p><p><b>　　PUSH 00H</b></p><p>　　TAB:DB 3FH,06H,5BH,

75、4FH,66H,7DH,0DH,07H,7FH,6FH</p><p><b>　　POP 00H</b></p><p><b>　　POP 05H</b></p><p><b>　　POP 01H</b></p><p><b>　　END</b>&

76、lt;/p><p>　　第五章 系統(tǒng)的測試分析</p><p><b>　　5．1 測試設(shè)備</b></p><p>　　秒表： 精度0.01s</p><p>　　卷尺： 精度0.01m</p><p><b>　　量角器</b></p><p

77、><b>　　5．2 測試方法</b></p><p>　　1．首先讓電路正常工作，把熱釋紅外傳感器放在一定的位置，使人體從遠(yuǎn)處逐漸靠近探測頭，可測到的最大范圍。</p><p>　　2．在距離探測頭設(shè)定的距離，間隔一定時間內(nèi)出現(xiàn)被測物，可測出傳感器的最小反應(yīng)時間。</p><p>　　3．把探測頭置于一定的高度時，被測物由垂直最小的距離

78、往兩邊逐漸擴(kuò)大距離，測出傳感器最大測量角度。</p><p>　　4．把不同的物體放入熱釋紅外傳感器的探測范圍，可知什么物體可干擾傳感器的測量。</p><p><b>　　5．3 功能測試</b></p><p>　　1．本系統(tǒng)可測量最大范圍為5.7米，最大角度為58°。</p><p>　　2．當(dāng)檢測到被測

79、物體時，系統(tǒng)可以產(chǎn)生聲光報(bào)警，并可使用手動鍵盤解除報(bào)警信號。</p><p>　　3．可用鍵盤設(shè)置最大容量的報(bào)警人數(shù)，當(dāng)檢測到的人數(shù)超過最大的容量人數(shù)時產(chǎn)生報(bào)警信號。</p><p>　　4．利用LED實(shí)時顯示所測人數(shù)的數(shù)量和最大容量報(bào)警人數(shù)。</p><p>　　5.當(dāng)系統(tǒng)啟動執(zhí)行電路，有人經(jīng)過時，常開開關(guān)電路會閉合，室燈變亮。</p><p

80、>　　5．4 指標(biāo)測試及結(jié)果分析</p><p>　　1．探測頭在離被測物一定的距離時，測量出經(jīng)過探測頭測量范圍的人數(shù)。如表2所示。</p><p>　　表2 一定距離的人數(shù)探測</p><p>　　由測量結(jié)果可知，系統(tǒng)的探測頭在距離被測物3m到5m的測量距離時，所測人數(shù)準(zhǔn)確率最高。因?yàn)樵跓後寕鞲衅鞣磻?yīng)速度一定的情況下，被測物距離傳感器距離越近時，被測物停留在

81、傳感器的探測時間就越長，因此會產(chǎn)生誤判的情況。反之，被測物距離探測頭比較遠(yuǎn)時，由于外界環(huán)境的干擾可能會產(chǎn)生測量不到的情況。</p><p>　　2．在一定的探測距離處，每間隔1秒經(jīng)過一人時，測量出經(jīng)過探測頭測量范圍的人數(shù)。如表3所示。</p><p>　　表3 間隔一秒人數(shù)測量</p><p><b>　　距離</b></p>&

82、lt;p>　　由測量結(jié)果可知，系統(tǒng)在離被測物距離為1m時，每間隔一秒經(jīng)過一人時所測到的結(jié)果準(zhǔn)確率最高。所測結(jié)果比實(shí)際量小的原因是間隔時間比熱釋傳感器反應(yīng)時間短，當(dāng)傳感器還未能恢復(fù)測量狀態(tài)時被測物已經(jīng)通過。</p><p>　　3．在一定的探測距離處，每間隔兩秒經(jīng)過一人時，測量出經(jīng)過探測頭測量范圍的人數(shù)。如表4所示。</p><p>　　表4 間隔兩秒的人數(shù)測量</p>

83、<p>　　由以上測量結(jié)果可知，當(dāng)被測物出現(xiàn)的間隔時間比傳感器的反應(yīng)時間長時，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確。</p><p>　　4．把傳感器置于離被測物高出1.5米的地方，然后</p><p>　　往兩邊逐漸擴(kuò)大距離,如圖18，測試系統(tǒng)是否報(bào)警。</p><p><b>　　如表5為所示。</b></p><p>　　表

84、5 傳感器探測角度范圍</p><p>　　由以上所測結(jié)果所知，被測物的最大測量角度在</p><p>　　55度到60度之間。</p><p>　　5．當(dāng)不同的物體放入系統(tǒng)的被測范圍時，可知什么物體可干擾傳感器的測量,并且測試系統(tǒng)是否報(bào)警。如表6所示。</p><p>　　表6 報(bào)警功能的測試</p><p>　　由

85、以上結(jié)論可知：由于小狗熱輻射的紅外線波長與人體熱輻射的紅外波長范圍差不多,故可以探測到小狗。一些其他一些物體，即使是發(fā)光或發(fā)熱，但由于他們所發(fā)射的波長與系統(tǒng)紅外探測器的接收波長范圍不同，所以探測不到其他物體。</p><p>　　6．用黑紙把傳感器的探測頭包成只留直徑大約為0.5厘米的圓孔，并調(diào)節(jié)使延遲時間為0.5s，把傳感器放置在一次只能通過一人的樓梯處，測量經(jīng)過的人數(shù)。如表7所示。</p>&l

86、t;p><b>　　表7 經(jīng)過人數(shù)測量</b></p><p>　　由結(jié)果分析可知：由于所放位置人流量較大，并且在通過的人流中有些間隔時間少于0.5s，所以會出現(xiàn)所測人數(shù)稍少于實(shí)際經(jīng)過人數(shù)。要克服這一點(diǎn)應(yīng)把電路延遲時間調(diào)到最小。</p><p>　　第六章 本設(shè)計(jì)的功能及使用環(huán)境</p><p>　　6.1 本設(shè)計(jì)的功能</p>

87、;<p>　　本設(shè)計(jì)的功能是由三部分組成:</p><p>　　1. 室內(nèi)防盜報(bào)警功能。當(dāng)探測頭探測到人體時，發(fā)出聲光報(bào)警的信號，等待一段延遲時間后自動消除報(bào)警信號，并可手動解除報(bào)警信號。</p><p>　　2. 樓宇燈開關(guān)功能。傳感器探測到有人經(jīng)過時，自動接通電源,照明燈變亮, 等待一段延遲時間后自動熄滅,并可調(diào)節(jié)亮燈時的延遲時間。</p><p>

88、;　　3. 檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制。當(dāng)探測頭探測到有人經(jīng)過時，系統(tǒng)自動計(jì)數(shù)加一，并可以通過鍵盤控制最大容量人數(shù)，如果探測到的人數(shù)超過最大容量人數(shù)時則發(fā)出自動報(bào)警信號。</p><p>　　6.2 本設(shè)計(jì)使用環(huán)境</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)有幾種不同的功能,不同的功能時應(yīng)在不同的環(huán)境下使用，以下為各功能特定的使用環(huán)境：</p><p>　　1.室內(nèi)防盜報(bào)警器應(yīng)

89、安裝在室內(nèi)房間的進(jìn)出口處，而且應(yīng)在沒主人在的時候開啟此功能，同時，為了避免產(chǎn)生錯報(bào)或誤報(bào)的情況，傳感器的探測頭還應(yīng)安裝在離室外大約5米的地方。</p><p>　　2.使用樓宇燈開關(guān)功能時，傳感器的探測頭應(yīng)安裝在較少行人經(jīng)過的過道處，并可按照過道的長短手動調(diào)節(jié)亮燈時的延遲時間。</p><p>　　3.在使用檢測人數(shù)及最大容量人數(shù)控制的功能時，首先要用黑紙把傳感器的探測頭包成只留直徑大約為

90、0.5厘米的圓孔。同時探測頭還應(yīng)安裝在一次只能通過一人的過道處，比如一些大型場所的檢票處或是通關(guān)口。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本論文完成了軟硬件主要功能模塊的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)及功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。整個系統(tǒng)主要由AT89C51芯片、熱釋電傳感器、聲光報(bào)警、鍵控組成。性能好，工作穩(wěn)定，非常適合防盜報(bào)警領(lǐng)域！由于時間關(guān)系和水

91、平有限，設(shè)計(jì)中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的進(jìn)一步設(shè)計(jì)過程中不斷完善。</p><p>　　當(dāng)然智能住宅小區(qū)防盜報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)是一個實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課題，要使其產(chǎn)品化，能夠經(jīng)受住實(shí)際應(yīng)用的嚴(yán)格考驗(yàn)，還要進(jìn)行許多深入細(xì)致的工作。而且隨著科技水平的不斷提高，對智能住宅小區(qū)的智能管理系統(tǒng)必然會有不斷增長的要求。</p><p>　　為了提高靈敏度，減少誤報(bào)率，可以采用攝像頭作為探測頭

92、，將采集到的信號進(jìn)行圖像處理及判斷后再決定是否報(bào)警。如果系統(tǒng)接收到報(bào)警信號后，保安人員可以通過查詢報(bào)警記錄來確定是否真有人經(jīng)過。隨著人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，智能住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)的功能也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中，人們將會越來越多的體驗(yàn)到現(xiàn)代生活的氣息。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]李秀忠主編，單片機(jī)

93、應(yīng)用技術(shù)，北京：人民郵電出版社 2007年12月第1版</p><p>　　[2]李朝清主編，單片機(jī)原理及接口技術(shù)，北京：北京航空航天大學(xué)出版2002年12月.</p><p>　　[3]謝自美主編，電子線路設(shè)計(jì)，武漢：華中科技大學(xué)出版社 2000年</p><p>　　[4]孫傳友主編，測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)，北京：北京航空航空大學(xué)出版 2001年3 月.</p