智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

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1、（輸入章及標(biāo)題） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目：智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng) 性質(zhì)：工程實(shí)際 專業(yè)：自動化 日期：2005年6月 III 摘 要 　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高以及其它各項(xiàng)事業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，城市用地日益緊張，促進(jìn)建筑物正朝著高層化、密集化方向發(fā)展，該建筑物的裝修用料和方式也越趨多樣化，并隨著用電負(fù)荷及煤氣耗量的加大，對智能火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)提

2、出了更高、更嚴(yán)格的要求。為確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，智能火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)就成為高層建筑設(shè)計(jì)中最重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。而智能火災(zāi)報(bào)警探測系統(tǒng)正符合了這些特點(diǎn)，它是以單片機(jī)為主要器件的一個(gè)系統(tǒng)，通過串口通訊實(shí)現(xiàn)住宅小區(qū)的火災(zāi)報(bào)警，且價(jià)格低廉。本文介紹了智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的背景及發(fā)展動態(tài)，給出了本次課題基礎(chǔ)器件——單片機(jī)和傳感器的基本原理；說明了單片機(jī)串口通訊和單片機(jī)的開發(fā)及開發(fā)工具；概述了軟硬件設(shè)計(jì)過程，分析了硬件設(shè)計(jì)電路及作用，描述了軟件設(shè)計(jì)的總體思想，給出了資源分配情況，介紹了模塊的軟件實(shí)現(xiàn)情況及部分軟件流程；寫了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的調(diào)試與仿真結(jié)果及遇到的問題。 關(guān)鍵詞　單片機(jī) 串口通訊

3、 火災(zāi) 報(bào)警 protel原理圖 源程序 52 目 錄 摘 要 I 第1章 緒論 4 1.1 課題背景 4 1.1.1 智能建筑面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 4 1.1.1.1 智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.1.1.2 主要技術(shù)發(fā)展趨勢及問題 5 1.1.2 智能火災(zāi)智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的新動向 6 1.2 本論文的工作與論文結(jié)構(gòu) 7 第2章 智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ) 8 2.1 簡要介紹智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng) 8 2.2 對傳感器的詳細(xì)介紹 8 2.2.1 與傳感器有關(guān)的常見術(shù)語 9 2.2.2 熱釋紅外探測器 9 2.2.2.1熱釋紅外探測器

4、的基本概念 10 2.2.2.2 熱釋紅外探測器的工作原理和特性 10 2.2.2.3 熱釋紅外探測器的安裝注意事項(xiàng) 11 2.2.2.4 熱釋紅外探測器的調(diào)試 12 2.2.2.5 熱釋紅外探測器的防寵物功能 12 2.3 對四運(yùn)放集成電路LM324的介紹 13 2.4 對芯片AT89C51的介紹 15 第3章 系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì) 17 3.1 復(fù)位電路部分 17 3.2 時(shí)鐘電路與時(shí)序 18 3.2.1 內(nèi)部時(shí)鐘方式 18 3.2.2 外部時(shí)鐘方式 19 3.3 AT89C51的內(nèi)外程序存儲器選擇控制端 20 3.4 系統(tǒng)的選址單元電路 20 3.5 系統(tǒng)的報(bào)

5、警信號產(chǎn)生電路 20 3.6 系統(tǒng)的多機(jī)通訊技術(shù) 20 第4章 電路的軟件設(shè)計(jì) 21 4.1 軟件程序內(nèi)容 21 4.2 軟件總體流程圖 22 4.3 報(bào)警信號發(fā)生子程序 24 4.4 鍵盤接口子程序 26 4.5 數(shù)碼顯示子程序 27 4.6 本章小結(jié) 28 第5章 電路調(diào)試與仿真 29 5.1 硬件焊接 29 5.2 調(diào)試 29 5.2.1 硬件調(diào)試方法 30 5.2.2 軟件調(diào)試方法 31 5.3 仿真中出現(xiàn)的問題及解決辦法 31 5.3 本章小結(jié) 32 結(jié) 論 33 參考文獻(xiàn) 34 源程序 35 致謝 49 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評定表 50

6、 第1章 緒論 1.1 課題背景 1.1.1 智能建筑面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 智能建筑(即公共建筑和住宅小區(qū)智能化)是現(xiàn)代建筑技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有十分鮮明信息社會的時(shí)代特征，也是人類社會進(jìn)步、生產(chǎn)力發(fā)展的必然需求。進(jìn)入21世紀(jì)以來，智能建筑在我國建筑行業(yè)迅速發(fā)展并呈現(xiàn)了巨大的市場潛力，其社會、經(jīng)濟(jì)效益顯著，對于改造提升傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)和改善人民生活水平起到了積極作用，為人們提供了更為安全、舒適、方便、高效的工作與生活環(huán)境。智能住宅小區(qū)在我國各地發(fā)展較快，在全國城鎮(zhèn)每年住宅開發(fā)總量9-5億平方米中占有相當(dāng)比例，并且以較快速度增長，已成為智能建筑發(fā)

7、展的主要市場。由于智能住宅小區(qū)的產(chǎn)品難以成套引進(jìn)，促進(jìn)了國內(nèi)產(chǎn)品供應(yīng)商的研發(fā)需求，膨脹了智能建筑領(lǐng)域的研發(fā)隊(duì)伍，各種新產(chǎn)品、新系統(tǒng)層出不窮，爭奇斗艷，從而形成了新的智能建筑產(chǎn)業(yè)。 1.1.1.1 智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀 1996年以來，我國智能建筑取得了較大的發(fā)展。智能建筑技術(shù)在全國范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，其對象由賓館、商務(wù)樓向銀行、證券、辦公、圖書館、博物館、展覽館以及住宅(含住宅小區(qū))等拓展。智能建筑隊(duì)伍迅速成長，初步形成了一支具有一定規(guī)模的智能建筑設(shè)計(jì)、施工力量以及系統(tǒng)集成商和產(chǎn)品供應(yīng)商。與此同時(shí)，建設(shè)部和上海、江蘇、陜西、四川等省市先后成立智能建筑專業(yè)委員會及學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)，對智能建筑的發(fā)展起

8、到了積極的推動作用。1999年以來，我國智能建筑技術(shù)日趨成熟，各地積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，基本上適應(yīng)了國內(nèi)各類建筑對智能化的需求。人們對智能建筑開始注重理性化，對智能建筑有了更深入的理解，智能建筑的設(shè)計(jì)也較注重切合實(shí)際，克服了過去貪大求全的做法。智能建筑技術(shù)產(chǎn)品也由過去的封閉狀態(tài)向開放性、市場化、公平競爭方面轉(zhuǎn)化，使智能建筑市場全面走向有序的發(fā)展軌道。目前，國外智能建筑發(fā)展已處于一個(gè)較高水平階段，具有以下特點(diǎn)，值得我們借鑒。 (1) 智能建筑充分體現(xiàn)以人為本的思想。智能建筑的最終受益者應(yīng)該是在其中生活、工作的人。一幢大廈的智能化程度，不能全視其所裝設(shè)備器材的先進(jìn)程度，而主要取決于使用人的需求功

9、能。發(fā)達(dá)國家的智能建筑發(fā)展到今天，己經(jīng)不是單純的高新技術(shù)產(chǎn)品的簡單合成，而是采用高科技來實(shí)現(xiàn)人的需求，改善和提高人工環(huán)境的品質(zhì)，更好地為人服務(wù)。 (2) 智能建筑是信息產(chǎn)品升級換代和業(yè)主自身需求的結(jié)合。發(fā)達(dá)國家智能建筑的發(fā)展完全是二種市場行為的結(jié)果、業(yè)主行為的結(jié)果。政府只是對建筑物的節(jié)能和環(huán)保提出要求。而業(yè)主完全是根據(jù)市場和自身的需求來投資適用的智能建筑，不會盲目攀比。同樣，建筑商或設(shè)計(jì)公司也不會為標(biāo)榜自己而設(shè)計(jì)建造一幢沒有市場需求的智能建筑。 1.1.1.2 主要技術(shù)發(fā)展趨勢及問題 (1) 控制網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。這一新趨勢必將影響智能建筑的樓宇自動化技術(shù)的發(fā)展，具有開發(fā)性和互操作性的

10、系統(tǒng)，是樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)的最佳選擇，例如，目前在樓宇控制系統(tǒng)中采用較多的有Lonwoks和BACnet。另值得關(guān)注的是，近來工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展已有取代現(xiàn)場總線的趨勢，或者說現(xiàn)場總線的發(fā)展必然向工業(yè)以太網(wǎng)靠近，工業(yè)以太網(wǎng)因其協(xié)議開放而有廣泛應(yīng)用的潛力?？刂凭W(wǎng)中融入IP技術(shù)也是值得注意的動向。 (2) 網(wǎng)絡(luò)寬帶化和引入Internet技術(shù)。在我國政府部門制定的信息產(chǎn)業(yè)十五，計(jì)劃綱要和2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)框架思路中，提出了:抓緊建設(shè)國家信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，繼續(xù)建設(shè)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展高速互聯(lián)網(wǎng)，高度重視信 息資源的開發(fā)利用。為了滿足日益增長的信息應(yīng)用以及本身的系統(tǒng)集成和信息融合的需求，智能建筑信息系

11、統(tǒng)的寬帶化是必然的。隨著光纖的廣泛使用，光纖到區(qū)(樓)，光纖到戶(桌面)，為智能建筑寬帶化創(chuàng)造必要的條件。Internet技術(shù)，已經(jīng)滲透到IT各個(gè)領(lǐng)域，智能建筑也不例外，實(shí)現(xiàn)Internet接入，進(jìn)行本身網(wǎng)站的建設(shè)，滿足用戶訪問Internet服務(wù)的需求，在Internet上對智能建筑的某些功能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和綜合管理等是當(dāng)前智能建筑信息網(wǎng)發(fā)展的新動向。 (3) 逐步選用無線通信技術(shù)。智能建筑中選用無線通信技術(shù)是發(fā)展的趨勢，今后若干年，隨著Internet的無線訪問、無線局域網(wǎng)、無線家居智能系統(tǒng)(如藍(lán)牙技術(shù))等技術(shù)的不斷成熟，無線通信技術(shù)將會在不同建筑中應(yīng)用。 (4) 視頻傳輸技術(shù)的應(yīng)用。在

12、數(shù)字化社區(qū)中視頻傳輸系統(tǒng)包括視頻點(diǎn)播系統(tǒng)(VOW)、會議電視系統(tǒng)(MTV)、可視電話系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)以及家庭內(nèi)各種視頻傳輸系統(tǒng)，這些視頻傳輸技術(shù)在智能建筑寬帶網(wǎng)上將會大量使用。在未來幾年之內(nèi)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)上的多媒體會議系統(tǒng)將大大超過電信網(wǎng)上的會議系統(tǒng)。 (5) 系統(tǒng)集成化勢在必行。在目前的智能大廈(小區(qū))中，實(shí)際上已經(jīng)存在局域網(wǎng)、電話網(wǎng)、雙向有線電視網(wǎng)和控制網(wǎng)四類網(wǎng)絡(luò)。在信息化的智能建筑環(huán)境中事實(shí)上存在著數(shù)據(jù)、語音、視像和控制四種信息。系統(tǒng)集成與多種信息融合，有利于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、避免功能重復(fù)建設(shè)、減少投資；有利于資源集中和信息共享；有利于系統(tǒng)的科學(xué)管理、集中維護(hù)以及系統(tǒng)的發(fā)展和擴(kuò)充等。實(shí)踐已證

13、明系統(tǒng)集成和信息融合是必要的，其優(yōu)點(diǎn)是明顯的。在目前的技術(shù)條件下系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意將控制網(wǎng)和信息網(wǎng)分層設(shè)計(jì)。當(dāng)通過信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的互動時(shí)，要注意實(shí)時(shí)性和可靠性，同時(shí)增加硬件連鎖互動，以確?？煽?。 (6) 技術(shù)產(chǎn)品方面，從智能建筑技術(shù)的研究到智能建筑產(chǎn)品的開發(fā)，缺少必要的引導(dǎo)、協(xié)調(diào)和支持。缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的智能建筑硬、軟件產(chǎn)品。 1.1.2 智能火災(zāi)智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的新動向 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)最初是單機(jī)式報(bào)警，即：只有現(xiàn)場報(bào)警功能，如果有火災(zāi)信號，火災(zāi)現(xiàn)場發(fā)出聲音警報(bào)，然后通知消防部門，這種報(bào)警方式在布防現(xiàn)場起到了一定的作用，但是存在較大的局限性。 總線制火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通過小區(qū)內(nèi)的

14、局域總線作為物理網(wǎng)絡(luò)，徹底擺脫電話線制的局限，其基本組成是:報(bào)警控制器，探測器，總線和報(bào)警中心的接警計(jì)算機(jī)。報(bào)警控制器連接多個(gè)探測器。報(bào)警控制器通過總線與接警計(jì)算機(jī)相連，按一定的協(xié)議通信，對發(fā)生的火災(zāi)信號進(jìn)行幾次校對，確認(rèn)后發(fā)出聲光報(bào)警?？偩€制報(bào)警系統(tǒng)具有先進(jìn)性、開放性、獨(dú)立性、擴(kuò)展性、高效性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。 總線制報(bào)警系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn): 1. 零使用、維護(hù)成本: 因?yàn)槲锢砭W(wǎng)絡(luò)為小區(qū)內(nèi)自己鋪設(shè)的局域總線，在使用和維護(hù)上不需要投入資金，真正做到一次投資、終生受益。 2. 報(bào)警反應(yīng)高效、快速: 因其系統(tǒng)是采用數(shù)碼流直接傳輸，不用撥號和模擬調(diào)制，真正做到即時(shí)警報(bào)、即時(shí)接警，從報(bào)警發(fā)生到中心警

15、示，只需0.1s 左右。 3. 擴(kuò)展方便、兼容性好: 智能小區(qū)的大多數(shù)子系統(tǒng)都通過小區(qū)的局域總線 傳輸信號，增減報(bào)警控制器不需要對總線改造。 4. 集成度高，功能性好: 總線制報(bào)警系統(tǒng)的安裝配置可以通過接警中心計(jì)算機(jī)的軟件進(jìn)行設(shè)置，還能與其他子系統(tǒng)互連. 智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)作為智能化系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之一，同樣承載著智能建筑所面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。智能小區(qū)建設(shè)中，所有的系統(tǒng)都需要一個(gè)集中的小區(qū)監(jiān)控管理中心，傳統(tǒng)的智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)是采用電話線來傳送報(bào)警信號，信號傳輸速度慢，運(yùn)行費(fèi)用高，而且功能單一，要實(shí)現(xiàn)其他如周界防范、電子巡更、三表抄送等功能就必須另外布線，重新安裝新系統(tǒng)，并且各個(gè)系統(tǒng)

16、各自獨(dú)立運(yùn)行，互不相關(guān)，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力差，系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)復(fù)雜，系統(tǒng)升級擴(kuò)容困難，從而造成物業(yè)管理部門工作難度加大，系統(tǒng)的智能化程度降低。因此，在智能小區(qū)系統(tǒng)中，必須采用集成能力高的系統(tǒng)，通過單一的總線方式布線，集成家庭安防、周界防范、電子巡更、三表抄送、聯(lián)動控制、CCTV、停車場管理、家居自動化等需要集中監(jiān)控的系統(tǒng)。 針對居住的環(huán)境不同，用戶對于智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的要求也不是一成不變的。因而智能智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要考慮這些因素。既要易于使用、安裝和維護(hù)，又要有利于擴(kuò)張和升級，還要考慮與其他系統(tǒng)的集成和信息共享，關(guān)注計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的發(fā)展對系統(tǒng)帶來的影響。 1.2 本論文的工

17、作與論文結(jié)構(gòu) 本論文作者在大學(xué)期間，深入學(xué)習(xí)了MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)、模擬電子與通信、軟件工程的理論與技術(shù)，并兩次參加了院里組織的電子小制作活動，積累了一些經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識。因此在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)，將告警信號傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)過程主要分三個(gè)步驟進(jìn)行：第一，設(shè)計(jì)整機(jī)系統(tǒng)方案，并對其進(jìn)行認(rèn)證；第二，完成由單片微機(jī)控制的小區(qū)智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的樣機(jī)制作，并安裝調(diào)試；第三，對硬件、軟件進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 本論文的結(jié)構(gòu)如下： 第一章緒論，綜述了國內(nèi)外智能建筑的發(fā)展?fàn)顩r和智能小區(qū)智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)動態(tài)，介紹了論文的主要內(nèi)容。 第二章智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測

18、系統(tǒng)基礎(chǔ)，詳細(xì)介紹了此系統(tǒng)中所用到的熱釋紅外傳感器、LM324、AT89C51等元件的結(jié)構(gòu)與工作特性。 第三章系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì)，畫出了系統(tǒng)硬件框圖，并對系統(tǒng)中各單元電路的組成與功能進(jìn)行了詳細(xì)介紹。 第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，畫出了系統(tǒng)的軟件流程圖，確定了上位機(jī)與下位機(jī)的通信協(xié)議，并描述了主程序流程和關(guān)鍵流程。此外，根據(jù)第三章的功能分配要求，介紹了軟件功能。 第五章系統(tǒng)硬件、軟件的聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，使此設(shè)計(jì)達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際，提高作者實(shí)際工作能力的要求。 結(jié)論，總結(jié)論文的主要成果，并指出了今后進(jìn)一步在本研究方向的展望與設(shè)想。 第2章 智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ) 2.1 簡要介紹智

19、能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng) 智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)是利用各類功能的探測器對住戶房屋的周邊、空間、環(huán)境及人進(jìn)行整體防護(hù)的系統(tǒng)。按報(bào)警信號的傳輸方式分：有無線型智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)和有線型智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)兩種。即探測器在檢測到非法入侵者后，以兩種方式將報(bào)警信號傳輸給報(bào)警主機(jī)，無線型智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)通過發(fā)一定頻率的電磁波傳輸報(bào)警信號，有線型智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)分為開關(guān)信號輸出和電平信號輸出。作者設(shè)計(jì)的是有線型智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)，且信號以電平形式輸出。 現(xiàn)在介紹一下有線智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)與無線智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)的區(qū)別。在有線智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)中，因其是專線專用，所以報(bào)警信號傳輸相對穩(wěn)定，不易

20、受到外界因素的干擾；同時(shí)也有不少缺點(diǎn)：影響美觀,施工工作量大，操作復(fù)雜、維修不便，須專人維護(hù)。而無線智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)不會破壞防范區(qū)域的整體美觀，且安裝簡單，操作簡便，老人、小孩一學(xué)就會，但報(bào)警信號會受到外界因素的干擾，導(dǎo)致報(bào)警信號傳輸距離衰減。在本次設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）中，用到熱釋紅外傳感器、LM324、AT89C51等元件，下面將會對其一一進(jìn)行介紹。 2.2 對傳感器的詳細(xì)介紹 探測器是利用傳感器感應(yīng)各種物理變化、化學(xué)變化而產(chǎn)生的電流、脈沖等信號去推動射頻電路發(fā)射出報(bào)警信號，它在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越

21、來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動力，而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)則提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。二十一世紀(jì)，人們一方面通過提高與改善傳感器的技術(shù)性能；一方面通過尋找新原理、新材料、新工藝及新功能來改善傳感器性能，制造出更多的傳感器。 人的眼睛能看到的可見光按波長從長到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長更短的光叫紫外線，比紅光波長更長的光叫紅外線。 最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非

22、常廣泛。紅外線傳感器有主動式紅外傳感器和被動式紅外傳感器兩種。主動式紅外探測器由發(fā)射端主動發(fā)射紅外線，由接收端接收紅外線，形成紅外線的網(wǎng)狀。這種探測器能夠?qū)θ肭治镞M(jìn)行主動的防范，不會因小寵物的穿越或氣候的影響而產(chǎn)生誤報(bào)警情，從而最大的限度降低了誤報(bào)率。被動式紅外探測器是依靠被動的吸收熱能動物活動時(shí)身體散發(fā)出的紅外熱能進(jìn)行報(bào)警的，也稱熱釋紅外探頭，其探測器本身不發(fā)射紅外線的。 　2.2.1 與傳感器有關(guān)的常見術(shù)語 探測范圍：指探測器正常工作的感應(yīng)范圍，即探測器能夠探測到在此范圍以內(nèi)的所有物體運(yùn)動從而產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)。 探測距離：是指探測器在正常工作下所能探測到的最遠(yuǎn)距離。 發(fā)射距離：報(bào)警系統(tǒng)

23、中無線器件在被觸發(fā)后將無線報(bào)警信號以電磁波的形式發(fā)射出去的最遠(yuǎn)距離。 感應(yīng)靈敏度：指探測器被觸發(fā)報(bào)警時(shí)探測距離的遠(yuǎn)近和反應(yīng)速度快慢，感應(yīng)靈敏度高，則在離探測器很遠(yuǎn)的距離都能探測到，感應(yīng)靈敏度低，則只能探測到較近的范圍。 2.2.2 熱釋紅外探測器 被動式紅外探測器是一種在安防工程中使用極為普遍的探測器。但要其正常使用，既要防止漏報(bào)，又要減少誤報(bào)，特別是如何將誤報(bào)現(xiàn)象降到最低的限度是一個(gè)擺在廣大工程設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)課題。要做到這一點(diǎn)，必須首先要了解被動式紅外探測器的一些基本概念及其技術(shù)特點(diǎn)，這樣才能根據(jù)這些基本的技術(shù)特點(diǎn)，從安裝、調(diào)試、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，按照探測器的基本技術(shù)特點(diǎn)，這樣才能最

24、大限度的發(fā)揮探測器的最大功效。 在本次設(shè)計(jì)中，我們用到的傳感器就是被動式紅外傳感器，下面將對其作一詳細(xì)介紹。 2.2.2.1熱釋紅外探測器的基本概念 在警戒范圍內(nèi)，為什么人在移動時(shí)被動紅外探測器能夠發(fā)生報(bào)警信號呢?在自然界，任何高于絕對溫度（- 273度）時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關(guān)的。在被動紅外探測器中有兩個(gè)關(guān)鍵性的元件，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器(PIR)，它能將波長為8一12um之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用，因此在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器

25、感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，紅外探測器的紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度的差異。另外一個(gè)器件就是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡有兩種形式，即折射式和反射式。菲涅爾透鏡作用有兩個(gè):一是聚焦作用，即將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將警戒區(qū)內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入警戒區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號。 2.2.2.2 熱釋紅外探測器的工作原理和特性 一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10UM

26、左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號。 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。 3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向

27、正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。 4)一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報(bào)警。 5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。 在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 2.2.2.3 熱釋紅外探測器的安裝注意事項(xiàng) 由于被動式紅外探測器屬于一種微弱信號檢測設(shè)備，在

28、安裝時(shí)必須注意一些細(xì)節(jié)方面的問題，如高度，靈敏度等。正確安裝一個(gè)被動紅外探測器，必須掌握以下幾個(gè)方面的信息:首先是對探測器的性能特點(diǎn)必須了解，其次要合理確定安裝的位置，最后必須要仔細(xì)調(diào)試。不能說探測器能報(bào)警就說明安裝好了，那么如何確定一個(gè)被動式紅外探測器的安裝位置呢？ ●根據(jù)說明書確定正常的安裝角度 安裝高度不是隨意的，會影響探測器的靈敏度和防小寵物的效果。試想一下，一個(gè)探測器裝在2M高度的位置和2.5高度的位置，那么移動物體從地面移動時(shí)，切割明區(qū)和暗區(qū)的頻率是不一樣的。 ●不宜面對玻璃門窗 被動式紅外探測器正對玻璃門窗，會有兩個(gè)問題:一是白光干擾，顯然PIR對白光具有很強(qiáng)的抑制功能，

29、但畢竟不是100%的抑制。因此避免正對玻璃門窗，可以避免強(qiáng)光的干擾。二是避免門窗外復(fù)雜的環(huán)境干擾，比如人群流動、車輛等。 ●不宜正對冷熱通風(fēng)口或冷熱源 被動式紅外探測器感應(yīng)作用是與溫度的變化具有密切的關(guān)系。冷熱通風(fēng)口和冷熱源均有可能引起探測器的誤報(bào)，對有些低性能的探測器，有時(shí)通過門窗的空氣對流也會造成誤報(bào)。 ●不宜正對易擺動的物體 易擺動的物體將會使微波探測器起作用，因此同樣可能造成誤報(bào)。 ●注意非法入侵路線 安裝探測器的目的是防止犯罪分子的非法入侵，在確定安裝位置之前，必須要考慮建筑物主要出人口。實(shí)際上我們防止了出入口，截?cái)喾欠ㄈ肭志€路，也就達(dá)到了我們的目的。 2.2.2.4

30、熱釋紅外探測器的調(diào)試 將探測器安裝完之后，調(diào)試探測器是最后所要做的工作。被動式紅外探測器的調(diào)試有兩種方法，一種是步測，就是調(diào)試人員在警戒區(qū)內(nèi)走s型的線路來感知警戒范圍的長度、寬度、微波靈敏度和紅外靈敏度，步測的方法要分別調(diào)整，過高或過低的靈敏度都將影響防范效果。有時(shí)由于季節(jié)變換，冬季和夏季要對靈敏度分別調(diào)整。微波靈敏度一定不能過大，因?yàn)槲⒉ň哂写┩感?，在調(diào)試的時(shí)候要注意。第二種方法是用專業(yè)的儀表測量，來判斷這一位置是否適合安裝這類的探測器。 總之我們在使用安裝前，必須仔細(xì)閱讀說明書，最重要的是通過實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的積累，對探測器的特性一定能夠更深刻的了解，從而更好的發(fā)揮被動式紅外探測器在安防工

31、程中的作用。 2.2.2.5 熱釋紅外探測器的防寵物功能 被動式紅外探測器發(fā)展到今天，在技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，防小寵物是被動紅外探測器的一種重要的功能，每個(gè)生產(chǎn)廠家對抗小寵物干擾的處理方式是不一樣的，但不外乎有兩種方式: 一種是物理方式，即通過菲涅爾透鏡的分割方式的改變來降低由于小寵物引起誤報(bào)的概率，這種方式是表面的，效果也是有限的。第二種方式是采用對探測信號處理分析方式，主要是對探測的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后分析其中的信號周期，幅度，極性（圖略）。這些因素具體反應(yīng)出移動物體的速度、熱釋紅外能量的大小，以及單位時(shí)間內(nèi)的位移。探測器中的微處理器將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，由此判斷移動物體可能是人還

32、是小動物。 由此看來，我們要注意的是被動式紅外探測器的防小寵物的功能是相對的。這種相對性包括兩個(gè)方面，一個(gè)是防寵物是相對的，相對于沒有防寵物功能的探測器其誤報(bào)率是大大降低了，它對小寵物的數(shù)量和大小有一定限度的。第二方面是安裝位置是要有一定要求的，并不是隨意的安裝就可以達(dá)到防小寵物功能，在安裝時(shí)，必須要仔細(xì)理解探測器的說明書中的具體要求。 2.3 對四運(yùn)放集成電路LM324的介紹 集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，輸入級一般是由BJT、JFET或MOSFET組成的差分式放大電路，利用它的對稱特性

33、可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和其他方面的性能，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反向輸入端和同向輸入端。電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可由一級或多級放大電路組成。輸出級一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路是為各級提供合適的工作電流。此外還有一些輔助環(huán)節(jié)，如電平移動電路、過載保護(hù)電路以及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等。 一個(gè)簡單的運(yùn)算放大器有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸

34、出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 而LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的如圖2所示的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。LM324采用1列直插塑料封裝。 由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實(shí)例。 反向交流放大器可代替晶體管進(jìn)行交流放大，可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負(fù)號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)

35、值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。 同相交流放大器的特點(diǎn)是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運(yùn)放進(jìn)行偏置。 電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用在一些自動控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運(yùn)放A1負(fù)輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準(zhǔn)。靜態(tài)時(shí)，電容C1充電完畢，運(yùn)放A1正輸入端電壓U2等于電源電壓V+，故A1輸出高電平。當(dāng)輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，

36、二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然降至地電平，此時(shí)因?yàn)閁1>U2，故運(yùn)放A1輸出低電平。當(dāng)輸入電壓變高時(shí)，二極管D1截止，電源電壓R3給電容C1充電，當(dāng)C1上充電電壓大于U1時(shí)，既U2>U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖剑瑥亩Y(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時(shí)時(shí)間增長，反之則縮短。 如果將二極管D1去掉，則此電路具有加電延時(shí)功能。剛加電時(shí)，U1>U2，運(yùn)放A1輸出低電平，隨著電容C1不斷充電，U2不斷升高，當(dāng)U2>U1時(shí)，A1輸出才變?yōu)楦唠娖健? 當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說反饋電阻趨于無窮大時(shí)(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認(rèn)為運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)也為

37、無窮大(實(shí)際上是很大,如LM324運(yùn)放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時(shí)運(yùn)放便形成一個(gè)電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)放輸出低電平。 如果使用兩個(gè)運(yùn)放組成一個(gè)電壓上下限比較器，電阻R1、R1ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2ˊ組成分壓電路，為運(yùn)放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時(shí)加到A1的正輸入端和A2的負(fù)輸入端之間，當(dāng)Ui >U1時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平；當(dāng)Ui

38、4 對芯片AT89C51的介紹 智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）使用了AT89C51，并將其作為系統(tǒng)的核心。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一

39、種靈活性高且價(jià)廉的方案。 下面對AT89C51做一個(gè)簡要介紹： 第一，主要特性：與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000次寫擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ；三級程序存儲器鎖定；1288位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 第二，管腳說明： VCC：供電電壓；GND：接地；P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址

40、的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高；P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收；P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的

41、緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號；P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD串行輸入口；P3.1 TXD串行輸出口；P3.2 INT0外部中斷

42、0；P3.3 /INT1外部中斷1；P3.4 T0記時(shí)器0外部輸入；P3.5 T1記時(shí)器1外部輸入；P3.6 WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通；P3.7 RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通；P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)

43、ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP

44、。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 第三，震蕩器特性：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為片內(nèi)振蕩器。石英振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 第四，芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作

45、必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 第3章 系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì) 3.1 復(fù)位電路部分 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給RESET引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號，就可使AT89C51單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把PC初始化為0000H，使AT89C51單片機(jī)從0000 H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或或操

46、作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡單的上電自動復(fù)位電路如圖3-1所示。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22微法，R取1千歐。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動復(fù)位。

47、 圖3-1 上電自動復(fù)位電路 在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若有外部擴(kuò)展的I/O接口電路也需初始復(fù)位，如果它們的復(fù)位端和AT89C51單片機(jī)的復(fù)位端相連，復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要受到影響，這時(shí)復(fù)位電路中的R、C參數(shù)要統(tǒng)一考慮以保證可靠的復(fù)位。 如果單片機(jī)AT89C51與外圍I/O接口電路的復(fù)位電路和復(fù)位時(shí)間不完全一致，使單片機(jī)初始化程序不能正常運(yùn)行，外圍I/O接口電路的復(fù)位也可以不和AT89C51單片機(jī)復(fù)位端相連，僅采用獨(dú)立的上電復(fù)位電路。若RC上電復(fù)位電路接斯密特電路輸入端，斯密特電路輸出接AT89C51單片機(jī)和外圍電路復(fù)位端，則能使系統(tǒng)可靠地同步

48、復(fù)位。一般來說，單片機(jī)的復(fù)位速度比外圍I/O快些。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在初始化程序中應(yīng)安排一定的復(fù)位延遲時(shí)間。 而在本次設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）中，我們使用的是上電復(fù)位電路，即圖3-1所示的電路。 3.2 時(shí)鐘電路與時(shí)序 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生AT89C51單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號。AT89C51單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，AT89C51單片機(jī)應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各個(gè)信號的關(guān)系。 在執(zhí)行指令時(shí)，CPU首先要到程序存儲器中取出需要執(zhí)行的指令操作碼，然后譯碼，并由時(shí)序電路產(chǎn)生一系列控制

49、信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU發(fā)出的時(shí)序信號有兩類，一類用于片內(nèi)對各個(gè)功能部件的控制，這類信號很多。另一類用于對片外存儲器或I/O端口的控制，這部分時(shí)序?qū)τ诜治?、設(shè)計(jì)硬件接口電路至關(guān)重要。 時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種為外部時(shí)鐘方式。 3.2.1 內(nèi)部時(shí)鐘方式 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反向放大器，該高增益反向放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2

50、。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體震蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激震蕩器。圖11是AT89C51單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘方式的震蕩器電路。 除使用晶體震蕩器外，如對時(shí)鐘頻率要求不高，還可以用陶瓷諧振器來代替。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30皮法左右。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體的震蕩頻率的范圍通常是在1.2MHz與12MHz之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也就越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的速度要求就高，對印刷電路板的工藝要求也高，即要求線間的寄生電容要??；晶體和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片

51、機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的NPO高頻電容。 AT89C51單片機(jī)常選擇震蕩頻率6MHz或12MHz的石英晶體。隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率也在逐步提高，現(xiàn)在的高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率以達(dá)40MHz。 圖3-2 AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路 3.2.2 外部時(shí)鐘方式 外部時(shí)鐘方式是使用外部震蕩脈沖信號，常用于多片AT89C51單片機(jī)同時(shí)工作，以便于同步。對外部脈沖信號的要求一般為低于12MHz的方波。 外部的時(shí)鐘電源直接接到XTAL

52、2端，直接輸入到片內(nèi)的時(shí)鐘發(fā)生器上。 在本次設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）中，我們使用的是AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路，即圖4所示的電路。 3.3 AT89C51的內(nèi)外程序存儲器選擇控制端 AT89C51第31引腳的功能為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端。當(dāng)此引腳為高電平時(shí)，單片機(jī)訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲器，不論是否有內(nèi)部程序存儲器。 在本次設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）中，我們將此引腳接高電平，因?yàn)榕c本設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件程序所占空間很小，沒必要使用外部程序存儲器。

53、 3.4 系統(tǒng)的選址單元電路 在圖8所示的硬件系統(tǒng)框圖中，單片機(jī)AT89C51的P1.0—P1.4口所接的電路為智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)（發(fā)送）的選址部分電路。在檢測是否有小偷之前，我們必須首先確定被探測的是哪個(gè)用戶，即選址。在本設(shè)計(jì)中，此過程我們用5位二進(jìn)制數(shù)的編碼來實(shí)現(xiàn)，例如，當(dāng)5個(gè)開關(guān)全部打開時(shí)，P1.0—P1.4口均為高電平，即均為“1”，此時(shí)我們就說智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)在檢測用戶31，而當(dāng)5個(gè)開關(guān)全部閉合時(shí)，P1.0—P1.4口均為低電平，即均為“0”，我們則認(rèn)為系統(tǒng)在檢測用戶0。由此可知，此智能火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測系統(tǒng)只能為32個(gè)用戶服務(wù)。 當(dāng)有人偷東西，即二極管發(fā)光時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警信號傳

54、至上位機(jī)，此時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)即為發(fā)生盜竊事件的地址，也就是上面所選定的二進(jìn)制數(shù)。 3.5 系統(tǒng)的報(bào)警信號產(chǎn)生電路 系統(tǒng)的發(fā)光二極管部分即為圖1中P2.4口所接的部分外部電路。 其工作原理為：當(dāng)有盜竊事件發(fā)生，即P0.0端口發(fā)生從高電平到低電平的跳變時(shí)，P2.4置“1”，此時(shí)三極管的發(fā)射極正向偏置，二極管導(dǎo)通并發(fā)光。當(dāng)無人偷東西，既P0.0端口保持高電平不變時(shí)，P2.4口為“0”，則三極管的發(fā)射極處于反向偏置狀態(tài)，二極管不導(dǎo)通，也不發(fā)光。 3.6 系統(tǒng)的多機(jī)通訊技術(shù) 多機(jī)通訊的原理：在AT89C51單片機(jī)多機(jī)通訊中，要保證主機(jī)與從機(jī)間可靠的通訊，必須保證通訊接口具有識別功能，而串行口控制寄

55、存器SCON中的控制位SM2就是為滿足這一要求而設(shè)置的。當(dāng)串行口以方式2（或方式3）工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一幀信息都是11位，其中第9數(shù)據(jù)位是可編程位，通過對SCON的TB8賦予1或0，以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀（規(guī)定地址幀的第9位為1，數(shù)據(jù)幀的第9位為0）。若從機(jī)的控制SM2=1，則當(dāng)接收的是地址幀時(shí)，數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI=1中斷標(biāo)志，數(shù)據(jù)裝入SBUF。因此我們可以規(guī)定具體的通訊過程如下： （1） 使所有從機(jī)的SM2位置1，處于只接收地址幀的狀態(tài)。 （2） 主機(jī)發(fā)送一幀地址信息，其中包含8位地址，第9位為1，以表示發(fā)送的是地址。 （3） 從機(jī)接收到地址幀后，各自將接收到的地址

56、與其本身地址相比較。 （4） 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息（第9位為0）。對于已被尋址的從機(jī)，因SM2=0，故可以接收主機(jī)發(fā)送過來的信息。而對于其他從機(jī)，因SM2維持為1，對主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀將不予理睬，直至發(fā)來新的地址幀。 （6） 當(dāng)主機(jī)改為與另外從機(jī)聯(lián)系時(shí)，可再發(fā)出地址幀尋址其從機(jī)。而先前被尋址過的從機(jī)在分析出主機(jī)是對其他從機(jī)尋址時(shí)，恢復(fù)其SM2=1，對隨后主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不加理睬。 第4章 電路的軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件程序內(nèi)容 模塊化程序設(shè)計(jì)方法，歸根結(jié)底是設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的計(jì)算機(jī)程序，這種方法根據(jù)所要完成的程序設(shè)計(jì)任務(wù)，將總體任務(wù)分成幾個(gè)易于實(shí)現(xiàn)的子程序模塊，然后將這些子程序模

57、塊有機(jī)的組合起來，得到所需要的程序。實(shí)踐證明：用模塊化程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出來的程序，與用其他方法設(shè)計(jì)出來的程序相比，不僅效果好、代價(jià)?。欢乙子陂喿x、理解、修改、調(diào)試、驗(yàn)證、維護(hù)和移植，是控制程序流程的主體程序結(jié)構(gòu)。模塊化程序設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，就是在程序設(shè)計(jì)全過程中，必須使計(jì)算機(jī)算法與程序的控制結(jié)構(gòu)完全實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。 根據(jù)程序模塊化思想，本設(shè)計(jì)的軟件程序包括主程序、掃頻信號發(fā)生子程序、鍵盤子程序、數(shù)碼顯示子程序、數(shù)模轉(zhuǎn)換及濾波輸出程序和延時(shí)子程序等。另外由于電路中有多個(gè)按鍵，還另外設(shè)計(jì)了防抖動程序來防止干擾。 由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的進(jìn)步和飛速發(fā)展，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，耗用了大量的開發(fā)時(shí)間，充分發(fā)揮軟件功

58、能，盡可能擴(kuò)展軟件的應(yīng)用范圍，這就相對地簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性能。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)具備如下功能： (1) 系統(tǒng)初始設(shè)置。設(shè)置系統(tǒng)各芯片工作方式，包括89C51內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器工作方式和8255A三組I/O口輸出、輸入方式； (2) 鍵盤讀入； (3) 模數(shù)轉(zhuǎn)換； (4) 數(shù)碼顯示； (5) 正弦波輸出； 考慮到系統(tǒng)欲實(shí)現(xiàn)的較快的運(yùn)行效率和較高的實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)軟件未采用C語言編程，而是全部采用匯編語言編制，節(jié)約了硬件資源，同時(shí)提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 采用軟件編程的方法來產(chǎn)生正弦波信號，即將正弦函數(shù)的一個(gè)周期波形量化，編程數(shù)組放在存儲器中，輸出時(shí)按照順

59、序調(diào)來產(chǎn)生正弦波，這比傳統(tǒng)的對方波進(jìn)行硬件濾波來實(shí)現(xiàn)正弦輸出的方法節(jié)約了硬件資源，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比，并且顯示直觀、操作方便。 4.2 軟件總體流程圖 軟件程序總體流程圖如下： 是‘*’？ 開始 初始化 初始顯示全0(XSL) 數(shù)制轉(zhuǎn)換(SZB) 讀頻率下限值并顯示(DJP) 延時(shí)(DELAY) 讀頻率上限值并顯示(DJP) 數(shù)制轉(zhuǎn)換(SZB) 讀C口 是‘1’？ 掃頻發(fā)生（SPFS）(SPFS) Y Y N N

60、 圖4-1 軟件總體流程圖 4.3 報(bào)警信號發(fā)生子程序 產(chǎn)生頻率周期變化的掃頻信號實(shí)際上就是由一個(gè)單一穩(wěn)定的頻率源進(jìn)行分頻或混頻來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樵撓到y(tǒng)所產(chǎn)生的掃頻信號范圍主要集中在低頻段，大約在幾千赫茲左右，所以在信號產(chǎn)生方面系統(tǒng)采用了DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)：用隨機(jī)讀寫存儲器RAM存儲所需波形的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率變化要求以頻率控制字K為步進(jìn)，對相位增量進(jìn)行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和濾波即可得到所需波形。由于系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的掃頻范圍為超低頻，即幾千赫茲即可，而且89C51的晶體驅(qū)動頻率高達(dá)12

61、MHz，要實(shí)現(xiàn)這一頻率段無需太多采樣點(diǎn)，采用固定的64個(gè)采樣點(diǎn)即可滿足要求。通過軟件計(jì)算，將輸出信號頻率值轉(zhuǎn)換為采樣點(diǎn)的輸出間隔時(shí)間，用89C51內(nèi)部的計(jì)數(shù)/定時(shí)器1代替相位累加器實(shí)現(xiàn)相位累加功能，并為使輸出頻率范圍達(dá)到最大，采用定時(shí)計(jì)數(shù)的方式1，即使之成為16位累加器。對不同頻率值計(jì)算并改變計(jì)數(shù)器重裝的初值，借以改變計(jì)數(shù)器溢出周期。實(shí)現(xiàn)控制全部采樣點(diǎn)的輸出周期，從而改變輸出頻率。 下面是具體的性能計(jì)算： 式中 ——掃頻裝置瞬時(shí)輸出信號的頻率值(Hz)； ——的十六進(jìn)制表示形式(Hz)； T ——頻率周期(S)； ——89C51的驅(qū)動晶振頻率(Hz)； —

62、—采樣點(diǎn)輸出時(shí)間間隔(S)； ——重裝初值； ——其十六進(jìn)制表示； 易得： (4-1) (4-2) 由定時(shí)/計(jì)數(shù)器初值計(jì)算式 得： 轉(zhuǎn)16進(jìn)制為： 因，得： 由公式 (4-3) 得頻率分辨率為： 直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)是根據(jù)周期信號的波形特點(diǎn)(一個(gè)周期內(nèi)不同的相位處對應(yīng)不同的電壓幅度) 、Nyquist 取樣定律及數(shù)字計(jì)算技術(shù),把一系列事先對模擬周期信號抽樣得到的數(shù)字信號存于存儲器中,再通過數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換成模擬信號,在時(shí)域中來實(shí)現(xiàn)頻率合成。因此，它又被稱為波形合成技

63、術(shù)。 DDS基本工作過程如下：模數(shù)為的相位累加器，在時(shí)鐘的控制下，將頻率控制字K進(jìn)行累加，對每個(gè)時(shí)鐘脈沖，相位累加器在原值基礎(chǔ)上加K,滿量(即到2n) 后，以剩余數(shù)為基礎(chǔ)重復(fù)進(jìn)行K的累加過程，累加器的輸出作為正弦查詢表的地址，正弦查詢表內(nèi)所存儲的內(nèi)容是相應(yīng)的 的值。其中R 為相位累加器的內(nèi)容，正弦查詢表的輸出經(jīng)DAC 變換在經(jīng)過濾波后就得到所需要的正弦信號。如果相位累加器字長為N 位，正弦查尋表為W 位，時(shí)鐘頻率為，頻率控制字為K，則有如下結(jié)果： 最小的相位步進(jìn)為： (4-4) 最高頻率分辨率為：

64、 (4-5) 最低輸出頻率為： (4-6) DDS 輸出頻率為： (4-7) 依靠DDS技術(shù)，即將正弦函數(shù)的一個(gè)周期波形量化，編程數(shù)組放在存儲器中，輸出時(shí)按照順序調(diào)用的超低頻系統(tǒng)，這比傳統(tǒng)的對方波進(jìn)行硬件濾波來實(shí)現(xiàn)正弦輸出的方法節(jié)約了硬件資源MAX038，降低了成本，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比，并且顯示直觀、操作方便。 4.4 鍵盤接口子程序 這部分程序完成對鍵盤輸入的讀取。采用掃描方法監(jiān)測是否有輸入。無按鍵按下時(shí)，輸入全為低電平，PB口和PC口低四位為全零；有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)位變?yōu)楦唠娖?。程序?qū)⑤斎?/p>

65、存入(60H)～(64H)內(nèi)存單元，用(6AH)單元暫存輸入值，并調(diào)用移位現(xiàn)實(shí)程序?qū)?shù)值顯示在數(shù)碼管上。 鍵盤接口子程序的流程圖如下所示： Y 是#鍵? 移位顯示 (6BH)=5 值送(6AH) 開 始 初始設(shè)置 讀B口 B口全0? 讀C口 C口全0? 是*鍵? 判斷輸入值 Y Y Y N N N N N Y 結(jié) 束 圖4-3 鍵盤接口子程序流程圖 4.5 數(shù)碼顯示子程序 這部分程序負(fù)責(zé)將輸入頻率值顯示在數(shù)碼管上。在內(nèi)存的(50H)～ (54H)單元

66、保存著要顯示的數(shù)據(jù)。每次送段碼值之前，先選通相應(yīng)鎖存器，且每次只有一個(gè)鎖存器是處于輸入狀態(tài)。這樣可以避免顯示混亂。由于在本裝置中顯示子程序頻繁被調(diào)用，為保護(hù)Acc、PSW內(nèi)容，在程序開始要壓棧保護(hù)，在程序末位要有相應(yīng)出棧語句。 數(shù)碼顯示子程序流程圖如下所示： 出?；謴?fù) 結(jié)束 開始 壓棧保護(hù) A口送段碼 R2送A，A交換高低四位 C口高四位送位碼 R0加1；R2加1 R2=6？ Y N N Y 圖4-4數(shù)碼顯示子程序流程圖 4.6 本章小結(jié) 這一章介紹了本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)，包含系統(tǒng)的總體流程圖和主要子程序的流程圖，所有的功能在流程圖里清晰的表現(xiàn)了出來，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的合理性、可實(shí)現(xiàn)性。 第5章 電路調(diào)試與仿真 5.1 硬件焊接 在完成了硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的編制后（并且軟件在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行是正確的），開始進(jìn)行硬件電路的焊接。 在進(jìn)行焊接的過程中，由于以前對器件的接觸比較少，對于這些元器