at89c51单片机的红外报警器系统设计
目 录
引言 1
一、研究的目的与意义 1
（一） 课题背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控核心的选择 2
（二） C51单片机介绍 2
（三） 热释电红外传感器概述 4
（四） 菲涅尔透镜介绍 4
（五） 蜂鸣器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 系统总体设计 6
（二） AT89C51单片机最小系统构建 6
（三） 热释电红外传感器电路设计 7
（四） 报警器模块设计 8
（五） 按键驱动电路概述 9
（六） 原理总图的介绍 10
四、 软件系统设计 11
（一） 主程序流程设计 11
（二） HC-SR501热释电红外传感器工作流程设计 11
（三） 报警流程图设计 12
（四） 按键消抖流程设计 13
五、 系统仿真 15
总结 19
致谢 26
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
一、研究的目的与意义
课题背景
报警器在人类历史上的出现可以追溯到很久以前，伴随着人类的智商不断提高，报警器也越来越趋向智能化，人类将大脑中的智慧结晶赋予了报警器。在二十一世纪的今天，电子技术的发展催生出了各种各样的传感器，电子仪器设备进入了多传感器时代，常常一个小型的设备中被嵌入了各种功能各异的传感器，以此来提高仪器的智能化和多功能化。随着人类对红外线信号的发现和认识，人们意识到世间万物都是能产生红外线的，而不同的动植物甚至没有生命的物体，所发出的红外线强度和类型都不一样，由此设计人员设计出了各种能够感知人类或者动植物的红外线传感器，在这么多的红外线传感器中，有一种成为热释电红外线传
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的发展催生出了各种各样的传感器，电子仪器设备进入了多传感器时代，常常一个小型的设备中被嵌入了各种功能各异的传感器，以此来提高仪器的智能化和多功能化。随着人类对红外线信号的发现和认识，人们意识到世间万物都是能产生红外线的，而不同的动植物甚至没有生命的物体，所发出的红外线强度和类型都不一样，由此设计人员设计出了各种能够感知人类或者动植物的红外线传感器，在这么多的红外线传感器中，有一种成为热释电红外线传感器的模块常常被应用到对人体红外线的采集，从而衍生出了各种功能各异的电子产品。
国内外发展现状
国内外对于红外传感器的研究目前处于一种火热、 的状态，因为它的实用价值非常的高，一旦设计出了更高性能、更低成本的报警器，就能够迅速进入市场，淘汰相对落后的产品，从而滋生出了一大批生产研发报警器的企业。英国牛津大学的一个研究小组目前采用了ARM处理器作为主控核心，嵌入了以太网控制器，人脸识别等智能处理，将报警器产生的报警信后进行互联网的传输，从而形成了报警的组网，使得管理人员能够进行集中管理。而国内对于红外报警器的研究也取得了相当大的成果，设计人员在热释电传感器的设计根本上，改进了热释电传感器的内部结构和电路，从而减少了误触发信号的输出，为市场推出了更高性能的红外报警器。
本文主要内容
本文主要设计了一款具有高智能化的红外报警器，选用了C51单片机作为主控核心，通过热释电红外传感器和声光报警电路的配合，设计出了具有能够自动感应人体而实现报警的红外报警器系统。将本系统安置在室内并启动时，当有非法入侵的人员进入室内时，人体发射出的红外线将立即被系统捕捉到，从而声光报警电路将发出闪光和报警信号，对非法入侵人员产生威慑并驱赶的作用。另外通过C51对红外传感器输出触发信号的处理，减少了误报警信号的产生，改善了以往报警器的缺点。
二、方案选择及元器件介绍
（一）主控核心的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功带来了极大的保障，然而这种仿真器的成本相对昂贵，给学生实验带来诸多不便。在优势方面，430单片机的内部资源相对丰富，大多数型号都集成了AD、DA、硬件IIC、定时器以及UART等资源，在使用时配置比较方便。然而其缺点也非常明显，由于低功耗的430单片机主要应用在一些手持设备上，用户主要是一些手持仪器研发公司，因此对于430单片机的开发资料学生不能方便触及到，给学生学习带来诸多不利。
综合上面两个方案的简要分析，由于大学期间有对C51单片机有较深的学习和频繁使用，考虑到最后能够设计出性能最佳的作品，因此选用C51单片机作为了本次设计的主控核心。
（二）C51单片机介绍
所谓的C51单片机或者S51单片机都是采用经典的51内核作为核心的微控制器，经过各个厂家对51内核的扩展，产生了各种C51单片机，比较著名的有美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机和中国台湾宏晶公司推出的STC89C51单片机，本系统采用了AT89
引言 1
一、研究的目的与意义 1
（一） 课题背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 主控核心的选择 2
（二） C51单片机介绍 2
（三） 热释电红外传感器概述 4
（四） 菲涅尔透镜介绍 4
（五） 蜂鸣器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 系统总体设计 6
（二） AT89C51单片机最小系统构建 6
（三） 热释电红外传感器电路设计 7
（四） 报警器模块设计 8
（五） 按键驱动电路概述 9
（六） 原理总图的介绍 10
四、 软件系统设计 11
（一） 主程序流程设计 11
（二） HC-SR501热释电红外传感器工作流程设计 11
（三） 报警流程图设计 12
（四） 按键消抖流程设计 13
五、 系统仿真 15
总结 19
致谢 26
附录一 原理图 22
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
一、研究的目的与意义
课题背景
报警器在人类历史上的出现可以追溯到很久以前，伴随着人类的智商不断提高，报警器也越来越趋向智能化，人类将大脑中的智慧结晶赋予了报警器。在二十一世纪的今天，电子技术的发展催生出了各种各样的传感器，电子仪器设备进入了多传感器时代，常常一个小型的设备中被嵌入了各种功能各异的传感器，以此来提高仪器的智能化和多功能化。随着人类对红外线信号的发现和认识，人们意识到世间万物都是能产生红外线的，而不同的动植物甚至没有生命的物体，所发出的红外线强度和类型都不一样，由此设计人员设计出了各种能够感知人类或者动植物的红外线传感器，在这么多的红外线传感器中，有一种成为热释电红外线传
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
的发展催生出了各种各样的传感器，电子仪器设备进入了多传感器时代，常常一个小型的设备中被嵌入了各种功能各异的传感器，以此来提高仪器的智能化和多功能化。随着人类对红外线信号的发现和认识，人们意识到世间万物都是能产生红外线的，而不同的动植物甚至没有生命的物体，所发出的红外线强度和类型都不一样，由此设计人员设计出了各种能够感知人类或者动植物的红外线传感器，在这么多的红外线传感器中，有一种成为热释电红外线传感器的模块常常被应用到对人体红外线的采集，从而衍生出了各种功能各异的电子产品。
国内外发展现状
国内外对于红外传感器的研究目前处于一种火热、 的状态，因为它的实用价值非常的高，一旦设计出了更高性能、更低成本的报警器，就能够迅速进入市场，淘汰相对落后的产品，从而滋生出了一大批生产研发报警器的企业。英国牛津大学的一个研究小组目前采用了ARM处理器作为主控核心，嵌入了以太网控制器，人脸识别等智能处理，将报警器产生的报警信后进行互联网的传输，从而形成了报警的组网，使得管理人员能够进行集中管理。而国内对于红外报警器的研究也取得了相当大的成果，设计人员在热释电传感器的设计根本上，改进了热释电传感器的内部结构和电路，从而减少了误触发信号的输出，为市场推出了更高性能的红外报警器。
本文主要内容
本文主要设计了一款具有高智能化的红外报警器，选用了C51单片机作为主控核心，通过热释电红外传感器和声光报警电路的配合，设计出了具有能够自动感应人体而实现报警的红外报警器系统。将本系统安置在室内并启动时，当有非法入侵的人员进入室内时，人体发射出的红外线将立即被系统捕捉到，从而声光报警电路将发出闪光和报警信号，对非法入侵人员产生威慑并驱赶的作用。另外通过C51对红外传感器输出触发信号的处理，减少了误报警信号的产生，改善了以往报警器的缺点。
二、方案选择及元器件介绍
（一）主控核心的选择
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：选择美国德州仪器（TI）公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心，这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能，该公司曾用一个新鲜柠檬的汁液进行处理来给430单片机供电，以此来展示其低功耗的优势。430单片机采用了RISC精简指令系统，另外430是一种16位单片机，该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M，处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口，这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象，方便查看相关的寄存器值，给程序调试带来了极大的方便，为项目的成功带来了极大的保障，然而这种仿真器的成本相对昂贵，给学生实验带来诸多不便。在优势方面，430单片机的内部资源相对丰富，大多数型号都集成了AD、DA、硬件IIC、定时器以及UART等资源，在使用时配置比较方便。然而其缺点也非常明显，由于低功耗的430单片机主要应用在一些手持设备上，用户主要是一些手持仪器研发公司，因此对于430单片机的开发资料学生不能方便触及到，给学生学习带来诸多不利。
综合上面两个方案的简要分析，由于大学期间有对C51单片机有较深的学习和频繁使用，考虑到最后能够设计出性能最佳的作品，因此选用C51单片机作为了本次设计的主控核心。
（二）C51单片机介绍
所谓的C51单片机或者S51单片机都是采用经典的51内核作为核心的微控制器，经过各个厂家对51内核的扩展，产生了各种C51单片机，比较著名的有美国ATMEL公司生产的AT89C51单片机和中国台湾宏晶公司推出的STC89C51单片机，本系统采用了AT89
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