1、I摘 要本文较为全面、系统地叙述了以 MCS51系列单片机为控制核心的防盗与恒温功能的实现。以及驱动芯片、三极管、汇编语言程序设计、输入输出技术的原理与应用。在恒温系统中，采用的是多点温度采集，不同位置的温度通过相应的数字温度传感器采集后传送给控制核心 单片机。再经过单片机对传送来的各个温度值进行与我们设置的温度作比较来控制对应电机的工作。对于我们想要得要的温度值是通过我们手动来实现的，即通过按键的来执行增减的功能。在防盗系统中，采用热释电红外传感器方法，即通过目标与背景的温差来探测目标的，从而对控制核心 单片机来产生中断。实现报警的功能。关键字：单片机 AT89C51 红外对管 DS18B2
2、0IIAbstractThis paper is more comprehensive systematically describes theMCS-51 microcontroller to control the core temperature and securety functions.And the driver chip, transistor, assembly language programming ,input output technology and application of the principle.In the thermostat system, the
3、multi-point temperature is collecting, Different locations through the temperature corresponding digital temperature sensors were collected transmitted to the control center -MCUAfter MCU right to transmit all the values of temperature and thetemperature we set up for comparison to the corresponding
4、 motor control work. We want to be in the temperature value through our manual to achieve, and that is through the implementation of key changes in the function.In the anti-theft system, using the infrared, Through infrared dradiation to the transistor to control its on - or not achieved, So as to c
5、ontrol the core MCU to generate interrupt, implementation alarm function.Keyword: AT89C51 Infrared diode DS18B20III目 录第 1 章 概 述 .11.1 课题背景 .11.2 恒温控制系统与防盗系统发展的概况 .1第 2 章 方案的论证 .22.1 设计任务及基本要求 .22.2 方案及原理 .32.2.1 对于恒温控制的设计方案 .32.3.1 对于防盗控制系统设计方案 .4第 3 章 主要元件器件的介绍 .63.1 数字温度传感器 DS18B20.63.1.1 DS18B20
6、的特性 .63.1.2 外形和内部结构 .73.1.3 工作原理 .83.2 驱动芯片 74LS244.83.3 单片机 AT89C51.93.3.1 基本结构 .93.3.2 单片机外观与引脚 .93.3.3 控制信号或与其他电源复用的引脚 .103.3.4 存储器结构 .123.3.5 单片机最小项系统电路 .123.4 热释电红外传感器的结构原理 .143.4.1 PIR 的原理特性 .163.5 液晶显示电路（LCD12864） .163.5.1 LCD12864 基本特性 .173.5.2 LCD12864 并行接口管脚图 .183.5.3 LCD12864 控制器接口信号说明 .1
7、93.5.4 LCD12864 的基本指令集 .193.6 BISS0001 工作原理 .213.7 步进电机原理 .233.7.1 工作原理 .24IV3.7.2 脉冲信号的产生 .27第 4 章 系统的硬件设计 .284.1 总体设计方案 .284.2 红外防盗功能的实现 .294.2.1 放大电路的设计 .294.2.2 时钟电路的设计 .294.3.3 复位电路的设计 .304.4.4 发光二极管报警电路的设计 .314.5.5 声音报警电路的设计 .314.3 系统硬件电路的选择及说明 .32第 5 章 系统的软件设计 .335.1 系统总程序流程图 .335.1.1 主程序工作流程
8、图 .335.2 恒温功能的电路实现 .355.2.1 DS18B20 温度采集实现程序 .355.3 显示子程序的设置 .365.3.1 数据转换子程序 .365.3.2 动态显示子程序 .375.3.3 温度控制执行子程序 .395.3.4 按键功能程序的设置 .415.4 软件的程序实现 .41总 结 .42致 谢 .43参考文献 .44附录 1： 防盗与恒温系统设计原理图 .45附录 2： 防盗与恒温系统程序清单 .461第 1 章 概 述1.1 课题背景随着时代的不断进步，人们对自己所处环境的舒适性和安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，人们为了拥有一个更舒适的生活环境，往往
9、需要室内拥有一个合理的温度，可结合升温和降温设备，有效的应用到实际生活中。而且又不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不见光很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。1.2 恒温控制系统与防盗系统发展的概况温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产中经常遇到的过程控制，有些工
10、艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射接收以及微波等技术为基础。而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件热释电红外传感器。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域。2第 2 章 方案的论证2.1 设计任务及基本要求1.系统设计的基本要求该设计包括恒温控制和防盗控制两部分，模块划分为数据采集、键盘控制、报
11、警等模块子函数。红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路。LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器。输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部门组成。（1）系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来，当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限开关送出 TTL 电平至 AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。（2）红外线具有隐蔽性，
12、在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入：其二是劲可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2.课题内容其工作量本设计从实际应用出发选取了体积小，精度相对高的数字式温度传感器元件DS18B20作为温度采集器，单片 AT89C51作为主控芯片，液晶显示屏1602作为显示输出，实现了对温度的实时测量与恒定控制。在防盗控制系统方面，利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，以热释电红外线为数据采集部件，经过比较放大之后，输入单片机进行数据判断及处理。当检测到有被测物体进入
13、测量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延时时间后自动消除报警信号，3并可手动解除报警信号。并把采集到的数据传输给计算机统一处理。2.2 方案及原理2.2.1 对于恒温控制的设计方案方案一：利用单片机实现恒温控制利用单片机实现温度恒定的控制，系统主要包括现场温度的采集、实时温度显示。加热控制参数设置、加热电路控制输出、报警装置和控制核心 AT89C51单片机作为微处理器。温度采集电路以数字形式将现场温度传至单片机，单片机结合现场温度与用户设定的目标温度，按照已经编程固化的模糊奇偶那个值算法计算出实时控制量。以此控制量控制场效应管开通和关断，决定加热电路的工作状态，使温度逐步稳定于用户设定
14、的目标值。在温度达到设定的目标温度后，由于冷却温度降低，单片机通过检测到的温度与设置的目标温度比较，作出相应的控制开启加热片。方案二：利用 PLC 实现恒温控制这用恒温控制，采用 PLC 控制实现电热丝加热全通、间断导通和全段加热的自控式方式，来达到温度的恒定。智能型点偶温度表置于被测对象中，热电偶的传感器信号与恒定温度的给定电压进行比较，生成温差，自适应恒温控制电路根据差值大小控制电路的断开。 对于方案一，采用单片机实现恒温控制，该方案成本低，可靠性高，抗干扰性强，对于系统动态性能与稳定性要求不是很高的场合时非常实用的。采用高精度的温度传感器：数字温度传感器 DS18B20.这种数字温度传感
15、器是 DALLS 公司生产的单总线。在这种前提下通过单片机对偏差进行模糊控制运算，对调节加热可达到控制温度恒定。对于方案二，采用的 PLC 实现恒温控制，由于其 PLC 成本高且 PLC 外围系统配置复杂，不利于我们的设计。由于数字调节和运算量大，相反对于 AT89C51单片机只要选择合适的参数对于温度的控制精度往往能达到比较好的效果。4综合以上意见，本设计采用单片机来实现文的的控制。2.3.1 对于防盗控制系统设计方案方案一 利用热释电红外线传感器实现防盗控制热 释 电 红 外 线 传 感 器 （ Pyroelectric Infrared Radial Sensor）是 由 一 种高 热
16、电 系 数 的 材 料 ， 制 成 的 探 测 元 件 。 在 每 个 探 测 器 内 装 入 一 个 或 两 个 探 测 元件 ， 并 将 两 个 探 测 元 件 以 反 极 性 串 联 ， 以 抑 制 由 于 自 身 温 度 升 高 而 产 生 的 干 扰 。由 探 测 元 件 将 探 测 并 接 收 到 的 红 外 辐 射 转 变 成 微 弱 的 电 压 信 号 ， 经 装 在 探 头 内的 场 效 应 管 放 大 后 向 外 输 出 。 为 了 提 高 探 测 器 的 探 测 灵 敏 度 以 增 大 探 测 距 离 ，一 般 在 探 测 器 的 前 方 装 设 一 个 菲 涅 尔 透
17、镜 。 由 于 人 体 辐 射 的 红 外 线 中 心 波 长 为910um， 而 探 测 元 件 的 波 长 灵 敏 度 在 0.220um 范 围 内 几 乎 稳 定 不 变 。 而 传 感器 顶 端 开 设 了 一 个 装 有 滤 光 镜 片 的 窗 口 ， 这 个 滤 光 片 可 通 过 光 的 波 长 范 围 为710-um， 正 好 适 合 于 人 体 红 外 辐 射 的 探 测 ， 这 样 便 形 成 了 一 种 专 门 用 作 探 测人 体 辐 射 的 红 外 线 的 器 件 。1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。2.抗电磁干
18、扰探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408 中 4.6.1 要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。3.抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内，受 3 米外 H4 卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。方案二 利用震动传感器实现防盗控制振动传感器（vibration transducer）是将振动信号（加速度、速度及位移）转换成电信号的装置，振动传感器在测试技术中是最关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量 M，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量 N，最后
19、由5机电变换部分再将 N 变换为电量 E，因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。在防盗系统中常用的是机械式振动传感器和压电式振动传感器。由于方案一本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。所以选择方案一。由于是毕业设计，在设计过程中要以电路原理为主题，因此在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、基础的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路。6第 3 章 主要元件器件的介绍3.1 数字温度传感器 DS18B20 DS18B20是 DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚 TO-92小体积封装形式：温度范围为-55+125，可编
20、程为912位 A/D 转换精度，测温分辨率可达0.0625被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出：其工作电源即可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生：多个 DS18B20可以并联到3根或2根在线，CPU 只需一根端口线就能与诸多 DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使 DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。3.1.1 DS18B20的特性 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为+-0.5度。可选更小的封装方式，更宽的电压使用范围，分辨率的设定，及用户的设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。DS18B20的特性是新一代产品中最好的!性能价格比也非常出色！DS18B20的主要特性1.适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5v，在寄生电源方式下可由数据线供电。2.独特的单线界面方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。3.DB18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的三在线，实现组网多点测温。
