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图2.2 基于单片机无线防盗报警系统原理框图
该方案使用固定频率315MHz的无线发射与接收模块。传感器接收到的信号，经编码后经过315MHz的无线信号传送给解码芯片，解码芯片经过处理判断后传送给主机，主机根据接收到的信号读出相应的信息，经过处理，一方面从显示电路中输出具体的报警区域，另一方面驱动报警电路工作，发出响亮的报警声。 （3）设计方案的确定
经过方案一与方案二的对比，综合考虑制作、功能、实现、造价等因素，方案二的防盗报警系统采用了无线遥控技术，使得防盗报警系统克服了距离的限制，具有安装简单，使用方便，隐蔽性好，成本低等特点，有很好的经济效益和广阔的发展前景。
并且从实际出发和市场的对报警器的需求，方案二比方案一的功能更优越更能满足对防盗产品的需求，并且价格更低，综合各方面的利与弊，最终选择方案二为最终方案。
2.3系统分析与硬件设计
整个系统以89C51为核心, 因系统不需进行数据的存贮, 故无需扩展数据存贮
器。89C51只有2个外部中断源INT0和INT1, 需在硬件安排的基础上, 结合软件方法将其扩展为6个外部中断源, 以便输入6路传感器检测信号, 经分析处理, 产生相应的报警信号, 对汽车实施监控。检测到6路报警信号, 经过89C51处理, 启动报警系统, 发出相应的报警信号, 是本系统的设计思想。而传感器检测电路的设计至关重要。报警器的线路原理图它由89C51单片机、振动传感器、放大电路和声光报警电路几部分组成。振动传感器是自制器件, 当汽车外壳被触摸时, 它把接收到的信号传送给放大电路。放大电路由二级放大器组成, 用于把振动传感器传送来的小信号电平放大成PIC芯片接口所要求的电平信号。为了提高电路抗干扰能力, 减少误动作的出现, 设计一个可调电位器RW ,用于调节检测信号的灵敏度,它可根据汽车被触摸程度的强弱而设定。声光报警电路由发光二极管和蜂鸣器组成。按键SW是起触发电路启动复位的作用。系统上电后,89C51单片机复位, 完成对各P0端口的初始化工作。按动SW后, 报警器进入工作状态。当振动传感器检测到振动信号, 经K1、K2 放大后送入单片机, 单片机接受到信号后, 接通声光报警电路进行声光报警。此时, 即使振动传感器信号消失, 报警电路也不会停止工作, 只有再次触发SW后, 声光报警电路才被切断。
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2.3.1 传感器电路原理与应用
本设计具有多种险情报警的功能，主要是体现在对多种不同传感器的选择使用上，不同的传感器就能满足不同的安全防范要求，根据实际现场环境和用户的安全防范要求，合理的选择和安装各种传感器，才能较好的达到安全防范的目的。等一系列的动作传感器通过感应人体移动，然后形成高低电平的跳变，输出给单片机进行处理，最终实现信号的判断、延时、显示、报警等功能主要使用的传感器有以下几种。 （1）无线门磁传感器
无线门磁传感器是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动，通常有木门
磁、窗磁、卷帘门磁、铁门磁等类型。它是由无线发射模块和磁块两部分组成，在无线发射模块两个箭头处有一个“钢簧管”的原器件，当磁块与钢簧管的距离保持在
1.5cm时钢簧管处于断开状态，一旦磁块与钢簧管分离的距离超过1.5cm时钢簧就
会闭合造成短路，报警指示灯亮的同时向主机发射报警信号。 （2）玻璃破碎传感器
玻璃破碎探测器是一种特殊的声控探测器，它只对玻璃破碎时发出的特殊的高频声响敏感，对一般的声音没有反应。当入侵者打碎门、窗或玻璃展柜的玻璃时，传感器受到机械振动，会给一个信号，这信号经放大、处理后可发出报警信号。玻璃破碎传感器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。热释电红外线感测器是利用温度变化的特徵來探测红外线的幅射，采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，增加了EMI 元件, 提高了抗电磁干扰的能力,使感测器的工作更加稳定。产品应用广泛，如：保险装置，防盗报警器，感应门等。等效电路图如图2.3。
图2.3 等效电路图
双元感测器的灵敏平衡度是通过测量每个单元的灵敏度（即单个输出峰值电压），并采用下列公式计算得出。
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平衡度=VA-VB?(VA+VB)?10000 （2.1）
（3）超声波传感器
超声波是人耳听不到的一种声波,人耳的听音范围是20～20000Hz,本设计采用的超声波是40000Hz。超声波的纵向分辨率较高,对色彩和光照度不敏感,对外界光线和电磁场不敏感,可以用于测量较近目标的距离. 本设计采用的超声波传感器往返距离为15m ,在有灰尘、烟雾、强磁场干扰、有毒等各种环境下都能稳定工作。 超声波测距是根据超声波传播过程中遇到障碍物会发生反射这一原理来测量距离的,即用发射超声波和接收其回波之间的时间差来计算距离,计算公式为
V?331.5?0.607T (2.2) 式中,V 为超声波在空气中传播速度；T 为环境温度。
S=V??T?2=V?(T1-T2)?2 (2.3) 式中，S为被测距离；Δt为发射超声脉冲与接收其回波的时间差；t1为超声回波接收时刻；t0为超声脉冲发射时刻，用单片机可以很方便地测量t0时刻和t1时刻，根据以上公式，用软件编程即可得到被测距离S。测量过程是由单片机部分和超声波信号处理电路共同完成的，一次测量的全过程为40ms。发射时,将40kHz的超声波信号和一个同步脉冲信号加到与门，同步脉冲信号通过与门控制发射超声波。单片机将同步脉冲的起始时刻定为t0，超声波接收电路将接收到的信号加到单片机中,若检测到信号,则记下该时刻t1，由时间差Δt = t1-t0，即可算得障碍物与超声探头之间的距离。 若单片机系统接收不到超声波回波信号,则到40 ms 时重复上述过程开始下一轮的循环.在超声波发出后,如果直接进入检测状态,则势必浪费时间,因为此系统有最小测量距离，当距离最小时，即为时间差Δt最小，记为Δtmin ,所以此时间可以用来处理别的数据. 本设计中计算子程序就是在此时间里完成的,这样就节省了一些时间。
2.3.2 振荡电路
MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大
器的输入端为新片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器，其电路连接图如图2.4所示。
C2 GND C1 XTAL1 XTAL2 邵阳学院毕业设计（论文）
89C51 单片机
根据89C51芯片特点，其振荡频率的最佳选择范围为：3M-33MHZ，因此晶
图2.4 振荡电路
振选用12MHz频率，其中C1和C2取30pF，由此可计算出系统各时钟周期的具体数值：
振荡周期=1?12us （2.4） 时钟周期=2?（1?12us）=1?6us （2.5）
机器周期（sm)=12?（1?12us）=1us （2.6） 指令周期=14us （2.7）
振荡电路的输出端与单片机的XTAL1、XTAL2两个接口相连接。XTAL1（19脚），接外部晶体和微调电容的一端，在片内，它是振荡电路反响放大器的输入端；
XTAL2（18脚）接外部晶体和微调电容的一端，在片内它是振荡电路反相放大器输
出端，若采用外部时钟电路，则该脚悬空。
在检查单片机的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有正常的脉冲信号输出。信号发射电路安装在主机系统内，由AT89C51输出控制, 它主要由音乐三极管和调频独立发射装置组成。信号接收电路安装在用户随身携带的遥控器内。它主要由调频接收独立装置和功率放大器件组成。主机内发出的信号由遥控器内调频接收独立装置接收送至功率放大器。对接收的信号进行功率放大, 驱动扬声器发音报警遥控发射电路安装在遥控器内, 便于用户对系统进行控制, 主要由编码器和发射装置组成。接收电路安装在主机内, 由它执行遥控指令, 主要由解码器和接收装置组成。编码器和解码器用户可自行编码设置。因此, 遥控电路具有了加密功能,
确保了此防盗报警器具有良好的保密性, 安全性和可靠性。
2.3.3复位电路
（1）复位状态介绍
复位时单片机的初始化操作，只需给MCS-51的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使MCS-51复位。复位时，PC初始化的0000H，使MCS-51单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态，为摆脱死锁状态，也需按复位键使RST引脚为高电平使MCS-51重新启动。
除了PC之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，这些寄存器复位时的状态
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如表1所示。由表中可以看出，复位时，SP=07H，而4个I/O端口P0-P3的引脚均为高电平，这在某些控制应用中，要考虑P0-P3引脚的高电平对接在这些引脚上的外部电路的影响。
由于单片机内部的各个功能部件均受特殊功能寄存器控制，程序运行直接受程序计数器PC控制。表1中各寄存器复位时的状态决定了单片机内有关功能部件的初始状态。
表1 单片机复位后的初始状态
寄存器 PC ACC PSW SP DPTR TCON TL0 TH0 TL1
寄存器 0000H 00H 00H 07H 0000H 00H 00H 00H 00H
寄存器 TH1 P0-P3 IP IE TMOD SCON SBUF PCON
复位状态 00H FFH XX00,0000B 0XX0,0000B 00H 00H 不定 0XXX,0000B
（2）复位电路
MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。MCS-51片内复位结构如图2.5
所示。复位电路接RST复位输出口。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上的高电平使机器复位。
图2.5 复位电路