基于单片机的汽车防盗报警系统的设计

成都理工大学工程技术学院毕业论文

基于单片机的汽车防盗报警系统设

计

作者姓名：何 超

专业名称：电子信息科学与技术

指导教师：李 兰 英 讲师

摘要

人们生活水平不断提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足预防盗窃等意外事件的需要而设计的汽车防盗报警系统。

目前市面上主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC 机通信，便于多用户统一管理。

本设计主要包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED 控制电路等部分组成。处理器采用52系列单片机AT89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。软件部分可以划分为以下几个模块：数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。

关键词：单片机 红外传感器 数据采集 报警电路

Abstract

With the people's living standard continuously improved, the awareness of the protection of private property continuously enhanced, and thus the security measures put forward new demands. This paper is designed in order to meet the needs of the prevention of theft, accidents and vehicle anti-theft alarm system.

Currently on the market pressure trigger the burglar alarm switch electronic anti-theft alarm and pressure shading trigger burglar alarm, such as a variety of alarm, but that several of the more common alarm there are some drawbacks. The system uses a pyroelectric infrared sensor, the production of simple, low cost, more convenient to install, and anti-theft performance is relatively stable, strong interference capability, high sensitivity, safe and reliable. This anti-theft device installed hidden and difficult to be discovered by thieves. It ’s signal through a convenient treatment of the SCM system and PC communications, to facilitate the unified management of the multi-user.

The design includes two parts of the hardware and software design. The hardware parts include of the MCU control circuit, infrared sensor circuit, drive the implementation of the alarm circuit, LED control circuit components. The processor uses 52 series microcontroller the AT89C52. The entire system is under the control of the system software. The software part can be divided into the following modules: data collection, keyboard control, alarm and display subroutines.

Keywords: microcontroller, infrared sensors, data acquisition, alarm circuit.

目录

摘要 .................................................................................................................I Abstract ....................................................................................................... II 目录 .............................................................................................................. I II

前言 ................................................................................................................ 1

1 概述 ............................................................................................................ 3

1.1 课题研究背景.................................................................................... 3

1.1.1 汽车防盗报警系统的研究现状 .............................................. 3

1.1.2 汽车防盗报警系统设计的必要性 .......................................... 4

1.2设计方案选择 .................................................................................... 5

1.2.1 设计要求 .................................................................................. 5

1.2.2 方案设计论证与选择 .............................................................. 5

2 总体方案设计 ............................................................................................ 8

2.1 系统概述............................................................................................ 8

2.2 各功能模块的设计............................................................................ 9

2.2.1 单片机电路 ............................................................................ 10

2.2.2 红外热释电报警传感器电路 ................................................ 12

2.2.3 温湿度传感器及检测电路 .................................................... 17

2.2.4 DS1302实时时钟电路 . .......................................................... 20

2.2.5 LCD显示电路 ........................................................................ 23

2.2.6 EEPROM存储器电路 . ........................................................... 28

2.2.7 键盘电路 ................................................................................ 30

2.3软件的程序实现 .............................................................................. 31

2.3.1 主程序流程图 ........................................................................ 31

2.3.2 主程序见附录1 ..................................................................... 31

3 pcb画图及实物制作 ............................................................................... 32

3.1 制作过程及理论实践概述.............................................................. 32

3.2 设计原理图...................................................................................... 32

3.3 设计PCB 图 . ................................................................................... 35

3.4 最终实物图...................................................................................... 36

总结 .............................................................................................................. 37

致谢 .............................................................................................................. 39

参考文献 ...................................................................................................... 40

附录1主程序 .............................................................................................. 41

前言

随着社会的发展，科学技术的进步和安全防范意识的增强，人们越来越注重自身所处的环境是否安全同时，汽车的防盗也被列入了研发议程。也因此本论文的设计便应运而生。

论文的第一阶段的主要任务是熟悉有关的如protell 等的实际软件和单片机的相关基础知识，在此基础上学习单片机系统的c 语言编程和设计，从而达到正确的制作出本设计的最终实物——基于单片机的汽车防盗报警系统。

第二阶段是在导师的指导下熟悉并运用第一阶段基础知识进行各功能模块的设计，编写相应模块的代码，然后进行理论设计的修改和仿真调试，最后进行组装调试。

通过教师的悉心指导自身努力，完成了毕业设计的各项任务和要求成功的做出了基于单片机的汽车防盗报警系统。只要合理的安装和布防，该设计就可完成汽车的实时防盗和报警，从而达到对汽车的保护作用。

基于单片机的汽车防盗报警系统，由红外热释电传感器、温湿度传感器、DS1302时钟电路、EEPROM 存储电路、液晶屏和键盘组成。设计的主要功能有：

1、红外热释电传感器获取人体入侵信息，当监控功能打开并且有人入侵时，驱动蜂鸣器报警，LED 红色报警灯亮。

2、报警时间自动存储至EEPROM 存储器，当按“Review ”查询按钮时显示最近一次报警时间。

3、不间断测量当前温度和湿度数据，并在液晶屏上实时显示。

4、具备不间断时钟电路，当前时间在液晶屏显示。时钟电路具有后备电池，系统掉电后时钟依然运行，再次上电显示当前时间，无须重新调时。

5、可以通过设置键打开或关闭监控报警功能，系统上电处于报警关闭状态，按一次设置键打开报警功能，液晶屏显示“A ”，继续按设置键进入时钟校准功能，此时报警功能关闭。

6、可以通过设置键调校时钟初始值，具体方法是连续按设置键直至“年”、“月”、“日”、“时”、“分”、“秒”相应的位置闪烁，再通过Up 键和Down 键调整数值，调整完毕继续按设置键进入正常状态。

7、任何状态，按查询Review 键可以查询上次报警时间，再次按Review 键退出查询状态。

1 概述

1.1 课题研究背景

1.1.1 汽车防盗报警系统的研究现状

一．汽车防盗器的定义和种类

1. 机械式防盗器。早期的汽车防盗器材主要是机械式的防盗锁。机械锁发展至今经过了数次技术升级，钩锁、转向盘锁和变速档锁等基本属于机械式防盗器，它主要是通过锁定离合、制动、油门或转向盘、变速档来达到防盗的目的，只防盗不报警。其优点是价格便宜，只需几十元至几百元，且安装简便，可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。缺点是防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。

2. 机电式防盗装置。随着科学的进步，出现了机电一体的防盗装置中央门锁）。中央门锁是以电来控制门锁的开启或锁止，并由驾驶员集中控制所有车门门锁的锁止或开启。中央门锁系统具有下列功能：当锁住（或打开）驾驶员侧车门门锁时，其它几个车门及行李厢都能锁止（或打开）；如钥匙锁门也可锁好（或打开）其它车门和行李厢；在车内个别门锁需要打开时，可分别拉开各自门锁的按钮。

3. 电子式防盗器。为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。汽车电子防盗系统是在原有中央门锁的基础上加设了防盗系统的控制电路，以控制汽车移动的同时并报警。电子防盗是目前较为理想的防盗装置。如果有行窃者盗窃汽车或汽车上的物品，防盗系统不仅具有切断起动电路、点火电路、喷油电路、供油电路和变速电路、将制动锁死等功能，同时，还会发出不同的求救的声光信号进行报警，给窃贼予以精神上的震慑，以阻止窃贼实施行窃。插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器。遥控式汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等

功能。随着科技的快速发展，遥控式汽车防盗器还增加了许多方便实用的附加功能，如控中控门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开行李舱等。现在市场上已有双向功能的电子防盗器，这种防盗器不仅能由车主遥控车辆，还能将自身状态传送给车主，例如车门被开启或车窗玻璃被破坏等。但是电子防盗器普遍存在误报警现象，而且也没有根本上解决车辆丢失问题。

4.GPS 卫星定位汽车防盗系统。GPS 卫星定位汽车防盗系统（或其他网络系统）可以将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心，具有车辆定位、遥控熄火、网络查询及跟踪、车内监听、路况信息查询、人工导航等多种功能，是全方位的防盗系统。GPS 卫星定位汽车防盗系统属网络式防盗器，它主要靠锁定点火或起动电路达到防盗的目的，同时还可通过GPS 卫星定位系统，将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。可以在全国范围内实时监测车辆位置，还可以通过车载移动电话监听车内声音，必要时可以通过手机关闭车辆油路、电路并锁死所有门窗。如果GPS 防盗器被非法拆卸，它会自己发出报警信息，但缺点是价格较为昂贵，所以目前只是在出租车行业选用的较多。

二、汽车电子防盗系统的发展

目前北美生产的新车辆中，安装了电子防盗系统的比例很高，市场前景被广泛看好。随着汽车产业的发展，我国电子防盗系统市场也已进入快速发展期，成为各路商家的必争之地。未来几年，电子防盗系统市场竞争将会更加激烈，市场格局也将进一步改变。由于OEM 采购偏好的强烈影响，各系别车商均有自己较为固定的电子防盗系统供应商，此种局面将长期维持，因此电子防盗系统的市场格局仍将依赖于整车市场行情的变化。

1.1.2 汽车防盗报警系统设计的必要性

随着人们对自己的私有物品的保护意识不断加强，人们对于物品防盗技术的研究也是越来越进步，特别是对贵重物品的保护更是重中之重。现在很多人都拥有了自己的私人汽车，对汽车的防盗便是现代人们十分关注的问题。本设计就是基于单片机的红外汽车防盗报警系统，本系统可通过对人体热源的感应转化为电信号后驱动控制电路达到声光

报警，从而达到对物品（汽车）的保护作用。此系统测试灵敏度高、简单易操作，而且制作起来价格低廉，通过对此设计的深入研究是我们对物品防盗的技术有了更深层次的理解和发现，有利于我们在保护自己私人物品时发现更多的方法，获得更多的知识。

1.2设计方案选择

1.2.1 设计要求

（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。

（2）本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、功能设定模块等部分组成。

（3）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变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至A T89C52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。

（4）红外线具有隐蔽性。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽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。

1.2.2 方案设计论证与选择

1） 遥控式电子防盗系统

遥控式汽车防盗器是主机与遥控器各有一组相同的密码，遥控器发射密码，主机接收密码，从而完成防盗器的各种功能，这种密码发射方式称为第一代固定码发射方式（简称定码发射方式）。定码发射方式在汽车防盗器中的应用并不普及，当防盗器用量不多，即处于一个初期防盗器应用市场里时，其防盗器的安全性和可靠性还有所保证。但对于一

个防盗器使用已成熟的市场而言，定码方式就显得既不可靠又不安全，原因有三：

（1） 密码量少，容易出现重复码，即发生一个遥控器控制多部车辆的现象。

（2） 遥控器丢失后，若单独更换遥控器极不安全，除非连同主机一道更换，但费用过高。

（3） 也是最大的危险即安全性差，密码易被复印或盗取，从而使车辆被盗。

2） 电子密码防盗系统

系统设有三级密码：

1、超级密码（仅供遗忘车主密码时使用）

每套防盗器出厂时，都由一个唯一的8位数字的超级密码（密码置于说明书的密封条内），该密码是固定不变的。平常不需要使用这个密码，只有在车主遗忘密码时，只需输入这个8位的超级密码，密码就会恢复到出厂前的设置。然后就可以启动系统并修改密码。

2、车主密码（仅供车主使用）

输入车主密码，可以启动车辆，还可以任意修改车主密码，修改或消除普通用户的密码。

3、普通用户密码（仅供借车者使用）

当需要将车借给别人使用，又不想将车主密码泄漏，这是可以设置一个普通用户密码，还可以设定借车的使用天数。这样，借车人就可以使用这个普通用户密码启动汽车，在设定的天数内使用本车，时间一到，密码自动失效，普通用户无法启动汽车。普通用户不具备修改密码等功能。

4、防抢密码

当车主遭遇抢劫，生命受到威胁，这时可以提供给抢劫者一个防抢密码。这时，抢劫者就可以使用这个防抢密码来启动汽车，当车主脱离危险以后（6分钟后），系统自动切断供电电路和供油电路，使汽车停止行驶，同时启动报警器报警，密码失效，抢劫者无法再次启动汽车。这个功能使车主的生命和物质财产得到保护。使用防抢密码进入时，不具备修改密码的权限。

但此系统目前技术尚不完善，实际应用尚待进一步测试和实验。且

此系统操作复杂，价格昂贵，不便于大量的推广和普及。

3） 报警式防盗系统

通过电路检测到有人进入防范区时通过能量变化导致产生电信号，最终产生电声报警。

此系统的特点是：

探测面广，实时效果好，灵敏度高。

系统操作简便，易于控制。

产品制作工艺简单，价格低廉。

综合以上考察和研究，我最终选定以报警式防盗系统作为我的设计重点。因此本设计通过热释电红外传感器对人体能量变化的感应产生的电信号驱动控制电路，从而实现声光报警，达到对汽车的防盗保护作用。

2 总体方案设计

2.1 系统概述

本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和ＰＣ机通信，便于多用户统一管理和用户操作。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外传感器，在这种传感器内部，两个敏感元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。

该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。电路结构组成可划分为：热释电红外传感器、汽车智能报警器、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、本地显示、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。它们的进程框图如图2.1所示。

图2.1 进程框图

2.2 各功能模块的设计

本研究设计的控制框图如图2.2所示。

图2.2 红外报警监控系统方框图

图中STC89C52单片机随时监控DYP-ME003红外人体传感器送来的报警信号。当报警功能打开并且传感器检测到有人侵入时，单片机通过声（蜂鸣器）光（LED 发光管）报警，同时将入侵时间记录在外部存储芯片A T24C04中。系统还可以即时显示当前环境温湿度值。单片机每2秒钟从DHT11温湿度传感器中读入温度和湿度，在液晶屏上即时显示。系统通过DS1302时钟电路获得并显示当前时间。该时间初始值可以通过设置键、上调键和下调键设定，由于具有后备电池，主控系统断电后时钟仍然继续运行。系统通过四键键盘切换开、关报警状态，设定时钟初始值，查询报警时间等。

系统各单元电路介绍如下：

2.2.1 单片机电路

本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52采用主控芯片，其管脚如图2.3所示。

图2.3 STC89C52单片机管脚图

本设计所用芯片为52内核8位单片机，兼容Intel 等52内核单片机，支持ISP 下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图2.4所示。图中ALERT 引脚输入DYP-ME003红外人体传感器信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示没有检测到人。DA TA 引脚为温湿度传感器单总线引脚。2402_SCL和2402_SDA为外存芯片AT24C04通信引脚，该芯片为IIC 接口芯片，通过时钟线和数据线二线接口通信。K1、K2、K3、K4为四只按键，分别为设置键、上调键、下调键和查询键。L2为报警LED 发光管。P0.0—P0.7为LCD 数据线，P2.5—P2.7为LCD 控制线。系统采用11.0572MHz 外部晶振电路。

图2.4 单片机系统电路

2.2.2 红外热释电报警传感器电路

1. 热释电红外传感器的介绍

热释电传感器是一种将热量变化转换为电量变化的能量转换器件。因红外线具有很强的热效应，当交互变化的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时会发生电荷的变化，从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。

热释电红外传感器内部的热释电晶体的

极化，随着温度的变化而变化。当恒定的红外辐射照射在探测器探头上时，热释电晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。另外热释电晶体输出的是电信号，不能直接使用，需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104M 欧，故引入N 沟道结型场效应管接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外线元件是一种典型的热量传感器，常用红外光发射能量作为整个防盗报警装置中检测入侵者及其活动的手段。

2. 被动式热释电传感器防盗报警工作原理

热释电人体红外线传感器是上世纪80年代末期出现的一种新型传感器件，现在电子防盗报警设备研制中已得到广泛的应用。通常我们采用的热释电传感器防盗报警电路，是利用该电路检测到有人进入防范区时通过能量变化导致产生电信号，最终电声报警。其工作原理如下：一般人体体温是37℃，所以会发出波长10um 左右的红外线，被动式红外传感器探头就是靠探测人体发射的10um 左右的红外线进行工作的。人体发射的10um 左右的红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到红外感应源上，红外感应源通常采用热释电元件，这种元件接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号了。

在红外探头中有两个关键性的器件，一个是热释电红外传感器，它能将波长为8~12um之间的红外信号的变化转变为电信号，并对自然界中的可见光信号具有抑制作用，因此在红外探测器的有效警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，没有信号变化，所以不能产生电信号，也不会报警；当人体进人警戒区，通过菲涅耳透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，此时产生电信号，从而报警。另外一个器件就是菲涅耳透镜，它具有聚焦--即将热释电的红外信号反射在红外传感器上的作用还能将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外传感器上产生变化热释红外信号，这样热释电红外传感器产生变化的电信号，后续电路经检测处理后产生报警信号。

3. 被动式红外报警器组成结构

被动式红外报警器主要由菲涅耳光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大电路、信号处理和报警电路等几部分组成（如图2.5所示）。

图2.5 被动式红外报警器组成框图

菲涅尔透镜一般采用聚乙烯塑料片制成，颜色为乳白色或黑色，呈半透明状，但对波长为10Lm 左右的红外线来说却是透明的。菲涅耳透镜的焦点一般为5厘米左右，除有聚焦作用还可形成可见区和盲区，实际应用时一般把菲涅耳透镜固定在传感器正前方1~5厘米的地方。当物体射出的红外线通过菲涅耳透镜后，传到热释电红外探测器，这时热释电红外探测器将输出脉冲信号，脉冲信号经放大和滤波后，由电压比较器将其与基准值进行比较，当输出信号达到一定值时，报警电路发出警报。

被动式热释电红外探头的优点是本身不发生各种类型的辐射，器件的功耗小、隐蔽性好、价格低。缺点是具有容易受各种热源、光源及射频辐射的干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；当环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度下降，有时还会短时失灵。

目前市场上经常采用P288型热释电红外传感器作为敏感元件，能以非接触方式检测出人体辐射出的红外能量，并将其转化为电信号输出。该传感器外接12V 电源，内部装有菲涅耳透镜，检测区域为球形，有效警戒距离为12~15m，方向角为85度。当红外警戒区内无移动物体时，传感器无输出信号，报警电路不工作；当有人闯入警戒区时，只要人体移动，其辐射出的红外线便会被热释电红外传感器所接收，并输出微弱的电信号。该信号经运算放大器A1和A2放大后，会输出一个较强的电信号。再输送给由A3和A4组成的双限电压比较器。

4. DYP-ME003人体感应传感器

以上所说的热释电红外传感器的电路比较繁琐，调试难度也较大。目前市场上有集成红外人体感应传感器，将热释电传感器、菲涅耳透镜和调理电路集成在一个模块上，可以实现5伏电压供电，性能稳定，使用方便。DYP-ME003人体感应传感器就是这样一款基于红外线技术的自动控制产品，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品中。其功能特点：

1）、全自动感应：人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

2）、光敏控制（可选择，出厂时未设）：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。

3）、温度补偿（可选择，出厂时未设）：在夏天当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。

4）、两种触发方式：a. 不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平；b. 可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点）。

5）、具有感应封锁时间（默认设置:2.5S封锁时间）：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。工作电压范围宽：默认工作电压DC4.5V-20V 。微功耗：静态电流

DYP-ME003人体感应传感器的感应范围如图2.7所示：

图2.7 DYP-ME003人体感应传感器的感应范围

DYP-ME003人体感应传感器的电气参数如表2.1所示：

其外型如图2.8所示：

图2.8 DYP-ME003人体感应传感器外型图

5. DYP-ME003红外人体传感器电路

图2.9 DYP-ME003红外人体传感器电路

传感器使用DYP-ME003红外人体传感器，图中ALERT 引脚输出

信号，该信号为高电平时有人入侵，为低电平时表示无人入侵。R17电阻为下拉电阻，防止管脚误报。

2.2.3 温湿度传感器及检测电路

1. 基本介绍

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便。DHT11温湿度传感器外型及管脚如图2.10所示。其中电源引脚的供电电压为3.5--5.5V 。传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚（VDD ，GND ）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。

图2.10 DHT11温湿度传感器外型及管脚

2. 应用领域

暖通空调测试及检测设备

汽车数据记录器

消费品 自动控制

气象站 家电

湿度调节器 医疗

除湿器 应用领域

3. 接口说明

DHT11典型应用电路如图2.11所示，其连接电路简单，只需要占用控制器一个I/O口即可完成上下位的连接。建议连接线长度短于20时用5K 上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。DHT11数字湿温度传感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。其数据包由5Byte （40Bit ）组成。一次通讯时间最大3ms ，数据分小数部分和整数部分。一次完整的数据传输为40bit ，高位先出。建议连接线长度短于20米时用5K 上拉电阻，大于20米时根据实际情况使用合适的上拉电阻。

图2.11 典型应用电路

4. 电源引脚

DHT11的供电电压为3－5.5V 。传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD ，GND ）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。

5. 串行接口（单线双向）

DATA 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms 左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零。操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit ，高位先出。数据格式：8bit 湿度整数数据+8bit湿度小数数据温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit湿度小数数据”所得结果的末8位。

6. 封装信息

图2.12 封装信息

7. DHT11引脚说明

8. 温湿度传感器及其检测电路

图2.13 温湿度传感器及检测电路

2.2.4 DS1302实时时钟电路

1. DS1302的结构及工作原理

DS1302是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V ～5.5V 。采用三线接口与CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM 数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM 寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

2. 引脚功能及结构

DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1＋0.2V 时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，双向串行数据输入输出端I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc>2.0V之前，RST 必须保持低电平。

3. DS1302的控制字节

DS1302的控制字如图2所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM 数据；位5至位1

指示

操作单元的地址; 最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。

图2.14 DS1302的控制字

4. 数据输入输出（I/O）

在控制指令字输入后的下一个SCLK 时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK 脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。

5. DS1302的寄存器

DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD 码形式，此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM 相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM 单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H ～FDH ，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM 寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM 的31个字节，命令控制字为FEH （写）、FFH （读）。

6. DS1302与CPU 的连接

实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz 的晶振即可。只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。只要占用CPU 一个口线即可。LCD 还可以换成LED ，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗（WDT ）/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM ，可显示任意字段笔划，具有3－4线串行接口，可与任何单片机、IC 接口。功耗低，显示状态时电流为2μA（典型值），省电模式时小于1μA，工作电压为2.4V ～3.3V ，显示清晰。

DS1302是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实

时时钟/日历和31字节静态RAM ，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。其芯片管脚如图2.15所示。

图2.15 DS1302管脚图

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口：线1-RES 复位，2-I/O数据线和3-SCLK 串行时钟。时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信，DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW 。DS1302是由DS1202改进而来，增加了以下的特性，双电源管脚用于主电源和备份电源，供应Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器。它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。

实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力；31*8位暂存数据存储RAM ；串行I/O口方式使得管脚数量最少；宽范围工作电压2.0--5.5V ；工作电流：2.0V 时，小于300nA ；读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式：单字节传送和多字节传送字符组方式；8脚DIP 封装或可选的8脚SOIC 封装，根据表面装配；简单3线接口；与TTL 兼容，Vcc=5V；可选工业级温度范围-40--+85；与DS1202兼容；双电源管用于主电源和备份电源供应，备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；附加的7字节暂存存储器。

7. DS1302电路连接图

图2.16 DS1302电路连接图

2.2.5 LCD显示电路

1. 液晶显示简介

①液晶显示原理

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。

②液晶显示器的分类

液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static ）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。

2. 线段的显示

点阵图形式液晶由M×N 个显示单元组成，假设LCD 显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM 区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。

例如屏的第

一行的亮暗由RAM 区的000H ——00FH 的16字节的内容决定，当（000H ）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH ）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H ）=FFH，（001H ）=00H，（002H ）=00H，……（00EH ）=00H，（00FH ）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD 显示的基本原理。

3. 字符的显示

用LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM 区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。

4. 汉字的显示

汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B ，分左右两半，各占16B ，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM 对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B 显示完就可以LCD 上得到一个完整汉字。

5. 字符型LCD 简介

字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD ，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图2.17所示：

图2.17 1602字符型液晶显示器实物图

6. 1602LCD的基本参数及引脚功能

1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图2.18所示：

基于单片机的汽车防盗报警系统设计

图2.18 1602LCD尺寸图

1602LCD 主要技术参数： 显示容量：16×2个字符 芯片工作电压：4.5—5.5V 工作电流：2.0mA （5.0V ） 模块最佳工作电压：5.0V 字符尺寸：2.95×4.35（W×H ）mm

显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参为：

表2.3 液晶屏技术指标

接口信号说明如表2.4所示。

7. LCD与单片机接口电路

与单片机接口电路如图2.19所示。其中P0.0—P0.7接LCD 数据线，P2.5—P2.7接LCD 控制线。

图2.19 LCD与单片机接口电路

2.2.6 EEPROM存储器电路

1. 24c02芯片硬件介绍： 1）、引脚说明：

A0，A1，A2——地址输入引脚，走位硬件寻址的依据，同种芯片可同时连接8片（2^3）；

Vcc ，Gnd ——电源，接地引脚，1.8-5.5v

Wp ——写保护，当Wp 接地时，允许对器件的正常读写操作；当Wp 接高电平时，写保护，只能进行读操作。

SDA ——串行地址/数据输入/输出端口，双向传输，漏极开路，需外接上拉电阻到Vcc （典型阻值为10k ）。

SCL ——串行时钟输入，高低电平不同状态与SDA 配合，执行不同的命令。

24c02的容量是2k ，256字节。其他同型号的芯片容量如上表。 2. 使用说明： 2）、连线：

图2.20 24c02连线图

其中SCL ，SDA 可以连接到单片机的I/O口，Wp 也可以连接到单片机的I/O，对写保护进行控制。

图2.21 AT24C02管脚图

红外报警监控系统的报警时间存储在EEPROM 芯片AT24C04中，并可以通过查询按键查看。AT24C04是IIC 芯片，其管脚连接如图2.21所示。

2. 24c02与单片机连接图

图2.22 24c02与单片机连接图

2.2.7 键盘电路

本设计采用四键键盘，电路如图2.23所示。

按键直接接单片机P3.2—P3.5，程序采用查询方式获取按键状态。

图2.23 四键键盘电路

2.3软件的程序实现

2.3.1 主程序流程图

本设计软件主程序流程图如图2.24所示。

图2.24 软件流程图

2.3.2 主程序见附录1

3 pcb画图及实物制作

3.1 制作过程及理论实践概述

本设计主要是基于单片机的防盗报警系统的设计，因此它的设计重点主要集中在汽车的防盗和报警两方面。为了达到实时报警以及实时记录和实时查询，本设计通过相应的蜂鸣器、储存器、键盘组以及LCD 显示屏来实现这些功能。

3.2 设计原理图

单片机的防盗报警系统的原理图如图3.1、3.2所示，原理图（a ）所示为单片机最小系统电路、DS1302实时时钟电路以及四键盘组成的综合电路；原理图（b ）所示分别为程序下载入口电路、热释电红外传感器连接电路、DHT11温湿度传感器连接电路、EEPROM 储存器连接电路以及LED 显示连接电路。

图3.1 汽车防盗报警系统原理图（a ）

图3.2 汽车防盗报警系统原理图（b ）

3.3 设计PCB 图

汽车防盗报警系统PCB 图如图3.3所示。

图3.3 汽车防盗报警系统PCB 图

3.4 最终实物图

图3.4 汽车防盗报警系统实物图

汽车防盗报警系统实物图如图3.4所示。为了达到实时报警以及实时记录和实时查询，本设计通过相应的蜂鸣器、储存器、键盘组以及LCD 显示屏来实现这些功能。具体操作及系统反应为：系统上电，LCD 屏幕显示“hechao [1**********]8”，左侧红色LED 报警灯亮。通过按设置键使系统处于报警状态：屏幕显示“A ”，当热释电红外传感器感应到人体信号，报警开始。如上图所示：右侧红色LED 报警灯亮，并且蜂鸣器响。此时若要终止报警，再次通过按设置键关闭报警状态。由于上次报警时系统的储存器已经将报警时间储存，所以可以通过按查询（Review ）键查询上次报警时间。至此本设计防盗报警系统就完成了初始化—探测—报警—查询的整个过程。

总结

论文首先简要介绍的基本的单片机相关基础知识，分析了单片机的应用领域以及单片机在本设计中起到的重要作用，以及本设计在制作前后的问题和实际应用的操作性和可行性，在完美诠释单片机的控制应用功能的前提下稳定测试了设计的完美实际运用能力，使人们在探索本人私物的防盗和预警方面更上一层楼。

然后论文分模块对本设计主要用到的系统硬件的功能和应用领域进行了详细的介绍使我们对本设计了解的基础上更加确切对本设计的实际操作和应用方法有了一定的了解。

在前面两个部分的基础上，论文对汽车防盗报警系统进行了详细的分析和设计，包括系统需求分析、运行环境分析、系统功能设计及模块划分、系统最终实物设计等。

针对汽车防盗报警的实时性和流动性，设计运用相对高级的双面板双面布线双面安装原件，这在一定程度上减少了成品实物的外形尺寸；使用DS1302时钟芯片对系统的实时布防提供必要条件；使用了EEPROM 存储器对入侵信息进行储存以便于实时的查询。同时设计使用的热释电红外传感器的灵敏度高效果好，为设计的测试通过打下了重要而且坚实的基础。

总的来说，此次毕业实习及毕业设计完成了任务书规定的各项要求，在学习c 语言和汇编语言以及相关专业软件的基础上，进一步学习并实践了画原理图、pcb 图和制作pcb 电路实物等多种实用技术，成功设计出一个功能基本齐全的单片机防盗报警系统。既学习了不少新的知识和技术，由亲身体验软件设计、开发的过程，个人觉得收获颇丰。

当然，这次设计的汽车防盗报警系统还只是一个初级产品，还可以从以下几方面进一步完善：

（1）实物的外形有待进一步浓缩和精简。

目前系统中实现了一部分较现代科技水平相对比较落后的元器件，且布线方面鉴于经济条件的限制一切是本着实验的目的还存在一些不

合理的地方，如果以最新的技术考虑对这些问题加以克服本设计有望变得更加适用和精致。

（2）具体功能可进一步完善和扩充。

目前系统中的一些功能如热释电红外传感器对于汽车整体的防护还是具有一定的局限性，如果要实际投入使用还需进一步完善。另外，还有一些功能，如汽车的全方位的电子感应装置也可以加入系统。

（3）将单片机防盗报警系统扩大其功能强度应用于更广的领域。 目前的汽车防盗报警系统即单片机防盗报警系统，通过增加多种不同强度的传感器感应器件，可以将其扩展成一个一个不同的感应人体或温湿度及烟雾浓度等各类变化的预警装置。

最后敬请各位专家、老师和同学对论文和今后的研究工作提出宝贵的指导意见和建议。

致谢

此次毕业实习、毕业设计和学位论文撰写过程中，得到了多位老师、同学、朋友的关心、指导和帮助。入学以来，各位老师一直以来的辛勤工作和教诲使我能顺利地度过这难忘的四年，使我在综合素质提高、专业理论知识学习和实践工作能力等各方面受益匪浅。

在此，衷心地感谢我的指导教师李兰英老师！她丰富的知识、严谨的治学态度和全面的指导，对我启发颇多，收获颇丰。

感谢四年以来众多同学和朋友的帮助，大家一起在紧张的学习之余度过了许多愉快的时光。

感谢父母多年以来的关爱！

参考文献

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工业出社, 2009.8.

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[12] 薛均义, 张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]. 西安

交通大学出版社, 2005.

附录1主程序

void main（）

{

U16 i, j, testnum;

EA = 0;

while （1） { //查询报警信号 //FlagSet=0为报警状态， L1602_init（）; L1602_string（1,1," hechao "）; L1602_string（2,1,"[1**********]8" ）; //延时 for （i=0;i

//FlagSet=1为关报警状态， //FlagSet=2,3,4,5,6,7依次为设置年，月，日，时，分，秒状态

if （（FlagSet==1）&&（FlagAlert==0）&&（In_Alert==1）） //触发报警则存入报警时间

{ SaveAlert （）; FlagAlert=1; Beep=0; } if （（FlagSet==1）&&（In_Alert==1）） { Beep=0; } else { FlagAlert=0; Beep=1; } if （FlagStartRH == 1） { TR0 = 0; FlagStartRH = 0; TR0 = 1; humidity = U8RH_data_H; temperature = U8T_data_H; Led_Alert = 1; //报警未打开或者无警可报 Led_Alert = 0; Led_Alert = 0; //温湿度转换标志检查 testnum = RH（）; //读出温湿度，只取整数部分 //读出日期时间值

时运行

DS1302_GetTime（&CurrentTime）; year = CurrentTime.Year; day = CurrentTime.Day; hour = CurrentTime.Hour; minute = CurrentTime.Minute; second = CurrentTime.Second; month = CurrentTime.Month; DateToStr （&CurrentTime）; TimeToStr （&CurrentTime）; if （FlagReview==0） { //清屏 L1602_string（2,1," " ）; //如果不处于查询状态则显示当前日期时间温度湿度 L1602_string（1,1," T C" ）; L1602_string（2,12,"H %"）; //显示温湿度 if （temperature

{ switch （FlagSet ） { case 0: case 1: //年 break; case 2: break; //月 L1602_string（1,4," " ）; break; //日 L1602_string（1,7," " ）; break; //时 L1602_string（2,1," " ）; break; //分 L1602_string（2,4," " ）; break; //秒 L1602_string（2,7," " ）; break; L1602_string（1,1," " ）; case 3: case 4: case 5: case 6: case 7: default: break; } } //以下为键盘查询，当有按键从按下到弹起时，该按键被响应。 if （（Key_Up）&&（keyUp==0）） {FlagKeyPress = 1; keyvalue =

} }

1;}

else if （（Key_Down）&&（keyDown==0）） {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 2;}

else if （（Key_Set）&&（keySet==0）） {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 3;}

else if （（Key_Review）&&（keyReview==0）） {FlagKeyPress = 1; keyvalue = 4;}

if （FlagKeyPress == 1）

{

KeyProcess （keyvalue ）;

FlagKeyPress = 0;

}

if （!Key_Up） keyUp = 0;

else keyUp = 1;

if （!Key_Down） keyDown = 0;

else keyDown = 1;

if （!Key_Set） keySet = 0;

else keySet = 1;

if （!Key_Review） keyReview = 0;

else keyReview = 1;

Delay1ms （100）;

}

}