论文
湖北大学
本科毕业论文（设计）
题目用单片机设计的报警系统
姓名李雅卿学号020*******
专业年级计算机科学与技术2002级
指导教师黄耀锋职称讲师
2006年4月25 日
目录
绪论 (1)
1 报警系统在各个领域的应用以及研究它的必要性 (1)
1.1 微处理器的研究现状 (1)
1.2 80C51芯片主要功能的介绍 (2)
1.3 单片机的选型 (3)
2 报警系统硬件电路功能分析及设计框图 (4)
2.1 键盘外围电路 (4)
2.2 光声报警外围电路 (5)
2.3 热释敏人体红外线传感外围电路 (7)
2.4 看门狗外围电路 (8)
3 关键技术 (9)
3.1 红外线传感外围电路中传感器的选择以及元气件参数的分析 (9)
3.2 看门狗外围电路的原理以及元气件参数的分析 (9)
4 报警系统的软件流程图 (10)
4.1 主程序控制流程 (10)
4.2 报警控制子流程 (11)
4.3 修改密码子流程 (13)
5 结论 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
用单片机设计的报警系统
摘要
随着微电子技术的飞速发展，集成电路的集成度和性能提高、价格下降，特别是单片微处理器的出现，给现代智能控制领域带来了一次新的技术革命。本文在对目前国内、外同类系统进行大量比较分析的基础上，详细介绍了家庭、办公报警系统的总体方案的设计思想和硬件电路、软件程序的设计技术。本系统以MCS-51单片机为核心，配以相应的处理电路，采用汇编语言编制系统监控程序，完成报警系统参数的采集、计算，实现参数的实时显示、传送和超限报警等功能。此外，本文采用了一系列软、硬件保护措施来提高系统的抗干扰能力。通过最后的综合实验调试，结果表明，整个系统运行准确、可靠，基本达到了预期的目标。该系统具有一定的先进性和良好的实用性、可靠性，应用前景十分广阔。
【关键词】MCS-51单片机报警系统传感器
Designing a alarming system with the signal-chip
Abstract
Along with the development of microelectronics technology, the integrity and the performance of integrated circuit is improved, while its price is decreased. Especially the presence of single microprocessor, brought a new technological revolution for control realm of modern intelligence. On the basic of plenty of comparison and analysis of the same systems in and abroad, the text introduces the ideas of how to design the family and office alarming system and the technology of hardware circuit and software procedures. This system takes a machine of MCS-51 as the core, going with the special processing circuit, programming the system monitor procedures by assembly language. In order to finish the function of the collection, computation, the real-time display of the parameter, transmission and the super limit etc of the alarming system. In addition, this text uses a series of software and hardware protection measures to improve the capability of resistant of interruption of the system. By the comprehensive experiment debugs in the end, the result shows the processing of the whole system is accurate and reliable, and it is up to the goal of the anticipation. The system possesses fair function of advancement and pretty utility and reliability. The prospect of the application is very promising.
【Key words】MCS-51 Single-Chip Alarming-System Sensor
绪论
本课题研究的报警系统就是MCU应用的典型例子，它的应用面极其的广泛，几乎可以扩展到各个领域。按照单片机系统开发的原理和方法，采用现代化的电子线路设计软件Protel 有效的管理和设计整个系统。通过对部分电路的分析和测试，对系统性能进行一定的优化，从而开发出一个性能好、速度快、价格低廉的模拟报警系统。
1报警系统在各个领域的应用以及研究它的必要性
家居智能建筑领域已经成为安防设备的最大应用领域，其他领域包括金融、公安、交通、教育、电信、机场、海关，其他包含IT企业、化工领域、超市、电力系统等等,此外，中国还有成千上万个拥有贵重设备和仪器的科研机构，还有数以万计的邮政和通信单位，还有一大批机场、车站、港口、码头等等。这些都是报警系统能应用到的领域，潜在的市场也是十分巨大的。
1.1 微处理器的研究现状
随着大规模集成电路芯片迅速地更新换代，微型计算机技术正朝着两个领域发展，它们的应用目的和技术是完全不同的。一个领域的应用目的是以管理为主，他们需要处理大量的数据，因此它的发展方向要求数据处理的功能要强、速度要快、容量要大、数据总线的位数要多。如微处理器采用32位的80486还不满足，更要采用64位的CPU，而8位机的8085、16位机的8086没用几年就被淘汰。应用于这个领域的投资尽管很高，使用者也不在乎，安装的环境条件也好，没有干扰，不需要采用抗恶劣环境的措施，把这类微型计算机的微处理器称作MPU。另一个领域的应用是控制和检测为主，它包括机电一体化设备、智能仪器、家用电器、通讯等。因此它们的发展方向是控制能力强、可靠性高、抗干扰措施完善、成本低、功耗和体积小。至于速度，8位机现已研制出20～30MHz产品，目前常使用的是6～12MHz。8位机最大容量可以达到64K，目前使用一般在8K左右。数据总线位数目前用的最多的是8位，没有必要盲目追求更大的容量和更多的位数，把这类微型计算机称作单片机MCU[1]。
过去，MCU芯片应用主要以INTEL产品，8位机为主，而且品种用的最多的是8031。程序存储器以及外围接口芯片，都用并行口扩展外接。开发的产品领域面不广，家用（例如：电冰箱、洗衣机、电饭煲等）、通讯、声频、视频、射频等和MCU相结合的产品很少，价格低、批量大的产品更少。
未来相当长的一段时间内，采用4位MCU将会越来越少，将仍以8位机为主，16位MCU绝对数量将有所发展，32位MCU将迅速向图像处理、智能和机器人工程等领域发展，但数量不多。今后将会采用多国多公司的MCU以及配套扩展芯片。价格便宜、控制功能强、能及时供应的产品将会迅速占领市场。
扩展程序存储器以及外围接口芯片，采用并行接口将逐渐减少，外围子系统全部集成在片内的MCU和采用串行接口扩展的将增多。产品开发领域面将会大大拓宽，除机电一体化、智能仪器外，通讯、声频、视频、射频和MCU相结合的产品将会越来越多。16位和大容量MCU采用高级语言（例如：C、PL/M、FORTH语言等）开发的应用系统，编程效率高；MOTOROLA16位MCU具有数字信号处理机功能，MC68HC916Y还具有Flash EEPROM等功能。使用者会逐渐增多。
目前，单片机正朝着兼容性、单片系统化、多功能和低功耗的方向发展。突出表现在以下几个方面：第一，从Intel公司MCS-51系列单片机的一枝独秀，发展成它与各种兼容机互为补充、兼容并蓄、各领风骚、百花齐放的新格局；第二，单片系统是内含单片机的系统
级芯片。它把电子整机的功能集成到一个芯片中。这预示着在不久的将来，IC与电子整机的界限将被彻底打破；第三，单片机正被集成到智能传感器以及网络通信芯片之中，构成具有高性价比的智能化专用IC。单片机与单片系统、智能传感器、网络通信等高新技术的融合，必将成为21世纪新的经增长点。
1.2 80C51芯片主要功能的介绍
MCS-51系列单片机芯片均为40条引脚，HMOS工艺制造的芯片用双列直插（DIP）方式封装。各引脚功能说明如下[2]：
1. 主电源引脚
Vcc（40脚）：接+5V电源正端。
Vss（20脚）：接+5V电源地端。
2.外接晶体引脚
XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。
XTAL2（18脚）：接外部石英晶体的另一端。在单片机内部，它是片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端；对于CHMOS单片机，该引脚悬空不接。
3. 输入/输出引脚
（1）P0口（39～32脚）：P0.0～P0.7统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。
（2）P1口（1～8脚）：P1.0～P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定时器/计数器2的外部控制端。
（3）P2口（21～28脚）：P2.0～P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址范围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。
（4）P3口（10～17脚）：P3.0～P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3口的第二功能如表1.1所示。
表1.1 P3口第二功能
引脚第二功能
P3.0RXD串行口输入
P3.1TXD串行口输出端
P3.2INT0外部中断0请求输入端，低电平有效
P3.3INT1 外部中断1请求输入端，低电平有效
P3.4T0 定时器/计数器0计数脉冲输入端
P3.5T1 定时器/计数器1计数脉冲输入端
P3.6WR 外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效
P3.7RD 外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效4.控制线
（1）ALE/PROG（30脚）：地址锁存有效信号输入端。ALE在每个机器周期内输出两个脉冲。在访问片外程序存储器期间，下降沿用于控制锁存P0输出的低8位地址；在不访问片外程序存储器期间，可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意，在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个，此时作为时钟输出就不妥了。对于片内含有
EPROM的机型，在编程期间，该引脚用作编程脉冲PROG的输入端。
（2）PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期该信号两次有效，以通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问片外数据存储器期间，PSEN信号将不再出现。
（3）RST/VPD引脚（9脚）：RST即为RESET，VPD为备用电源。该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。当Vcc发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD(+5V)为内部RAM供电,以保证RAM中的数据不丢失。
（4）EA/Vpp（31脚）：EA为片外程序存储器选用端。该引脚有效（低电平）时，只选用片外程序存储器，否则单片机上电或复位后选用片内程序存储器。对于片内含有EPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电源Vpp的输入端。
综上所述，MCS-51系列单片机的引脚可归纳为以下两点：
（1）单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚都有第二功能。
（2）单片机对外呈现3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用为数据总线；由ALE、PSEN、RST、EA与P3口中的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD共10个引脚组成控制总线。由于是16位地址线，因此，可使片外存储器的寻址范围达到64KB。
1.3 单片机的选型
目前，市面上的单片机可谓是琳琅满目、数不胜数。作为一个系统的核心，选用哪一种单片机是至关重要的。选型的标准往往是依据系统设计的需要，例如：要求设计的系统体积小，速度快，要求所使用的单片机的端口尽可能充分的使用，等等。那么，选型之前就要对目前比较流行的各种单片机的特性作一定的比较。
8031/8051/8751是Intel公司早期的产品，也是目前使用最多的单片机。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。8051片内有4k ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是编写的程序无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。这类单片机虽然在制造工艺上有所差异，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
经过若干年的发展，A TMEL 公司的AT89C51、AT89S51也占据了它们的一席之地，因它不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器ROM是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再着，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场潜力也十分的大。A TMEL公司的51系列还有AT89C2051、AT89C1051等品种，这些芯片是在AT89C51的基础上将一些功能精简掉后形成的精简版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，内部的程序FLASH存储器也小到2K，封装形式也由51的40脚改为20脚，相应的价格也低一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪器等程序不大的电路环境下应用；AT89C1051在AT89C2051的基础上，再次精简掉了串
口功能等，程序存储器再次减小到1k，当然价格也更低。对AT89C2051和AT89C1051来说，虽然减掉了一些资源，但他们片内都集成了一个精密比较器，它为我们测量一些模拟信号提供了极大的方便，在外加几个电阻和电容的情况下，就可以测量电压、温度等我们日常需要的量。这对很多日用电器的设计是很宝贵的资源。ATMEL的51、2051、1051均有多种封装，如AT89C(S)51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP等封装；2051/1051有PDIP和SOIC封装等[3]。
经过对各种单片机型号的比较以及结合本系统设计的要求，选用了8751单片机。本系统要求体积小、价格低廉而且编写的程序能够写入到单片机的EPROM中进行现场实验与应用，8751将是最符合要求的单片机。它有4k的EPROM存放程序，不需要进行外部存储器扩展，系统的体积将保证尽可能的小。EPROM的改写可用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写，很适合进行现场实验与应用。8751的价格也是比较低廉，而且40个引脚足够满足本系统的需求。终上所述，选用8751单片机将是最佳的选择。
2 报警系统硬件电路功能分析及设计框图
该报警系统由传感器外围电路、光声报警外围电路、键盘外围电路、看门狗外围电路及相关的控制软件组成，图2.1为报警系统的方框图
8071单片机
键盘电路光声外围电路传感器电路
看门狗电路
图2.1 报警系统功能方框图
2.1 键盘外围电路
键盘是一组按键的集合，它是最常用的单片机输入设备。操作人员可以通过键盘输入数据或命令。实现简单的人-机通信。按键是一种常用型按钮开关。平时（常态时），按键的二个触点处于断开状态，按下键时它们才闭合（短路）。键盘分为编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘，如BCD 码键盘、ASCⅡ码键盘等；靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机组成的测控系统及智能
化仪器中，用得最多的是非编码键盘。表2.1为本系统所用键盘的功能设置。键盘的每个按键都是一个常用开关电路，当按键K未按下的时候，输入为高电平，K闭合的时候，输入为低电平。通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号波形发生变化。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭和时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间长短由按键的机械性能决定，一般为5ms～10ms.这是一个很重要的时间参数，在很多场合都要用到。
表2.1 键盘功能分布
1 2 3 设置报警
4 5 6 修改密码
7 8 9 功能扩充
* 0 # 功能扩充
按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的，一般为，零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键误读多次。为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。在见闭合稳定时读取键的状态，并且必须判断到键释放到稳定后在作处理。按键的抖动，可以用硬件或软件两种方法去消除。通常，在键数较少是可以用硬件的方法消除键抖动。如果按键较多，常用软件方法去抖动，即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生了5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms～10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。
为了减少键盘与单片机接口时所占用I/O线的数目，在键数较多时，通常都将键盘排列成行列矩阵形式，每一水平线（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通的。利用这种行列矩阵结构只需要N条行线，即可组成具有N*M个按键的键盘。在这种行列矩阵式非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确认有无键按下的程序段，当确认有键按下后，下一步就是要识别哪一个按键被按下。对键的识别通常有两种方法：一种是常用的逐行（或逐列）扫描查询法，另一种是速度较快的反转法。下面介绍行（或列）扫描法的工作原理。
首先判别键盘有无键按下，由单片机I/O口向键盘送（输出）全扫描字，然后读入行线状态来判断。方法是：向列线（图中垂直线）输出全扫描字00H，把全部列线置为低电平，然后将行线的电平状态读入累加器A中。如果有键按下，总会有一根行线电平被拉置为低电平，从而使行输入不全为1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入状态实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全是1，则所有按下的键不在此列；如果不全是1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交的交点上的那个键。键盘的每一个键都有一个键值。键值赋值的最直接办法是将行，列线按二进制排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置零电平，若读出各行状态为非全1，这时的行，列数据组组成键值。图2.2为键盘外围电路。
2.2 光声报警外围电路
本系统由门控振荡器组成的声光报警系统可以发出断续的声音和闪烁的灯光，取得最佳报警效果。由与非门CD4011构成两级门控振荡器。其中，U3A和U3B组成低频振荡器，振荡频率约为1HZ，周期约1s。R9为下拉电阻，常态下使Alarm端口为0V。仅当Alarm 端接高电平信号时电路才起振，交替输出的高、低电平经过三级管Q1，使发光二级管闪烁发光，闪光周期也是1s。U3C和U3D组成音频振荡器，振荡频率约为1KHZ。仅当U3B的4端为1时，第二级振荡器起振，通过两个三级管驱动喇叭发出断续的“嘀、嘀、....”报警声[4]。图2.3为光声报警外围电路。
图 2.2键盘外围电路
图 2.3 光声报警外围电路
2.3 热释敏人体红外线传感外围电路
该热释电红外传感器由红外探测头、放大器、比较器、延时电路和稳压电源等组成。它的监测范围为10m，视角为110度，很适合家庭防盗报警，也可用于库房、厂房、通道等场所。
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长的10μm的左右的红外线，红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通过采用热释电元件，这种元件在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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
红外线传感器采用P2288型热释电器件，在壳体顶部有滤光镜片窗口，只使波长为7～10μm的红外线的能量发生变化时，探测元表面的接收温度即发生变化，并产生热电效应，输出与人体移动速度成比例变化的低频交变（0.1～10HZ）信号。
红外线传感器前面装设了菲涅尔透镜，它是一种多面反射镜，用于产生一个“高灵敏感应区”和“盲区”交替出现的红外场，使进入红外探测元的红外线呈脉冲状态，提高它的接收灵敏度，扩大探测距离。装调时，应反复调节传感器和反射镜的间距，使作用距离最大。
安装或使用时，红外探测器应置于1.5～2m高处，以便形成一个较开阔的监视场[6]。图2.4为红外线传感外围电路。
图2.4 红外线传感外围电路
2.4 看门狗外围电路
看门狗外围电路是为了消除外界干扰而设计的。WDT（Watch Dog Timer），俗称看门狗，是单片机系统或者计算机系统中的监视定时器的俗称叫法。
看门狗的主要功能有两个：
●运行监控：在实际的环境中存在着很多电磁干扰，这种干扰对单片机系统的干扰是很危
险的，经常会使一些没有经过抗干扰设计的系统死机或者跑飞的情况，这是用户所不能够预料的，但是可以通过看门狗电路进行复位，重新运行程序。
●电压控制：在实际的环境中，有可能出现这样或者那样的意外的状况，电源的输入有可
能会出现问题，输入过大或者过小，这对于整个系统的正常运行都是很危险的。所以，需要在电压出现特殊情况时对系统进行复位操作，使其重新进入循环，以免出现不确定状态使系统出现跑飞的现象。例如在上电复位的时候，如果电压偏低，则有可能会出现不确定的状态，使系统不能正常的初始化，也就更不用说执行程序了。在实际的应用中，对于电压的监测还是次要的，因为通过采用专门的电压芯片或者电压电路，系统的电压输入基本上是有保障的，因此比较严重的还是系统的抗电磁干扰问题。
单片机系统中的看门狗一般分为两种，一种是软件看门狗，一种是硬件看门狗。本系统是用硬件看门狗电路来对程序的执行进行监控。图2.5为看门狗外围电路。
图 2.5 看门狗外围电路
3 关键技术
3.1 红外线传感外围电路中传感器的选择以及元气件参数的分析
热释敏红外传感器的品种较多，可按外形结构和内部构成的不同及性能进行分类。从封装、外形来分，有塑封式和金属封装（立式的和卧式的）等。从内部结构分，有单探测元、双元件、四元件及特殊形等。从工作波长分有：λ=1～20μm，适用于温度遥测，如LN-206型等；λ=4.2～4.5μm，适用于火焰检测，如MS-1型等；λ=7～14μm，是日常生活中常用的，人体红外辐射的光谱为7～14μm，其中心波长在9～11μm附近，如P2288，LN084型等。针对本系统的特点，要求热释电红外探测器件的灵敏度要高、噪声系数要低、使用温度范围要广。表3.1列出了几种红外传感器的主要参数。
表3.1 几种红外传感器的主要参数[6]
型号P2288LS-064LN-084单位
探测元双元双元双元
响应度650033003900V/M
等效噪声功率1*10-99.6*10-9 1.2*10-9W/HZ1/2监测角度11013890°
使用温度-40～+60-30～+70-30～+70°C
窗口波长7～157～14μm
典型响应度是衡量灵敏度的重要指标，P2288为6500V/M，灵敏度高；等效噪声功率是衡量稳定度的主要指标，P2288为1*10-9W/HZ1/2，噪声系数相对其它的已经是相当低了；使用温度是表明在该温度范围内使用时，其主要性能参数能达到给定指标，P2288为-40～+60°C，范围已非常广了。对于上表中第二种传感器LS-064，它的响应度比较低，仅为3300V/M；对于第三种传感器LN-084，它的监测角度只有90°，且响应度也不是很高，仅有3900V/M。因此，本系统采用的是P2288型热释敏人体红外传感器。
红外线传感外围电路由红外探测头、放大器、窗口比较器、单稳触发电路和控制电路组成。红外探测头由热释敏红外传感器P2288和菲涅尔光学透镜组成。它能将移动人体辐射的红外线转换成电信号。如图2.4所示，U7A（1/4LM324）和R20、R21、C11等组成低频放大器，对0.3～10Hz的低频信号进行放大。U7A输出的信号经U7B进一步放大后加至窗口比较电路。比较电路由U7C、U7D（各为1/4LM324）和R23、R24、R25、R31等组成。R23、R24、R25以及R31组成用于比较的基准电压网络。由于传感器输出的是一交变信号，因而当输入到U7C（U7D）的信号大于（小于）基准电平时，窗口比较器就输出高电平，经Q3倒相放大后去触发U8。U8采用时基集成电路555，它与R29、C14等组成单稳态电路，其暂稳时间Td=1.1*R29*C14。U8的第三端口输出的高电平脉冲可直接控制报警装置，进行自动控制。
3.2 看门狗外围电路的原理以及元气件参数的分析
本系统采用的是由CD4060组成的看门狗电路。CD4060为14位二进制串行计数/分频/振荡器。选R6=130KΩ、C4=100pF时，振荡频率经内部14级二分频后，从Q14端可输出约2HZ的频率信号。R8为偏置电阻。正常情况下8071每隔一段时间t1就将CD4060复位一次。一旦由于某种原因导致CPU失控，CD4060不能及时被复位，经过时间t2（t2>t1）就从Q14端输出高电平，立即将8071复位，把CPU“拉回”到正常运行状态；然后CPU 又将CD4060复位，使Q14恢复成低电平。R5与C3组成微分电路，可将P3.7口输出的复位电平变成复位脉冲。可见，看门狗电路具有监视器与执行器的作用，是提高智能化单片机测控系统可靠性的有效措施之一。
4 报警系统的软件流程图
本系统是以键盘识别为控制核心的，根据识别出的不同的键码来执行不同的程序模块。其主要流程是：当主人离开房间时，按下设置报警按钮，系统将处于警戒状态；当有人进入房间时，将会使系统自动报警。若是主人，可以通过密码来取消报警；若是其他人，则不断的处于报警状态。为了保证系统的安全性，主人还可以修改密码，只有在输对原密码的情况下，才能够修改密码，以防止其他人修改密码。
4.1 主程序控制流程
开始
初始化
判断按键
N
Y
延时20ms
去抖动
判断按键
N
Y
逐个扫描
计算键值
延时
待键弹起
判断还有
键按下
Y
从栈中取出
键值
N
设置报警按钮修改密码其他按钮返回
初始状态
图4.1 主程序控制流程[8]
4.2 报警控制子流程
设置报警按钮
延时20s子程序
(方便主人离开)回到初始状态
响应中断
扫描传感器端口P1.4
低电平延时25ms,防止虚报
高电平
扫描传感器端口
P1.4
低电平报警,将P1.0置1
高电平
LOOP1模块
检测按键
逐个扫描
计算键值
有
没有判断模块
LOOP2模块
图4.2 设置按钮总控流程
报警,将P1.0置1
检测按键
没有
延时20ms
检测按键
没有
有
图 4.3 LOOP1子模块
其它
取消报警
回到LOOP1模块初始化
检测按键检测定时器10s到了没有
(没到)
回到LOOP1
模块
到了
延时20ms
有
检测按键检测定时器10s到了没有
(没到)
到了
模块1
有
09
写入中间寄存器
i=i+1
写入中间寄存器
i=i+1
图4.4 LOOP2子模块
判断定时器10s
到了没有返回上一层模块
没到与密码寄存器
相比较到了
回到初始状态
相等回到LOOP1模块不等
图 4.5 判断子模块
4.3 修改密码子流程 修改密码按钮
LOOP2模块
判断模块
LOOP2模块
判断i=?4
或者定时器10s
到了没有LOOP2模块
没有判断哪种情况退出将中间寄存器
写入密码寄
存器
回到初始状态
i=4
回到初始状态
定时器10s
到了
图 4.6 修改密码子流程
5 结论
以上的内容是针对报警系统做的大量的工作，但离完全的投入实际环境中应用还有相当多的工作要完成，包括大量的测试、调试工作还在进行中，一些模块还没有在具体应用中实现。当然我也不会就此歇手，将利用空余时间为完善这个系统而努力。
参考文献
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航空航天大学出版社，1989. 54～67
[15] John M.Yarbrough. Digtal Logic Applications and Design. China Machine Press，2002.
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致谢
在这里要感谢的是我的指导老师——黄耀锋老师，感谢他在百忙之中仍然要抽出时间关注系统的开发进度，给我以有益的指导，并竭尽所能的为我提供帮助；另一个要感谢的是学校的图书馆，感谢图书馆紧随科技前沿，源源不断的引进了最新的计算机图书，为我提供了大量有用的资料；最后要感谢的就是我的家人，正是他们的一贯的支持，才使我一如既往的坚持了下来。