防盗报警系统毕业论文

摘 要本文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、显示控制电路等部分组成。处理器AT89C51单片机。整个系统是在系统软件控制下工作的。系统程序可以划分为:数据采集,报警和显示等几个模块。关键词：单片机、红外传感器、数据采集、报警电路、显示电路ABSTRACTIn this paper, including the design of hardware and software in two parts. The hardware part comprises a single-chip control circuit, infrared probe circuit, driving alarm circuit, a display control circuit and other components. The AT89C51single chip processor. The entire system is the system operates under software control. System program can be divided into: data collection, alarm and display modules.Key words: single chip, infrared sensor, data acquisition, an alarm circuit, a display circuit目 录 1绪 论51.1 课题背景51.2 防盗报警系统的发展概况52.系统设计82.1系统研制进程93.软件的设计113.1 主程序工作流程图113.2设计编程程序123.3软件的程序实现143.3.1 主程序工作流程图143.3.2设计编程程序164.电路设计194.1 具体电路模块设计194.1.1 放大电路的设计194.1.2 时钟电路的设计194.1.3 复位电路的设计204.1.4发光二极管报警电路的设计204.1.5 声音报警电路的设计214.1.6 LED电路224.2. 检测电路设计234.2.1热释电红外线传感器234.2.2 热释红外传感器设计电路254.3报警器设计275.调试285.1硬件的调试285.1.1 无单片机的调试285.1.2有单片机的调试285.2软件调试29参考文献33 1绪 论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安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,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。由于红外线是不可见光, 有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 防盗报警系统的发展概况目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。1.3本课题的目的及其意义单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。本文在目前市场上销售的多种防盗报警器基础上, 从提高可靠性角度进行设计。设计主要从以下几个方面考虑。一是将报警器开关装在门锁上, 反锁门时打开报警器, 用钥匙开锁时关掉报警器。这样就避免了操作报警器不当而引起的误报、漏报。二是对同一监测点使用多个红外探测器进行监测 (本文用两个探测器) ,对各个探测器的信号进行综合处理, 这样就避免了由于探测器误动作而引起的误报。三是加上“看门狗”电路, 单片机在受干扰后复位, 回到监测探测器信号状态。四是报警采用电话自动拨主人电话机方式, 再由主人采取补救措施, 查实报警。本报警器在设计、使用上力求简单、可靠。1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。2.红外线防盗报警系统由电红外传感器、家庭智能报警器、单片机控制电路、LED控制电路组成。信息采集、处理、数据传送、功能设定、显示、本地报警等功能。3.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，打开门限阀门送出电平，电平至AT89S51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，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。2.系统设计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。电路结构做成可划分为：热释电红外传感器、家庭智能报警器、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。本文的设计要求须包含如下结构：红外传感器电路、报警电路、单片机、LED显示控制电路及相关的控制管理软件。其组成如下图3所示。 单片机检测电路LED数字显示报警执行电路放大图3 本文设计框图2.1系统研制进程 单片机采用51系列单片机AT89C51。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4所示。任务选方案，硬件设计软件设计调试运行完成 图 4 系统的研制过程框图 整个系统是在系统软件控制下工作的。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，打开门限阀门送出电平，电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，然后通过LED显示报警次数，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。 2.2系统硬件设计硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。本设计中要用到如下器件： AT89C51、红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等等。元器件清单见下表。编号名称型号数量Y1石英晶振12MHZ1K1、K2按键*2LS蜂鸣器8R1Tantou热释电传感器3TR1DS1共阴数码管DISPLAY1JP电源接头3OT1R1 、R6电阻4.7K2R2、R3、R7R10电阻220R6R4、R5电阻10K2C1、C2电容30pF2C3、C4、C5(极性)电容47uF3D1D6发光二极管LED2绿4红Q1、Q2三极管9015/80502U1 、 U2集成电路AT89C51、74LS041 、13.软件的设计3.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图11所示；系统初始化声光报警结束检测有无信号输入报警是否持续10秒开始启动声光报警电路开始报警是否还有检测信号等待下次报警结束YNNYYN来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图12所示；中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图12 中断服务程序工作流程图3.2设计编程程序1. 主程序清单如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H ;指针入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;监测输入信号，是否有输入信号 LA: ACALL DELAY ;延时消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1;10S钟定时: MOV 51H,#14H ;10S循环次数 MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定时初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;启动T0 L2:JBC TF0,L1 ;查询记数溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S继续循环 SETB P3.0 ;10s到关闭报警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;报警结束，正常运行绿指示灯亮 LJMP LP ;循环,继续工作 2. 外部中断INTO服务程序：PINT0: CLR EX0 ;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;监测是否有中断输入LN: LCALL DELAY ;延时消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使报警结束，绿指示灯亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;开放外部中断0 LCALL LP ;在中断继续检测是否有输入信号LN2: RETI END 4.电路设计4.1 具体电路模块设计 图5 热释电红外传感器原理图4.1.1 放大电路的设计如图6所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。图6 放大电路图4.1.2 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us5。如图7所示为时钟电路。图7 时钟电路图4.1.3 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作6。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us7。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图8示为复位电路。图8 复位电路图4.1.4发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用8。图9所示为发光二极管报警电路。图9 发光二极管报警电路图4.1.5 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图10示为声音报警电路。图10 声音报警电路图4.1.6 LED电路 图12 LED显示电路电路是采用AT89C51单片机进行驱动。当单片机处理到需要报警的信号时，端口P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27就会导通，此时显示器被驱动，达到显示效果。4.2. 检测电路设计图7 检测电路如图7所示为信号检测电路，电路图最下面的原器件是探头，它是用来采集信号的，当探头采集到信号时经过C4滤波到达Q2进行放大处理，经过放大后的信号再送到电容C6进行处理，最后到达U2A再次进行处理并放大再将信号送入单片机。4.2.1热释电红外线传感器1、原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2.1mm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镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在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7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能.红外线滤光片双探测元场效应管DSG图8双探测元传感器 2、结构示意图 图8是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极,G端接电源负极，S端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.220。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为16HZ，下限截止频率为0.16HZ。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有1MV左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定，通常为0.110HZ左右），所以应对热释红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器LM324来进行两级放大，以使其获得足够的增益。4.2.2 热释红外传感器设计电路本设计所用的热释红外传感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图9所示, 在VCC电源端2利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图9红外传感器原理图双探测电红外探头的优缺点: 优点：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。 缺点：1)、容易受各种热源、光源干扰。 2)、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。 3)、易受射频辐射的干扰。 4)、环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度降低，有时造成短时失灵。 红外线传感器的安装要求红外线人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件： 1)、红外线传感器应离地面2.0-2.2米。 2)、红外线传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 3)、红外线传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 4)、红外线传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。 红外线传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。4.3报警器设计图13报警器电路如图13所示为单片机控制的声光报警电路。当检测电路检测到的信息传到单片机中时，由单片机进行信号处理，如单片机处理到报警信号，单片机将作出反应，由端口RXD向外输出信号，此时发光电路导通，同时发光二极管D3 D4 D5 D6就会工作，与此同时单片机还会让端口TXD导通，信号经Q1放大后到达扬声器发出声音。从而达到声光报警的目的。5.调试5.1硬件的调试5.1.1 无单片机的调试无单片机调试主要检查电路工作是否正常，调试数码管是否点亮，显示数据是否正确，具体步骤如下：A：打开电源，将输出电压调到5伏，然后关闭电源。B：将电路板的火线与电源正极相连，地线与负极相连。C：打开电源，用万用表检测电路板是否有输出电压，如果有就是好的，没有就要检测是否有短路。D：电路检查完后，关闭电源，用一根导线与电源负极相连，然后打开电源，用导线的另一端逐个与P0、P2口的管脚接触，看数码管显示是否正确。调试过程中遇到的问题及解决办法：(1)上电后，用导线一端接低电平，另一端逐一连接P0、P2管脚，数码管显示不正常，检测后发现管脚有短路现象，将短路管脚重新焊接后，显示正常。(2)反复调试几次后，发现电路不稳定，有时没反应。仔细分析后，觉得是稳压管有问题，拆除后直接接5V电压源，问题解决。5.1.2有单片机的调试加上单片机，目的是看单片机能否正常工作，有效地控制显示数据。编写一个小程序，烧入芯片中加点调试。A：程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG 0030H MAIN：MOV DPTR，#DDSSMOV A，#0MOVC A，A+DPTR MOV P0,A MOV P2，A DDSS:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H ENDB：将编好的程序进行编译，即将ASM文件转化为BIN文件，然后烧入片子。程序的编译和烧入将在以后介绍。C：把单片机AT89C51接入底座插入底座，加电，看各位显示是不是正确。 D: 用复位键看显示是否正确，如果稳定，表示调试成功。5.2软件调试 先在Keilc51环境中进行软件调试，再利用编程器将调试好的程序固化到AT89C2051单片机中。硬件调试检查线路应焊接无误。1电源电路调试。断开负载，用万用表测量78L05的3脚应有+5V电压。2先不装入AT89C2051单片机，用短路线把U1插座的12脚接地，调整VD1和VD7的安装位置和角度，测量U1插座的2脚电压。当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏，有遮挡时为+5伏。用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度。使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求。3将做好程序的AT89C51插入电路中插座上，接上电源即可工作。 附录图16基于单片机控制的红外防盗报警器原理图致谢 在作此次毕业设计的过程中，本人得到了吴老师的精心指导，正是因为老师不断的提供大量的资料来源，不仅为我设计出该监控系统提供了大量的知识贮备，而且使我学会了从大量的资料中选择出自己需要的东西。同时我还要感谢同寝室的朋友，他们给了我良好的学习环境和生活环境，使我能够安心做毕业设计。在此再次感谢老师和同学们的帮助，感谢培养我四年的学校。 总 结 通过这次实践，我了解了红外报警系统的工作原理及应用，熟悉微型计算机的出现和大量使用将人类社会带入了一个新的时代。单片微型计算机（简称单片机）在其中扮演着十分重要的角色，在工业控制、数据采集以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。熟悉了以89C51系列单片机为核心，系统介绍了其结构原理和应用技术。主要内容包括单片机的基础知识、结构与原理、指令系统、汇编语言程序设计、单片机内部并行口的应用、中断技术、定时计数技术、串行通信技术、系统扩展技术、A/D和D/A转换器接口、单片机应用及开发技术等知识。随着电子技术和计算机技术的发展，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，在民用和工业测控等领域得到了广泛的应用。单片机具有体积小、功能强、可靠性高、价格低、使用方便和系统设计灵活等特点。目前，单片机控制系统正以空前的速度取代着传统电子控制系统。学习单片机并掌握其设计使用技术已经成为当代大学生和一些工程技术人员必备的技能，很多企业迫切需要大量熟练掌握单片机技术，并能开发、应用和维护管理单片机控制系统的高级工程技术人员。参考文献1李虎山,潘牟.防盗报警系统的设计与实现J.电子工程师.2002,28(4):462谭克俊,栾秀珍,房丽萍,范劲玻.基于单片机的数字视频监控系统键盘及报警控制卡设计J.电子技术.2004.7:80813鲁青胶.新颖实用的红外探测防盗报警器J.电子技术.1994.2:78804鲁青胶.15路人体遥感无线防盗报警器J.电子技术.1995.3:33355吴英才,林华清.热释红外传感器在防盗系统中的应用J.传感技术2002.21(7):47486刘辉.智能小区防盗报警系统的可靠性设计J.电器时代.2002.7:74757蒸燕春.智能化住宅小区安防电子系统的常用手段J.现代电子技术.2002.9:39418雷旭,何万强.新型家用防盗报警系统J.现代电子技术.2003.4:82839郑长风,程光伟,郭军.一种基于探测无线报警监控系统J.现代电子技术.2003.4:848610于长军,张秀珍,杨向明,杨魁,王辉.多路红外防盗报警器J.传感技术.1993年.增刊:343611张羲,李文元,丁润涛.基于CPLD防盗报警系统的设计J.电子测量技术.2004.3:202112任致程.智能经典电路300例M.北京.机械工业出版社,2002.8 28