工地用简易防盗报警装置设计

本科毕业论文（设计）(2014 届)工地用简易防盗报警装置设计院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 马兴芳 指导教师 王俊杰 助教 2014 年 5 月学号：1108441049合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）摘 要传感器技术和单片机技术不断发展与成熟使得智能化、自动化的体系帮助人们完成复杂、繁重的工作，极大地节省了劳动力。本系统主要应用于工地设备的防盗和报警。本报警系统主要利用红外传感器作为检测器件，将感测到的人体红外辐射信号转换成电压信号，再经过滤波、放大等信号的处理以及数据采集后，将最终信号传递给单片机处理,实现智能化的报警。传感器采用的是热释电红外传感器，热释电红外传感器有成本低、制作简单、安装方便的优点，有效实现了用户的远程维护和统一管理。本系统的硬件功能主要是用 STC89C52RC 单片机控制各个电路实现的，主要电路有热释电红外探测电路，声光报警电路，数码管显示电路。软件部分主要由 Pro/E 软件绘制原理图以及 PCB 板的封装，利用 Proteus 仿真实现声光报警。关键词：热释电红外；单片机控制；防盗报警；合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）IAbstractSensor technology and single-chip microcomputer technology development and mature of intelligent, automated system to help people accomplish complex, heavy work, greatly save the labor. This system is mainly used in the construction site of guard against theft and alarm equipment.Paper system mainly as the detection devices using infrared sensor, the sensor to the human body infrared radiation signal into a voltage signal, the signal processing such as filtering, amplification, and again after data collection, will eventually signals to single chip processing, realizes the intelligent alarm. Sensor USES the electrolytic infrared sensor, electrolytic infrared sensor (RE200B) has the advantages of low cost, simple production, easy installation, effectively implement the remote maintenance and management of users.System anti interference ability, high sensitivity, install hidden, not found by thieves, to ensure security in the process of safe and reliable.This system consists of hardware part and software part and hardware part is mainly composed of micro-controller STC89C52, electrolytic infrared detection circuit, alarm circuit, display circuit, software part mainly by the Pro/E software rendering principle diagram and PCB packaging, use of Proteus simulation to realize sound and light alarm.Keywords: single chip microcomputer; Infrared sensor; Hydroelectricity; Guard against theft. Call the police;合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）II目 录摘 要 .IAbstract.II目 录 .III1 绪论 .11.1 防盗报警研究背景 .11.2 防盗报警国内外研究现状 .11.3 研究目的与意义 .21.4 本章小结 .32 系统总体设计 .32.1 设计内容及要求 .32.2 设计方案 .32.2.1 硬件设计 .32.2.2 软件设计 .52.3 本章小结 .53 热释电防盗报警系统硬件设计 .63.1 STC89C52 最小系统电路 .63.1.1 时钟电路设计 .63.1.2 复位电路设计 .73.2 热释电红外检测电路 .83.2.1 热释电传感器原理 .83.2.2 电路设计 .93.3 LED 数码管显示电路 .103.4 声光报警电路 .113.5 本章小结 .12合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）III4 软件设计 .124.1 主程序流程图 .124.2 紧急报警流程图 .144.3 本章小结 .155 联调与测试 .155.1 软件仿真 .155.2 硬件设计实现 .185.3 不足与优化 .19结论与展望 .20致谢 .21参考文献 .22附录 A：系统原理图 .23附录 B：系统 PCB 图 .24附录 C：系统源程序 .25合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）01 绪论1.1 防盗报警研究背景科术的迅猛发展给人们经济和生活水平带来提高的同时，也给社会带来了一些不良后果，其中不可避免的就有被拉大的城乡、区域收入差距，迅速增加的流动人口。短时间内难以消除的贫富差距使得盗窃、抢劫的违法事件出现了快速增长的趋势，人们希望自己的财产安全得到保障，渴望生活在一个安全的空间。但犯罪分子作案的手法越发的先进，出现了一些高科技的作案工具，使得安装防盗门窗、靠人防等的防盗方式很难达到效果。电子通讯技术快速的发展，让单片机这一体积小、价格低廉、集成度高、性价比高的芯片被广受关注，现在在各个领域都有很广泛的应用，例如数控机床、智能仪表、工业控制、数据采集和各种家用电器等等。此外，有关家庭、办公室、仓库、工地等处的安全防范和防盗报警系统和装置的也开始不断地被科研单位和厂家开发和重视。这种低成本、高可靠性的智能化防盗报警系统刮起了一场旋风。目前市面上常见的报警器仍然存在一些缺陷，可靠性相对较差、功能比较单一或成本高而难于得到普及。众所周知，红外线具有隐蔽性和保密性的突出优点，因而在防盗、安保系统中得到了比较广泛的应用。其中常见的有被动式（热释电型）红外报警器，也是本篇论文涉及的对象，除此之外还有红外线无线报警器、红外线声光报警器、 触摸式防盗报警器、超声波防盗报警器、高灵敏红外报警器等等。热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件，它的工作原理是热释电效应原理，它通过探测对象与环境的温差来探测目标，具有制作简单，成本低廉，性能比较稳定，灵敏度高，安全可靠等优点。在实际应用中，它也存在着防盗性能减弱，抗干扰的能力减弱等常见问题。根据这种情况，本文设计加入了如单片机最小系统，使红外传感器检测的信号进一步由单片机加工处理，并与计算机通信，从而保证防盗报警系统的实时性、可靠性、准确性，便于多用户统一管理。 1.2 防盗报警国内外研究现状20 世纪初，报警系统就开始在北美出现。在北美接头，报警呼救箱随处可见，当系统呼救时就发出声音报警，附近警察便可以知道报警信息。同时，呼救箱也可以直接连接到附近的警察局，使得报警信息可以传达更远的距离。后来随着通信技术的发展，电报公司也加入这个行业，他们提供远程通信服务，因而使报警信息能传到更加远的地方。但电报方式很难普及，取而代之的电话则成了主要的报警通讯手段。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）1报警行业的发展是以工业技术以及电子通信技术发展为基础的，随着通信技术和微电子技术的快速发展，逐渐出现了智能化算法与先进的微处理技术结合进行实时信号处理判别的探测器，国外很多国家都很注重这方面的开发研究，其中智能监控防盗技术发展领先的要数北美。热释电红外报警器尤其受到关注，因为它特有的隐蔽性，它基于热释电效应原理，以非接触形式检测出人体辐射，它不仅适用于防盗报警场所，同时在对人体伤害极为严重的 、X 射线等场所的自动报警也有应用。20 世纪 30 年代。曾有人提出利用热释电效应原理探测红外辐射的想法，到 20 世纪60 年代，随着红外、激光技术的进步，热释电效应的研究和对热释电晶体的应用才得到了发展。欧美曾经是热释电红外传感器的主要生产者和主要销售市场。到 2006 年，韩国釜山国立大学研发出了基于热释电红外传感器阵列的室内位置检测系统。日本的很多企业也在致力研究和开发各种热释电红外传感器。近年来，美国 SUREN 公司在原来透镜、电路、信号处理方面做了改进，申请了两项专利，推出一款高性能探测器。这些日异月新的国外产品技术和产品对国内防盗探测领域无疑是一个巨大的挑战。在国内，我们使用的防盗报警装置大都是以超声波、主动式红外发射/接收或者微波等技术为基础的，但这些装置有很多缺陷，比如他们成本相对较高且隐蔽性差，准确性也不高。在一般家庭、办公室以及小型场所无法普及。20 世纪 80 年代，国内的被动式报警系统才开始发展起来了。被动式报警系统即是我们所知道的热释电红外传感器，它以非接触形式探测到人体辐射，并将其转换为电压信号，再将电压信号通过单片机等进行处理来驱动各种控制电路，达到想要实现的效果。1.3 研究目的与意义在当今社会人们普遍关心的话题无疑是安全、生产、健康等，其中如何保证建筑工地的人身安全、财产安全问题是施工单位和领导关心的重中之重，高性能的防盗报警系统在维护国家、机构、工厂仓库以及工地设备的财产安全上发挥着越来越重要的作用。加之目前市场上报警器存在一些缺陷。本设计中采用的防盗报警装置是利用热释电效应的热释电红外传感器，它可以通过非接触的形式探测到人体辐射的红外线波长，再将其转换成电压信号输出。热释电红外传感器具有安装简单，实时性强，隐蔽性好，灵敏度高等优点，且价格低廉，容易普及。1.4 本章小结本章主要说明了随着科学技术的快速发展使得人们经济水平很大的提高，经济增长合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）2带来的贫富差距短时间内难以消除的现状，使得盗窃、抢劫等违法事件不断增多，家庭，企业，超市等都出现了盗窃事件。本论文研究的系统是关于保障建筑工地材料、大型设备等的安全的。在众多防盗报警装置中，热释电红外传感器以其低成本，高性能，隐蔽性强，实时性好等优点脱颖而出，称为当下炙手可热的防盗系统。2 系统总体设计2.1 设计内容及要求(1)本系统设计包括软件电路设计和硬件功能实现两个部分。利用软件做出原理图，进行仿真，再根据可实现度完成实物的焊接。(2)本系统电路组成主要有热释电红外探测电路、单片机最小系统电路、声光报警电路、数码管显示电路。相应完成信号采集、处理、报警、显示等功能。(3)系统要求实现的功能：当有人进入布防区域内时，人体发射的红外辐射信号被热式电元接收，红外探头将人体辐射的红外信号转换为电信号，红外探头输出的是低电平信号，低电平被送至 STC89C52 单片机，经由单片机处理运算后驱动电路执行声光报警功能。(4)热释电红外报警系统抗干扰能力强、隐蔽性好、灵敏度高、安装方便、传输距离远、实用性。设计要点：一是能准确判断是否有人进入；二是尽量加大防盗报警范围；三是报警系统设置布防状态外。2.2 设计方案本系统是由系统软件控制硬件电路实现工作的的。在布防状态下，数码管显示“b”，布防时间是 30 秒，这段时间可以用来让我们控制人员离开布防区域。具体时间可根据具体情况设计，当然也可以通过外接线使控制区域和探测区域分开。让探测更精确。红外传感器把检测到的人体红外辐射信号转换成电信号输出，送至 STC89C52 单片机。单片机经软件查询、处理等过程，发出执行信号，驱动电路接收到信号是，执行相应动作，完成声光报警。报警信号也可通过撤防键停止，撤防键按下，数码管显示字母“c”。也可以通过单片机复位按钮终止报警。同时，系统还有紧急报警按钮（测试键），当在布防状态下，此时传感器没有检测到外来信号，可以手动进行报警。2.2.1 硬件设计本系统硬件电路部分主要有单片机最小系统控制电路、探测电路、声光报警电路、显示电路。本系统选用的单片机为 STC89C52，传感器选择的是热释电红外传感器，显示合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）3电路采用的是 LED 数码管显示，声光报警电路采用的是二极管以及蜂鸣器进行声光报警。硬件框图如下：S T C 8 9 C 5 2最 小 系 统检 测 电 路驱 动 数 码 管 显 示发 光 报 警驱 动驱 动声 音 报 警图 2-1 硬件设计框图（1）单片机简介STC89C52 是 STC 公司生产的一种高性能、低功耗、CMOS 八位微控制器，它具有 8K 系统在线可重复编程、快速擦除快速 Flash 存储器，能使数据保存十年之久。STC89C52使用经典的 MCS-51 内核，与 MCS-51 系列单片机在引脚和指令系统上完全的兼容，完全可以代替传统 51 单片机，同时在原来基础上做了很多的改进，功能更多、更优越。STC89C52 芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。P0 口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。引脚图如下： XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J4STC89C52图 2-2 STC89C52 引脚图合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）4具有如下标准功能： 8K 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35MHz，6T/12T 可选。（2）热释电红外传感器简介热释电红外线传感器相对于之前的红外传感器来说是一种被动式的自动调整器件，自身不需要发射红外辐射，而是通过检测外界的红外热量变化来进行探测的。它具有价格低，性能稳定，靠靠性高的优点，是一种新型高灵敏度探测器件，备受广大用户的喜爱和追捧。常用的热释电红外传感器型号主要有KDS209、LHI958、LHI954、LHI878、RE200B 等。如图 2-2 所示为热释电传感器内部电路结构。VCCA 1V02RR1 3RC1 4RC25RR2 6VSS 7VRF8VC9IB10 VDD11OUT212 IN2-13IN1+14 IN1-15OUT116BIS0001 SW1R9 470R10R11R12 1MR1310kR14 2MR1547kR16 5.1kR171MR185.1kR1947kC30.01ufC4 0.01ufC5 0.01ufC6 C7+C310uf+C547uDSGOUT图 2-2 热释电传感器内部电路结构2.2.2 软件设计软件设计主要现由 Proteus 仿真软件观察电路设计是否能实现，在经过 Kiel 进行软件编程来控制电路实现相应的功能，经过多次调试和改编，最终完成了仿真过程。系统程序实现功能：当有人进入布防区域时，热释电传感器立马探测到辐射信号，经过加工处理输出电信号给单片机控制系统，昌盛驱动信号声光报警电路执行报警功能，当发现报警后可以按下撤防键解除报警，同时可按下布防，检测下一次报警。系统也可以进行手动报警，当传感器出现故障或者特殊情况时，可以手动按下测试键进行紧急报警吗，但是这种报警必须在系统处于布防状态才有效。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）52.3 本章小结本章主要介绍了系统的设计内容和实现的功能，简要概述了系统的硬件组成部分，介绍了所选取的单片机 STC89C52 的结构、功能以及优点，热释电红外出传感器工作的原理和所具有的优点等等。本报警系统是利用单片机软件程序控制硬件电路来执行功能的。3 热释电防盗报警系统硬件设计本设计的控制主体是单片机 STC89C52，其他实现的功能电路都是利用单片机进行设计的。单片机最小系统电路是与单片机 XTAL1、XTAL2 以及 RST 引脚相接；红外检测电路与单片机 P1.0 引脚相接；声光报警电路是通过与单片机的 P1.3 引脚实现的；按键控制电路是通过与单片机 P1.0、P1.1、P1.2 相连接实现的，显示电路是通过与单片机的 P2口相连接实现的。3.1 STC89C52 最小系统电路STC89C52 单片机是系统的“大脑”，用来处理信号，安排任务，实现任务的。单片机的完整性离不开最小系统，单片机的最小系统由复位电路、时钟电路组成的。3.1.1 时钟电路设计单片机的时钟电路可以说是单片机的源泉，因为它时钟振荡产生的序列脉冲驱动单片机的 CPU 等单元进行工作。晶体振荡器、晶振控制芯片和电容组成了时钟电路。XTAL1是反向放大器的输入，XTAL2 为输出。本系统的采用的是片内振荡器，因此石晶振荡和陶瓷振荡都需要接采用。如果采用的是外部时钟源驱动，则不接 XTAL2。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，一个振荡周为 1/12us，因此一个机器周期为 1us。如下图 3-4 所示为时钟电路图。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）6XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52C1 30uFC2 30uFY112MHZ图 3-2 时钟电路3.1.2 复位电路设计时钟电路开始工作以后, 单片机的 RESET 端只要连续给出 2 个机器周期的高电平就可以完成单片机的复位操作。复位方法一般有上复位和外部手动复位两种方式。上电复位原理：在单片机刚通上电，这一瞬间电容的充电电流最大，电容相当于短路，此时 RST 端为高电平，单片机即可自动复位；电容两端的电压等于电源电压时，充电电流为零，这时候电容相当于开路，RST 端为低电平，程序正常运行。因此上电复位所需的最短时间是在振荡器振荡建立时间再加 2 个机器周期。R31+ C322uFVCCRSTU1STC89C52图 3-1 上电复位手动复位原理：单片机首先会有一个上电复位，当按下按键时，RST 端直接与 VCC 相连变成高电平，完成复位，同时电解电容被路，进行放电；当按键松开时，电容开始充电，RST 依然为高电平，还是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST 为低电平，程序合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）7正常工作。R310S2 + C310uFVCCRSTU1STC89C52图 3-2 手动复位本篇设计采用的是手动复位。当外部需要复位时，按下复位按钮 S1 即可实现复位目的。如下图 3-3 为系统最小系统电路。XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R310C1 30uFC2 30uFY112MHZS2VCC+C310uF图 3-3 本系统最小系统电路3.2 热释电红外检测电路3.2.1 热释电传感器原理 热释电红外传感器探测的是人体辐射的红外线，探测到的红外热辐射通过菲涅尔透镜增强后被传到热释电元件，利用热释电元件在接收到人体的红外辐射后会电荷失衡向合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）8外释放电荷实物原理，让接下来的比较放大电路以及后续电路可以检测到电荷变化后，对信号进行加工处理，输出一个电压信号。热释电元件是红外感应的探头。热释电元件对波长为 1Om 左右的红外热辐射很敏感，而人体的体恒定温度一般为 37 度，可以发射出波长为 1Om 左右的红外热辐射，所以热释电对于人体的探测很敏感。热释电红外传感器主要由传感探测元、场效应管、光学滤镜、偏置电阻和 EMI 电容等器件组成。它利用热释电材料极化会随温度变化的特性来探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法来抑制干扰，以提高传感器的工作温度。D 端（DRAIN)接电源正极，G 端（GROUND)接电源负极，S 端（SOURCE）为信号输出。热释电红外传感器的三个引脚如图3-3 所示。123J 2R E 2 0 0 BGDS图 3-3 外接引脚3.2.2 电路设计由于红外传感电路不是本设计重点部分，所以本设计传感器部分采用的是热释电集成模块，引出三个引脚与单片机相应的引脚相连，完成功能。如下图所示为热释电红外检测电路。XTAL119XTAL218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78PSEN29ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R12.2kQ19013123J2传传传传传传传传GDSGDSR210kVCC图 3-4 热释电红外检测电路合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）93.3 按键控制电路按键电路由“测试按钮”、“布防按钮”、“撤防按钮”组成，测试按钮是在布防状态下需要紧急报警时，按下测试键即可报警，增加了系统的安全可靠性；布防按钮是整个系统的枢纽，当布防按钮按下时，数码管显示字母“b”，布防时间是 30S，可以重复按布防按钮，不累计。系统进入检测状态，对于检测到的报警信号才进行处理。撤防按钮按下后，数码管显示字母“c”，声光报警结束，当需要报警时需再次按下布防按钮。XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52S3S4S5VCC测 试布 防撤 防图 3-5 按键控制电路3.4 LED 数码管显示电路数码管按段数可以分为七段数码管和八段数码管，八段数码管与七段数码管区别在于 ，前者多一个发光二极管显示小数点；按照一个八段或者七段数码管算一位的话。数码管可分为 1 位、2 位、4 位等；按发光二极管单元连接方式来分类，有共阳极数码管和共阴极数码管两种。前者的所有发光二极管的阳极接在一起形成公共端(COM)，后者的所有发光二极管的阴极接到一起形成公共极端(COM)。在应用时，若要显示某一字段，共阳数码管的公共端（COM）接高电平（+5V），就使相应字段发光二极管的阴极接低电平，高电平不显示；而共阴数码管的公共极 COM 接地线（GND），使相应字段发光二极管的阴极接高电平即可，低电平不显示。本设计用的是八段共阳数码管接单片机 P2 引脚实现功能，不使用小数点，将小数点DP 接地。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）10XTAL119XTAL218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78PSEN29ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52VCCabfcgde1234567abcdefg8dp dpVCC9DS1DPY_7-SEG_DP图 3-5 LED 数码管显示电路3.5 声光报警电路设计本 设 计 的 声 光 报 警 电 路 是 有 发 光 二 极 管 和 蜂 鸣 器 加 驱 动 组 合 电 路 组 成 。 发光报警利用发光二极管接上一个电阻，然后再与单片机的 P1.3 引脚相连，外接 VCC。当单片机的 P1.0 引脚被置为低电平后，图中发光二极管被点亮，蜂鸣器报警。发 光 二 极 管 的 原 理 是 化 合 物 中 带 负 电 的 电 子 与 与 带 正 电 的 空 穴 复 合 时 可 以 辐 射出 可 见 光 ， 简 写 为 LED。 发 光 二 极 管 与 普 通 二 极 管 一 样 是 由 一 个 PN 结 组 成 ， 也 具有 单 向 导 电 性 。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，利用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中。蜂鸣器的分类有有源蜂鸣器和无源蜂鸣器之分。这里的“源”指的是震荡源，有源蜂鸣器内部带有震荡源，只要一通电就会发声；无源内部则不带震荡源，直流信号不能使他发声，必须使用 2K-5K 的方波去驱动。有源蜂鸣器的程序控制比较方便，所以本设计采用的则是有源蜂鸣器。如下图 3-7 所示，用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机的 P3.1 引脚上，外接VCC 组成声音报警电路。当 TXD 引脚被置高电平后，蜂鸣器立刻发声报警。如下图所示为声光报警电路。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）11XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R42.2kR52.2kD1 LEDU1BUZZERVCCQ29012图 3-5 蜂鸣器报警电路3.6 本章小结本章主要介绍了系统的硬件设计部分，包括系统的外围电路的设计以及功能的实现。分别介绍了各电路中的元件以及使用原理，每个电路是如何与单片机连接来实现功能的。硬件设计是一个系统最基本、首要的环节。同时硬件电路的设计也是和软件密不可分的。下面介绍系统软件设计部分。4 软件设计4.1 主程序流程图程序实现功能：传感器检测是否有信号，当在布防状态下是，传感器将检测到的红外信号转化成电信号输入到单片机，经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，当发现报警后，可以通过手动撤防按键来解除报警,之后控制人员可根据报警情况来处理之后的事情。此外本系统也可以进行紧急报警，在布防状态下，按下测试键，系统也会相应产生声光报警。这也提高了本系统设计的可靠性和人性化的特点。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）12开 始检 测 有 无 信 号系 统 初 始 化是 否 有 布 防 信 号是 否 有 撤 防 信 号布 防 程 序启 动 声 光 报 警是 否 按 下 撤 防 键结 束结 束 报 警NYNYNYYN图 4-1 程序流程图合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）134.2 紧急报警流程图当在布防状态下时，若系统没有检测到有报警信号，但急需报警时，可手动按下“测试按钮”进行紧急报警。当需要停止报警时，按下撤防按钮即可。紧急报警流程图如下：开 始进 入 布 防 状 态检 测 是 否 有 信 号按 下 测 试 按 钮启 动 声 光 报 警结 束是 否 按 下 撤 防 键停 止 报 警NYNY图 4-2 紧急报警流程图合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）144.3 本章小结本章主要介绍了系统软件设计流程，可以简而易懂的了解系统的工作原理，更好地帮助编程，让读者更容易理解设计的原理和过程。5 联调与测试5.1 软件仿真本次硬件设计过程是经过制作原理图、导入 PCB、焊制电路板以及烧写程序等一一完成的。设计原理是：开机等待布防键按下，数码管不显示；按下布防键后数码管显示字母 “b” ，大约 30 秒，之后数码管显示熄灭，进入布防状态（从按下按键到 30 秒计时到，可以重复按下布防键延长计时时间，不累计，指示重新计时 30 秒。也可按下撤防键取消布防）；数码管“b”熄灭，进入布防状态；感应模块感应到信号时，数码管显示数字 “-” 蜂鸣器和小灯声光报警；按下撤防键，数码管显示字母 “c” ，蜂鸣器停止鸣响，系统进入等待布防状态；当系统处于布防状态时，可以按下测试键（紧急报警）开启报警，此时蜂鸣器和小灯声光报警，数码管显示数字 “-” 。由于在仿真电路中，protues 中没有传感器件，但根据其原理，传感器传送给单片机的信号是低电平，所以采用按钮来代替也是可以的。如下图 5-1 所示是未工作状态下的仿真图。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）15图 5-1 防盗报警仿真图当按下布防按钮后，数码管显示字母b，进入布防状态。从按下按键到 30 秒计时到，可以重复按下布防键延长计时时间（不累计），指示重新计时 30 秒。也可按下撤销键取消布防。如下图 5-2 所示是系统布防状态下的仿真图。图5-2 布防状态仿真图当测试键按下后，单片机 P1.0 引脚接收到低电平信号，进行加工处理，从而控制蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，此时数码管一直显示-符号，知道报警被停止。此时可以通过撤防按钮解除报警，也可以通过复位按钮，将系统状态初始化。如下图 5-3所示，声光报警图。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）16如图5-3 报警状态仿真图当按下撤防按钮后，如图 5-4 数码管显示字母“c”。如图5-4 撤防状态仿真图5.2 硬件设计实现本系统在进行仿真后可以实现，为了设计的完整性，则进行了实物的焊接。通过protel 的原理图更新到 PCB，进行重新排列，布线，修改完成 PCB 的封装，接着根据 PCB进行事物的摆放和焊接。焊接的过程中注意有的元件有正负极，例如蜂鸣器、发光二极管、极性电容。在焊接反了。可能导致功能无法实现。如下图所示是我的焊接过程。图 5-3 元件材料合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）17下图是焊接好的实物，将程序烧写进单片机，不断地进行调试与完善，最终达到预想的想过。基本元件都显示在外侧，传感器，声光报警电路，数码管，按键电路等。其中按键从左到右依次是：测试键、布防键、撤防键、复位键。下图时按下布防键后，数码管显示字母“b”。图 5-4 实物布防状态图当布防时间 30 秒过后，数码管不显示，此时若传感器探测到外界信号就会开始声光报警。如下左图所示，此时数码管显示字符“-”，当需要停止报警时，按下撤防键，报警停止，数码管显示字母“c”，如右下图所示。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）18图 5-5 实物报警与撤防状态图5.3 不足与优化本系统刚开始的设计中只加入了一个发光二极管报警和声音报警电路来实现报警功能，没有 LED 数码管显示电路，没有布防、撤防和紧急报警的功能，电路只能实现基本的报警功能。在后面的改善中，经过仿真可以实现后，加入了数码管显示电路，增加了布防按键，让系统更加的可靠，布防时间 30 秒，设计人员也可以根据自己的需要来改变时间，这里的布防增加也可以当做一个延时，让控制人员不影响传感器的工作，当然在实际应用中利用导线也可实现。此外系统还增加了紧急报警功能，和红外传感器连接在单片机的同一个引脚，当传感器产生故障，或者有紧急状况发生时，控制人员可以通过测试按钮进行紧急报警，提高安全性。这样的设计使系统更加的人性化，但系统人仍然存在很多的不足，我会在日后的学习中继续改善。5.4 本章小结本章主要介绍了系统硬件电路与编程电路各自的调试和检测以及软硬结合以后系统能否实现设计的要求，在做了不断的改善和增强之后，最终完成报警系统设计的过程。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）19结论与展望本课题研究设计了一种工地用的简易防盗报警系统。在经济飞速发展的时代，贫富差距也在不断拉大，导致了盗窃事件频繁发生，从开始的小偷小摸，到现在盗贼的左岸范围也在变大。工地上的电器设备、建筑材料等等出现了盗窃现象，工地的安全性一直是我们关注的热点。本防盗报警系统以 STC89C52 单片机为系统控制核心，采用的是被动式红传感器作为检测器件，即热释电红外传感器。它是以非接触方式探测人体发出的红外热辐射，并将其转换为电信号输出，同时它还抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。当有人进入探测区范围内后，传感器将检测到人体红外热辐射信号转换为电压信号，通过比较、放大电路以及反相器将信号传递给单片机，经过单片机内部软件编程处理后，输本系统操作简单、成本低廉、安装方便、智能性高、误报率低等优点，给用户带来了很多的便利。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和机通信，便于多用户统一管理。本次设计还存在一些不足，但随着及科学技术的快速发展，我相信热释电红外报警系统将会更进一步的发展，会应用到更广阔的领域。致谢在本次毕业设计结束之际，我要发表一下自己的感想，说说我心中感谢的话和感谢的人。在刚开始的时候真的不知所措，万事开头难，不知道自己究竟可以选什么题目。合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）20后来我们咨询了王老师，在他的详细询问了我们的自身的能力状况和资源现状之后，给我们几个题目现在的题目。接下来的时间里，王老师总是传一些相关的学习资料给我们，让我们可以多学习点相关知识，以便可以对设计得心应手。后来我们成立了学习小组，定期的制定目标，然后完成目标，发现问题，解决问题。在这种集体式的学习之下，我们每个人的进度都很快。王老师总是细心的给我们解答我们的疑惑。后面我们需要焊接实物，王老师为我们向学院申请材料，给我们提供给各种帮助，只要我们可以做的更好，有更好的想法，只要是为了做出更好的设计，王老师都会竟可能的满足我们。我真的非常感谢我的指导老师王老师以及过我的同学们。王老师广博的知识、严谨教学、丰富的实践经验以及灵活的教学方法让我很是钦佩，老师一丝不苟的指导和孜孜不倦的教诲让我不断地成长，让我学到了很多以前没有接触过的东西。同时，同学的互相帮助也让我很感动，团队的力量是巨大的，遇到问题就解决问题，增强了和同学之间的友谊。再次感谢所有帮助过我的老师和同学们，你们让我受益匪浅，感恩！作者：马兴芳2015 年 月 日合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）21参考文献1 卢鸣，王萍，郭艳多路热释电红外智能检测报警装置J微处理机，2006(6)：107-1132 吴英才，林华清热释电红外传感器在防盗系统中的应用J传感器技术，2002，21(7)：47483 闫军.国外热释电红外传感器的开发应用J.世界产品与技术,1993,71(6):15. 4 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报, 2001.5 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.6 余锡存单片机原理及接口技术M西安：西安电子科技大学出版社，20007 唐桃波，陈玉林基于 AT89C5l 的智能无线安防报警J电子设计应用，2003，5(6)：49-518 李全利单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，20049 黄智伟.传感器应用设计实例制作.北京：电子工业出版社 2006.410 唐桃波，陈玉林. 基于 AT89S51 的智能无线安防报警器 J.电子设计应用 ,2003, : 4951.11 房汉雄，王艳春.基于 51 系列单片机的被动式热释电型红外防盗报警器的设计J,齐齐哈尔大学学报.2008,1(24):41.12 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S+C3 10uFR2 10kS1VCCS3 S4 S5VCCQ2 9012abfcg de1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpVCC9DS1 DPY_7-SEG_DP测试 布防 撤防复位声光报警电路数码管显示电路合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）23附录 B：系统 PCB 图合肥师范学院 2015 届本科毕业论文（设计）24附录 C：系统源程序#i