最新版基于单片机的防盗报警电路的设计与制作毕业设计.docx
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最新版基于单片机的防盗报警电路的设计与制作毕业设计
题目基于单片机的防盗报警电路的设计与制作
所在学院物理与电信工程学院
专业班级通信工程专业1103班
指导教师李翠华
完成地点物理与电信工程学院实验室
2015年6月4日
毕业论文﹙设计﹚任务书
院（系）物理与电信工程学院专业班级通信1103班学生姓名赵文
一、毕业论文﹙设计﹚题目基于单片机的防盗报警电路的设计与制作
二、毕业论文﹙设计﹚工作自2014年12月9日起至2015年6月20日止
三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:
物理与电信工程学院实验室
四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：
本设计根据需求设计一个基于红外传感器、GSM网络及短消息平台上的家庭防盗报警系统，完成远程家庭防盗报警。
要求系统设计简单、成本低、安装方便。
而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。
成果形式：
实验样机一套。
毕业设计进度安排:
1.1─3.1：
查阅资料（参考文献不少于10篇），进行方案论证，完成开题报告；
3.2─3.31：
完成不少于3000字的外文翻译，设计硬件电路，编写软件、调试仿真及单元电路调试；
4.1─4.30：
样机调试；
5.1─5.20：
完善系统调试，撰写论文，准备毕业设计验收等工作；
5.21-6.10：
整理资料，修改论文，准备毕业答辩。
指导教师系（教研室）通信教研室
系（教研室）主任签名批准日期
接受论文（设计）任务开始执行日期学生签名
基于单片机的防盗报警电路的设计与制作
赵文
（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1103班，陕西汉中723003）
指导教师：
李翠华
[摘要]在经济蓬勃发展的今天，财产安全和人身安全都成为人们越来越重视的问题，那么针对安全问题，越来越多的防盗报警系统也层出不穷，所以此次设计就从价格、便捷以及实用的角度完成了基于单片机的防盗报警电路的设计与制作。
本设计主要为五个模块，分别为控制模块，红外人体检测模块以及GSM模块和声音报警、光报警模块。
首先由人体红外传感器检测非法入侵信号，将检测到的信号转化为电信号并传送给STC89C52单片机处理，再由单片机将电信号传送给GSM模块驱动其发送短信报警并使得蜂鸣器报警和二极管发光报警。
该系统具有轻便灵巧、电路简单易实现，成本低以及可靠性高的特点。
[关键词]STC89C52单片机;GSM模块；热释红外电模块;声光报警模块
Microcontroller-basedanti-theftalarmcircuitdesignandproduction
ZhaoWen
（Grade10,Class4,MajorofCommunicationEngineering，SchoolofPhysicsandTutor:
LiCuiHua
[Abstract]Inastrongandprosperouseconomictime,humanbeingspaymoreandmoreattentionstopropertyandpersonalsafety,thenforsecurityissues,agrowingnumberofanti-theftalarmsystemareendless,sothisdesignisfromtheprice,conwenientandpracticalanglecompletemicrocontroller-basedanti-theftalarmcircuitdesignandproduction.Thedesignisdevidedintofivemodules,namelythecontrolmodule,infradebodydetectionmoduleandGSMmodule,soundandlightalarmmodule.First,thehumanbodyinfraredsensorsdetectillegalintrusionsensorsignal,thesignalisconvertedintoanelectricalsignaldetectedandtransmittedtothemicrocontrollerprocessing,andthentheelectricalsignalsfromthemicrocontrollertotheGSMmodulesdriversendsalarmmessagesandmakebuzzeralarmandlight-emittingdiodesCallthepolice.Thesystemhasaportablesmartcircuitissimpleandeasytoachieve,includingortypesofcomponentsusedinthedesignofthecircuithasahighsensitivity.
[Keyword]STC89C52microcontroller;GSMmodule;pyroelectricinfraredelectricalmodule
1.绪论
1.1课题背景
在社会经济的不断发展下，人民生活水平的不断提高，自然而然使得财产安全成为社会发展的重中之重，在此基础上，人们对其住宅的安全要求也越来越高，这主要表现在他们不仅希望拥有舒适、温馨的住所，还对住所防盗系统的安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。
我们都知道，在现代技术高速发展的今天，犯罪更趋智能化[1]，手段更加隐蔽。
那么，财产安全问题仅靠小区治安或者防盗门的防范已经不能满足人们的需求了。
至此，人们迫切需要一种智能的家庭安全防范报警系统，既能可靠地进行日常安全防范工作，又能及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。
在如今这样一个电子通讯技术飞速发展的时代，单片机以其体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已经越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日程生活等很多领域，可以说单片机的应用已经渗透到人类的生活，工作的每一个角落，这说明它和我们每一个人的生活工作密切相关。
因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种低价位、运行可靠的智能型报警系统，对盗窃行为进行报警并通知安保人员进行处理已经势在必行。
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，红外探测由于价格低廉、技术性能稳定，更是受到很多专业人士的欢迎[2]。
而且红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛地应用，由于它是不可见光，因此用它做防盗报警器，并具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用。
同比国外的防盗报警器，国内的报警器基本都是以超声波、红外发射/接收以及微波等技术为基础，从单一封闭式、被动型安全防范模式向多元化、综合化、电控化以及红外报警处理方向发展。
红外报警大多数采用国外先进技术，其功能也非常先进。
其中包括被动式热电偶型红外报警器、红外监测无线报警器、红外线防盗报警器、高灵敏红外报警器、触摸式延时防盗报警器、触摸式防盗报警器、红外遥控报警器、红外线声光报警器等等。
目前国际上应用最多的是主动红外对射总线的制报警主机的方式，这种方式具有技术成熟、可靠性强、易扩展、操作简便、经济性好等优点。
1.2红外传感器的发展趋势及应用
利用红外辐射实现相关物理量测量的传感技术，即为红外传感技术。
红外传感器技术是近年来发展最快的技术之一，红外传感器目前已广泛应用于航空航天、天文、气象、军事、工业和民用等众多领域，起着不可替代的重要作用。
红外线，实质上是一种电磁辐射波，其波长范围大致在0.78m～1000m频谱范围内，因其是位于可见光中红光以外的光线，故而得名为红外线。
任何温度高于绝对零度的物体，都会向外部空间以红外线的方式辐射能量。
其中，利用红外传感技术制作的热释红外传感器主要由高热系数的钴钛酸铅系陶瓷以及钽酸理、硫酸三甘钛等配合滤光镜片窗口组成，它以非接触形式，检测出物体放射出来的红外能量变化，并将其转换成电信号输出[3]。
近年来，红外传感器的发展趋势主要集中体现在以下几个方面：
1）、新型材料和处理技术的发展
用新型材料和处理技术，使得传感器的红外探测率提高，响应波长增大，响应时间缩短，像素灵敏度和像素密度更高，抗干扰性能提高，生产成本降低。
如Pyreos和Irisys公司已推出薄膜和陶瓷混合的新型热释电敏感技术，使得敏感元件可以实现阵列化。
2）、传感器的大型化和多功能化
随着微电子技术的发展和传感器的应用领域的不断扩大，红外传感器正从小型、单一功能，向大型化、多功能化方向发展。
如国外所研制的大型红外传感器（1616到6464像素）除可进行温度场测量外，还可获得先进的、小型红外传感器所不具有的人体探测功能（即可精确定位个人在空间中的位置，即使人不活动，也可识别出）或大型区域的安全监视等功能，十分适宜于家庭自动化、医疗保健、安全防护等场合的应用。
此外，新型多光谱传感器的研制，也大大改善了红
外成像阵列的功能性。
3）、传感器的智能化
新型的智能红外传感器通常内置多个微处理器，具备傅里叶变换、小波变换等先进数字信号处理或补偿功能，自诊断功能，双向数字通信等功能，使得传感器的稳定性、可靠性、信噪比、便利性等性能大大提高。
4）、传感器的进一步微型化、集成化
采用片上集成技术（包括盲元替代、非均匀性校正、部分图像处理功能等）和其它新的器件结构及新的制造工艺技术，在MEMS（微机电系统），甚至基于纳米科技的NEMS（纳机电系统）推动下，红外传感器尺寸大为缩小，功耗大大降低，集成度显著提高。
由于红外传感器的优越性能，许多主流仪表研究单位和生产制造商对它的研发投入也越来越高。
红外传感器主要应用领域如下介绍：
1）、市场研究机构发表的最新红外线感测器（IRdetectors）技术与市场趋势报告指出，智慧建筑自动化及行动装置温度感测等新兴应用，将成为红外线感测器市场成长新动力。
2）、应用于消费性行动装置的小型红外线感测器──例如手机跟平板装置新增内部及现场温度红外线单一画素感测功能，若是能采用晶圆级封装技术，可以产出更低廉，更小巧的感测器；
光是手机及平板大量内建红外线感测器的趋势，便有可能在2018年左右增加3，000万美元的市场规模。
3）、中型红外线阵列感测器已成功打入住宅及汽车的空调，暖气及通风系统；预估将来若产品价格更亲民，在零售及居家电气应用也大有可为。
4）、大型红外线阵列感测器（32x32像素或以上）的未来市场是智慧型住宅所需的多元感测装置，虽然这个市场客户能负担较高费用，不过产品的普及仍然有赖价格的下降。
1.3设计目的及任务
1）、设计目的：
（1）充分利用单片机的功能及编程完成控制任务；
（2）学习各模块的重点，并很好的完成模块间的连接，完成设计；
（3）总结设计，完成论文1篇；
2）、设计任务：
设计一防盗报警系统，此系统应用红外传感器检测非法入侵信号，并应用单片机控制启动本地声、光报警，同时实现远程无线报警，要求系统性能可靠，成本低，适用于家居安防工程。
2系统方案论证
2.1方案论证和选择
根据设计要求，大致将模块分为三大部分，分别为检测模块、控制模块和报警模块。
其中报警模块分为GSM报警电路、声光报警电路。
具体系统结构如图2.1所示：
图2.1系统结构图
2.1.1传感器模块论证
方案一：
选用人体红外热释电传感器探头。
它的优点是造价低，性能优良，功耗小,但其易受各种热源、光源干扰，而且传输距离只有一米左右，距离较短，不符合题目要求。
再加上自己对其了解不够充分，若自己设计外围电路，容易出错，性能可能不稳定，调试问题也不好解决。
方案二：
选用人体红外热释电传感器模块[4]。
不仅性能稳定，体积小，外型美观，更主要的是装有菲涅尔透镜，使得检测范围较宽，而且价格不高，三线引脚，输出距离可控，应用、编程简单方便。
故本模块选用方案二。
2.1.2控制模块论证
方案一:
采用SPCE061A单片机来实现，此单片机I/O接口比较多，虽然易于扩展外围电路，但不方便位寻址，且没有总线。
开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可以用于语音采集和播报。
但因为占用内存太大，而且没有接触过,所以其内部开发函数不是很了然，价格又比较贵，不经济。
方案二：
采用现在比较通用的STC89C52系列单片机。
52系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，虽然处理速度不是很快，但资料丰富，系列之52单片机，内部集成8kflash空间，256BRAM区，足以实现设计程序，不需要外扩，而且其最小系统板已经设计好，不需要附加太多的外围电路，可以方便可靠的使用。
综合考虑我们选用方案二。
2.2本设计方案
本设计主要为三个模块，分别为热释电红外人体检测模块、控制模块以及报警模块。
首先由人体红外感应传感器检测非法入侵信号，然后将检测到的信号通过内部信号电路经过两极放大和处理后,将其转化为数字信号并传送给控制核心STC89C52单片机处理，再由其将数字信号传送给GSM模块驱动其发送短信报警,以及促使蜂鸣器报警和二极管发光报警。
该系统具有轻便灵巧、电路简单易实现的特点。
3硬件电路设计
3.1传感器工作原理
热释电传感器具有成本低、不需要用红外线或电磁波等发射源、灵敏度高、可流动安装等特点。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号。
实际使用时，在热释电传感器前需安装菲涅尔透镜，这样可大大提高接收灵敏度，增加检测距离及范围。
因为实验证明，热释电红外传感器若不加菲涅尔透镜，则其检测距离仅为2m作用；而配上菲涅尔透镜后，其检测距离可增加到10m以上,较符合设计目的[5]。
并且由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小（小于1mv），不能直接作为照明系统的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。
根据功能要求，人体热释电检测电路组成框图如3.1所示：
图3.1热释电检测电路组成框图
其中Vi为控制信号，接到单片机的中断0端口。
3.1.1菲涅尔透镜
菲涅尔透镜（如图3.2所示），又叫做螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀•菲涅尔（Augustin•Fresnel）发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计是用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统——灯塔透镜。
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，当然也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的。
透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。
图3.2菲涅尔透镜
菲涅尔透镜作用有两个：
一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。
其原理如下：
假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：
透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。
如图3.3所示：
图3.3传统透镜到菲涅尔透镜结构的变化
另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。
如图3.4所示：
图3.4塌陷到平面示意图
从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线，每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。
每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光，这种透镜还能够消除部分球形像差。
菲涅尔透镜的原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。
它也有类似于透镜的成像公式，式中为光源到波带的距离，为透镜中心到像点的距离（透镜半径、为波带数、为入射光波长）。
但波带片与透镜有个重要的区别，即一个波带片有很多焦点，上式给出的是它的主焦点，除此之外，还有一系列的次焦点，在其对称位置（即）还存在着一系列虚焦点[6]。
3.1.2红外热式电感应模块
通过上述介绍可知，热释电红外传感模块是一种能检测人或物体所发射的红外线而输出电信号的传感器，型号为HC-SR501，外形图如图3.5所示：
图3.5热释电红外传感模块外形图
由图3.5可知，HC-SR501（为上图中黄色的元器件）具有延时调节和距离调节的作用。
为检测准确起见，将红外检测模块配有360度菲涅尔透镜，模块背面焊有高电平、低电平以及输出端三个端口。
所用人体热释红外模块采用低功耗稳压器件7133A-1，可以保证在很宽的输入电压下稳定提供3.3V的工作电压，确保模块能正常工作。
模块有三个输出脚，标有OUT的是输出脚。
而且，上图中右上角的三个排线是一个检测方式切换跳线，上面是L,底下是H，当中间和H相连为可重复触发方式，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，知道人离开后才延迟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迟时间的起始点）；切换为中间和L连接时，为不可重复触发模式，这种模式下感应输出高电平后，延时时间段结束，输出将自动从高电平变为低电平。
其中，红外传感器参数如表3.1所示：
表3.1红外传感器技术参数
产品型号
HC-SR501
工作电压范围
直流电压4.5-20V
静态电流
<50uA
电平输出
高3.3V/低0V
触发方式
L不可重复触发H重复触发
延时时间
5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟
封锁时间
2.5S（默认）可制作范围零点几秒-几十秒
电路板外形尺寸
32mm*24mm
感应角度
<100度锥角
工作范围
-15—+70度
感应透镜尺寸
直径：
23mm（默认）
3.1.3信号处理电路
本设计采用BIS0001来完成对热释电传感器输出信号的处理。
1）BIS0001简介及工作原理
BISS0001是一款:
有较高性能的传感信号处理集成电路，它是以热释电红外传感器和少量外界元器件构成被动式的热释电红外开关。
它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的国道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统[7]。
BIS0001芯片管脚如图3.6所示:
BISS0001也具有具有以下特点：
（1）数模混合;
（2）具有独立的高输入阻抗运算放大器；
（3）内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰；
（4）内设延时时间定时器和封锁时间定时器；
（5）采用16脚DIP封装。
图3.6BIS0001芯片管脚图
BIS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。
它通过放大器将传感器信号进行放大，通过比较器等使信号能够稳定的输出到单片机中。
2）信号处理电路
图3.7BIS0001内部电路图图3.8典型应用电路电路
BISS0001的典型应用电路如图3.8所示。
结合图3.7讲，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。
R3为光敏电阻，用来检测环境照度。
当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。
SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。
输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx≈24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti≈24xR10C6。
在信号处理电路中经常用到放大电路，它可以将微弱信号通过晶体管效应放大从而方便对输入的信号进行各种处理。
其中表3.2为BISS0001管脚说明：
表3.2BISS0001管脚说明：
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。
2
VO
O
控制信号输出端。
由VS的上跳变沿触发，使V0输出从低到高时视为有效触发。
在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变沿电平状态。
3
RR1
输出延迟时间Tx调节端。
4
RC1
输出延迟时间Tx调节端。
5
RC2
触发封锁时间Ti调节端。
6
RR2
触发封锁时间Ti调节端。
7
VSS
工作电源负极。
8
VRF
I
参考电压及复位输出端；通常接VDD。
9
VC
I
触发禁止端；当VcVR时允许触发。
（VR≈0.2VDD）
10
IB
运算放大器偏置电流设置端。
11
VDD
工作电源正极。
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端。
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反向输出端。
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输出端。
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输出端。
16
1OU
O
第一级运算放大器的输出端。
3.2单片机控制模块
在此模块中，利用型号为STC89C52的单片机作为核心控制部件来实现对人为非法入侵信号的接收及控制GSM模块进行发送短信报警和声光报警。
此外，其还具有其自身的复位电路和晶振电路。
3.2.1单片机STC89C52简介
STC89C52单片机是与工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，具有速度高，功耗低，抗干扰能力强等优点[8]。
主要特性如下：
增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051：
工作电压宽达3.3V~5.5V；
工作频率范围为0~40MHz，相实际工作频率可达48MHz
用户应用程序空间为8K字节；
片上集成512字节RAM；
通用I/0口（32个），复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需要加上拉电阻；
ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），不需要专用的编程器和仿真器，可以通过串口直接下载用户程序，数秒之内即可完成；
具有EEPROM功能；
具
升级会员 