家庭防盗系统的设计Word文档下载推荐.docx

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（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时很容易发生失报和误报，其可靠性低。

（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且开关易坏，失报和误报率高，不可靠。

（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等原因遮住了光也能够引起误报，可靠性也不高。

虽然比机械式方便小巧，但就闭路监控防盗而言，它的安装线路复杂，技术要求比较高，不利于广泛利用，不能满足现代人的需要，并且这种报警器只能用于单一的住宅区，不能适用于向高空发展、向群体花园式住宅区发展的现代住宅需要。

所以为了适应现代的居住方式，家庭防盗系统需要进一步的提高和改善。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式防盗系统。

它在以前的防盗器基础上做了很大的改进，不但可以用以单一的住宅单元，也适应于规模较大的住宅区，工作性能好，稳定性高，安全可靠，不易出现不报和误报现象，不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，与计算机连接，利用计算机进行统一管理。

1.2防盗报警系统的发展前景

随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性的增大，社会治安状况更趋复杂，因此安全防范问题就显得尤为重要。

传统的机械式家居防卫在实际中暴露一些明显问题，如：

（1）影响楼房美观，市容整洁；

（2）发生火灾时影响救援行动；

（3）犯罪分子可对其进行破坏进入室内进行犯罪行为；

（4）抑制人性自由。

作为新一代的智能安全防盗报警系统应运而生，并受到广泛的重视和运用。

另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准。

因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。

数字化、无线化、集成化是防盗报警系统的发展趋势。

其技术发展趋势更稳定可靠，如:

探测器需可抗RFI/EMI、防雷电等，以适应恶劣气候；

更具有多样化的功能，如:

探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；

具有更精美、小巧的外观，以符合品味日益提高的室内装潢需求；

具有人性化的操作界面，更智能化的设计；

更强大的联网功能，更方便的扩展性是。

上述发展都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上[1]。

2基础知识及介绍

2.1AT89C51单片机概述

单片微型计算机（SCMC,Single-ChipMicrocomputer）简称计算机。

单片机是微型计算机的一个重要分支，它主要面向控制，因此又称微控制器（MCU,MicrocontrollerUnit）[2]。

近二、三十年来，单片机有了非常迅速的发展，世界上著名的计算机厂家已投放到市场上的单片机就有五十多个系列，一百多个品种。

目前世界上较为著名的8位单片机生产厂家和主要机型如下：

美国intel公司：

MCS-51系列及其增强型系列

美国Motorola公司：

6801系列和6805系列

美国Atmel公司：

89C51等单片机

美国Zilog公司：

Z8系列及SUPER8

美国Fairchild公司：

F8系列和3870系列

美国Rockwell公司：

6500/1系列

美国Tl（德克萨司仪器仪表）公司;

TMS7000

NS（美国国家半导体）公司：

所谓单片机就是一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。

单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处。

本设计采用AT89C51单片机，它是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。

2.1.1AT89C51的主要性能

主要性能如下：

（1）与MCS-51单片机产品兼容；

（2）4K字节在系统可编程Flash存储器；

（3）1000次擦写周期；

（4）全静态操作：

0HZ～24HZ；

（5）三级加密程序存储器锁定；

（6）128*8字节内部RAM；

（7）32个可编程I/O口线；

（8）2个16位定时器/计数器；

（9）6个终端源；

（10）可编程串行通道；

（11）低功耗空闲和掉电模式；

（12）看门狗定时器。

2.1.2AT89C51的引脚结构

如图2-1为AT89C51引脚结构图：

图2-1AT89C51引脚结构

2.2热释电红外传感器简单介绍

现在家庭防盗报警器的传感器种类很多，像人体热释传感器、门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无限探头等。

考虑到不仅要满足可靠探测的需要，还需经济适用和安装操作简便，我们选用人体热释电红外传感器。

当有盗贼从门窗进入室内时，人体移动的红外信号能被人体热释电传感器检测到。

2.2.1热释电红外传感技术

热释电红外传感器的重要组成结构是热释电探测器。

热释电探测器是电效应的探测器，它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，因此它容易使用，应用领域广。

其原理是利用热释电晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应。

晶体受到辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化，结果能够在垂直于自发极化方向两个外表面之间出现感应电压，利用感应电压的变化可以测量光辐射的能量。

传感器的敏感元件为PZT,在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。

图2-2为热释电传感器的实物照片。

图2-2热释电传感器实物图

2.2.2菲涅尔透镜

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。

菲涅尔透镜作用有两个：

一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用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。

图2-3菲涅尔透镜

菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光带通（反射或者折射）的作用。

传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。

菲涅尔透镜可以极大的降低成本。

如上图2-3。

目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。

热释电传感器只能与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。

加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足2m提高到至少8m的范围。

菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每一个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续也不交叉，都相隔一个盲区。

这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动是，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进入一个视场后，又走出这个视场，再进入另一视场对传感器而言，相当于一会看到人一会看不到人，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。

2.2.3热释电红外传感器

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，而对其他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传感器。

一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接受，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，经信号处理而报警。

1热释电红外传感器的优缺点

优点：

本身不发任何类型的辐射，期间功耗很小，隐蔽性好，价格低廉。

防干扰性能：

（1）防小动物干扰：

探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物一般不报警。

（2）抗电磁干扰：

探测器的抗电磁波干扰性能强，一般手机干扰不会引起误报。

（3）抗灯光干扰：

探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

2热释电传感器的安装要求

热释电红外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）热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。

（2）热释电红外传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。

（3）热释电红外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）热释电红外传感器不要直对窗口，否则窗外的热气扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。

红外热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

2.2.4热释红外传感器控制电路芯片选择

热释电红外传感器输出的检测信号很小，要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号，是电路执行相关动作。

热释电红外传感器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波和放大、信号处理电路等几部分组成。

红外热释电处理芯片BISS0001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，具有较高性能的传感信号处理能力，它配以热释电红外传感器和少量外围元器件构成被动式热释电红外开关，能自动快速开启报警装置。

由于红外热释电传感器只对不断快速变化的红外信号才敏感，而自然界的红外信号一般都是缓慢变化或是不变的，因此探头部分需要一个能对红外辐射进行调制的装置，即我们所使用的菲涅尔透镜。

由于菲涅尔透镜采用了特殊的光学透镜组合，因此能在探测器前方产生了一个交变的场区，即产生了一个交替变化的“盲区”和“有效区”。

这样，外部目标的红外辐射通过菲涅尔透镜照射到敏感单元上的将是交变的红外辐射，当这个交变的红外信号照射到探测器晶体上面，晶体的温度会发生变化，从而引起自发极化强度的变化，晶体表面的束缚电荷因此也会发生变化，这样就产生了一个随红外辐射变化的电信号。

3方案设计

3.1总体设计思路

本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、报警等子模块。

电路结构可划分为：

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。

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、软件设计等几个阶段。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；

它们之间的构成框图如图3-1总体设计框图所示：

图3-1总体设计框图

处理器采用51系列单片机AT89C51。

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TTL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，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。

3.2具体电路模块设计

如图3-2为红外防盗报警设计原理图：

图3-2红外防盗报警设计原理

3.2.1放大电路的设计

如图3-3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3-3放大电路图

3.2.2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1us[3]。

如图3-4所示为时钟电路。

图3-4时钟电路图

3.2.3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[4]。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图3-5示为复位电路。

图3-5复位电路图

3.2.4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。

图3-6所示为发光二极管报警电路。

图3-6发光二级管报警电路图

3.2.5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3-7示为声音报警电路。

图3-7声音报警电路图

3.3系统硬件电路的选择及说明

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，D3—D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3—D6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键作为电路复位键。

4软件的程序实现

4.1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4-1所示：

图4-1主程序流程图

来了脉冲信号，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4-2所示：

图4-2中断服务程序工作流程图

4.2设计编程程序

1.主程序清单如下：

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPPINT0

ORG0200H

MAIN:

MOVIE,#81H;

CPU开放中断，INT0允许中断

SETBIT0;

外部中断为边沿触发方式

MOVSP,#30H;

指针入口地址

SETBP3.0

CLRP3.1

MOVP1,#0FFH;

使P1口全部置1

MOVP2,#00H;

P2口清零

CLRP1.2

LP:

JNBP1.0,LA;

监测输入信号，是否有输入信号

LA:

ACALLDELAY;

延时消抖

JNBP1.0,ALARM;

再次监测输入信号，若有输入信号转入报警程序

AJMPLP

DELAY:

MOVR1,0AAH

LD2:

MOVR2,0BBH

LD1:

NOP

DJNZR2,LD1

DJNZR1,LD2

RET

ALARM:

SETBP1.2;

开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动

CPLP3.0

CPLP3.1

;

10S钟定时:

MOV51H,#14H;

10S循环次数

MOVTMOD,#01H;

定时器T0定时方式1

MOVTL0,#0B0H;

置50ms定时初值

MOVTH0,#3CH

SETBTR0;

启动T0

L2:

JBCTF0,L1;

查询记数溢出

SJMPL2

L1:

MOVTL0#0B0H

MOVTH0#3CH

DJNZ51H,L2;

未到10S继续循环

SETBP3.0;

10s到关闭报警

CLRP3.1

CLRP1.2;

报警结束，正常运行绿指示灯亮

LJMPLP;

循环,继续工作

2.外部中断INTO服务程序：

PINT0:

CLREX0;

外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断

PUSHPSW

PUSHACC

JNBP3.2,LN;

监测是否有中断输入

LN:

LCALLDELAY;

JNBP3.2,LN1

AJMPLN2;

无中断输入,中断返回

LN1:

使报警结束，绿指示灯亮

POPACC

POPPSW

SETBEX0;

开放外部中断0

LCALLLP;

在中断继续检测是否有输入信号

LN2:

RETI

END

结束语

课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节。

是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

随着科学技术发展的日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，，因此作为二十一世纪的大学生来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。

回顾起此次单片机设计课程，感慨颇多，从理论到实际我学到了很多东西，不仅巩固了以前学过的东西，而且学到了很多课本上没学过的知识。

通过这次设计我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计又让我体会到合作与团结的力量，无论在现在的学习中还是以后的工作中，团结都是至关重要的。

参考文献

[1]谢军峰.联网型智能小区防盗报警系统[D].成都：

西南交通大学，2003

[2]郑毛祥，苏雪.单片机应用基础（第二版）[M].北京：

人民邮电出版社，2009

[3]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,2004

[4]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

致谢