基于单片机的智能安防系统Word格式文档下载.docx
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而防盗的报警系统则是通过安装红外或激光等类型的报警探测器对其进行监管。
1.3智能安防技术前景的探索
自从改革开放以来我国的经济不断腾飞，但这种腾飞是相对于某些城市来说的，正是由于这种局部的发展使得城乡差距逐渐浮现，为了寻找出路谋求发展许许多多的外来人口开始从乡下涌向了城市。
这样一来一系列的犯罪案件也就相继在城市上演,其中最典型的就是——盗窃,为了给市民营造一个安全性的生活、工作环境，在这里我们有必要形成智能安防这一观念.在当今生活中的盗窃案件中主要有以下特点：
作案手法种类繁多、作案手段越发高超、能熟练地借助高科技化解阻碍，这样那种依赖于人的传统防范方式就显得形同虚设了，因为它已经达不到最基本的防范的要求了，就拿传统的防盗措施来说：
通过安装防盗门、防盗网来设防似乎起不到多大的作用了,而且这种安防措施也违背了防火的要求，最重要的还是这种防盗措施已经阻止不了窃贼对住宅的入侵了.基于上述缘故，在以后的防范工作中，我们需要借助科技的力量来帮助我们加以防范，智能安防就是科技发展的成果。
鉴于智能安防能够及时而且准确地监测到各类警情，这就为防范工作提供有力支持，所以,人们对它的重视程度越来越高。
所以说为了满足大众的安防需求，我们在科技发达、经济快速发展的背景下应该引入智能安防系统。
智能安防是一种面向生活或者工作中许许多多个领域的安防系统，基于智能安防系统应用的广泛性的特点在未来的安防市场上智能安防应该是往后发展的主流。
4本章小结
本章主要介绍了智能安防相关概念,应用,发展前景进行了相关的一些的探究.通过相关的论述探求发现了智能安防潜在的市场价值，为论文和“基于单片机的智能安防系统”的设计提供了强有力和特具意义写作背景。
第2章智能安防系统设计的总体架构
2。
1系统实现功能及要求
本系统命名为基于单片机的智能安防系统,要求实现如下功能：
（1）通过安装带有键盘装置的密码锁来实现一个相对简单的门禁系统；
（2）利用MQ-2烟雾传感器对还原性气体进行检测，当检测到有还原性气体时实行远程报警；
（3）利用激光对指定区域内的情况进行监管，一旦检测到有警情发生时就实施远程报警；
（4）利用DS18B20温度传感器对温度进行实时检测，并且用LCD1602液晶显示屏进行显示；
（5）利用24L01模块通过模拟SPI进行单片机间的无线通讯；
（6）通过对报警电路安装蜂鸣器对检测到的情况进行报警。
2.2智能安防系统设计的总体方案
基于上述所要实现的功能，本系统确定设计以单片机为主控核心，基于24L01无线模块通过模拟SPI进而实行单片机之间通讯的远距离报警系统，考虑到采用STC89C52单片机就足以满足实现上述功能，而且STC89C52单片机也比较廉价，故在本设计中将以STC89C52单片机作为主控芯片.
下面将讲述系统元件设计框架图的设计，本系统原件主要有密码锁键盘输入，显示输出,传感器检测检测,密码认证,24L01无线模块通信,蜂鸣器等部分组成。
具体系统的原件设计图2-1所示。
本系统以STC89C52单片机为控制中心，外接了：
MQ-2烟雾传感器，激光对管，DS18B20温度传感器,附带按键输入设备的密码锁,该按键为一个4×
4的矩形阵列其功能具备输入、设置密码、可以通过呼叫用户开门,输出设备采用LCD1602液晶显示屏，在显示屏可以显示温度，通过按键键入准确的密码之后，门将会被打开、若连续键入三次错误的密码后将不能再输入密码，这样能防止一些人通过不断输入来试验密码，从而形成简易的门禁。
当MQ-2传感器和激光检测到异常情况，并确定有异常侵入时,单片机会触发报警。
并且可以通过24L01模块模拟SPI进行无线通讯对报警信息进行传输,从而让用来监控的单片机对异常情况进行处理.
总的来说这样一个通过用单片机配置传感器进行工作的系统是非常实用的，因为它对险情探测，误报，抗干扰等方面都有着非常精准的效果。
图2—1智能安防系统框架图
这样设计最突出的的特点就是：
简易、可靠，在生活或者工作中的方方面面都有很实在的施行性。
3本章小结
系统设计最重要的是对于实用性、可行性进行考虑，其次考虑用户的体验。
在本章中，对“基于单片机的智能安防系统”的系统设计也是从这两方面展开的，从系统功能到系统工作原理,再到系统工作具体的设计细节，一层一层的剖析了该设计方案。
第3章智能安防系统硬件电路设计
经过第二章节的得出的系统设计方案,在我们脑海中一个设计系统明确的思路已经渐渐浮现出来了.在本章节中，主要对制作“智能安防控制系统"
所用到的原件，硬件电路设计进行详尽的介绍.最后致力于制作出一个通过单片机为主控的智能安防系统。
3。
1电路原件介绍
在设计硬件电路中，我们选用原件的原则是:
要充分实现系统所要达到的功能.原件价格便宜,以便控制制作成本。
原件通用，降低制作时间和制作难度。
此设计用到的元器件主要包含有：
主芯片：
STC89C52单片机
传感器：
MQ-2烟雾传感器，DS18B20温度传感器，激光
无线模块:
24L01模块
此外还包含有密码锁，蜂鸣器以及用来做显示屏的LCD1602
3.2外围硬件电路设计
3.2。
1MQ-2传感电路设计
MQ—2烟雾传感器是一种可燃气体探测器,所以在安防领域应用十分广泛，二氧化锡半导体气敏材料是构成MQ-2型烟雾传感器的主要素材，离子式N型半导体主要依附在该传感器的表面。
当温度介于二百摄氏度到三百摄氏度的时侯,MQ-2中的二氧化锡就会对自然空间中的氧进行吸附,这种吸附实质上是氧的负离子吸附，此时半导体中的所含的电子密度就会减少，而其电阻的在数值方面也相应的增长。
当该传感器感触到有烟雾的存在的时，若晶粒间隔所在地方的势垒因为受到这些气体的调制而发生了变化,那么表而电导率也会相应地被引起变化。
基于这一原理我们就可以探知还原性气体的烟雾是否存在了,另外如果烟雾越密集，就会造就较高的电导率这时会使得电阻值越小。
根据其这一特性，所设计的电路如图3—1所示.
如图3-1所示该传感器主要是检测还原性气体的,其工作原理是：
当检测到有高浓度还原性气体的时候通过比较器LM393比较正相、反相输入端的电压大小：
正相大于方向的时候LM393就输出“1”，反之则输出“0”，所以探测到有烟雾的时候输出端为“0”，反之的话输出端为“1”。
图3-1MQ—2传感器电路
2光电检测电路设计
基于激光在误报率、抗干扰、适应能力等方面的突出优点，所以将其引入到本智能安防系统设计中来，将其与一光敏电阻搭配从而形成一个光电检测电路，这样一来就为智能安防系统提供了一项良好的防御功能。
激光的透射能力强，不会受空气干扰。
放射电路时I/O口驱动一个PNP的三极管控制，发射电路和接收电路如图3-2所示。
图3-2光电检测电路
这一个接收头,其原理是通过感应不同的光线的阻值不同。
当人走过门的时候，人就会挡住激光的射线，使光敏电阻的阻值瞬间升高,这时候引脚P1.6采集回来低电平进而触发报警，当没有物体遮挡的时候激光对射导通，这时候P1。
6采集回来高电平。
具体的控制流程图如图3-3所示。
图3—3光电检测控制流程图
2.324L01模块功能介绍
24L01无线芯片其引脚如下:
CE：
使能发射或接收；
CSN，SCK，MOSI，MISO：
SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01:
IRQ:
中断;
VDD：
电源输入端；
VSS：
电源地：
XC2,XC1:
晶体振荡器引脚;
VDD_PA：
其输出的电压为1。
8V它是把电供给功率放大器的；
ANT1,ANT2：
天线接口;
IREF：
参考电流输入
其中跟单片机通信时要用到的引脚有：
CE,CSN，SCK，MOSI,MISO以及IRQ.注意硬件上的电源不要超过3。
3V.
52单片机是没有硬件的SPI通信的，只能通过软件模拟SPI的通信的协议。
ＳＰＩ的通信相对比较稳定，同时接线也比较少，此外每当开始SPI写进一个数据都会读回来的都是状态值，通过这一个状态值知道24L01的工作状态,通过不同的工作状态，主控采用不同的指令。
24L01的时序图如图3—4所示。
SPI读模式
SPI写模式
图3-424L01时序图
通过对上图的分析，不难发现当前面是高位的，后面是低位的时候处于发送时的状态,每当一个bit被写进去的时候，相应地一个状态字位就会被返回，每次写操作都可读回一个完整的状态字。
24L01模块通信能力是比较强的，拥有2.4GHZ频率；
通信的速度最快为400K/S，这一款芯片双线传送的距离最远达到50M，能很好地满足智能安防系统的设计要求.还有这芯片的外围的电路比较简单，整个模块看起来是比较精致的。
2.4密码锁电路设计
密码锁键扫相关架构图如图3—5所示.
如图3—5所示该电路采用键扫8个P2I/O口可以控制16个按键，这样一来节省了很多I/O口，在程序里面通过循环寻找已经按下的按键，其控制思想是当P2=0Xf0时使其高低.延时10ms的延时函数,当其P2采集回来的数据不等于0xf0，就进行一个延时20ms进行一个按键滤波.当采集P2口不等与0xf0时。
就表示按键按下了。
这时再通过P2=0x0f输出高低电平,再通过P2口采集一个数据。
两次采集回来的数据通过一个位或门组合成一个按键的值。
这一个按键的值是一个组合的数据的，在算法上可以运用一个数组来将组合的键码值转化成0到15，这个数组在程序中得到显现，关于键值的定义如下：
0到9的数值定义0到9的数字按钮.密码键入定义在键值10上,呼叫按钮定义在键值11上，改密码定义在键值12上，删除键定义在键值13上,确定键定义在键值14上。
图3-5密码锁电路图
这一个设计特别是在小区中具有一个人性化的设计，按键这一个模块具有，呼叫住宅区的房号的功能，有输进正确密码的功能，有修改密码的功能。
这一些的功能的操控都能在1602液晶显示屏上被同步显示,很大程度上迎合了大众化需求。
相关算法控制的讲述：
输密码功能，在程序中刚的初始密码是123456。
刚开始上电单片机的在1602上面是”CODECALLRESET"
的三个选择.在按键中按下输密码键，这时就会进入一个输密码的界面，在1602显示屏上显示CODE：
，现在可以按0到9的数字键，按出来的数值实时在1602上显示。
按好你确定的密码之后，就按一下确定键。
如果按下的密码是正确的，显示屏就会显示WELCOMEPLEASE.但你按下的密码是错误的时候显示屏会显示OVERERR0R。
这一个密码的设置只有三次机会，如果你按下三次密码是错误就会终止你的密码输入功能。
同时显示屏显示OVERTHREETIME，这样就很好就避免多次输入密码。
呼叫功能，这就很人性化。
比如你是201房间的客人,想201主人为你开门.开始的时候选择呼叫键，输进你呼叫你要进的房间号，再按一下确定键。
显示屏就会显示wait。
等2S过后显示屏就会进入”CODECALLRESET”的界面,进入重新选择的功能。
改密码的功能，这一个提高系统的安全性.这样一来就很好防止密码的泄漏。
刚开始按改密码按键进入改密码界面,改密码的前提是要输进正确密码才能转换到改密码的窗口。
当输入的密码是被认可之后显示屏就会显示NECODE:
，这时就设置你想要的密码，再按一下确定键就成功了。
程序控制运行图如图3—6所示。
图3-6密码锁控制流程图
5LCD1602显示电路设计
显示模块采用LCD10602显示屏，要求显示密码,温度，是否有人进入门了面等各种信息。
LCD1602是一种被用作字符显示的液晶显示模块，它是由若干个点阵字符位构成,一个点阵字符位可相应地显示一个字符，位与位之间存在的间隔为一个点距，行与行之间亦有间隔存在，这样一来就发挥了字符间距以及行间距的效果.
LCD1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）.
目前绝大部分字符液晶都是HD44780液晶芯片,自言而言其有着一致的控制原理，由此市场中的大多字符液晶都可以借鉴HD44780写的控制程序进行控制。
针对密码锁显示屏，只需显示简单的字符和数字，因此选择LCD1602就能满足要求。
LCD1602的基本参数如下：
LCD1602显示容量：
16＊2个符;
芯片工作电压：
4.5~5。
5V；
工作电流：
2.0mA（5V）;
最佳工作电压：
字符尺寸：
2.95＊4。
35（W＊H）mm.
LCD1602引脚图如图3-7所示。
图3-7LCD1602引脚图
LCD1602各个引脚功能入下表3-1所示。
表3-1LCD1602引脚功能表
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
DATAI/O
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VL
液晶显示偏压信号
11
D4
4
RS
数据命令选择端（H/L）
12
D5
5
R/W
读写数据端（H/L）
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
其电路图如图3—8所示。
图3—8LCD1602电路图
2.6DS18B20温度传感器电路设计
DS18B20引脚以及其电路图如图3-9所示。
图3—9DS18B20引脚及其电路图
数字温度传感器DS18B20提供9位（二进制）的温度读数,因为信息是通过单线接口进出DS18B20的，因此从单片机到DS18B20仅需要一条线（和地线）在本系统设计中让温度传感器与单片机P3。
5脚相连，DS18B20的测量值介于—55℃到+125℃之间，其增量值为0.5℃，DS18B20传感器能在1S内把温度变换成数字。
由于DS18B20是在一根IO口上完成读写的功能，所以读写的功能是比较严格的，这确保时序与通信协议的正确性与完整性。
通信的系统可以分为几个模块：
初始化，读模块，写模块。
每一次读出一个温度的时候，都要进行写指令的操作的步骤。
不过与大多数的通信系统不相同的是数据和指令的传输都是数据的地位在前.
其中控制的流程图为图3—10所示。
图3—10DS18B20控制流程图
7蜂鸣器的电路设计
图3-11蜂鸣器电路图
蜂鸣器电路中是负责报警的作用，普通I/O直接蜂鸣器两端是驱动不了,因为蜂鸣器要求驱动电流是比较大的，所以用一个三极管放大电路放大电流驱动蜂鸣器。
不过P3.6口要接上拉电阻,为三极管的基极提供更大的驱动电流。
但是在单片机的初始化中，P3。
6口要设置为低电平,防止蜂鸣器乱叫。
当有人把密码输了三次错误的密码的时候，蜂鸣器就会叫，当温度达到50度以上蜂鸣器也会叫.当有人进门的时候，但无有输进密码,蜂鸣器也会叫的。
其电路设计为图3—11所示。
3STC89C52单片机电路设计
3.3.1STC89C52单片机引脚介绍
本次设计的系统核心控件为STC89C52单片机,针对其不同的功能所以在这里有必要剖析一下其引脚的功能:
P0口：
P0口是一个的8位漏极开路的双向I/O口。
通常被用作输出口，8个TTL逻辑电平能被每位驱动。
当“1”被写到P0端口时，这时的引脚充当高阻抗输入.
当外部程序和数据存储器被访问时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这一模式下，P0具有内部上拉电阻。
在FLASH编程时,P0口也被用以接收指令字节;
在对程序进行校验时，P0口被用作输出指令字节。
另外在程序校验的过程中，需要添加外部上拉电阻来支持.
P1口：
P1口是一个8位同时拥有内部上拉电阻的双向I/O口，P1口所输出的缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
当“1”被写到P1端口时，P1口内部上拉电阻就会把端口拉高，在这种情况下可以把P1口作为输入口来使用。
当其被用作输入口使用时,那些被外部拉低的引脚会因内部电阻的缘故，从而输出电流.
此外，P1。
0和P1.2则分别被用作定时器/计数器2的外部计数的输入（P1.0）和时器/计数器2的触发输入（P1.1）。
在FLASH编程和校验时,P0口接收低8位地址字节.
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平.对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流.
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx@dptr）时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如movx@ri）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容.在FLASH编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口：
P3口是一个具备内部上拉电阻的8位双向I/O口，由P2所输出的缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
当P3端口被写“1”时，其内部上拉电阻把端口拉高，此时P3口可被用作输入口使用.在被用作输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。
在这里有必要介绍一下P3口的第二功能。
P3口作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表3-2所示。
在FLASH编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
表3—2P3口第二功能介绍
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3。
2INT0（外中断0）
P3.3INT1（外中断1）
4T0（定时/计数器0）
5T1（定时/计数器1）
P3.6WR（外部数据存储器写选通）
7RD（外部数据存储器读选通）
另外，P3口亦用于某些FLASH闪存编程或程序校验控制信号的接收。
RST—-复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位.
ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存
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