基于单片机的微波防盗报警器概要Word文件下载.docx
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导师：
2011年05月22日
【摘要】改革开放以来，我国经济得到非常迅速的发展，人民的生活水平得到了大幅提高，人们对房屋的要求也随着越来越高，具体表现为不仅是家庭的舒适整洁,而且更重要的是更高对住宅的安全的要求。
各种盗窃事件的发生也使得人们的防盗意识进一步加强。
与此同时,飞速发展的现代计算机和电子技术为家庭安全系统提供了更快发展的可能。
本课题设计了一个操作简单、运行可靠的基于单片机的防盗报警系统。
它具有基本的防盗报警功能，能够实现自动探测信号，自动报警功能。
自动探测是由热释电红外传感器和微波探测器共同完成，双探测器的应用使得系统的可靠性大大增强，误报率明显降低；
自动报警是指当单片机接收到由探测器检测到的入侵信号时，通过程序控制自动输出报警信号引发扬声器和LED发光报警。
本设计由报警探测器部分设计、声光报警部分设计、单片机控制部分设计、信号放大部分设计及相关的驱动电路设计组成。
控制核心用的是AT89S51。
【关键词】：
单片机；
热释电式红外传感器；
微波探测器；
防盗报警
I
【Abstract】Inrecentyears,China'
seconomicdevelopedrapidly,thelevelofpeoples'
livesalsovastlyimproved.Peoplesalsohavehigherandhigherrequirementtothetheirresidences.Thespecificperformanceisnotonlyinthedemandofhousehold’scomfortableandneat,butalsothehigherrequestonresidentialsafety.Allsortsofthefteventsalsostrengthenthesecurityconsciousnessofpeople.Atthesametime,therapiddevelopmentofthemoderncomputerandelectronictechnologyoffamilysecuritysystemprovidestechnicalsupport.
Thistopicdesignsasimpleandreliableoperationoftheanti-theftalarmsystembasedonsinglechip.Ithasabasicsecurityalarmfunction,anditcanautomaticallydetectthesignalandrealizetheautomaticalarm.Automaticdetectioniscompletedbybothofpyroelectricinfraredsensorsandmicrowavedetector.Doubledetectorapplicationmakesthesystemreliabilitygreatlyenhanced,italsoreducedtherateoffalsepositives.Theautomaticalarmmeansthatwhenmicrocontrollerreceivestheinvasionsignalbytheprobedetector,itwillautomaticallyoutputalarmsignaltotriggerthespeakerandLEDthroughtheprogramcontrolling.
Thissystemincludestwoparts:
hardwaredesignandsoftwaredesign.Hardwaredesignisconsistedbythepoliceprobecircuitdesign,sound-lightalarmcircuitdesign,single-chipmicrocomputercontrolcircuitdesign,signalamplifiercircuitdesignandrelevantdrivercircuitdesign.Thewholesystemiscontrolledbythesystemsoftware.
【Keywords】:
SCM;
Pyroelectricinfraredsensors;
Microwavedetector;
Anti-theftalarm
II
目录
1绪论.....................................................................1
1.1引言...............................................................1
1.2报警器发展现状.....................................................1
1.3课题的主要内容现实意义.............................................1
2系统总体方案设计.........................................................3
2.1总体方案设计.......................................................3
2.2系统工作原理.......................................................3
3器件选择及简介...........................................................5
3.1热释电红外线传感器及其基本原理.....................................5
3.2微波探测器.........................................................6
3.3AT89S51单片机概述..................................................7
3.3.1AT89S51单片机功能特性........................................8
3.3.2AT89S51单片机的管脚说明......................................8
4具体电路模块设计........................................................10
4.1防盗探测器电路设计................................................10
4.1.1热释电红外传感器电路设计.....................................10
4.1.2微波探测器电路设计...........................................11
4.2放大电路设计......................................................11
4.3时钟电路设计......................................................12
4.4复位电路设计......................................................12
4.5报警电路设计......................................................13
4.5.1LED发光报警电路设计.........................................13
4.5.2扬声器报警电路设计...........................................13
5报警器软件设计..........................................................14
5.1主程序工作流程图..................................................14
5.2中断服务流程图....................................................14
6软件仿真................................................................16
结论.......................................................................23
致谢.......................................................................24
参考文献...................................................................25
附录.......................................................................26
附录1proteus仿真图..................................................26
附录2源程序..........................................................27
III
烟台大学毕业论文（设计）
1绪论
1.1引言
随着中国经济和人民的生活水平改善,人们昂贵的家用物品变多了，积蓄也多了。
盗窃，抢劫事件时有发生，如果防盗措施没有相应的升级，住宅安全很难得到保障。
目前，大部分家庭采用安全门和在窗户上安装安全网以防止盗窃和保护家庭安全，但是这些并不足以满足目前防止外部威胁的要求。
为了更有效地保证住宅安全，防止被盗，防盗设施必须相应的升级。
所以现在市面上越来越多的报警产品也是为了满足这一要求。
目前市场上配备有压力引发的防盗报警器，电子开关防盗报警器和压力及光线遮挡触发防盗报警器等，但更常见是以电磁场与微波传感器为探测器，单片机控制的智能报警器。
本设计使用的是红外传感器和微波传感器组成探测器，由AT89S51单片机控制的家用防盗报警器。
1.2报警器发展现状
近年来，报警行业的发展进入了一个更加迅速的时期，报警准确性进一步提高，报警控制主机的稳定性也大大提高，不论有线的还是无线的报警主机报警功能都越来越丰富，也可根据客户需要展开相应的功能，灵活性和多样性大大提高，如语音短信报警模块，网络通讯模块还有各种接口兼容的视频等，系统集成非常方便。
报警控制中心设备发展成为一个高度集成一体化形式，支持的项目管理软件和中央警报监控软件功能越发丰富，系统安全有了进一步保障。
由于广泛而复杂的应用环境，前端探测器的类型非常多样，如多鉴探测器，红外探测器，幕帘探测器，振动感应探测器，玻璃破碎，火灾探测器等。
就最常见的红外探测器来说，DSP技术、自动温补等新技术的更加广泛的应用，报警器的漏报和误报率有非常明显的改进。
然而，国内报警器的市场体系还不够完善不够成熟，正是因为国内报警市场不健全，不成熟的市场体系，造成了许多探测器的不合理的滥用，这使产品安装率低，安装后使用率低，运行效率也低，在许多地方报警装置实际用途大大降低，甚至在一定程度上带来不便。
1.3课题的主要内容现实意义
本设计是根据防盗报警系统的现在的发展状况和态势以及一些规定，设计的一个较为简易的基于单片机的防盗报警器。
本课题设计的微波防盗报警系统由热释电红外传感器、微波探测器，声光报警器、单片机及其控制电路以及有关的管理控制软件构成。
系统是这样运行的：
外出时，把报警系统设置于外出防范状态，这是探测器开始工作；
如果有人入侵，热释电红
1
外探测器和微波探测器同时探测到入侵动作时，会将信号送至AT89S51单片机，经AT89S51单片机处理和运算后输出信号执行报警电路。
此类装置需要以下设计要点：
一是是不是能够准确的判断有没有人来偷东西，而不是错误的报告；
二是尽最大可能增加探测范围。
系统工作的可靠性、稳定性当然也是非常重要的。
没有稳定性，其他的功能再好也没用。
报警采用声光信号。
家庭防盗报警系统今后对各种住宅和建筑都是非常重要的一部分，而由单片机控制的防盗报警器又是当前防盗报警领域的一个最重要的一大部分，所以开发一套适应市场需求，同时价位合理的，可靠性和实用性都较高的防盗报警系统具有非常重要的现实意义。
2
2系统总体方案设计
2.1总体方案设计
本课题有数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构部分可划分为：
报警探测器部分、声光报警部分、单片机控制部分、信号放大部分及相关的驱动部分组成。
用户可以自己单独进行信号采集、发送、处理等操作，还能自己在后期添加附加功能。
AT89S51单片机是本设计的核心模块，也就是设计的中心单元，所以本系统是单片机应用系统设计的一种应用。
硬件系统包括AT89S51单片机、输入设备、输出设备还有外围电路等组成。
单片机应用系统包括本设计的设计过程包括总体设计、各子模块设计、软件设计等阶段。
从课题的要求来看该设计需要包含以下结构部分：
热释电红外传感和微波探测器探头部分、声光报警部分、单片机时钟部分、复位的部分及有关放大驱动模块组成。
本课题从防盗报警系统的简单、可靠和低成本方面进行设计和研究，总体设计如下图2.1总体设计框图所示。
图2.1总体框图
AT89S51单片机作为控制中心。
单片机在系统软件控制下工作进而控制整个系统正常工作。
监控点上的热释电红外探测器可将人体辐射的红外线转变成电信号，微波探测器可检测人体移动转变成电信号，送至AT89S51单片机。
然后在单片机内，经过软件查询、判决识别等过程发出报警信号【1】。
再经过各部分驱动电路将报警信号放大以推动扬声器和LED发光报警设备完成相应动作。
当报警持续一段时间后自动解除，或者也可以人工手动停止报警信号，当报警停止后复位电路将系统复位，或者可以在报警一段指定时间后由定时器实现自动停止报警并复位报警电路【2】。
2.2系统工作原理
3
两个报警探测器安装在使用者家里需要防范的区域，例如主门、窗户、客厅、卧室等，报警主系统必须放在家里比较隐蔽即不易发现的区域。
在正常情况下，这个系统包括探头均处在关闭状态，当使用者要出门或需要监控时，使用者可以通过键盘控制启动报警系统，单片机会控制启动探头，此时报警器处于正常的防范监控状态，如果有人在探头检测范围内出现或移动经过，报警探测器马上向单片机发送报警信号，单片机接收到报警信号后，经查询判断确认后输出信号引发声光报警。
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3器件选择及简介
3.1热释电红外线传感器及其基本原理
热释电人体红外传感器（PIP）一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成，“是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出，可驱动各种控制电路”【3】。
敏感元件，是用热释电人体红外材料（通常是锆钛酸铝）制成的，先把热释电材料制成很小的薄片，再在薄片两面镀上电极，构成两个串联的有极性的小电容器。
将极性相反的两个敏感元做在同一晶片上，是为了抑制由于环境与自身温度变化而产生热释电信号的干扰，而热释电人体红外传感器在实际使用时，前面要安装透镜，通过透镜的外来红外辐射只会聚在一个敏感元上，以增强接收信号。
热释电人体红外传感器的特点是它只在由于外界的辐射而引起它本身的温度变化时，才给出一个相应的电信号，当温度的变化趋于稳定后就再没有信号输出，所以说热释电信号与它本身的温度的变化率成正比，或者说热释电红外传感器只对运动的人体敏感，应用于当今探测人体移动报警电路中。
图3.1热释电红外传感器结构图
人体温度为36-37℃，即309-310°
k，其辐射的红外波长λm=2989／309-310≈9.67-9.64μm。
可见，人体辐射的红外线最强的波长正好在滤光片的响应波长7.5-14mm的中心处。
故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而阻止太阳光、灯光等可见光中的红外线通过，免除干扰。
所以，热释电人体红外传感器只对人体和近似人体体温的动物有敏感作用。
热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。
不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足2m，配上菲涅尔透镜则可达10m，甚至更远。
菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。
透镜的水平方向上分成三部分，每一部分在竖直方向上又分成若干不同的区域，所以菲涅尔透镜实际是一个透镜组。
当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。
每个透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内为可见区，之外为盲区。
而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，更不交叠，
却都相隔一个盲区。
当人体在这一监视范围中运动时，顺次地进入某一单元透镜的视场，
5
又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会儿看到，一会又看不到，再过一会儿又看到，然后又看不到，于是人体的红外线辐射不断改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。
输出信号的频率大约为0.1-10Hz，这一频率范围由菲涅尔透镜、人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特性决定。
【4】。
从原理上讲，任何发热体都会产生红外线，热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。
环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；
而传感器的低频响应（一般为0.1~10Hz）和对特定波长红外线（一般为5~15um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。
所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；
它可以抗可见光和大部分红外线的干扰。
如图3.1和3.2为热释电红外传感器【5】。
图3.3为热释电红外传感器原理图。
图3.2热释电红外传感器内部电路图及外形图
图3.3热释电红外传感器原理图3.2微波探测器
微波探测器为空间探测器,用来检测对于防止在空间移动的物体。
微波探测器的可靠性,没有光,热源的要求
探索环境要求低。
在微波段
当处于一种频率的微波,在覆盖范围的,如果有物体的运动,将采取另一种频率发射频率,因此发射频率将会有一个频率差异【6】。
6
当有人移动时,反射回去的微波将发生变化,从而使微波探测器输出一个频率与人体运动速度有关的低频信号。
根据这一特点,也是选择微波探测器用来作为报警器的探头的原因。
环形天线及其周边的电阻、电容和MOS场效应管组成了近微波段自激振荡频率的电路。
当电路接通电源后,振荡产生的、单频幅值信号由外部天线发射到空间,产生一个三维空间微波防护区，天线同时也能收到回音。
反射回来的微波信号与原始信号的频率之间混合后产生微弱的频移信号,该信号发送放大器放大。
放大后的信号发送到鉴幅比较器,在比较后将一定强度的检测信号转换为宽度不同幅度脉冲输出。
微波探测器原理如图3.4所示。
图3.4微波探测器原理框图
3.3AT89S51单片机概述
在众多的51系列单片机中，ATMEL公司的AT89C51单片机和AT89S51单片机更加实用,因为它不仅与8051指令、管脚完全兼容，它的4k片内程序存储器是闪存技术,在这个过程中,用户可以立即抹去记忆的方式进行改写,一般设计的ATMELAT89XX单片机都有这些功能。
显而易见,这种单片机应用开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。
还可以对写入单片机的程序进行加密，它很好的保护你的科技成果。
AT89S51、AT89C51当前的价格比单片机8031还低,市场供应相当的充足。
AT89S51目前已成为实际应用市场的宠儿,相比之下,在工艺上AT89S51单片机比AT89C51新型，多方面进行了改良,采用新工艺,降低成本,采用0.35nm新工艺将功能提升,增加竞争力。
AT89SXX可以向后兼容性89C51等系列芯片。
比较AT89C51和AT89S51二者有如下不同:
1.编写程序都以不同的方式进行，AT89C51只支持并行写入,还需要Vpp编程高压支持。
然后AT89S51可以进行在线可编程ISP技术。
串行写入程序,速度快，稳定性也好，编程电压只需要稳定的4V。
2.AT89C51单片机基本已经不再生产，所以在大多数市场上，反倒是AT89C51的价格要比AT89S51贵很多。
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3.AT89S51兼容性毫无疑问更好。
AT89S51向下兼容AT89C51，换句话说AT89S51完全可以替代AT89C51使用，但是反过来AT89C51却不一定能替代AT89S51。
4.AT89S51的保密功能也比C51更好。
AT89S51单片机采用全新的加密算法，这使得对于AT89S51的解密变得更加困难，此设计新特性更有效地保护了劳动成果。
5.AT89S51要求的供电电压范围是4-5.5V,但是当温度低于4.8V或高于5.3V的时候AT89C51就无法正常工作。
6.目前AT89S51的性能远高于AT89C51，AT89S51系列支持高达32MHz的工作频率，而AT89C51工作频率范围最高只支持到24MHz。
综上所述，AT89S51在各个方面均优于AT89C51，因此本设计用AT89S51作为处理器。
3.3.1AT89S51单片机功能特性
“Atmel公司生产的AT89S51单片机是一款低耗、高能的单片机，片内有4kB的ISP的可反复擦写1000次的闪存只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中
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