无线家庭防盗报警器Word文档下载推荐.docx
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2、对玻璃破碎、振动、烟雾、火焰等适当考虑；
3、发挥部分：
用GSM模块实现远程遥控。
二、课程设计要求
1.综合运用已学习过模拟电路和数字电路等知识，阅读相关集成电路芯片资料和相关文献，了解电子电路设计的有关知识，方法和特点，掌握基本的电子电路设计和芯片使用方法。
2.一人一题，所设计的电路必须制作成功，并且全部或者部分通过计算机仿真。
课程设计必须自己独立完成，不得从网上下载，一经发现该课程成绩记零分。
3.课程设计设计说明书（报告）应包括有：
①电路工作原理分析
②电路元器件参数设计计算
③电路调试说明
④电原理图和PCB图（必须自己画）
⑤元器件装配图（必须自己画）
⑥元器件清单
⑦自己的收获和体会
⑧要求字数不得少于3500字
⑨要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel等软件绘制电原理图（SCH）、元器件布局图和印制电路板（PCB）。
4.所有的文档和表格必须采用Word形式。
5.同类型的设计题可以组成一个设计组，组员之间可以开展研究与讨论。
雷同者均计0分。
6.阅读有关芯片英文参考资料，理解资料内容。
7.英文资料中的曲线、参数、方框图、引脚端封装等图（不包括电原理图和PCB图）可以直接采用（pdf文档中的图可放大300倍后裁剪到Word文档中），图中的英文可以采用英文（中文）方式翻译在图下。
8.英文资料中的一些词，如果翻译拿不准，可以采用英文（中文）方式标注。
9.设计资料中的有关的公式可以直接采用。
10.课程设计结束，需要交制作的作品、文字稿和电子稿，采用Word文档形式。
11.成绩评定：
①按ABCDE分档，其中：
优秀为A，良好为B，中等为C，及格为D，不及格为E。
②课程设计设计说明书占60%，实物制作占40%。
2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：
设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字不得少于3500字。
要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件的选择要有计算依据。
3．主要参考文献：
（1）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛技能训练[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2007
（2）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实训[M]．北京：
（3）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛系统设计[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2006
（4）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛电路设计[M]．北京：
（5）黄智伟．全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作[M]．北京：
北京航空航天大学出版社，2010
（6）黄智伟等.基于NImultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M]．北京：
电子工业出版社，2007
（7）黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践[M]．北京：
电子工业出版社，2009
（8）高吉祥等.电子技术基础实验与课程设计[M]．北京：
电子工业出版社，2002
（9）吴运昌.模拟集成电路原理与应用[M]．广州：
华南理工大学出版社，2001年
（10）谭博学等.集成电路原理及应用[M]．北京：
电子工业出版社，2003
（11）魏立军.CMOS4000系列60种常用集成电路的应用[M]．北京：
人民邮电出版社，1993
（12）杨宝清.实用电路手册[M]．北京：
机械工业出版社.2002
（13）陈有卿.报警集成电路和报警器制作实例[M]．人民邮电出版社1996
（14）肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路[M]．人民邮电出版社.2003
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1.
2011.1.3~2011.1.4
资料查找和阅读
2
2011.1.5~2011.1.6
电路方案选择，电路设计和计算，电路仿真
3
2011.1.6~2011.1.7
材料购买，电路设计和PCB设计
4
2011.1.8~2011.1.9
PCB制作，电路元器件安装
5
2011.1.10~2011.1.11
作品调试
6
2011.1.12~2011.1.14
课程设计设计说明书写作
主指导教师
王彦欧阳宏志
日期：
2010年11月29日
无线家庭防盗报警器
摘要：
本无线家庭防盗报警器系统由发射端和接收端两部分构成，两部分均采用STC89C52RC作为主控制器，采用无线串口APC220-43模块实现两机之间的无线通信。
采用热释电传感器模块、声音传感器模块、红外对管模块、烟雾传感器模块和火焰传感器模块对家庭的情况进行监控，接收端采用蜂鸣器和12864液晶显示屏显示监控情况。
有情况发生时，发射端启动高分贝警笛并发送信号至接收端使液晶屏显示正发生的情况并提醒主人采取相应的措施。
关键词：
单片机；
无线通信；
传感器；
报警器，家庭
Abstract：
Thewirelesshomealarmsystemconsistsoflaunchterminalandthereceiver.BothofthosetwopartsareusedSTC89C52RCasthemaincontroller,andusewirelessserialAPC220-43moduleimplementthewirelesscommunicationbetweenthem.Thisdesignadoptfivemodules,pyroelectricsensormodule,soundsensormodule,theinfraredraytotubemodule,smokesensormoduleandflamesensormodule,torealizethefamilymonitoratthereceivingendadoptsbuzzerand12864LCDmonitoring.Whensomethinghappened,launchendstarthighloudnessalarmandsendsasignaltothereceivertothedisplay,andtheLCDpanelwillshowwhichishappeningandremindownertotakecorrespondingmeasures.
Keywords:
MCU;
Wirelesscommunication;
Sensor;
Annunciator;
family
1．系统设计及论证
1.1系统设计要求
4、监控家中状态，有外人时用高分贝警笛报警；
5、对玻璃破碎、振动、烟雾、火焰等适当考虑；
6、发挥部分：
1.2设计分析
要成功实现本设计的要求，系统必须具备以下功能：
人体红外热释电传感、声音传感、烟雾传感、火焰传感和无线通信等功能。
其主要分为发送和接收两部分：
发送部分需热释电、声音、烟雾、火焰等传感器来监测家中状态，用报警器提示家中异常状况，接收部分需显示部分和控制部分来处理异常。
如此系统构成一个家庭防盗报警装置。
该系统框图如图1.1：
图1.1系统设计框图
1.3各模块方案论证与选择
1.3.1主控制器模块
方案一：
采用ARM7TDMI-S微控制器LPC2148。
32位的LPC2148工作电压为3.3V，典型工作电流为53mA，工作频率可高达60MHz，具有45个可承受5V电压的I/O口，内置宽范围的串行通信接口，采用3级流水线工作模式，具有掉电和空闲两种低功耗工作模式。
方案二：
采用FPGA（FieldProgrammableGateArray）作为主控制器。
FPGA内部具有独立的I/O接口和逻辑单元，使用灵活，适用性强，且相对单片机来说，还有速度快，外围电路较少，集成度高的特点，因此特别适用于复杂逻辑电路设计。
但是FPGA的成本偏高，算术运算能力不强，而且由于本设计对输出处理的速度要求不高，所以FPGA高速处理的优势得不到充分体现。
方案三：
采用STC89C52RC单片机作为主控制器，其有40个引脚，32个独立的I/O口，二个外部中断，三个定时/计数器，虽然相对FPGA来说在功能和速度上有点差异，但单片机算术运算功能强，软件编程灵活、可用软件较简单的实现各种算法和逻辑控制，并且由于其成本低、体积小、技术成熟和功耗小等优点，开发过程中可以利用的资源和工具丰富。
针对本设计对处理器要求不高，根据经济节约的原则，系统拟采用方案二，使用STC89C52RC单片机作为本系统的主控制器。
1.3.2无线通信模块
使用nRF24L01无线收发模块。
其工作频段为2.4GHz，最高工作速率为2Mbps，最远传输距离为100m，低功耗1.9V～3.6V工作，待机模式下为22μA，可通过SPI接口方便地与控制器相连。
使用nRF905无线收发模块。
其工作频段为433MHz，最高数据速率为50kbps，最远传输距离可达1000m，稳定性非常好，具有低功耗模式，工作电压为1.9V～3.6V，电流消耗很低，待机模式下仅为2.5μA，通过SPI接口可方便地编程配置其工作模式。
采用APC220-43无线串口收发模块，该模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。
创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，支持在线编程，3.3~6V宽电压范围工作，使用极其方便，最远传输距离可达1200m。
该三个无线模块均具有很高的稳定性，但无线串口使用时无需繁杂的配置程序，顾本系统拟采用方案三，用APC220-43无线串口模块作为本系统的无线传输模块。
1.3.3声音接收模块
采用压电式声敏传感器。
压电声敏传感器是利用压电晶体的压电效应制成一种能实现声-电转换器件，但压电声敏传感器较为少见，价格较贵。
使用驻极体电容传声器，即咪头，接收音频信号，配合LM358运放电路对接收信号进行处理，只在接收到所需音频信号时输出低电平。
本系统拟采用方案二，用LM358自制声音接收模块，通过调节电位器控制声音接收的大小。
1.3.4人体红外感应模块
采用温度监控，实时的测出温度值，当温度范围变化过大时会提示有状态变化。
测量温度精度高，接口电路简单，但难易控制。
采用热释电人体红外感应器，根据热释电的温度曲线特性，有移动的目标时会发生电荷变化，从而会输出电平至控制端口。
根据可行性分析，本系统拟采用方案二，用热释电传感器制作红外监测电路。
1.3.5烟雾监测模块
采用MQ-2烟雾传感器监测空气质量，其外围电路简单易行，而且阀值可调。
高精度烟雾传感器，感应气体种类多，高灵敏度且完全可控，但其电路较为复杂，需要用程序控制不同的气体敏感度。
本系统只为对家庭煤气、天然气等一些常用气体监测，故拟采用方案一。
1.3.6火焰监测模块
采用传感元件GP-16非接触式火焰检测电子管对火焰进行监测，其灵敏度高，但该电子管价格稍高，不易购买。
采用火焰传感器模组对火焰的监测，内部构造简洁，有一三极管和一电容组成。
而且输出特性明显，采集距离较远。
本系统拟采用方案二，用专用火焰传感器模组完成对火焰的监测。
1.3.7运动物体监测模块
采用摄像头实时对画面监测，实时性好，测量范围广，精确度高，能对各种情况识别。
但其编程较为复杂，成本也较高。
采用红外对管来监测运动物体，当有物体经过时会产生低电平，接口电路极其简单，且易于控制。
但灵敏度不高，不能智能识别。
综合分析，本系统拟采用方案二,采用红外对管对运动物体进行监测。
2．系统电路单元设计
2.1主控制台的主控板电路设计
系统主控板分为接收部分和发送部分两块，发送和接受部分均采用封装为DIP40的STC89C52RC单片机作为主控制器，单片机的18、19脚接11.0592M的晶振，发送部分接有5个I/O插口作为外部信号的输入，P20口控制当有外来信息时LED灯亮。
系统电路见附录主控板发送端电路图和主控板接收端电路图。
2.2声音接收模块电路设计
设计在接收点A、B、C处各置一个如图3.1所示的基于运放芯片LM358的音频信号处理电路。
LM358为高增益的双运算放大器。
设计中LM358中的一个运放用作放大器，另一个用作电压比较器。
驻极体电容话筒采集到声音信号后经过LM358放大再比较后输出。
由于蜂鸣器发出的音频信号是一连串的正弦波，故经过比较后输出为一连串的脉冲波形。
当检测到音频后，LM358的7脚就输出高电平脉冲通知单片机。
电路中为保持放大器输入电阻与麦克风阻抗匹配，R2与R1的阻值相同。
电路的放大倍数如式2.1所示。
（式2.1）
电路中C9为滤波电容，用于滤除周期干扰信号。
可调电阻RP1调节电压比较器的阀门电压。
电路如下图：
图2.1声音接收电路原理图
2.3热释电传感器模块电路设计
该传感器采用热释电专用芯片biss0001芯片，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感与处理电路，将信号放大，然后将其耦合给OP2，再进行第二级放大，同时将电流抬高为VM（约为0.5VDD），送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号。
由于VH=0.7VDD,VL=0.3VDD，所以VDD为5V时候，可有效地抑制正负1V的信号干扰，更好的提高了系统的稳定性。
在本设计中还设有触发方式，分为电平触发和脉冲触发。
在试验中采用电平触发，这种触发方式更加稳定有效。
其电路原理图和PCB图见附录热释电人体红外感应模块电路。
2.4烟雾传感器模块电路设计
根据烟雾传感器的特性曲线把从传感器输出的电压信号通过电压比较器输出电平信号送至控制器。
调节VR1和VR2可以设置烟雾感应强度和电压的阀值。
MQ-2型烟雾传感器相对而言内阻较小，但是对烟雾的敏感度较大，顾我们采用分压的方法测试出传感器两端的电压。
其阀值电压如式2.2所示：
阀值电压=R3/R2（式2.2）
其电路原理图及PCB图见附录烟雾传感器模块电路图。
图2.2MQ-2型烟雾传感器特性曲线
2.5红外对管电路设计
红外对管由两部分构成，红外线发送端和接收端，发射管发射出700nm的红外波，接收管接收到红外线立即导通，低电平通过三极管送至输出端。
本设计还可以通过减小发射端的电阻用提高发射功率的方法提高感应距离，但是却要注意该对管的导通电压为1.6V。
其电路原理图及PCB图见附录红外对管模块电路图和红外对管模块PCB图。
3．软件设计
3.1开发软件介绍
软件编程工具采用ICCAVR和KEIL3，使用C语言编程，程序设计方便，可移植性强。
3.2主机系统主程序
本系统主机程序由发送端和接收端两部分构成，共同组成一套无线家庭防盗报警系统，发送端程序主要控制信号的发射和高分贝警笛的报警，接收端程序主要控制显示发送端的状况，并且提醒主人用按键去控制处理发送端的情况。
3.3子程序模块
3.3.1接收端主程序
主机接收到发送端发送的信号，识别并显示热释电、红外、声音、烟雾和火焰信息，以便提醒主人及时去处理异常情况，在此同时，该部分会通过无线串口给发送端发送一个标识信号以便控制发送端的高分贝警笛关闭。
其程序流程图如上图3.2.2所示。
图3.1接收端主程序流程图
3.2.1发送端主程序
主机接收到热释电、声音传感器、红外传感器、烟雾传感器、火焰传感
器的电平信号，通过串口从无线发送对应的信息至接收端，同时高响度报
警器会发出声音。
其程序流程图如图3.2.1所示：
是
否
否
否
是
是
图3.2发射端程序流程图
4．系统测试
4.1测试仪器
主要测试仪器有数字双踪示波器，万用表，详情见附录仪器清单。
4.2测试过程和结果
基本要求：
题目要求
测试结果
监控家中状态，有外人时用高分贝警笛报警；
有人时热释电传感器能发送低电平，高分贝警笛会报警
对玻璃破碎、振动、烟雾、火焰等适当考虑；
玻璃破碎时声音传感器能发送低电平，有烟雾时烟雾传感器能发送高电平，
有火焰时火焰传感器能发送高电平，
同时高分贝警笛会报警。
发挥部分：
测试结果
用GSM模块实现远程遥控
使用APC220-43无线串口模块进行远程遥控，发送端可以准确发送各种信息到接收端，接收端亦可发送反馈信息至发送端，
实测最远传输距离可达到500米。
在测试过程中，我主要碰到的问题是如何让接收到瞬间信号的时候把屏幕保持在一个稳定的状态，但是通过对程序的修改，加了一个小小的延时程序就解决了问题。
测试过程中，由于大地有电磁波，需要把该系统的置于高于地面1米的地方才能有效的减小干扰，让传输距离更远。
5．结论
本系统具有很实际的使用意义，家庭安全问题是一个我们永远要注意的问题，这就各种各样的防盗报警器应运而生，本系统为此而设计，这是我们文化知识和实践能力的见证。
大学课本上的数电、模电知识很是重要，比如在做热释电过程中，小信号的放大，特定频率的低通滤波器等等，这些要把知识透彻理解才能设计得出来，然后就是程序，程序的语言本身并不是很难，难的是算法，只要平时锻炼得多，就能写出好的程序。
本系统的实现，充分地锻炼了我的动手能力，让我知道了做工程不仅要理论知识基础扎实，而且要有时间经验，我们做的东西在时间中并不一定能够实现，要养成良好的思维习惯，善于发现问题。
在设计过程中，模电问题还是一个难点，在热释电传感器模块的制作过程中，小信号的放大和滤波器的制作需要对运算放大器的特性非常了解，理想的电路和实际电路有很大的区别，运放的开环增益并不是无穷大，把交流放大的同时也要考虑如何抑制直流的放大才能达到最佳效果。
烟雾传感器将电压传过来的电压要经过比较器才能准确的输出高低电平，比较器过程中也要注意电阻的分压，采用电位器才可以调节灵敏度。
本系统设计并不很复杂，但是要注意的细节比较多，还有本系统有些不完善的地方，主要体现在程序方面，还有许多需要优化的地方，总的来说，本系统对课程设计要求来说还是完成的不错。
参考文献
[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训[M].北京：
北京航空航天大学出版社，2006.
[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].北京：
电子工业出版社，2005.
[3]黄智伟.无线发射与接收电路设计[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2004.
[4]赵负图.现代传感集成电路[M].北京：
人民邮电出版社，2003.
[5]高吉祥.数字系统与自动控制系统设计[M].北京：
电子工业出版社,2007.
[6]高吉祥.基本技能训练与单元电路设计[M].北京：
[7]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（1994~1999）[M].北京:
北京理工大学出版社,1997.
[8]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）[M].北京:
北京理工大学出版社,2003.
[9]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2003）[M].北京:
北京理工大学出版社,2005.
[10]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005）[M].北京:
北京理工大学出版社,2007.
附录一：
主要元件清单
系统元件清单：
名称
封装
数量
STC89C52RC
DIP40
LM358
DIP8
驻极体话筒
1
10K排阻
SIP9
MQ-2烟雾传感器
红外对管
1对
APC220-43无线串口模块
火焰传感器模组
热释电传感器
12864液晶
高分贝警笛
11.0592M晶振
电位器
V3296
若干
瓷片电容
RAD0.1
电解电容
CD4
自锁开关
电阻
AXIAL0.4
轻触开关
测试仪器清单：
型号
数字双踪示波器
泰克TDS1012
数字万用表
胜利VC890C
卷尺
附录二：
系统原理图与PCB图
图一、主控板发送端电路原理图
图二、主控板发送端PCB图
图三、主控板发送端顶层PCB丝印层图
图四、主控板接收端电路原理图
图五、主控板接收端顶层PCB图图六、主控板接收端底层PCB图
图七、声音接收模块电路原理图
图八、热释电人体红外感应模块电路原理图
图九、热释电人体红外感应模块底层PCB图
图十、烟雾传感器模块电路原理图
图十一、烟雾传感器模块底层PCB图图十二、红外对管电路原理图
图十三、红外对管电路底层PCB图
附录三：
程序清单
发送端主程序：
#include<
reg52.h>
//52单片机头文件
sbityinpin=P0^0;
//各种
sbitreshidian=P1^0;
//传感器
sbitshengyin=P1^6;
//接口
sbithuoyan=P2^0;
//
sbityanwu=P2^3;
//
sbithongwai=P3^7;
sbitled=P2^4;
voiddelay（）//延时子函数
{
unsignedi,j;
for（i=110;
i>
0;
i-
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