基于单片机的防盗报警系统的设计方案说明文本文档格式.docx
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1.1选题背景及意义
近年来，随着改革开放的深入发展，电子技术的日新月异和人类的不断研究，人民的生活水平的提高和对私有财产安防意识的不断增强，家庭安全防盗系统的应用日益广泛。
因此，家庭式电子防盗系统为了满足现代住宅防盗的需要而出现。
鉴于目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器都存在隐蔽性不好、成本高、误报率高等一些缺点，提出一种热释电红外传感器，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转化为电压信号。
红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方安装一个红外报警器可以方便的检测到是否有人出入。
此类装置不仅能有效的判断是否有人员闯入监控区，而且还尽可能大地增加防护范围。
因此，这种先进的红外线监控报警系统就成为一种必要措施[1]。
随着科学的不断进步，各种各样的智能控制系统越来越多，在众多控制系统中，单片机扮演着重要角色。
利用各种各样的单片机作为控制系统的核心，是这些智能控制的核心。
本设计就是采用AT89C51单片机做的防盗报警器。
当单片机接受到入侵信号后，进行判断和运算，得到相应的控制量去控制外围执行部件，实现报警功能。
这种基于单片机控制的红外报警器一旦发现入侵者可立即发出报警，好像在重要区域的周界处增加了一双“电子眼”忠诚地守卫着要害目标。
1.2课题介绍
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。
由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。
这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。
通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。
红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；
一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。
当我们考虑的范围广一点：
若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。
当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警。
周界报警系统：
在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。
目前各种各样的智能控制系统越来越多，在众多控制系统中，单片机扮演着重要角色。
现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。
1.3国内外研究现状
国外的红外报警器大多数都是采用先进技术，其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器，红外监控无线报警器，超声波防盗报警器，红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器，触摸式防盗报警器等等。
目前国际上应用最多的是主动红外对射总线制报警主机的方式，这种方式具有技术成熟、可靠性高、易扩展、操作简便、经济性好等优点。
同比国外的各类防盗报警器，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。
防盗报警产品的发展趋势，产品技术将在数字化、无线化、集成化核心前提下力求突破[2]。
而在应用市场上，将朝更细化的方向前进，成长最快的住宅小区应用为例，有厂商表示，专为住宅小区设计的定向幕帘式和防宠物探测器，成本低、安装简单、适合家庭用的无线联网报警系统，以及小区智能化安防和报警集成系统产品都将是亮点。
1.4文本主要工作
1.在设计之前首先对本课题做了广大的市场调研工作，进行分析、对比、总结，再进行方案选择论证。
2.总体方案的确定。
设计主要采用了以下的硬件和软件设备，硬件设备：
单片机部分和检查部分、软件设计部分包括主程序设计、中断子程序设计。
3.设计中出现的图片都是利用WORD软件、PRTEL,PROTEUS等软件，
具体到设计时，又分硬件设计和软件设计，硬件设计分为两大部分：
单片机部分和检测部分。
软件设计分为主程序设计和中断子程序设计。
在完成正文部分后，主要工作就是要进行调试。
为了实现设计预计现象，软件和硬件都做必要的修改，在设计之前首先对本课题做广大的市场调研工作，进行分析、对比、总结，再进行方案选择论证。
2单片机系统的硬件设计
单片机控制的红外线报警系统工作原理单片机控制的报警器采用红外传感器装置检测防区内有人体移动辐射的红外热能，专用红外传感处理集成电路对接收信号处理，传递给单片机控制器，单片机进行智能控制，启动高分贝嗽叭现场报警，并借助与报警系统相连的电话机进行拨号报警，同时启动照相机进行拍照。
此系统特点：
只要在警戒区空间探测到非法活动人体，就可以立即启动系统进行自动报警。
误报警，当检测到某点有盗请时该系统应延时再进行检测一次，若确有盗情方可报警，并用数字指示出被盗地点。
该系统的传感器可选用接触式、断开式等开关量传感器；
系统终端部分选用音响报警电路及数码显示电路；
其中数码显示由译码驱动器译码驱动。
本章节主要介绍单片机系统的硬件设计及其相关芯片的概述和各部分的接口电路。
本设计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对4个以上的监测点进行自动监测。
是以单片机为核心构成防盗报警系统，以完成用户键盘输入，数码（可汉字液晶）显示、故障状态指示为主，完成报警检测，若有报警事故发生，可向外界发出声报
警信号。
系统基本框图如下所示:
2.1单片机的选择
本设计采用低功耗，高性能的89C51单片机,北京集成电路设计中心推出的BI／ATu89C51的单片机。
是一种低功耗，高性能的含有4K字节快檫写可编程／檫除只读存储器（EEPORM）的8位CMOS单片机，时钟频率高达24MHZ，与8031的指令系统和引脚完全兼容。
芯片上的EEPROM允许在线（＋5V）电檫除，点写入或采用通用的非易失存储器对程序存储器重复编程。
此外，BI／ATu89C51还支持由软件选择的二种掉电工作方式。
非常适用于电池供电或其他要求低供耗场合。
由于芯片内的4Ｋ程序存储器可在线或用编程器重复编程，受到了应用设计者的欢迎，并得到较为广泛的应用。
硬件结构图如图2.2所示，主机选用89C51单片机，地址锁存器选用74LS373，数码显示部分选用共阴极数码管，放大器、扬声器及多点检测电路选用8255并行I/O口。
由于8255每片3个口，每个有8个点，故每片8255可监测24个房间，若需要，还可以增加8255的数量。
图2.2系统结构硬件总图
2.1.1AT89C51芯片的介绍
AT89C51系列单片机（简称89系列单片机）是ATMEL公司的8位Flash单片机。
这个系列单片机最吸引人的特点就是在片内含有Flash存储器，因此它有着十分广泛的用途，特别是在便携式和需要特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用[2]。
89系列单片机是以8031核构成的，所以与8051系列单片机相互兼容。
这个系列对于以8051为基础的系统来说，进行取代和构造十分容易。
89系列单片机的内部结构与80C51相近，主要含有以下几个部件：
●
8031CPU；
●振荡电路；
●总线控制部件；
●中断控制部件；
●片内Flash存储器；
●片内RAM；
●并行I/O接口；
●定时器；
●串行I/O接口；
图2.3AT89C51引脚图
2.1.2结构原理
AT89C51基本组成框图如图2.4所示。
下面简要说明各部分的组成及功能：
图2.4AT89C51基本组成框图
1．中央处理器
单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和控制操作。
中央处理器主要包括运算器和控制器。
运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。
其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
控制器是识别指令并根据指令性质协调计算机内各组成单元进行工作的部件。
控制器主要包括程序计数器PC（ProgramCounter）、PC增量器、指令寄存器、指令译码器、定时及控制逻辑电路等。
其功能是控制指令读入、译码和执行，并对指令执行过程进行定时和逻辑控制。
2．存储器
单片机内部的存储器分别为程序存储器和数据存储器。
程序存储器主要用来存储指令代码和一些常数及表格。
程序在开发和调试成功之后就永久性地驻留在程序存储器中，在停机断电状态下代码也不会丢失程序存储器在操作运行过程中只读不写，因而又被称为只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）。
用随机存储器RAM（RandomAccessMemory）来存储程序运行期间的工作变量和数据，所以又被称为数据存储器。
一定容量的RAM集成在单片机内，提高了单片机的运行速度，也降低了功耗。
标准AT89单片机的程序存储器采用4KB的快速擦写存储器FlashMemory,编程和擦除完全是电气实现。
标准AT89单片机含有128*8位RAM，采用单字节地址。
实际上片内的字节地址空间是256个（00H～FFH）,其中高128字节地址（80H～FFH）被特殊功能寄存器SFR占用,用户只能使用低128字节单元（00H～7FH）来存放可读/写的数据。
3．外围接口电路
CPU与外围设备的信息的交换都要通过接口电路来进行。
这主要是解决CPU的高速处理能力和外部设备低速运行之间的速度匹配问题，并可以有效地提高CPU的工作效率；
同时也提高了CPU对外的驱动能力，输出接口电路具有锁存器和驱动器，输入接口电路具有三态门控制，成为接口电路的基本特征。
4．时钟振荡电路
单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容都需要外接。
AT89C51的晶振频率为高为24MHz。
2.1.3AT89C51定时器/计数器相关的控制寄存器介绍
1.定时器/计数器的控制寄存器TCON
2.工作方式控制寄存器TMOD
TMOD用于设定定时器/计数器的工作方式，不可位寻址，只能用字节传送指令，字节地址为89H，其各位定义如下：
定时/计数器1
定时/计数器0
位序
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位符号
GATE
C/T
M1
M0
C/T计数方式/定时方式选择位。
C/T=0，选择定C/T计数方式/定时方式选择位。
C/T=0，选择定时工作方式；
C/T=1，选择计数工作方式。
M1和M0工作方式选择位。
M1M0=00，选择工作方式0；
M1M0=01，选择工作方式1；
M1M0=10，选择工作方式2；
M1M0=11，选择工作方式3。
1.中断允许寄存器IE
2.中断优先级寄存器IP
2.1.48255的工作方式
8255有3种工作方式，即方式0、方式1、方式2，如图2.5所示。
1.方式0（基本输入/输入方式）。
这种方式不需要任何选通信号。
两个8位端口（口A和口B）和两个4位端口（口C）。
A口、B口及C口的高4位和低4位都可以设定为输入或输出。
作为输出口时，输出的数据都被锁存；
作为输入口时，输入数据不锁存。
在方式0时，各个端口的输入、输出可有16种不同的组合。
2.方式1（选通输入/输出方式）。
在这种方式下,A、B、C三个口分为两组：
A组包括A口和C口的高4位，A口可由编程设定为输入口或输出口，若悬河C口的高4位用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；
B组包括B口和C口的低4位，B口同样由编程设定输入或输出口，C口的低4位用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；
任何一个端口都有可做为输入或输出；
若只有一个端口工作于方式1，余下的13位，可以工作在方式0下；
A口和B口的输入数据输出数据都被锁存。
a.引脚b.内部功能结构
图2.58255A引脚和结构图
表2.38255A端口选择及功能
A0A1
操作
00
01
10
11
XX
010
100
XX1
110
A口数据总线
B口数据总线
C口数据总线
数据总线A口
数据总线B口
数据总线C口
数据总线——控制寄存器
数据总线为三态
非法状态
3.方式2（双向总线方式）。
在这种方式下，A口为8位双向总线，C口的
用来作为输入/输出的同步控制信号。
在这种情况下，B口和C口的
只能编程方式为0或方式1工作。
图2.68255的三种工作方式
A方式0b方式1c方式2
2.1.5AT89C51与8255接口电路
在89C51单片机上扩展一片8255A芯片，无需外加任何逻辑电路，其接口如图2.7所示。
图中8255A的PA口地址为7CH，PB口地址为7DH，PC口地址为7EH，控制字寄存器地址为7EH。
这里8951单片机对8255采用了线性选址法。
图2.789C51与8255A的接口电路图
2.2单片机与7488译码驱动器及LED的连接
现直接用7448译码驱动LED显示数字，直观明了，在软件方面也有优点。
7448的输入接单片机一般
口，电阻起限压作用。
单片机与7448译码驱动器及LED的接口电路如下所示。
图2.8单片机与7448译码驱动器及LED的连接图
2.3外部地址锁存器
单片机中的16位地址，分为高8位（A15～A8）和低8位（A7～0）。
高8位由P2口输出，低8位由P0输出。
而P0口同时又是数据输入/输出接口，故在传送时采用分时方式，先输出低8位地址，然后再传送数据。
但是，在对外部存储器进行读/写操作时，地址必须保持不变，这就需要适当的寄存器存放低8位地址，这个外接的寄存器就称为地址锁存器。
在进行外部存储器扩展时，凡具有输入/输出控制的8位寄存器均可作为地址锁存器[8]。
目前常用的地址锁存器芯片有：
74LS273、74LS373、8282等,引脚图分别如2.9所示。
引脚说明：
●STB:
数据输入锁存选通信号,高电平有效.当该信号为高电平时,外部数据选通到内部锁存器,负跳变时,数据锁存。
●/OE：
数据输出允许信号，低电平有效。
当该信号为低电平时，锁存器中数据输出到数据输出线。
当该信号为高电平时，输出线为高阻态。
：
8位数据输入线。
8位数据输出线。
（a）74LS273（b）74LS373（c）8282
图2.9地址锁存器引脚图
89C51单片机P0口与地址锁存器的连接方法如图2.10所示。
图2.10中的b图为74LS373的引脚图，/OE为使能控制端，G为锁存控制信号。
74LS373有三种工作状态：
（1）当/OE为低电平，G为高电平时，输出状态和输入状态相同，即输出跟随输入。
（2）当/OE为低电平，G由高电平变为低电平时，输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器中的内容与输出端相同。
当G保持低电平时，即输入端数据变化也不会影响输出端状态，从而实现了锁存功能。
（3）当/OE为高电平时，锁存器缓冲三态门封闭，即三态门输出为高组态，输入端
和输出端
隔离，则不能输出。
（a）使用74LS273（b）使用74LS373（c）使用8282
图2.1089C51单片机P0口与地址锁存器的连接方法
2.4检测信号放大电路设计
而本设计输入部分主要是各种各样的传感器，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；
若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警。
本章节主要介绍几种不同的利用红外线检测报警的电路，并由此得出检测信号放大电路。
2.4.1热释红外线传感器典型电路
热释红外线传感器由于具有独特的优异功能，被广泛应用在国防和民用领域，作遥控、遥测、防盗、警戒、放火及自动化设施，其原理及典型应用电路如图2.11所示。
热释红外线传感器主要由高热系数的锆钛酸铅系陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘钛等配合滤光镜片窗口组成，它能以非接触形式，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[12]。
金属、塑料封装热释红外传感器，内装有变换阻抗用的场效应晶体管，输出阻抗一般为
，顶端或侧面装有滤光镜片，用来选择接收不同波长的热释红外线。
人体辐射的红外线中心波长为
而这种探测元件的波长灵敏度特性在
范围几乎是稳定不变的.在硅片表面上截止波长
的滤光片,使波长超过
的红外线通过,而小于
的红外线被吸收,于是就得到只对人体敏感的热释红外线。
如果用菲涅耳透镜配合放大电路，将检测出来的红外信号放大60～70dB，则可检测出10～20m处人的行动，。
热释红外线传感器的文字符号为AT。
图2.13为热释红外线传感器典型应用电路。
AT为双元件热释红外线传感器，内部电路见图2.11，其接收波长为
，适用于防盗报警系统，输出阻抗为10kΩ;
AT为单元件热释红外线传感器，接收波长为
，适用于温度遥测，但同样亦可用于防盗及自动控制系统，其内部电路如图2.12所示。
在这例电路中，当AT接收到人体信号时，输出一个微弱的低频信号，其频率约为
。
经晶体管VT1和运算放大器A1组成的两级放大器将信号放大至
由
等组成的电压比较器，设定一参考电压。
在无目标进入时，末级无输出；
一旦有目标进入探测范围，AT则有信号输出，经放大后，电压高于比较器设定电压时，
输出高电位，
导通，继电器K吸合，其触点接通报警电路或控制电路，实现热释红外线探测之目的。
2.11双元件热释红外线传感器2.12单元件热释红外线传感器
2.13热释红外线传感器典型电路
2.4.2红外光敏二极管警灯电路
图2.14中，VDP是红外光敏二极管，在电路中反向连接。
当把它置于红外光照强度很弱的环境中时，VDP内部仅有极少的载流子流过，表现为高阻值；
当它接收到一定强度的红外光时，其内部的PN结载流子受红外光激发而增多，VDP反向电流增大，表现为低阻值。
图2.14红外光敏二极管电路
图2.14主要由运算放大器
和四与非门（
）等组成。
在VDP无光照时，调节RP使
的
脚为1.5V左右，
脚输出高电平。
在这里，
与
构成单稳态触发电路，
第11脚输出高电平，
的第10脚输出抵电平，发光二极管VL不亮.
我们将本装置安装在走廊的一侧，其对面安装一只白炽灯（灯光中含有红外光），VL不亮。
当有不速之客闯入光源与光敏二极管之间的警戒域时，VDP接收的光强瞬时减小，等效电阻值增大，在M点产生一个脉冲信
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