基于单片机的热释电防盗报警系统的设计Word格式.docx
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人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。
于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。
而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。
因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。
红外线作为一种不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。
还有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，触摸式延时防盗报警器,触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声光报警器等。
1.1.1防盗报警系统的构成
防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。
防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。
一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。
防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。
防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图所示。
控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时1～2秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置。
图1-1防盗报警系统构成图
1.1.2防盗报警器的分类
（1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。
（2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。
（3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。
（4）防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。
（5）从防盗探测器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分有线与无线。
除了以上区分以外，还有其他方式的划分。
在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。
报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。
在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。
这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。
因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。
1.1.3防盗报警系统在国内外的发展
从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。
在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；
同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。
随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；
不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。
而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。
从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。
国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。
其具有以下特点，值得我们借鉴。
目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。
比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。
到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。
1979年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。
其实我国的技防工作早在60年代就开始了，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。
当时主要采用的手段是声控报警。
罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。
值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。
82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。
84年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。
相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。
进入90年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。
在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。
目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。
在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。
1.1.4防盗报警器的发展前景与趋势
随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要”。
传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：
影响楼房美观，市容整洁；
影响火灾救援通道；
给犯罪分子提供了便利的翻越条件；
时间久了会有高空坠物的危险等。
所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益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，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。
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进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势：
（1）更稳定可靠：
如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；
（2）更多样的功能：
如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；
（3）更精美、小巧的外观：
以符合品味日益提高的室内装潢需求；
（4）更智能化的设计：
方便地设/撤防，人性化的操作界面；
（5）更强大的联网功能；
（6）更方便的扩展性。
上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。
1.2设计要求与研究内容
1.2.1设计要求
现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生,治安问题更加突出。
为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗报警产品。
防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防，探测。
当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声。
本论文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗报警系统。
本文所研制的报警器的功能要求如下:
（1）可实现非法入侵报警；
（2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；
（3）蜂鸣器报警，并能显示出出事地点；
（4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。
1.2.2研究内容
本课题需要研究的内容主要有以下几个方面：
根据系统功能要求并且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。
该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。
系统硬件设计。
包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。
主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、传感器的选择、报警电路的设计。
下面分3章从系统总体的方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计对本课题做详细的介绍。
2系统方案设计
现在市场上有各种各样的报警器，通过对它们进行分析比较，根据产品的功能要求和性价比，决定采取以单片机为主要技术的总体方案设计。
2.1系统的功能要求
根据实际要求，本文所研制的报警器的功能要求如下：
（3）蜂鸣器报警，显示出出事地点；
2.2总体的设计方案
智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。
系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：
电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等。
图2-1系统组成框图
探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时显示出出事位置。
2.3系统的相关技术
本系统主要有电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51控制电路、警铃电路、数码管显示电路部分组成。
下面我们将简要介绍传感器技术和单片机技术。
2.3.1传感器技术
感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。
感应器的作用：
A．信息的收集。
对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测。
B．信息数据的交换。
把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信息数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。
C．控制信息的采集。
检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。
现在有关家庭防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、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、雷达波人体检测无线探头等等。
本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了无线人体热释电红外传感器完成防盗监测。
当盗贼企图从门窗进入室内时，无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。
在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。
被动式热释电红外探测器的工作原理：
在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。
人体都有恒定的体温，一般在37℃,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。
红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。
这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电荷变化最终将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
被动式热释电红外探测器的特性：
这种探头是以探测人体辐射为目标的。
所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。
为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。
被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。
而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。
抗干扰性能：
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，一般不产生报警。
抗电磁干扰：
探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408（安全防范国家标准）的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。
正确的安装应满足下列条件:
a．红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
b．红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。
c．红外线热释电传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
d．红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。
红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。
振动位移传感器：
高灵敏振动位移传感器，是一种集振动和位移测量于一身的全方位固态控制器件,是目前作为状态检测和报警的最佳选择，传感部分采用目前先进固态加速度检测器件，既对振动有很高的检测灵敏度，又对周围环境的声音信号抑制，具有很强的抗干扰能力，可广泛应用于机动车、保险柜、门窗等场合的防盗装置中，器件的内部均含有专用的控制芯片，应用非常方便，可直接带动小功率负载。
2.3.2单片机技术
单片机的特点：
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，主要特点如下：
a．单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。
ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。
而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。
这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。
但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。
b．采用面向控制的指令系统。
为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。
单片机的运行速度也较高。
c．单片机的I/O引脚通常是多功能的。
由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。
d．系列齐全，功能扩展性强。
单片机具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。
e．单片机的功能是通用的。
单片机虽然主要是作控制器用，但功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在各个方面。
单片机的应用：
单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：
·
体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化；
面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更佳的性能价格比；
抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟的；
可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。
单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。
①工业控制
数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工业机器人，智能传感器，离散与连续过程控制；
②仪器仪表
智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器；
③电讯技术
调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制；
④办公自动化和计算机外部设备
图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘/磁带机，智能终端机；
⑤导航与控制
导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统；
⑥汽车与节能
点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃料控制，计费器，交通控制；
⑦商用产品
自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机；
⑧家用电器
微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。
AT89C51的特点：
AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗、高性能8位单片机，与MCS-51单片机兼容，其功能特点为：
4K字节闪烁存储器（FLASH），可进行1000次写、擦除操作。
静态操作，外接OHZ-24MHZ晶振。
三层程序存储器琐。
128字节内部数据存储器（RAM）。
32跟可编程输/输出线。
两个6位定时/计数器。
六个中断源。
一个可编程串口。
支持低功耗模式和掉电模式。
下面我们介绍一下AT89C51的引脚，AT89C51引脚排列如图2-2所示，各引脚的功能如下：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
PO口：
PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写l时，被定义为高阻输入。
PO能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，PO口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。
图2-2AT89C51引脚排列图
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向1/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储
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