防盗报警系统的设计.docx

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防盗报警系统的设计

摘要

防盗报警系统的设计是为满足现代住宅防盗的需要所设计的家庭式电子防盗系统。

防盗报警系统采用了由热释电红外传感器和振动位移传感器构成的复合式传感器，这种防盗器安装隐蔽，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。

防盗报警系统设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分设计主要包括检测电路接收信号，LED控制电路控制发光及驱动执行报警电路执行报警等。

软件部分设计主要包括中断、定时等程序设计来实现声光报警的作用。

此设计实现的功能简单而实用。

当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来。

当有人闯入时，传感器将探测到动作，设置在监测点上的探头将人体辐射的红外光谱和振动的位移变换成电信号。

此信号经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平，然后经锁存器送至AT89C51单片机，又经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。

关键词：

单片机；红外传感器；信号接收；报警电路

Abstract

Thedesignofanti-theftalarmsystemisforthefamilyofelectronicsecuritysystemsdesignedtomeettheneedsofmodernresidentialburglar.

Anti-theftalarmsystemusesthecombinationsensorwhichconsistsofPyroelectricinfraredsensorandVibrationtransducerfordisplacement,thefixingofthisalarmiscovert,afterhasbeenprocessedbySCM,thesignalofalarmcommunicateswithPC,whichisconvenientforuniformmanagement.Anti-theftalarmdesignincludeshardwarepartandsoftwarepart.Thehardwarepartofthedesignincludesdetectioncircuitreceivingthesignal,theLEDcontrolcircuittocontrollight-emittinganddrivingtheimplementationoftheimplementationofthealarmcircuittoalarm.Thesoftwarepartofthedesignincludesprogramslikeinterrupt,timingtoachievetheroleofacousto-opticalarm,etc.Thefunctionsofthedesignissimpleandpratical.Whenpeoplegoout,wecansetthealarmsystemintheconditonofprotection,thedetectorbeginstowork.Pyroelectricinfraredsensorwilldetecttheactionwhenpeoplebreakin,andtheinfraredprobesettedintheobservingpointwillconverttheinfraredradiationandthedisplacementofthevibrationfromthehumanbodyintotheelectricalsignal.Thesignalissenttothethresholdswitchthroughamplifiercircuitandcomparisoncircuit,thenopenthethresholdvalvesandsendouttheTTLlevel,thensendittotheAT89C51SCMviathelatch,andmaketheperformingalarmcircuitsoundingviatheprocessingoprationsoftheSCM.

KEYWORDSSCM;infraredsensor;signalreceiving;alarmcircuit

第1章绪论

随着社会经济的飞速发展，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。

本文设计了一种新型盗报警系统，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。

1.1课题背景

随着电子通讯技术的飞速发展，单片机以其具有体积小、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种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防盗报警系统，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,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。

为满足现代住宅防盗的需要而设计的基于单片机的家庭防盗报警系统，它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗。

它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。

不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样非常有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。

1.2防盗报警系统的介绍

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，便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。

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，同时通过液晶显示器显示单元显示具体的事发位置。

1.2.1防盗报警器的分类

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。

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。

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。

防盗探测器是否采用电源分类可分为无源和有源两种。

从防盗探测器与报警主机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。

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。

1.2.3防盗报警系统在国内外的发展

在我国，家庭智能报警是一项重要内容，报警器应具有多个探测器接口，可接收红外及微波探测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号，然后通过通讯网络将报警信息传送到相关人的通讯设备上，以使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全。

国内报警设备主要是在两方面发展较快，一方面是探测器技术和探测器的发展，一方面是远程报警系统的发展。

探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术。

但前途的是复合式探技术，即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器，两者组合后误报率将会大大降低。

目前我国有关报警系统主要就是无线式系统。

它具有安装方便、简单，一次性投资小的特点，但它存在覆盖面积小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。

但由于此类产品具有体基于彩信的无线红外防盗报警系统的硬件设计.体积小、耗电低、成本低、功能单一等优点，适合住宅小区的防盗报警。

在北美，从上世纪初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。

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。

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。

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。

1.2.4防盗报警系统的发展前景与趋势

传统的机械式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。

因此，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。

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：

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；更多样的功能：

如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；更精美、小巧的外观：

以符合品味日益提高的室内装潢需求；更智能化的设计：

方便地设/撤防，人性化的操作界面；更强大的联网功能；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。

1.3设计要求与研究内容

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。

1.3.1设计要求

本文所研制的报警系统的功能要求如下:

主控芯片：

AT89C51,工作在12MHz时钟频率；

检测信号：

采用复合式传感器，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，下降沿触发，低电平保持宽度≥1ms，监测负载≥600Ω；

输入通道：

16路监测信号，220V交流电源输入；

报警方式：

声光报警，蜂鸣器和LED和拨号报警；

显示方式：

2*16字符液晶显示，LED电源指示，LED报警显示；

输入方式：

4*4矩阵遥控键盘和系统复位独立按键；

系统电源：

工作电源220V交流输入，3.6V备用电源；

相关功能：

正常情况下显示当前时间，时间可调；实时对16路输入信号异常产生声光报警，并显示当前异常通道和产生异常时间并记录相应时间，报警时长可调（0—198s，199不自动停止），每通道能够记录2次异常时间（最早和最新时间）；具有记录查询和删除功能，能够查询每路历史异常记录，并能删除记录系统对自身部分数据处理错误能产生提示。

1.3.2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4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、系统的抗扰对本设计做详细的介绍。

第2章系统总体设计方案

实现家庭防盗报警系统方法有多种，传统的报警方式采用声光报警，新型报警系统通过电话网络将警情及时通知主人。

2.1方案选择论证

该系统设计方案有以下两种：

方案一：

报警方式只有传统的声光报警；显示方式采用数码显示，占用I/O较多，体积较大，采用扫描显示占用机时，采用静态显示则需要更多芯片；数据存储直接利用单片机内部RAM存储记录数据；按键方式采用中断矩阵键盘，相同按键占用I/O口较少，中断方式不占用多余机时，但多占用一位中断口；时间运行方式采用单片机内部定时中断计时，存在加大误差，而且完成日的处理程序复杂。

图2.1方案一设计框图

方案二：

报警方式在声光报警的基础上添加了自动拨号报警方式，更加安全可靠；显示方式采用1602液晶显示模块，仅需8位数据线和3位控制线，占用I/O口较少，而且能显示字符，显示位数更多，不需要其余外围芯片；按键方式采用扫描矩阵键盘，相同按键占用I/O口较少，扫描键盘占用机时。

通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，故本设计选择方案二。

采用扫描式4*4扫矩阵遥控键盘，仅当需要输入时扫描键盘。

图2.2方案二系统框图

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、信号放大处理、人工键盘控制、报警执行、报警显示等子模块。

系统电路结构可划分为：

传感器检测、报警执行电路、单片机控制电路、LCD控制显示电路及相关的控制管理软件组成。

用户终端完成信息采集、数据处理、数据传送、功能设定、报警等功能。

整个系统由AT89C51、键盘、LCD显示屏、X25045存储芯片、检测信号输入、声光报警电路和自动拨号电路组成。

通过结构框图系统可看出：

以AT89C51为系统中心，单片机与AT24C02交换存储号码记录信息，通过4*4矩阵遥控键盘扫描输入相关信息，通过LCD显示屏显示相关信息，检测信号异常时对单片机申请中断，单片机通过相关处理产生异常信息，通过声光报警（蜂鸣器，报警指示灯）并进行自动拨号。

本系统电源可采用220V交流电输入，也可直接提供5V电源，。

系统的单片机时钟采用12MHz晶振；4*4遥控键盘输入行线接入P1.0—P1.3口，列线接入P1.4—P1.7口；P3.4口接报警系统的蜂鸣器驱动，蜂鸣器采用三极管驱动，并联续流二极管防止三级管击穿；P3.7口接报警系统的报警指示灯。

单片机的P0口做数据输入输出口；LCD的数据输入经过P0口，LCD三位控制线分别连接P2.5、P2.6、P2.7。

2.2主控芯片AT89C51

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。

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；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。

AT89C51是一种带4KBFLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

故此设计采用AT89C51，其引脚图如图2.3所示。

图2.3AT89C51引脚图

2.3传感器的选择

通过几种常见传感器的比较，最终选择热释电传感器和振动位移传感器相结合的复合式传感器。

2.3.1常见的几种红外传感器介绍

Ø红外探测器

红外探测器按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。

热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。

检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。

多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。

当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

Ø红外测温产品

50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。

在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。

Ø人体热释电红外传感器

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和专业人士的欢迎。

Ø无线红外传感器

无线红外传感器又名无线红外探测器，无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿、微电流省耗、无误报、无漏报、探测距离远、工作稳定、性能可靠、外形精巧、美观大方。

机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。

它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。

它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。

高频发射部分采用最新声表面（S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。

总而言之，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为，如人体的移动、物体的震动、玻璃的破碎和门窗的开关等，系统将所得的信号进行逻辑判断，发出警报。

常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门磁）、震动开关、被动红外探测器（PIR）、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。

这些传感器不仅可以对室内的门、窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监测，而且还能对家中的火警进行监测。

在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动的功能，以发现家中是否有偷窃等异常情况。

这些器件有效地为控制单元传送现场的资料，提供报警控制。

而本设计采用由热释电红外线传感器和振动位移传感器构成的复合式传感器，通过探测人体特有的红外线和人体的运动来检测盗情。

2.3.2热释电红外传感器的原理

热释电红外（PIR）传感器是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器。

它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置，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，将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。

其工作电路原理及设计电路如图2.4所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。

当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。

图2.4热释电红外传感器原理图

热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。

其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。

为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。

设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

2.3.3热释电红外传感器的选择

目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHI958、LHI954、RE200B、等。

热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（内部开关管D极，DRAIN）、信号输出端（内部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND）。

本设计传感器采用双元热释电红外传感器RE200B，该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用双灵敏元互补方法抑制干扰，以提高传感器的工作温度。

传感器RE200B内部电路图如下：

D脚接工作电压，其工作电压低且范围宽（2.2-15V）；S脚为输出源极电压；GND脚为接地。

如图2.5所示，为热释电红外传感器RE200B的内部电路框图。

图2.5热释电红外传感器RE200B的内部电路框图

热释电红外传感器RE200B的主要工作参数：

工作电压：

常用工作电压范围为3~15V；

工作波长：

通常为7.5~14um；

源极电压：

通常为0.4~1.1V，R约为47kΩ；

输出信号电压：

通常大于2.0V；

检测距离：

检测距离约为6~10m；

工作温度范围：

-10℃~40℃。

2.3.4振动位移传感器的选定

本系统采用ND—1型振动位移传感器，它是一种集振动和位移于一体的全方位传感器。

它的技术指标及参数见表2.1。

其内部采用先进的固态加速度检测器件，对外来振动十分敏感。

图2.6是ND—1型振动位移传感器的内部组成框图，它由振动和位移传感元件、灵敏度限制电路、检测控制电路、延时电路和输出级等构成。

由于器件内部集成度很高,外围电路相当简单，图中的C是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越短，一般取值0.1uF～10uF，这里取值为4.7uF。

当人体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时，当人体停止运动时，输出转为低电平。

R是外接灵敏度设定电阻，取值在51K～100K之间，阻值越大，灵敏度就越高，此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。