基于单片机的银行报警系统的毕业设计论文.docx
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基于单片机的银行报警系统的毕业设计论文
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CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY
毕业设计说明书
题目：
基于单片机的银行报警系统的设计
二级学院：
延陵学院
专业：
电气工程及其自动化
班级：
09电Y4
学生姓名：
赵佳康
学号：
指导教师：
范力旻
职称：
副教授
评阅教师：
职称：
2013年6月
摘要
进入21世纪以来，随着经济的发展，科技的进步，生产力得到了极大的提高，生活中也存在很多引发火灾的因素。
由于这些因素的存在，我们每天都生活在危险之中。
而公共场合的安全尤为重要，因为公共场合涉及到大量的人生安全和大量的公共财产。
在市场经济中，银行充当的角色非常的重要，而银行的安全问题一直都是银行工作的重点。
银行作为交易的中心，每天的人流量都很大。
为银行的工作人员和客户提供人性化的服务是非常有必要的。
随着科技的进步，很多需要人完成的服务都改为采用了自动化设备，从而极大的节省了人力，也节省了相应的开支。
为了给银行工作人员和客户提供一个安全的环境，为了能够在火灾发生之前，给工作人员发出警报，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度的减少对人员的伤亡和经济损失。
我们设计了一个基于单片机的银行报警装置。
一个简单的银行报警系统通常包括门禁报警装置、火警装置、视频监视装置等安全装置。
本设计的工作任务主要有三方面：
温度报警、烟雾报警、门禁系统的驱动。
从而满足银行对工作人员和用户人生安全的考虑，也保证了银行的正常运行。
关键词：
单片机；安全；报警
Abstract
Sincethe21stcentury,withthedevelopmentofeconomy,theprogressofscienceandtechnology,productivitygreatlyimproved,therearemanyfactorscausingthefireinthelife.Duetothepresenceoftheseelements,weeverydaylifeindanger.Andpublicsafetyisparticularlyimportant,becausethepublicinvolvesalotoflifesafety,andalotofpublicproperty.Inamarketeconomy,thebankACTSastheroleisveryimportant,butthebank'ssecurityproblemthefocusofthebank.Bankastradingcenter,largetrafficeveryday.Forbankstaffandcustomerstoprovidetheequipment,thusgreatlysavemanpower,savethecorrespondingexpenses.Forbankstaffandcustomerstoprovideasafeenvironment,inordertobeabletobeforethefire,toalertstaff,willbeafireinthebud,maximumlimittoreducepersonnelcasualtiesandeconomiclosses.Wesinglechipmicrocomputer.Asimplebankalarmsystemusuallyincludesentranceguardalarmsystem,firealarmequipment,videosurveillanceequipmentandothersafetydevices.Taskofthisdesignmainlyofthebank.
Keywords：
SCM；Alarm；Safety
第1章绪论1
1.1课题简介1
1.2国内外的研究现状1
1.3主要任务及设计要求2
1.4课题研究的背景及意义2
1.5系统方案设计3
第2章银行报警系统硬件的设计5
2.1银行报警系统电源、复位及晶振电路设计5
2.1.1电源电路及下载电路5
2.1.2复位电路6
2.1.3时钟电路7
2.2液晶显示电路8
2.3蜂鸣器报警电路10
2.48×8点阵显示电路12
2.4.174HC245和74HC138芯片介绍13
2.4.2点阵显示电路分析13
2.5烟雾传感器模块16
2.5.1烟雾传感器介绍16
2.5.2烟雾传感器的选定17
2.5.3烟雾传感器的特点及电路18
2.6直流电机驱动模块19
2.6.1直流电机工作原理19
2.6.2直流电机驱动L9110芯片20
2.7红外感应传感器模块21
2.8温度传感器DS18B2022
第3章银行报警系统的软件设计24
3.1银行报警系统主程序流程图24
3.2银行报警系统子程序流程图25
3.2.1DS18B20温度检测及处理子程序25
3.2.21602液晶的初始化流程图26
3.2.3红外传感器及烟雾传感器子程序流程图28
3.2.4蜂鸣器子程序流程图28
第4章系统的调试及结论分析30
4.1硬件调试30
4.1.1硬件电路故障及解决方法30
4.1.2硬件调试方法30
4.2软件调试31
4.2.1软件电路故障及解决方法31
4.2.2软件调试方法32
4.3银行报警系统调试过程32
4.3.1用Keil软件创建一个项目32
4.3.2用STC_ISP_V480进行下载36
第5章总结与展望38
5.1总结38
5.2展望38
致谢40
参考文献41
附录A原理图42
附录B程序清单43
附录C实物图52
第1章绪论
1.1课题简介
从上世纪70年代以来，社会和市场经济不断的发展，伴随着经济的发展，社会对公共场合安全方面的要求也越来越高，银行作为交易的中心，它的安全也至关重要。
电子制造业发展迅速，银行的正常运行，需要高可靠性的设备来满足要求，因此银行报警装置应运而生。
随着银行报警报警装置不断应用，人们对报警装置的要求也不断提高，一些功能全面的报警装置逐渐取代了一些老旧功能单一的报警装置。
相比较老旧功能单一的报警装置，目前的银行报警报警技术有“四大技术”发展趋势。
1、平台化
平台化这个概念在安防技术领域由来已久，俗话说：
“二流企业做产品，一流企业做平台”，于是很多安防企业在“做大”、“做强”后，纷纷开始转向“做平台”。
这类企业比那些专注于平台研发的单位有着一个显著地优势，他们了解客户，客户也了解他们。
2、网络化
毋庸置疑，网络化是银行安防技术发展的热门课题，也因其对安防管理资源的高可用性而受到终端用户的研发、生产企业的高度青睐。
银行的安防联网应用已经从纯粹的安全保卫领域向业务管理领域拓展。
视频监控联网也不仅局限于自助银行等传统领域，而是想全面联网推进。
3、高清化
从模拟到数字，安防对于监控高清化得诉求从未停止过，其中尤以银行为甚。
银行对于清晰视频的追求似乎永无止境。
4、智能化
安防智能化的热潮已激荡了数年，但智能化得技术门槛太高，在银行的实际应用较其他三者有着更长的一段路要走。
随着一些性能先进的银行报警装置的不断应用，一些常见的火灾和银行盗窃案件，也少了许多。
从而为经济的发展提供了有力的保障。
1.2国内外的研究现状
国外的发达国家，一般都有较为完善的火灾预防、火灾报警、火灾扑救、善后处理等完善的银行报警体系。
国外的一些政府每年都要拨出大量的资金用于银行报警设备的更新、消防设施的保养、以及消防人员的培训。
美国、意大利、俄国等国家就采用计算机与传感器相连进行信号的采集，从而对各种报警设备进行实时的监控。
德国、日本、加拿大、俄国、新西兰这些国家在城市建设中，在银行报警监控系统方面有着非常丰富的经验，有很多让我们借鉴的地方。
这些国家将各种火灾报警接入实时监控系统，成功的运行了很多年，它能过使指挥工作人员能够准确判断出现的紧急情况的场合。
调度应急人员迅速赶到事故发生现场。
除此以外，德国在银行报警系统的管理方面比较规范，德国成立了一个银行报警服务机构，这个机构保证报警数据的传送稳定流畅，为用户提供了一个安全的工作环境。
我国银行报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代我国才开始研制生产银行报警系统产品。
进入80年代后，国内主要厂家也多是模仿国外产品，大多数还是引进外国成熟的产品，核心技术基本都掌握在国外企业的手里。
银行报警产品在90年代以后得到了全面的发展，随着改革开放的不断进行，外国企业渐渐的进入了内地。
在这段时间内，国内企业生产的银行报警产品技术含量也得到了大幅度的提高。
1.3主要任务及设计要求
1、银行报警系统的工作任务如下：
①银行的室内温度小于30℃时，显示字符“welcomeeverybody”。
②银行的室内温度大于30℃时，并且小于等于55℃时，显示“temperature:
***”，及字符“safetemperature”。
③银行室内温度超过55℃时，报警，并显示字符“fireWarning”。
报警同时，流水灯循环闪烁。
④当有人靠近进门时门打开，当有人靠近离开时门打开。
⑤烟雾监测功能。
当浓度达到100ppm-10000ppm时进行报警，显示“smokingwarning”。
2、设计要求如下：
（1）掌握单片机内部结构和工作原理，了解外围设备的工作原理和技术指标。
（2）熟悉并掌握KeiluVision3编程软件和Protel99se制图软件。
（3）确定设计方案，根据设计方案，进行外围器件的选择。
（4）根据设计方案和已选的器件进行外围硬件电路和软件的设计。
（5）焊接电路板进行实物仿真。
1.4课题研究的背景及意义
进入21世纪以来，随着经济的发展，科技的进步，生产力得到了极大的提高，生活中也存在很多引发火灾的因素。
由于这些因素的存在，我们每天都生活在危险之中。
而公共场合的安全尤为重要，因为公共场合涉及到大量的人生安全和大量的公共财产。
在市场经济中，银行充当的角色非常的重要，而银行的安全问题一直都是银行工作的重点。
银行作为交易的中心，每天的人流量都很大。
为银行的工作人员和客户提供人性化的服务是非常有必要的。
随着科技的进步，很多需要人完成的服务都改为采用了自动化设备，从而极大的节省了人力，也节省了相应的开支。
为了给银行工作人员和客户提供一个安全的环境，为了能够在火灾发生之前，给工作人员发出警报，将火灾消灭在萌芽状态，最大限度的减少对人员的伤亡和经济损失。
我们设计了一个基于单片机的银行报警装置。
一个简单的银行报警系统通常包括门禁报警装置、火警装置、视频监视装置等安全装置。
本设计的工作任务主要有三方面：
温度报警、烟雾报警、门禁系统的驱动。
从而满足银行对工作人员和用户人生安全的考虑，也保证了银行的正常运行。
1.5系统方案设计
1、方案设计
本设计方案采用STC89C52单片机作为主控制芯片，DS18B20温度传感器作为温度测量元件，对银行室内的温度进行采集，设置温度的报警值，当超过报警值的时候就报警，显示电路采用1602液晶显示模块和8×8的点阵显示模块，采用扬声器作为声音报警，直流电机模块作为门禁驱动系统。
本装置安装简单，基本能够满足银行的要求，能够显示银行室温，当有烟雾时可进行烟雾报警，温度超过报警值的时候可进行火灾报警，还可测量有没有人员进出，当有人靠近门时，打开门，从而给工作人员和客户提供一个人性化的服务。
本系统结构简单、性能稳定、价格低廉、并且具有一定的智能，有很高的实用价值。
图1-1银行报警系统方案框
2、方案论证
DS18B20测温系统是分布式的，它能对电力工业、煤矿、森林、银行、火灾等场合，进行实时的监控。
DS18B20的通信协议，由STC89C52单片机向DS18B20发送命令，读取DS18B20发送的数据。
它直接输出数字量，经过处理后显示在1602液晶上，从而实现对银行室内温度的测量监控，当温度超过一定的值时，报警器开始报警。
烟雾报警采用的是MQ-2气体传感器模块，当气体的浓度达到100ppm-10000ppm时，此模块会发出信号。
门禁系统的探测是采用的是红外人体感应，当有人靠近时会发出一个信号。
从而为烟雾和门禁驱动系统提供一个报警和驱动的依据。
经过论证此方案的硬件电路非常简单，在程序的编写方面有着一定的难度，经过近段时间对DS18B20、液晶、红外感应传感器、和烟雾传感器的了解，基本上能够使用KEIL编程软件完成对程序的编写，并进行实物仿真。
第2章银行报警系统硬件的设计
2.1银行报警系统电源、复位及晶振电路设计
2.1.1电源电路及下载电路
单片机设计电源及下载一般采用的是电脑USB接口供电电路，USB接口的电压单片机的工作电压都是5V，正好相适配。
基本能够满足本系统上绝大多数元器件的供电要求。
1、USB接口的介绍：
USB接口的形状各式各样，对于一般的供电电路来说，一般使用A型USB接口和B型USB接口就能够满足设计要求了。
本设计采用的是B型USB为电路进行供电。
图2-1B型USB接口图形
USBPINDefinition
表1-1USB管脚定义表
Pin
Name
Cablecolor
Description
1
VCC
Red
+5V
2
D-
White
Data-
3
D+
Green
Data+
4
GND
Black
Ground
2、供电电路的设计：
USB供电电路很简单，与变压器降压产生的5V电压相比，USB的5V供电更加安全，更加可靠，稳定性也比较好，制作过程也比较容易，即简单又经济。
USB供电时的电流，能满足一般元器件的供电要求，但是对于大功率的元件就不能满足了，对于像点阵一类的大功率的元件在不使用的时候可以从电路板上拔下来，减小功率。
图2-2USB供电电路
图2-3USB接口电路
图2-4USB串口转换电路
2.1.2复位电路
STC89C52单片机的复位引脚是第9脚，此引脚接高电平超过2个机器周期，单片机即可复位。
复位电路的功能是在系统上电的时候提供一个复位信号，直到系统的电源稳定后才撤销复位信号。
复位电路设计的不好，将直接影响到系统工作的稳定性。
很多用户在设计完整个系统后发现系统不稳定，用仿真器调试时并没有发生这种现象，但在进行实物仿真的时候却出现了出现了“卡机”、“程序跑飞”等现象，这种现象主要是由复位电路设计的不好引起的。
图2-5复位电路原理图
分析：
当按下按钮时，开关第一次接触，电容短路，快速放电，电容端的电压迅速为0，开关弹回时，整个电路形成RC充电电路，其时间常数为RC，电容端的电压为：
公式（2.1）
通常低电平可定义为0.3×VCC，即可视为低电平，抖动效应自然消失，因此
即
两边取对数
抖动的时间约在10ms~20ms之间，以10ms为例，若电阻取10K，则
得
若是20ms，则
因此，C的值可定于之间
C的值选，满足以上要求
2.1.3时钟电路
时钟电路是52单片机系统工作的核心，在单片机系统里晶振的作用非常大，它是单片机工作的“动力”，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，并关系到应用系统稳定性的高低等。
在52单片机的内部，有一个反相放大器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，由这个放大器构成的振荡电路和时钟电路一起构成了单片机的时钟方式。
根据硬件电路的不同，单片机的时钟连接方式可分为内部时钟方式和外部时钟方式。
单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上的。
振荡电路可以使用晶体和晶振来搭建。
晶体和晶振的主要区别在于晶体需要外接振荡电路才能够起振，发出脉冲信号，而晶振则只需要在相应的引脚上提供电源和地信号既可以发出脉冲信号。
从外形来看，晶体一般是扁平封装，有2个引脚，这2个引脚互相没有区别，功能相同：
晶振则大多为长方形或者正方形封装，有4个引脚，这4个引脚的功能互不相同，不能混淆。
从工作参数来看，晶体的温度系数和精确度高于晶振。
一般的单片机系统都是使用晶体来构成外部振荡电路，它利用单片机的内部振荡单元和外部的晶体一起产生时钟信号。
图2-6使用晶体提构成外部振荡电路
2.2液晶显示电路
作为银行报警系统，它不光要有声音报警，也要有光报警。
光报警主要是一些报警信息的显示，在单片机的人机交流界面中，显示器件有很多，一般的输出方式有以下几种：
有LED、数码管、液晶，发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，争对本设计的需要，设计要显示一系列的英文字符，而有此功能的只有LCD液晶，所以采用LCD1602作为本设计的显示屏。
液晶显示模块已作为很多电子产品的通用器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。
液晶的体积小、功耗较低、操作简单、但它有一个很重要的缺点，它的适应的温度范围比较小0-55℃，存放温度在-20-60℃，所以在设计银行报警系统的时候要考虑全面，防止设计出来的产品不能够适应环境。
在单片机应用系统中采用液晶显示有以下几大优点：
①显示质量非常的高
②数字化的接口
③体积很小、重量很轻
④功耗较低
图2-8LCD1602引脚图
LCD1602的参数：
表2-1LCD1602液晶参数表
显示容量
工作电压
工作电流
额定工作电压
字符尺寸
16×2个字符
4.5-5.5V
2.0mA
5.0V
2.95×4.35mm
表2-2LCD1602液晶管脚功能表
引脚号
符号
状态
功能
1
VSS
电源地
2
VDD
+5V逻辑电源
3
VEE
液晶驱动电源
4
RS
输入
寄存器选择1：
数据；0：
指令
5
RW
输入
读、写操作选择1：
读；0：
写
6
E
输入
使能信号
7
DB0
三态
数据总线
8
DB1
三态
数据总线
9
DB2
三态
数据总线
10
DB3
三态
数据总线
11
DB4
三态
数据总线
12
DB5
三态
数据总线
13
DB6
三态
数据总线
14
DB6
三态
数据总线
图2-9LCD1602与单片机接线图
液晶的主要显示内容：
当温度低于30℃的时候液晶上显示“welcomeeverybody”；当温度在30℃到55℃之间，液晶的第一行显示“safetemperature”，第二行显示“temperature：
***”；在上面两种情况下如果有烟雾报警，则液晶第一行显示“smoking”，第二行显示“warning”；当温度超过55℃的时候，液晶第一行显示“fire”，第二行显示“warning”。
2.3蜂鸣器报警电路
作为银行报警系统，声音报警是必不可少的部分。
而声音报警的器件有很多，比如扬声器、喇叭、蜂鸣器。
由于蜂鸣器声音的独特性，它能够给人一种警觉。
所以本设计选用蜂鸣器作为声音报警。
1、蜂鸣器的介绍
①：
蜂鸣器的分类蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
②：
蜂鸣器的电路图形符号蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。
2、蜂鸣器的结构原理
①：
压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
②：
电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
图2-10蜂鸣器实物图
3、蜂鸣器驱动模块
在单片机应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。
这里对单片机在蜂鸣器驱动上的应用作一下描述。
4、驱动方式介绍
单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：
一种是PWM输出口直接驱动，另一种是利用IO定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。
PWM驱动是利用PWM输出口自身就可以输出方波来驱动蜂鸣器。
有些单片机是通过软件设置使它的端口可以直接输出方波，因此只需要通过软件编程来设置它寄存器就可以了。
有的还可以设置占空比、周期等一些方波的参数。
而利用IO电平的反转来驱动蜂鸣器则比较麻烦，可以通过编写一些延时程序来做定时。
通过这个电平的反转行成一个方波，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。
5、蜂鸣器驱动的电路
一般情况下蜂鸣器的工作电流比较大，所以单片机的IO不能直接去驱动，所以要采用三极管放大电路来驱动。
图2-11蜂鸣报警驱动电路
分析：
1、蜂鸣器要完成的任务：
蜂鸣器的主要任务就是当温度超过55℃的时候，进行火警报警。
2、二极管4148的作用：
蜂鸣器是一个感性元件，通过它的电路不能突变，所以必须有一个二极管给它提供一个续流的回路。
否则，在蜂鸣器的两端会产生很大的尖峰电压，不仅会损坏驱动三极管，还会干扰到系统的其他部分。
3、电路的计算：
蜂鸣器的工作电流43mA
可以根据工作电流计算出它的输出电阻为：
公式（2.2）
而这个蜂鸣器的内阻为：
16
所以选取的电阻R35为：
100，能符合设计的基本要求。
根据9012的放大倍数β，43mA的输出电流计算最小输入电流为：
公式（2.3）
根据最小输入电流，可以算出最大输入电阻为：
公式（2.4）
得
根据以上的计算，R34小于2.1K就行，所以R34选1K符合设计的要求
R33为上拉电阻，对于小电流的电路一般取R33=10K即可。
2.48×8点阵显示电路
作为报警的显示，本设计采用了8×8的点阵显示，从而给人提供一个视觉报警。
设计一个8×8点阵LED显示屏，在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足。
显示时应稳定、清晰无串扰。
点阵显示屏作为信息显示的重要手段，在广告宣传、商业、交通、指挥调度等许多方面都得到了广泛的应用。
LED显示屏，它是通过控制半导体发光二极管的显示方式，一般它都由很多发光二极管组成，通过控制它的亮灭来显示字符。
LED受到广泛的关注从而得到迅速的发展，这与它本身的优点是分不开的。
它主要有以下优点：
亮度高、功耗较低、比较小、耐冲击和性能稳定。
LED的发展前途非常的大。
本设计采用的是M15088AB型号的8×8的共阳极点阵，段码驱动采用的是74HC245芯片，另外采用的是三极管放大电路，行选采用的是74HC138译码器。
本设计采用的是逐行扫描的方式，扫描是通过单片机控制74HC138译码器来完成的，数据是通过P2口直接送到74HC245段码驱动芯片。
2.4.174HC245和74HC138芯片介绍
1、74HC245总线驱动芯片介绍
一般情况下各种单片机的IO端口都有一定的负载能力，但本设计驱动的是8行8列的点阵，不能够
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