家庭防盗报警系统设计.docx
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家庭防盗报警系统设计
家庭防盗报警系统设计
1绪论
1.1家庭报警器发展现状及其系统构成与分类
1.1家庭防盗报警器的发展
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。
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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。
1.1.2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。
防盗报警系统通常由探测器（又称防盗报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。
如图所示。
报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行第2页（共32页）
为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。
采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。
图1-1防盗报警系统构成图
1.1.3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。
1.1.4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、防第3页（共32页）
盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：
（1）影响楼房美观，市容整洁；
（2）影响火灾救援通道；（3）给犯罪分子提供了便利的翻越条件；（4）时间久了会有高空坠物的危险；（5）压抑人性自由。
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的技术发展趋势。
不难发现防盗报警的技术发展趋势：
（1）更稳定/可靠：
如探测器需可抗RFI/EMI、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，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拨号报警系统。
本文所研制的报警器的功能要求如下:
（1）应用场合：
家庭防盗报警，可实现非法入侵报警；
（2）采用热释电红外传感器，一旦发现有人入室行窃，应发出声、光报警，并能显示出出事地点；
（3）预留相应接口，以适应家用电器联网的需求；
（4）220VAC供电；
（5）成本控制在适合家用。
1.2.2研究内容
课题需要研究的内容主要有以下几个方面：
1.
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。
2.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章从系统涉及的相关技术、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总体方案设计
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
求和产品的性价比，决定采取由单片机为主要技术进行总体方案设计。
2.1系统的功能要求
根据实际要求，本毕业设计课题技术要求：
（1）应用场合：
家庭防盗报警；
（2）采用热释电红外传感器，一旦发现有人入室行窃，应发出声、光报警，并能显示出出事地点；
（3）预留相应接口，以适应家用电器联网的需求；
（4）220VAC供电；
（5）成本应控制在适合家用。
2.2总体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、警铃电路、数码管显示电路、TC35通信
电路等。
蜂鸣器
图2.1系统组成框图
红外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，进行处理，同时显示入侵的地点，并做出相应的提醒。
2.3系统相关技术
本系统主要有电源电路，热释电红外传感器电路、警铃电路、数码管显示电路、
TC35通信电路等部分组成。
下面我们将简要介绍单片机技术，传感器技术和GSM技
术等。
2.3.1单片机技术
1.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：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）单片机的功能是通用的。
单片机虽然主要是作控制器用，但是功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在各个方面。
2.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：
（1）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；
（2）面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳的性能价格比；
（3）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；
（4）可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统得效率和可靠性大为提
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，声像处理，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，银行计统机；
（8）家用电器：
微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。
3.AT89S52的特点
AT89S52作为普通51单片机已与广泛应用于各种产品中，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。
AT89S52的功能特性描述：
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，两个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
下面我们介绍一下AT89S52的引脚，AT89S52引脚排列如图2.2所示，各引脚的功能如下：
引脚结构
图2.2AT89S52引脚排列图
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。
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器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下为管脚的备选功能：
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INTO（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4TO（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
2.3.2热释电红外传感器技术
现在有关家庭防盗的传感器非常多，有人体热释电传感器、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，人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。
热释电红外传感器是一种新型的利用红外辐射热效应的原理进行工作的探测器，其原理是利用热释电晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应。
晶体受辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化，结果在垂直于自发极化方向两个外表面之间出现感应电压，利用这个感应电压的变化可以测量光辐射的能量。
因为热释电传感器的电信号正比于传感器温度随时间的变化率，不像其他热传感器需要有个热平衡的过程，所以其响应速度比其他热传感器快很多。
而且它的光谱响应范围宽，在室温下工作无需致冷，使用方便，因此本课题中的红外传感器选用的就是热释电传感器[7～8]。
1.热释电效应
由于热释电晶体自然存在时，内部会产生固有的自发电极化，通常情况下这类晶体并体并不显出外电场，因为对导体来说，这种自极化的自由电荷分布将与内电矩相抵消；对绝缘体来说，极化引起的表面电荷会吸引杂散电荷趋附到晶体表面从而使得二者中和掉。
当晶体的温度发生变化时，晶体的自发极化强度也随之改变，在与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释电电荷，如果晶体的温度变化足够快，内部的或外界的电荷来不及补偿中和热释电电荷，这时会显出电场。
这种晶体随温度变化而产生电荷的现象就是热释电效应[9～10]。
2.热释电红外传感器结构及工作原理
热释电红外传感器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波和放大、
信号处理电路等几部分组成。
其组成框图如下图所示：
图2.3热释电红外传感器系统组成框图
红外热释电处理芯片BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路，具有较高性能的传感信号处理能力，它配以热释电红外传感器和少量外围元器件构成被动式热释电红外开关，能自动快速开启报警装置。
由于红外热释电传感器只对不断快速变化的红外信号才敏感，而自然界的红外信号一般都是缓慢变化或者是不变的，因此探头部分需要一个能对红外辐射进行调制的装置，本课题所使用的菲涅尔透镜。
由于菲涅尔透镜采用了特殊的光学透镜组合，因此能在探测器前方产生一个交变的场区，即产生了一个交替变化的“盲区”和“有效区”。
这样，外部目标的红外辐射通过菲涅尔透镜照射到敏感单元上的将会是交变的红外辐射，当这个交变的红外信号照射到探测器晶体上面，晶体的温度会发生变化，从而引起自发极化强度的变化，晶体表面的束缚电荷因此也会发生变化，这样就产生了一个随红外辐射变化的电信号[10～12]。
红外热释电传感器的正确安装应满足下列条件：
（1）红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。
（2）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。
（3）红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。
（4）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。
2.3.3GSM模块
目前，在国内已经开始使用的GSM模块有Flacon的A2D系列，Wavecom的WM02系列，西门子的TC35系列模块，这些模块的功能、用法差别不大。
其中TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。
西门子的TC35模块是西门子推出的无线模块，功能丰富，设计紧凑，大大缩小了用户产
品的体积。
TC35与GSM2/2+兼容、双频（GSM900/GSMl800、）RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM070，5且易于升级为GPRS模块。
该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。
因此本此课题研究选用西门子的TC35模
块。
它主要是由射频天线、内部F1ash、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的Zip插座组成。
其中GSM基带处理器是核心部件，它的作用相当于一个协议处理器，用来处理外部系统通过串口发送过来的AT指令。
射频电路部分主要实现信号的调制与解调，实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插座是提供给用户的应用接口主要有音频接口、数据接口、SIM卡接口、电源及其控制接口。
TC35工作频段为双频GSM900MH和zGSMl800MHz（phase2/2+）：
支持数据、语音、短消息和传真。
TC35的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU-TRS232接口标准。
它有固定的参数：
8位数据位和l位停止位，无校验位，波特率在300bps～115kbps之间可选，硬件握手信号用RTSO/CTS，O软件流量控制用XON/XOF，FCMOS电平，支持标准的AT命令集。
GSM模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。
GSM07.07中定义的ATCommand接口提供了一种移动台（MS）与数据终端设备（DTE）之间的通用接口，GSM07.05对短消息作了详细的规定。
在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示消息，数据终端设备可以向短消息模块发送各种命令3报警器硬件设计
我设计红外防盗报警系统是由中央控制器、人体热释电红外传感器、TC35通信模块、警铃电路及数码管显示部分组成。
控制器采用单片机AT89S52，检测
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