蔡子龙110704毕业设计终稿.docx
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蔡子龙110704毕业设计终稿
广州大学松田学院
毕业论文（设计）
题目基于单片机的家庭防盗报警系统设计
学生姓名蔡子龙
专业班级电气工程及其自动化
（1）
导师姓名刘雁
二○一四年五月
毕业论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本毕业论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
蔡子龙
2015年3月1日
毕业论文版权使用授权书
本毕业论文作者完全了解学校有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理部门或机构送交毕业论文的复印件和电子版，允许毕业论文被查阅和借阅。
本人授权优秀毕业论文评选机构将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文。
本毕业论文属于1、保密囗，在10年解密后适用本授权书
2、不保密囗。
（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名：
2015年3月1日
导师签名：
2015年3月1日
基于单片机的家庭防盗系统设计
摘要：
当前，我国经济处于高速发展阶段，人们的的生活水平也变得越来越好了。
于是，人们开始重视生活环境的安全，只是舒适的生活环境已不能满足人们对住宅的要求了，因为他们更希望拥有一个安全的住宿环境。
另一方面，经济的迅速增长也给社会带来了许多负面影响，城乡之间的收入差距越来越大，社会流动人口越来越多，因此，盗窃、入室抢劫的事件出现了上升趋势，人们越来越希望拥有一个安全的环境。
所以人们希望自己的住所拥有一个报警装置，当有盗贼进入自己的住所的时候，报警装置能检测到有人入侵，从而发出报警信号，达到通知屋主并吓跑盗贼的效果，从而保障了人们的财产安全，使得他们生活过得安心。
这些要求引起了国内一些安防业的厂家重视，他们开始开发研制家庭自动报警系统，于是许多种类的防盗装置开始进入市场。
但是，很多报警器的可靠性比较差，而且性价比低。
本文主要介绍热释红外防盗报警器的设计过程，使人们了解防盗报警器，并提出了一些防盗报警器在现阶段的发展策略及应用前景。
关键词：
生活报警系统应用前景
Abstraction:
AsChineseeconomydevelopsinatothesafetyoflivingenvironment.However,comfortableenvironmentisnottheonlyonerequirementofthethesociety,suchasthewideningincomegapbetweencityandcountrysideaswellasthelargernumberoffloatingpopulation.Consequently,peopleownasaferaccommodationasthieveryandburglaryincreasinglysendalarmstotheowner and scaretheburglariesawaywhentheyintrudeintoliveamore saferlife.Somedomestic manufacturersinsecurityindustrythinktoentrancethemarket.However,manyalarmsystemsareinpoorreliabilityandinlowcostperformance. Thisarticlemainlyintroducesthedesignprocessofthepyroelectricinfraredburglaralarm,whichprospectof the alarmsystem.
Keywords:
life alarmsystem applicationprospect
绪论5
防盗报警系统在国内外的发展6
第一章基于单片机的家庭防盗系统相关知识8
1.1AT89C52单片机简介8
1.2AT89C52单片机的主要特性8
1.3AT89C52单片机的工作周期9
第二章基于单片机的家庭防盗系统9
2.1基于单片机的家庭防盗系统的介绍9
2.2基于单片机的家庭防盗系统的设计思路11
2.3基于单片机的家庭防盗系统的设计方案11
第三章硬件电路的设计13
3.1时钟电路的设计13
3.2蜂鸣器电路的设计14
3.3按键电路设计15
3.4发光二极管电路设计15
3.5复位电路设计16
3.6红外感应模块设计16
3.7总电路图17
第四章软件编程18
4.1程序语言设计18
4.2程序语言的分类18
4.3C语言程序编写18
4.3.1IO分配18
4.3.2总体语言程序19
第五章系统仿真23
5.1仿真软件23
5.2仿真步骤23
5.3仿真过程23
5.4结果分析30
主要参考文献31
致谢32
附件33
绪论
目前市场上销售的防盗报警系统，大多是国外品牌，虽然国外厂商开发的防盗报警产品时间比较短，并在2000年后，才取得了真正的进步，而且，2004年，国内一些厂商投资发展迅速，企业规模得到了迅速发展和壮大。
但国内厂商与国外厂商相比还是有很大差距的。
目前，国内许多安装防盗报警产品的安装工程商的倾向用国外品牌产品，其中，这些产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家在我国报警系统市场里占据了近80%市场份额。
主要是因为这些防盗产品供应商大部分都是来自美国、日本、韩国的。
所以这些国家的防盗报警产品已经发展得非常成熟，他们的产品功能稳定、性能完善，而且这些产品进入我国市场时间较早，所以占有我国报警系统市场非常大的份额。
随着电子通讯技术飞速发展，单片机凭借其体积小、集成度高、性价比高和成本优势得到了快速的发展。
同时使其在工业控制、智能仪器仪表、数据采集、以及各种家用电器等方面都得到了广泛的使用。
因此厂家可以利用单片机和一些简单的外围器件研发一种性价比高、可靠性强的防盗报警系统。
当家庭遇到入室盗窃时，系统马上发出报警信号，使得房屋主人收到报警通知并震慑盗贼，这将是大势所趋。
红外线是一种无形的且具有很强的保密性和隐蔽性的光，所以在防盗安全设备方面，它已得到广泛应用。
很多红外报警器采了先进的技术，这些先进技术都来自国外。
热释电型红外报警器就是代表之一，也就是本文将研究的产品。
此外还有超声波防盗报警器、触摸延时防盗报警器、红外防盗报警器，红外声光报警器和其他高度灵敏的红外线报警器等。
报警器在许多行业里都得到了应用，如家庭防盗、汽车防盗、金融行业等。
尤其是金融行业，该行业需要应用到大量的报警器产品。
传统的报警器基本都是机械式的，例如压电式报警器，当有盗贼入室盗窃时，盗贼将施压给压电传感器，压电传感器接收到输入的机械能后，将其转化为电能。
之后电能经过放大电路处理后，将信号发出，从而令到报警装置发出响声。
这类报警器需要与物体接触，才能实现信息的获取，因此他的隐蔽性能很差，往往容易被入侵者发现，随之遭到入侵者的毁坏。
另外，这种传统的报警装置它的寿命是比较短的，因此使用这类报警器往往会对经济造成不少的浪费。
本次设计目的是以红外线传感器为基础，设计出一个基于单片机的家庭防盗系统，任何物体都会发出红外线，而且红外线是一种无形的光线，因此这类报警装置隐蔽性很好，不容易被入侵者发现。
使用被动式的红外探测的报警装置，可以实现远距离探测被测物，无需使被测物与探测装置接触，就可以判断出是否有盗贼入侵。
防盗报警系统在国内外的发展
20世纪初期，报警系统在北美地区初步成型。
当时，当地的街道都放有一个呼救装置，当人们遇到困难需要寻求帮助的时候，他们可以使用那个呼救装置发出呼救声，若附近警察听到呼救声后，那么就会赶到呼救地点给予呼救者帮助；而且，这种报警装置还能使不在附近或稍微远一点的警察接收到呼救信号，因为这种呼救装置与附近的警察局之间时连通的。
后来，随着科学技术的不断进步，人类发明了电报，实现了使报警信息传播到更远的地方。
后来，人类发明了电话，使得电话成为了主要的报警通讯方式。
之后，电话在各家庭间得到了普及，通过电话报警成了绝大多数人的首选方式，该方式得到了空前未有的发展。
当今，国外的智能监控防盗技术是非常先进的，北美地区是这种智能监控防盗技术非常有代表性的地区，通过该地区，我们能大致到该技术在世界的发展情况。
由此总结出来了以下一些值得我们学习的特点
当前，北美形成了一个专业的联网报警服务网络，该网络犹如一张网把当地所有安防产业都覆盖在里面，集成了许多高科技手段，并且，该服务网实现了产业化管理。
20世纪30年代，著名的安防系统公司祺诺亚公司开始研发防盗报警装置，当今中国很多安防企业的技术水平只能与当时这家公司的技术水平相当。
20世纪70年代，随着技术的发展，公司对整体的发展方向也作出了重大的调整，转型成联网报警服务商。
20世纪90年代，该公司又引进了大量的先进技术，为后来打造成为联网报警服务平台奠定了坚实基础。
目前，该公司在世界多个发达国家设有分公司，世界多个国家的客户都在用该公司的产品。
1979年，“全国刑事技术预防专业工作会议”召开回，技防工作正式成为公安业务的重要组成成分。
20世纪60年代，是我国技防工作的初级阶段。
声控报警是当时的技防手段。
安保人员主要通过入侵者撬玻璃或砸东西的声音，判断是否有入侵者进入行窃，从而通知相关人员和相关部门，不入侵者抓获。
1982年，随着科学技术的不断发展和日益先进，北京故宫的展厅被公安部装上了多种探测方式的防盗装置，故宫的安全级别上升了一个档次，因为此时故宫的防盗系统具有多种探测方式，这次行动把安防技术提高了一个档次。
1984年后，许多行业逐渐开始使用安防系统，安防产品在中国开始得到了普及，安防产业也得到了迅速的发展。
20世纪90年代，人们的防范意识进一步提高，对安防产品也有了更高的要求，人们开始注重周界的防范。
此时，出现了防遮挡功能的探测器，此探测器的诞生，加速的探测器技术的进一步发展。
当今，我国的安全技术已经接近世界的先进技术水平。
随着科技的的不断进步，不断诞生各种先进的技术，安防系统得到了不断的完善和发展，我国的安防事业已经进入了一个更高的阶段。
第一章基于单片机的家庭防盗系统相关知识
1.1AT89C52单片机简介
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入输出（IO）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFPTQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
1.2AT89C52单片机的主要特性
1、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。
兼容MCS51指令系统；
2、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；8kB可反复擦写（大于1000次）FlashROM；
3、32个双向IO口；
4、256x8bit内部RAM；
5、3个16位可编程定时计数器中断；
6、时钟频率0-24MHz；
7、2个串行中断，可编程UART串行通道；
8、2个外部中断源，共8个中断源；
9、2个读写中断口线，3级加密位；
10、8kB可反复擦写（大于1000次）FlashROM；
11、兼容MCS51指令系统。
1.3AT89C52单片机的工作周期
当单片机接收到了控制信号后，通过硬件和软件的相互配合，令到单片机按用户设计的要求去工作，因为单片机需要接收控制信号，所以需要定时发出一个控制信号给单片机。
如果想要实现定时功能，那就需要有一个准确的定时脉冲给计算机内部。
那么该如何产生这种定时脉冲呢，它需要由晶体振荡器产生，并组成下面几种工作周期，如图所示。
振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期
振荡周期：
是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。
状态周期：
每个状态周期为振荡周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。
在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为P1、P2。
机器周期：
一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个振荡周期。
在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。
指令周期：
它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
第二章基于单片机的家庭防盗系统
2.1基于单片机的家庭防盗系统的介绍
本系统采用了热释红外传感器作为感应模块，锆钛酸铅系陶瓷是这种探测元件的制作材料之一，另外钽酸锂、硫酸三甘钛等材料也可制作成此类探测元件，这些制作材料的共同特征是都具有高热电系数。
如果想达到抑制探测器内的探测元件因温度升高而产生的干扰的效果，那么需要将两个探测元件反极性串联，然后把它安装到探测器内，从而达到抑制干扰的效果。
当传感器接收到红外辐射信号的时候，它会对接收到的红外辐射信号进行处理，然后把这种信号转化成微弱的电信号，这些微弱的电信号经过放大后向外输出。
本次设计的基于单片机的家庭防盗系统能通过分析布防区域内能量的变化来判断该区域是否有入侵者入侵。
热释红外传感器探测波长0.2-20微米范围内的光线是非常灵敏和稳定的，因此它很适合用来探测由人体辐射的中心波长为9-10微米的红外线。
如果想只接收9-10微米波长的的红外线，那么就需要给传感器顶端加装一个滤光片，光线须通过滤光片后才能被传感器探测，本系统选用可通过波长范围为7-10微米的滤光片，这样的话不在改范围内的波长就会被滤光片吸收，无法被传感器探测到，而人体辐射的红外线整好在该范围内，所以不会被滤光片吸收，那么传感器就可以探测到由人体辐射的红外线，这样该传感器就可以达到了只会测到由人体辐射的红外线的效果了。
热释红外传感器他本身是不会发出能量的，当他接收到到外界的能量后，或接收到外界的能量改变后，他就可以实现他的探测功能，本次设计的家庭防盗报警系统的能探测到布防区域内入侵者活动引起的红外辐射变化，如果有入侵者进入到布防区域，热释电元将会接收到入侵者的红外辐射信号，但是，因为有两片热释电元接收这些红外辐射，所以他们接收到了不同的热量，因此无法抵消这些热释电，他们将经过处理后，最后转化成电信号输出，输出的电信号驱动蜂鸣器发出警报声，引起人们注意。
如图，这是一个热释电红外传感器的结构示意图，探测元件顶端装有一个滤光片，负责吸收掉一些不在测试范围内的光线，而且该传感器采用了双探测元组成，所以可以达到抑制探测器内的探测元件因温度升高而产生的干扰的效果。
当D引脚被接上电源正极，G引脚接被接上电源负极时，该传感器就能正常工作，最后通过S引脚把信号输出。
2.2基于单片机的家庭防盗系统的设计思路
本次设计需要进行硬件设计，同时也需要进行软件设计。
本设计的电路结构可划分为：
时钟电路、蜂鸣器电路、按键电路、发光二极管电路、复位电路、红外感应模块、AT89C52单片机模块。
最终使防盗系统实现信息采集、分析数据、传送数据、蜂鸣器报警等功能。
AT89C52单片机模块的设计是本次设计的核心，因为本次设计是基于单片机设计而成家庭防盗系统。
可以说该系统就是一个单片机应用系统，本次设计的硬件包括设计输入输出设备、设计外围电路等，软件设计主要就是对工作程序的编写。
本次基于单片机的家庭防盗系统进过总体设计后，后面要进行的就是系统硬件部分设计和系统软件部分设计了。
经过分析和构思，本次设计由电源电路、时钟电路、蜂鸣器电路、按键电路、发光二极管电路、复位电路、红外感应模块、单片机模块构成。
本次设计采用AT89C52单片机作为处理器，该系统在软件的控制下，实现正常工作，当布防区域内的探测器探测到有入侵者进入的信号后，就会输出一个电信号，该电信号经放大后最终送到AT89C52单片机处理。
电信号送到AT89C52单片机后，单片机会按设定好的程序对信号进行分析和处理，判定系统是否应该发出报警信号。
若是，单片机将发出信号，驱动蜂鸣器电路工作，发出警报声。
2.3基于单片机的家庭防盗系统的设计方案
（1）设计题目
基于单片机的家庭防盗系统
（2）设计目的
1、本次设计将划分为时钟电路、蜂鸣器电路、按键电路、发光二极管电路、复位电路、红外感应模块、AT89C52模块，然后根据总体功能进行设计，达到通过本次设计后，加深巩固了传感器的原理的基础知识，掌握基于单片机的家庭防盗系统电路的设计方法的效果。
做到可以根据设计提出的相关要求，然后阅读相关书籍并借助互联网相关知识，独立完成设计任务。
2、加强了设计者分析问题的能力，同时也加强了其解决实际问题的能力。
（3）设计要求
1、该系统可以实现当遇到入侵者时报警，警戒范围0-8m，报警反应时间小于1s；
2、设计电路；
3、采用热释红外传感器作为感应传感器；
4、通过蜂鸣器进行报警
（4）设计概述
红外线是一种无形的且具有很强的保密性和隐蔽性的光，所以在防盗安全设备方面，它已得到广泛应用。
很多红外报警器采了先进的技术，这些先进技术都来自国外。
热释电型红外报警器就是代表之一，也就是本文将研究的产品。
此外还有超声波防盗报警器、触摸延时防盗报警器、红外防盗报警器，红外声光报警器和其他高度灵敏的红外线报警器等。
（5）功能介绍
1、防盗报警系统简介
防盗报警系统就是通过电子方面的相关技术，实现对布防区域进行监控，当系统检测到有人进入布防区域的时候，他就会马上发出报警信号，从而通知相关人员的功能的报警装置。
2、本设计的功能
1、两种模式
（1）一种模式是紧急报警。
（2）一种模式是布防报警。
2、三个LED指示灯
（1）报警时红色led长亮，否则熄灭;
（2）红外热释电传感器有信号黄色led亮，否则熄灭;
（3）绿色用做布防指示灯;按下布防键，系统等待30秒左右进入布防状态，此时绿色的灯闪烁，30秒后系统进入布防状态，此时绿色的灯长亮，当有人靠近时，红外热释电传感器信号输送给单片机，单片机接收到信号马上报警。
3、当遇到特殊情况时，按下紧急报警键，系统马上报警
（6）、适用范围
探测器最好安装在容易被外人入侵的地方，如窗户、卧室、大厅、门口等地方，从而增加该装置安全性和可靠性，当系统开机时,一旦有人入侵，探测器马上把检测到的信号转化为电信号，电信号经过处理后发送给主机，主机接收到该信号后马上激活蜂鸣器，发出报警信号。
（7）元件清单
实物清单：
1K电阻4个
12兆晶振1个
贴片电容2个
22uf16v电解电容1个
热式红外传感器1个
轻触按键4个
发光二极管3个
PNP三极管1个
10K电阻1个
蜂鸣器1个
51单片机1个
dip40插座1个
导线若干
焊锡若干
第三章硬件电路的设计
3.1时钟电路的设计
如图X1是反向放大器的输入端，X2是反向放大器的输出端。
外接一个石英晶体振荡器，他的振荡频率为12MHZ，那么一个时钟周期为112us，因此一个机器周期为1us。
时钟电路
3.2蜂鸣器电路的设计
本系统的蜂鸣器电路如图，采用一个PNP8550三极管去驱动蜂鸣器，蜂鸣器的基极与单片机的P2.7引脚相连。
当三极管基极接收到P2.7引脚输出高电平信号事，这时三极管就会导通，然后，蜂鸣器两端获得电压，从而发出报警信号；当三极管基极接收到P2.7引脚输出低电平信号时，这时三极管截止，蜂鸣器两端没获得电压，不会发出警报信号。
蜂鸣器电路
3.3按键电路设计
按键电路
3.4发光二极管电路设计
如图，单片机的P0.0引脚与红色发光二极管的负极相接，单片机的P0.1引脚与绿色发光二极管的负极相接，单片机的P0.2引脚与黄色发光二极管的负极相接
发光二极管电路
3.5复位电路设计
如图，本系统采用上电自动复位复位电路，该电路与单片机的RESET引脚相连。
复位电路
3.6红外感应模块设计
如图，红外感应模块与单片机的P2.4引脚相连
红外感应模块
3.7总电路图
如图，该图为本次设计的总电路图
总电路图
第四章软件编程
4.1程序语言设计
如果你想令计算机完成某项工作，各种操作一定要被按顺序执行。
用能被计算机识别的语言去编程，把需要解决问题的方法和步骤用计算机能识别的语言去表达出来，这就是程序设计。
用户需要给单片机设计好程序，才能使其按用户设定的功能去工作。
所以程序设计需要拥有良好的基础知识和设计技巧。
4.2程序语言的分类
何谓计算机程序设计语言，它就是一种能被计算机理解和执行的语言。
当第一台计算机诞生的时候，计算机程序设计语言也随之诞生。
多年来计算机程序设计语言得到了不断发展。
程序设计语言可分成三大类，他们分别是机器语言、汇编语言还有高级语言。
既然程序设计语言有三大类，那么本次设计究竟用哪种语言去编程呢？
结合到本人对这三种语言的掌握程度的不同，本次设计决定采用高级语言去编写程序。
4.3C语言程序编写
4.3.1IO分配
按键IO口分配程序如下：
sbits1=P1^2;按键1接P1.2引脚
sbits2=P1^3;按键1接P1.3引脚
sbits3=P1^4;按键1接P1.4引脚
发光二极管IO口分配程序如下：
sbitLR=P0^0;红灯接P0.0引脚
sbitLG=P0^1;绿灯接P0.1引脚
sbitLY=P0^2;黄灯接P0.2引脚
蜂鸣器IO口分配程序如下：
sbitFeng=P2^7;蜂鸣器接P2.7引脚
人体热释电传感器IO口分配程序如下：
sbitHR=P2^4;人体热释电传感器接P2.4引脚
4.3.2总体语言程序
以下为本次设计的总语言程序
宏定义
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
头函数
#include{
LR=1;
LG=1;
LY=1;
while
（1）
{
if（s1==0）紧急手动报警
{
delay（5）;
if（s1==0）紧急手动报警
{
delay（5）;
while（!
s1）;
di（）;
开启指示灯报警红灯
kai=0;
LR=0;
LY=1;
LG=1;
alarm=0;
delay（200）;
}
}
if（s3==0）取消报警
{
delay（5）;
if（s3==0）
{
delay（5）;
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