智能防盗系统设计.docx

智能防盗系统设计.docx

《智能防盗系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能防盗系统设计.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

智能防盗系统设计

摘要

本文设计的家庭智能化中的防盗报警系统。

智能化防盗报警系统集防盗功能于一体，可全天候自动检测盗警，当确定警情时自动通过电话报警。

传感器采用热释电红外传感器，对盗情进行检测，当有人闯入时，微波探测器检测到盗情，然后向单片机发出中断申请，单片机控制电话拨号电路，模拟摘机，向相关部门发出语音求救信号。

本系统以单片机89C51为核心，配以各种功能模块，来满足人们日常生活中的安全需求，本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰力强、灵敏度高，这种防盗器安装隐蔽，不易被发觉。

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。

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分包括红外探测电路、LED控制电路、声光报警电路及单片机控制电路等。

自动检测功能由红外探测电路实现，当有盗贼穿过此装置时，红外传感器立即将检测到的信号经过信号处理后传送给主机电路，由主机来判断信号并驱动电路报警。

报警功能由扬声器、蜂鸣器等发声装置实现，同时通过RS-485通信报警给小区警卫。

本设计通过红外传感器探测人体红外线信号，从而达到报警的功能，满足了人们日常生活对防盗报警功能的需要。

关键词：

家庭智能防盗报警系统；自动报警；热释电红外传感器；单片机

ABSTRACT

Thispaperintroducestheburglaralarmsystem.Intelligentanti-theftalarmsystemsetanti-theftfunctioninone,canautomaticallydetectthetheftofthealarmclock,whendeterminingthealarmautomaticallybytelephonealarm.Sensorusingthermalpyroelectricinfraredsensor,thethiefconditionweredetected,whensomeonebrokeinandmicrowavedetectortopiratesofthesituation,thensenttotheinterruptionSCMapplications,MCUcontroltelephonedialingcircuit,analogoffhook,automaticallydial110andplayprerecordedgoodrecordings.

Thissystemusing89C51single-chipmicrocomputerasthecorewithwithvariousfunctionmodulestomeetthesecurityneedsofpeopleindailylife,thesystemusesthepyroelectricinfraredsensor,themanufactureissimple,lowcost,installationismoreconvenient,andtheanti-theftperformanceisrelativelystable,stronganti-interferenceability,highsensitivity,theanti-theftdeviceconcealedinstallation,noteasytobefound.Atthesametimeitssignalthroughthesingle-chipmicrocomputersystemtofacilitatetheprocessingandPCcommunication,tofacilitatetheunifiedmanagementofmultiuser.Thisdesignincludestwopartsofhardwareandsoftwaredesign.Thehardwarepartincludesinfrareddetectioncircuit,LEDcontrolcircuit,soundlightalarmcircuitandsinglechipmicrocomputercontrolcircuit.Theautomaticdetectionfunctionisrealizedbytheinfrareddetectioncircuit,whenathiefpassesthroughthedevice,theinfraredsensorcanimmediatelydetectthesignalpassingthroughthesignal.

Andsenttothehostcircuitbythehosttodeterminethesignaldrivingcircuitandalarm.Alarmfunctionbythespeaker,buzzerandothersounddevices,andthroughtheRS-485communicationalarmtothedistrictsecurity.Thisdesignthroughtheinfraredsensortodetecttheinfraredsignalofhumanbody,soastoachievethealarmfunction,tomeettheneedsofpeople'sdailylifeforanti-theftalarmfunction.

KEYWORDS:

smarthomeburglaralarmsystem;automaticalarm;pyroelectricinfraredsensor;singlechipmicrocomputer

摘要  I

ABSTRACT  II

第一章绪论  1

1.1设计的背景及目的  1

1.2设计任务与要求  1

第二章基本元件介绍  3

2.1热释电红外传感器简单介绍  3

2.1.2PIR的原理特性  3

2.2AT89C51单片机简单概述  4

2.2.1AT89C51单片机的结构  4

2.2.2AT89C51管脚说明  5

第三章系统方案设计  9

3.1设计方案的比较及确定  9

3.2人体检测模块设计  10

人体检测模块要求系统具有对人体检测与声光报警功能。

实现这一功能首先要求系统能够进行人体检测，判断房间里有没有人。

  10

3.3热释电红外传感器控制电路芯片选择  10

第四章硬件设计  12

4.1系统的总体方案设计结构及其特点和功能  12

图4.1系统总体组成框图  12

4.2单片机最小系统  12

4.3低频带通放大电路  14

4.4电压比较整形电路  15

4.4.1双限电压比较器的工作原理  15

4.5声音报警电路  16

4.6灯光警示电路  17

4.7状态显示电路  18

4.8供电电源电路  18

第五章系统软件设计  20

5.1控制模块程序设计   20

5.2中断函数流程图   22

第六章系统测试  25

6.1测试方法与仪器  25

结论  26

参考文献  27

致谢  29

附录一  30

附录二  31

附录三  34

第一章绪论

1.1设计的背景及目的

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。

另一方面，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭及住宅小区，并迅速在世界各地发展起来。

人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。

家庭及住宅小区智能化的定义，在国际上至今尚无一致的定义，一般认为，在现代化的城乡住宅小区内综合采用微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。

本文所设计的智能防盗报警系统，正是在智能住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求，而设计并开发的。

系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，为保障小区人身财产安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输（DTMF）及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障小区安全的目的。

双音多频（DTMF）信令的传输速度，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。

DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号：

接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。

当遇到盗情等各种险情的时候，该系统可以通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号，从而达到保护用户生命财产的目的。

1.2设计任务与要求

（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。

（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LCD控制电路及相关的控制管理软件组成。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。

终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。

（3）系统可实现功能。

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，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL电平至89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声,并通过电话网络自动向相关部门发出语音求救信号。

（4）红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。

此类装置设计的要点：

其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。

至于报警可采用声光信号。

第二章基本元件介绍

2.1热释电红外传感器简单介绍

热释电红外线（PIR）传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。

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。

如图2.1示为热释电红外传感器的内部电路框图。

图2.1热释电红外传感器内部电路框图

2.1.2PIR的原理特性

热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。

由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。

人体辐射的红外线中心波长为9--10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。

在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。

2.2AT89C51单片机简单概述

2.2.1AT89C51单片机的结构

AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

如图2.2示为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。

由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

外时钟源              外部事件计数

外部中断      控制   并行口  串行通信

图2.2AT89C51功能方块图

2.2.2AT89C51管脚说明

如图2.3示ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。

采用40引脚双列直插封装形式。

AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

图2.3AT89C51的引脚结构图

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0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1时，被定义为高阻输入。

P0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，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0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I/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I/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I/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。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INT0（外部中断0）

P3.3INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（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。

ALE/

：

当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号端。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/VP：

当

保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。

第三章系统方案设计

3.1设计方案的比较及确定

防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心组成。

它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。

该系统设计方案有以下几种：

方案1；利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。

方案2；通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。

方案3：

用摄像图像处理法。

该方法通过摄像头监控，将得到的图像A/D转换后发送给存储器，控制部分通过处理器判断后分析宿舍内有无异常情况，将结果D/A转换后输出正常信号或者报警信号，从而实施对用户家庭等场所的监控。

由于方案1功能复杂，适合用于小区等大型场所。

方案3需要用摄像头，而且对处理器的要求比较高，制作流程也比较复杂。

这样一来，会大大提高制作成本。

方案2采用红外对管来配合热释电模块，可以实现5m范围内的检测。

热释电具有不可重复触发的工作特性，可抑制干扰，而且成本较低，满足题目要求。

 通过比较，方案2能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案2。

3.2人体检测模块设计

人体检测模块要求系统具有对人体检测与声光报警功能。

实现这一功能首先要求系统能够进行人体检测，判断房间里有没有人。

有以下两个方案供选择：

方案1：

用摄像头监控，把监控到的出入物品通过转换传输到监控人员的主板界面并进行存储。

方案2：

用红外对管来配合热释电模块实现。

用555时钟芯片控制红外发射管发射38k的方波，接收管在另一侧接收信号。

红外对管可以检测一切物品的出入，而热释电模块可将对象定位到人。

红外对管用于人数统计，热释电模块用于对象定位。

经比较，方案1需要用摄像头，而且对处理器的要求比较高，制作流程也比较复杂。

这样一来，会大大提高制作成本。

方案2采用红外对管配合热释电模块，可以实现5m范围内的检测。

热释电具有不可重复触发的工作特性，可抑制干扰，而且成本较低，满足题目要求。

综合考虑，我们选择方案2。

3.3热释电红外传感器控制电路芯片选择

热释电红外传感器输出的检测信号很小。

要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。

使电路执行相关动作。

热释电红外传感器控制电路就是根据检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。

本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统。

LM324是四则运算放大集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图2所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”代表两个信号输入端，“VCC”、“GND”分别正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，“-”为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图3.1

图3.1LM324的管脚连接图

LM324的特点：

1真差动输入级；2可单电源工作：

3V-32V；3短路保护输出；4低偏置电流：

最大100nA；5每封装含四个运算放大器；6行业标准的引脚排列；7具有内部补偿的功能；8共模范围扩展到负电源；9输入端具有静电保护功能。

由于LM324具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，被广泛的应用在各种电路当中。

[6]

第四章硬件设计

4.1系统的总体方案设计结构及其特点和功能

智能住宅防盗智能报警系统开发设计方案是参照国内外相关先进技术的发展状况，在根据我国住宅建设的实际情况，以及各相关方面的协调发展状况，为满足新时期居民的居住要求，真正实现智能化报警的要求来确定的。

本防盗报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个防盗报警系统。

系统总体由防盗探测器、用户端自动报警器与控制线路三部分构成，[4]如图4.1所示为系统总体组成框图。

图4.1系统总体组成框图

4.2单片机最小系统

AT89C51是一种带有4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。

对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统。

但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。

单片机主要擅长系统控制，而不适合做复杂的数据处理，在设计单片机最小系统时通常选用AT89C5l、AT89C52、AT89S51、AT89S52（S系列芯片支持ISP功能）等型号的8位DIP-40封装的单片机作为MCU，一个典型的单片机最小系统一般由时钟电路、复位电路、键盘电路、显示电路等部分组成，有时也外扩有片外RAM和ROM以及外部扩展接口等电路。

如图4.2所示，单片机的电源采用5V供电，时钟电路也就是振荡电路采用11.0592MHZ晶振，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。

图中的电容起稳定作用。

其复位电路采用混合复位电路，在上电的时候会自动复位，也可手动复位。

方便在单片机死机的时候进行重启。

图4.2单片机最小系统电路图

4.3低频带通放大电路

热释电红外传感器输出的检测信号很小，仅1mV左右，频率为0.1~10HZ，需经高增益、低噪声低频放大器放大后，才能进一步处理，一般来讲，要求放大器的增益为60~70dB,带宽0.3~7HZ。

放大器的带宽对可靠性和灵敏度有重要影响，带宽窄，噪声小误动作率低；带宽宽，噪声大，误动作率高