智能防盗报警器的设计本科毕业设计.docx
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智能防盗报警器的设计本科毕业设计
智能防盗报警器的设计
前言
在现在这个科技发达进步的社会，人们的生活水平也在一直向前发展和提高，个人的私有财产也在不断的增多，同时因为电子技术的发达，人们对于防盗看得更加的重要。
从住宅的现代人的发展，人们的生活环境主要是集体住宅和高层建筑，但是市场上的报警器主要适用于住宅单元单，为了便于统一管理和加强安全，我们有必要对防盗报警装置进行完善和提高。
市场上的安全产品主要有电子防盗报警，压力开关，压力触发报警防盗报警和光报警，但也有一些缺点：
对电子防盗报警器开关的有效范围很小，一般都只有一个定点，并且它里面的各种开关容易被损坏，因此它的失报和误报率很高，可靠性较低；压力板压力触发式防盗报警器安装在电子下面，所以当发动机停止工作，在家里接待家庭可能是报警，使其可靠性较低；压力遮光触发式防盗报警器报警信号主要是由光组成的，所以当太阳会报警，其可靠性较低。
这些报警器的安装线路比较复杂，对安装的技术要求较高，所以它的价格也比较昂贵，在社会中不利于广泛使用。
一个家庭的防盗装置的设计，它是相对于防盗装置已经做了很大的改进，它不仅可以用于单一的住宅区，也可用于大型住宅区，它的工作性能和可靠性得到了很好的提升，本设计的防盗装置主要是利用单片机对信号做处理，这就使得它能够与计算机进行很好的连接，并且能够利用计算机对其进行统一的管理，住宅内的基本情况和资料都可以存储在电脑中，这也就方便人们的查询和保安人员的统一管理。
本设计中主要是通过热释电红外传感器实现对人体辐射的检测，并且采用的是红外线扫描检测，因为红外线不容易被看见和发现，所以这种检测方式可以让整个系统具有很好的隐蔽性和保密性，系统在进行工作和监控的时候，这种热释红外传感器会将探测到的外界人体信号转化成系统需要的电信号进行传输。
1设计方案
智能报警器在我们的生活中有着很重要的作用，对报警器的不断改进和完善也是我们设计的宗旨之一。
本设计主要包括硬件设计和软件设计两个部分，在模块的划分中，本设计主要分为数据采集、数据分析、数据传递、键盘控制和发射信号报警等模块。
本设计主要是收集的数据通过红外感应的，涉及到软件的控制和管理，主要包括红外传感器，该LED控制器，单片机控制电路，报警等。
在用户终端包括数据输入模块，输出模块，数据传输模块，系统功能模块，CPU模块和系统，用户终端需要实现采集，传输，分析，处理，对数据的整体系统报警等功能,本设计用红外线作为传感器的原因是：
根据红外线具有很好的隐蔽性这一特点，我们能够将一束红外线光设计在露天的环境下，然后通过这种传感器检测是否有人出入、通过，所以此类装置设计的要点就是首先要能够准确有效的判断是否有人通过，其次就是需要能够有较广泛的扫描防护范围，最后需要保证系统工作具有很好的稳定性和可靠性。
本设计需要达到的目的：
当家里有人在的时候，可以将防盗报警器关闭，当家里的人外出时，可以将防盗报警装置开启，这是防盗报警器装置的红外线装置开始扫描和探测，当有外人进入时，红外线的传输会被中断产生信号，监控器上的探头可以将此人体辐射信号转化成电信号输入到电路中，此信号经过电路的放大和比较被传输到门限开关，最终送到单片机芯片上进行运算处理，之后单片机根据计算的结果发出命令控制报警电路发出报警信号进行报警通知。
2基础知识介绍
2.1AT89C51单片机
2.1.1AT89C51单片机的概述
单片机的功能是非常强大的，并广泛应用于电子设计，它可以在一个很小的芯片上的完整的计算机系统集成，也就是说一块小小的单片机芯片能够具有CPU、内存、内部和外部总线等部件所具有的全部功能和作用，现在的单片机功能也越来越强大，它能够将声音、图像、网络等集成在一起。
供应链管理是一种在线式实时控制计算机，它需要的是有较强的抗干扰能力和低成本。
供应链管理是通过修改程序和单片机功能的控制电路，用不同方法制备可实现不同的功能，采用C语言编写单片机程序。
AT89C51单片机是目前使用非常广泛，它是由美国ATMEL公司生产的发展，它有许多优点，如低电压，高性能，小体积等优点，除此之外，单片机具有的存储空间也较大，它的存储器分为内部存储器（RAM）和外部存储器（ROM）两个部分，它的内部存储器又包含有EPROM和RAM，所以它的内存空间非常大，可以存储大量的数据，EPROM的是4K字节的RAM的大小可以重复和删除只读存储器，其中RAM内部存储器是大小为128bytes的随机存取数据存储器，也就是说存储在这里面的数据是可以进行读取操作的，这些存储器件都是在高密度、高精准技术的条件下进行生产，并且这些存储器能够对标准的MCS-51指令系统进行兼容，操作和实现起来较方便，除此之外，AT89C51单片机还配备了一个8位的CPU（中央处理单元）和一个存储单元，存储单元还包括闪光，它的功能是非常强大的。
因此AT89C51单片机具有很高的性价比，并且具有灵活的控制性，适用于很多场合和领域，这也是它一直被广泛利用的原因。
如图2.1.1-1显示的是一个图，单片机AT89C51的功能模块，从图中可以看出，AT89C51单片机，包括CPU可编程I/O端口，存储器，定时器/计数器，串口模块，每个模块通过数据总线连接，它相当于是一台电脑的浓缩和集成，同时它具有的功能也是非常的强大。
图2.1.1-1AT89C51功能方块图
2.1.2AT89C51单片机引脚介绍
AT89C51单片机共有40个引脚，和40针设置在双包的形式，它是一种高效的微控制器，高性能单片机也是一个相当高的性能，所以它具有的功能很强大，但是由于他们的引脚个数的限制，使得有的引脚都具有第二功能，AT89C51单片机的引脚具体功能介绍如下：
GND和VCC负责给AT89C51单片机接通电源，GND：
接电源负极或者接地，VCC：
电源正极，属于供电电压。
AT89C51单片机的可编程I/O口，P1口，P0口、P2口，P3口，I/O端口，每个包含8个引脚。
P0口是一个具有8位漏极开路双向I/O口，也就是PO口具有八个引脚，分别是P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07，这8个引脚的输入输出功能具有相似之处，并且每个引脚都可吸收8TTL门电流，在系统设计中，我们可以改变引脚的数据来控制引脚功能，当引脚上写的是1，引脚功能称为高阻抗输入，P0口可以作为一个外部程序存储器，所以它可以被定义为第八位地址/数据。
在Flash编程的时候，P0被作为源输入端口，当检查外部闪光，P0口需拔出，和P0口输出的源代码。
2.1.2-1P0口位结构图
单片机另外还有三个I/O端口，它们分别为P1、P2、P3，这三个端口都含有八个引脚，并且每个引脚上面的连接有一个上拉电阻，他们主要是进行对数据的传输，其中P3端口比较特殊些，它的引脚都具有第二种功能。
其每个引脚的特殊功能介绍如下：
P3.0RXD还具有串口的功能，还具有一个P3.1TXD串行输出功能P3.0和P3.1，所以两个引脚的串行通信信道；P3.2也具有外部中断0INT0的功能，P3.3也具有外部中断1INT1的功能，所以P3.3和P3.2有着相同之处，在涉及有与中断相关的程序时，P3.2和P3.3就会被设置为作为中断输入的引脚，并且这两个引脚起到了关键作用；P3.4还具有一个定时器0外部输入P3.5T0的功能，也有一个定时器1外部输入T1的功能，所以如果电路由定时器或时钟控制脉冲函数，都需要用到这两个引脚；P3.6也具有外部数据存储器写选通
的功能，当需要对外部存储器进行写操作时就需要在此引脚上进行操作；P3.7也具有外部数据存储器读选通
的功能，次引脚的功能和用法与P3.6一样，只是这个引脚控制的是对外部存储器读取操作的控制。
以下为剩余引脚的功能：
RST为复位输入。
复位输入所谓的，是指当引脚来实现系统的约简中添加数据，也就是让系统恢复到原来的状态，要保持RST脚两个机器周期，在这里的时候，这样才能让振荡器复位器件。
ALE/
，此引脚主要的功能就是输出频率较稳定的正脉冲信号，输出的此信号的频率一般都为振荡器频率的1/6，因此此引脚主要是被用于输出稳定的脉冲或者实现定时的作用。
除此之外，此引脚还可以被用作外部数据存储器的连接端口，当时当在进行访问的时候，此引脚需要跳过一个ALE脉冲波形的时延，我们在进行程序编写，并且通过此引脚去访问外部存储器的时候，单片机的地址锁存器会输出大小一定的电平电压，这个输出的电压会被用于锁存地址信息，同时也方便我们以后对其进行查找和访问。
针的另一个功能，在Flash编程，对引脚输入编程脉冲。
如果信号是在这个港口，SFR8EH地址上置0，引脚的输出将被禁止，如果你想让ALE输出，我们需要有效的执行MOVX或MOVC指令ALE输出程序的执行进行控制。
XTAL1引脚，这已经在供应链管理中一个非常重要的角色，它是输入到振荡器反相放大器及内部时钟电路的工作，主要与反向放大器或芯片内部时钟电路连接，当我们需要访问单片机的内部时钟电路时，就需要和此引脚相连接，在电路系统相连通后，系统输出的为反向振荡器。
当系统使用外部时钟源驱动程序时，此引脚就不应该被连接，因为如果此引脚被接通，那么系统使用的将是单片机内部的时钟电路。
XTAL1和XTAL2外接晶振芯片两针两针，我们可以控制的输入和输出控制时钟电路和脉冲产生电路。
2.2热释电红外传感器
热释电红外传感器已经在本设计中一个非常重要的角色，它被称为杉木，它是一种红外探测器是由一个高的材料的热电系数，这种传感器的内部一般都是以反极性串联将其中的一个或者两个探测原件连接起来，接收端安装有探测原件，探测原件能够探测到外界的人体辐射信号，并且此探测原件能够通过电路将探测到的外界信号转变成能够传输的电信号，此时的这个信号还是比较微弱，所以在电路的设计中需要加入场效应管对其进行放大输出，这样我们就可以有效地抑制由于温度上升的干扰。
一般探头安装的距离越近，其探测的灵敏度就越好，但是在实际的应用中，为了隐蔽和安全起见，一般都会尽量增大探头的距离，无疑这也就降低了探测器探测的灵敏度，所以在增加距离的同时提高探测器的灵敏度是非常有必要的，本设计就是在探测器的前方安装一个菲涅尔透镜，此菲涅尔透镜是由透明塑料制造而成的，所以成本较低，同时此菲涅尔透镜和放大电路相结合后能够对信号进行放大，让信号能够达到70分贝以上，
也就是说加入菲涅尔透镜后，探测器就能够探测到10米到20米范围内的人的行动，并且其灵敏度较好。
在一般的原检测器的检测灵敏度在7-10um波长保持稳定，中心波长的红外辐射的人一般是9-10um，为了让探测器能够准确的探测到人体的辐射信号，我们需要在进行电路设计的时候应用透镜的方式对信号进行放大和处理。
Lensisarrangedonthetopofthesensorandthelastwindow,thisfiltercan7-10umwavelengthlight,itcanbeusedtodetectinfraredradiationofhumanbody,thusformingadedicatedtotheinfraredsensortodetectthehumanbodyradiation.
透镜设置在传感器上的最后一个窗口，该滤波器可以7-10um波长的光，它可以用来检测人体的红外辐射，从而形成了一个专用的红外传感器探测人体辐射。
图2.2-1所示的热释电红外传感器作为内部电路，内部电路包含包的组件从图中我们可以清楚的看到，此电路主要用到了传感器、场效应管、偏执电路和EMI电容，同时需要光学滤镜检测红外线信号。
图2.2-1热释电红外传感器的内部电路框图
2.3菲涅尔透镜
菲涅尔透镜是一个由聚乙烯塑料制造而成的透明镜，它呈现为乳白色透明的模样，它具有能够形成盲区和亮区的功能，并且它能够对光线进行聚焦，它的焦距一般为5cm左右，但是这种菲涅尔透镜在电路中需要先进行预热才能够工作，并且在这段预热期间内，电路的传感器不起作用。
本文中对于人体辐射感应这个模块用到了菲涅尔透镜对信号进行放大，因为菲涅尔透镜既能够被用作红外辐射的收集器，又能够作为红外辐射的调节器，也就是起到了一个双重的作用，所以当设计有关于人体辐射体验和感知的系统时，都会采用多元阵列式的菲涅尔透镜。
本设计对人体检测起到最主要作用的就是热释电传感器，热释电传感器和镜头菲内尔发挥最大的作用在一起，这是菲内尔透镜设计的主要原因需要使用，如果热释电红外传感器的热菲内尔透镜可以使增加的传感器的检测灵敏度，该探针可检测距离2m范围至少8M。
从菲内尔透镜的结构是一个透镜组，它实际上是一个透镜，每个透镜单元具有一系列的小视场，并且他们之间都存在这盲区，每相邻的视场是既不连续也不交叉的结构，其结构图如图2.3-1所示。
图2.3-1菲涅尔透镜结构图
对菲内尔透镜的工作原理很简单，具体如下：
第一，在工作状态下的红外检测，扫描环境，当它是由红外检测，红外辐射对人体会菲内尔透镜，又因为菲涅尔透镜中有很多个小的透镜单元，所以人体的辐射就会从其中的一个透镜上变化到另一个透镜上，同时这个人体辐射信号会不停的在菲涅尔透镜的盲区和亮区交替出现，这样传感器的温度就会随着这种频率大的感知变化而变化，然后将变化的这个现象转化为相应的电信号传输到系统中。
3方案设计
3.1方案选择论证
基于防盗报警装置的一部分是由入侵探测器，声光报警和报警，最简单的形式是一个本地的报警系统，它有两种设计方案如下：
方案一：
用传感器来检测家里的动态，并且采集检测到的信号，然后将采集到的数据结果传输到单片机上进行分析和处理，单片机通过和编写的程序进行对比分析和处理，最后控制报警器的关闭和开启，通过这种传感器起到对家庭防盗报警的作用。
方案二：
通过联网监控和保护家庭情况的方法，这种方法主要是设定一个固定点，固定点，然后对网络安全系统使家庭防盗系统，但该系统是复杂的，系统的组成部分有：
探测器，远程主机，和门，当系统一旦触发报警，报警信息可以通过电力通信网络远程传输在固定电话用户，并报警，公安局，公安局可以报警中心网络计算机检查报警地址，范围，通过时间等信息，
以便第一时间处理。
通过比较可以知道，方案一比方案二更有效简单，很好的达到我们的要求，固本次设计选择的是方案一。
3.2总体设计思路
本设计主要由硬件和软件两部分。
一个主要的模块中包含的数据的集合，控制键盘，报警模块。
单片机就是此次设计的核心模块，而从设计的要求来看，总的结构设计框图如图所示，整个电路的核心部分就是AT89C51，并且整个系统的复位电路、放大电路、发光报警器、声音报警器都是通过AT89C51进行控制，当AT89C51被告知有闯入信号后，它就会控制LED进行发光报警、扬声器进行法声报警，如果AT89C51被告知有复位信号或者报警10s后，它又会控制整个报警系统处于原始的复位检测状态等待。
图3.2-1总体设计框图
当放置在外面的监测点检测到人体辐射信号后，它能够将人类的身体辐射的红外光谱转换成我们电路中所需要的电信号，此信号通过放大电路比较之后送到电路设计中的门限开关，并且将门限开关打开，最终将传送的信号传送到AT89C51单片机。
单片机接收到的信号将在内部的信号处理，单片机通过软件查询，识别，判断和其他部门，及时发出入侵状态控制信号报警。
然后通过引脚控制驱动电路系统的报警声、光报警，报警功能。
当报警延迟10s之后，单片机会控制解除警报系统，同时也可以自己手动人工解除警报，解除警报之后，复位电路使系统复位，探测头继续处于警惕探测的状态。
3.3具体模块电路设计
3.3.1热红外传感器
本次设计中用到的热红外传感器起着非常重要的作用，并且这种传感器采用的是双探测元的结构，探测灵敏度较高。
它的工作原理如图所示，在电源端可以利用电容C1和电阻R2来稳定我们所需要的工作电压，而当检测到的人体信号经过FET放大之后，由C2，R1稳定之后变成高电平输出，在经过NPN转化之后，变为低电平输出。
电路图中的Y1和Y2为晶振，能够产生时钟波形，电路中的电容则是为了将直流信号进行滤除，需要注意的的是，此电路中有两个地方需要加上高电平，并且加的电压大小不相同，对于三极管Q1来说，需要加3V的电压，而对于三极管Q2来说，需要加上12V的电压，并且最终信号的输出是通过Q2的集电极传输出去。
图3.3.1-1热释电红外传感器原理图
3.3.2时钟电路设计
该系统还包括时钟电路，系统的时钟电路图如图所示3.3-2，反向放大器的输入和输出XTAL1和XTAL2，X晶体频率为12MHz，时钟电路主要是由晶体振荡器和时钟脉冲来实现的，单片机，分别与芯片引脚XTAL1和XTAL2。
图3.3.2-1时钟电路图
3.3.3放大电路设计
放大电路如图所示：
Vi是输入电压，Vo是输出电压，输入电压Vi通过电容C4滤除直流电压，然后通过放大器Q2发大电压，最终输出放大后的Vo。
图3.3.3-1放大电路图
3.3.4复位电路的设计
外部按键复位一般有手动复位和自动复位能力，本设计采用的是实现外部手动复位，复位电路的关键，如图的显示，当按下开关，手动，电路接通，RST复位引脚激励供应链，从而实现复位功能。
图3.3.4-1复位电路图
3.3.5发光报警电路设计
本次设计有发光报警功能，其电路主要是通过发光二极管LED发光提示，包含有四个发光二极管，每个LED都接有上拉电阻，并且外接高电平VCC，光是平行于单片机的RXD引脚，但系统检测到入侵者，单片机将它设置为RXD引脚是低，然后LED亮，光报警功能。
报警电路如图所示，图中主要是通过LED发出的红光来起到视觉报警的作用，并且LED是否被点亮是由单片机通过RXD引脚控制。
图3.3.5-1发光二极管报警电路图
3.3.6声报电路设计
报警声是由一个三极管和一个电阻和一个扬声器组成，如图所示，与语音报警电路单片机TXD引脚，其中Q1是一个放大器，语音信号放大，最后通过电信号的震动，从喇叭传送出来，单片机在此也就起到了控制声音报警电路是否发声的总指挥。
图3.3.6-1声音报警电路图
4软件程序的实现
4.1主程序
在前面硬件模块工作完成后，需要对硬件编写程序进行控制，如图4.1-1所示，为本设计软件部分主程序流程，程序首先检测外部是否有信号输入，如果没有信号输入，系统会停在在那里一直循环检测信号，如果检测到有信号输入，系统就会启动声光报警电路开始报警，此时电路中的二极管会发光，蜂鸣报警器会发出报警的声音，报警持续10秒钟后声光报警器就结束，然后系统恢复到原始的初始化状态，并且继续检测是否有外部信号输入，随时待命准备进入下一次循环。
图4.1-1主程序工作流程图
4.2中断程序
本程序最重要的一点就是需要准备的检测到是否有人闯入，也就是说单片机对外部中断产生的脉冲信号需要有很精确的检测能力，并且单片机在接收到这个中断信号后需要发出处理信号，驱动声光报警器工作，达到报警的功能，所以在进行系统设计和软件编程的时候，程序的中断程序很重要，如图3.4.2-1所示为中断服务器程序软件设计的工作流程图，从图中可以看出，中断源在程序启动后会处于待命的状态，当中断源发出中断申请后，该系统将关闭，保护现场，并发出报警信号，当检测到端口输入信号，系统将关闭报警系统，和中断系统继续开放的信号检测，达到循环检测和中断的作用。
图4.2-1中断服务程序工作流程图
4.3停电程序
为了防止不法分子实现将外界的电源切断，我们还需要对智能防盗系统安装断电报警的功能，如图4.3-1所示，为停电程序的流程框图，从图中可以看出，如果外界中断INT0响应，那么就表示系统外部的供电系统出现了故障，这时启动断电报警系统，然后延时在进行断电报警，这样也可以提醒主人查看具体断电原因，达到安全报警的功能。
图4.3-1停电流程图
4.4撤防程序
当需要撤防防盗报警系统时，我们可以在程序编写时加入撤防程序，也就是说我们可以在INT0的中断入口加入体质接收防盗信号的程序，让这个系统处于一个休眠的状态，其程序框图如图4.4-1所示。
4.4-1撤防流程图
4.5布防程序
所谓的布防程序，就是和撤防程序相反的两个过程，在布防程序中，我们需要将原先撤防的步骤恢复到布防的状态，如图4.5-1所示，为系统布防程序的结构流程图。
4.5-1布防流程图
5软件设计和仿真
本设计主要是通过Proteus软件仿真，然后编译的程序用KEIL软件编译，调试通过正确的仿真结果，仿真图见附录四。
Proteus软件是EDA仿真软件，应用范围非常广泛，它可以实现对示意图，代码调试、电路模拟仿真功能，也就是说它可以用于电路仿真平台的设计，PCB设计和虚拟仿真相结合，在编译器中的同一时间，它可以支持keil软件MPLAB软件等变压器的种类很多，它是一个完整的软件仿真编译环境。
Keil软件是一种利用C语言进行编程的单片机编译开发软件，它内部包含有丰富的库函数，以及功能强大的集成式开发调试工具，它能够完成对单片机控制程序的编辑、编译、调试、仿真等流程和功能，除此之外，Keil软件编写的程序具有可读性、结构性和易维护性的优点，生成的汇编代码是非常紧凑，易于理解和接受。
本设计所要求达到的目标：
当红外传感器感应到人体辐射后，将此低电平信号传输到单片机，单片机通过计算和处理后控制图中的绿灯由暗变亮，红灯闪烁报警，报警时结束，红灯就会闪个不停，绿色的光。
6总结
研究设计是在我的指导老师的悉心关怀和精心指导，完成，从初稿到最后的话题，都离不开老师的谆谆教导，与教师的交流与合作，我学会了很多在平常的学习中学习不到习惯和态度。
通过这次毕业设计，我提高了理论与实践相结合的能力，提高学生的综合能力，可以解决所有在设计过程中存在的问题，老师的帮助，我的运动会，更使我增强了信心。
通过本次防盗智能报警器的设计，我又学到了不少的知识和技能：
首先，学会了在Keil简单的软件编程和程序设计，也对Proteus软件的应用更加的熟悉，并且深入了解和掌握了程序设计的基本方法。
其次，也提高了我在硬件设计方面的能力，同时我也对硬件需要用到的AT89C51单片机、外接热释电红传感器、LED等设备有了更加深刻的认识和了解，这对我以后的工作也有很大的帮助。
我们衷心感谢指导我完成了我的毕业论文和毕业答辩亲爱的老师，我将更加努力，在以后的学习生活中，将坚持在未来的思考和对生活和工作中的应用学习学习。
在如今这个科技信息的时代，随着时代的推进和科学的发展，我相信智能设备在人们以后的生活中将会被应用的更加的广泛，同时智能设备也是科技的一个发展方向。
附录
附录1设计编程程序
1.主程序清单如下：
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPPINT0
ORG0200H
MAIN:
MOVIE,#81H;CPU开放中断，INT0允许中断
SETBIT0;外部中断为边沿触发方式
MOVSP,#30H;指针入口地址
SETBP3.0
CLRP3.1
MOVP1,#0FFH;使P1口全部置1
MOVP2,#00H;P2口清零
CLRP1.2
LP:
JNBP1.0,LA;监测输入信号，是否有输入信号
LA:
ACALLDELAY;延时消抖
JNBP1.0,ALARM;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序
AJMPLP
DELAY:
MOVR1,0AAH
LD2:
MOVR2,0BBH
LD1:
NOP
DJNZR2,LD1
DJN
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