毕业设计52基于单片机的家庭防盗报警器.docx
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毕业设计52基于单片机的家庭防盗报警器
基于电片机的家庭防盗报警器
摘 要：
装置以89C51单片机为核心，以电话线为载体，实现远距离电器遥控和报警。
装置设置6位密码，保密性好，有提示音，防止误操作。
当家中发生险情时，可以自动拨叫主人电话报警。
关键词：
AT89C51单片机；电话；遥控；ISD25120语音集成电路;T/R-40
接收/发射传感器
1.绪论
随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。
针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。
本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。
而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。
不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。
本章节主要介绍了本设计的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。
1.1选题背景
单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。
红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。
由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。
这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护。
通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。
红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。
当我们考虑的范围广一点：
若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。
当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警。
周界报警系统：
在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。
有的防盗报警系统还连有上位机。
将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警。
一个防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。
1.2课题介绍
本设计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对16个以上的监测点进行自动监测。
是以单片机为核心构成防盗报警系统，以完成用户键盘输入，数码（可汉字液晶）显示、故障状态指示为主，完成报警检测，若有报警事故发生，可向外界发出声光报警信号。
系统基本框图如下所示:
单片机防盗报警系统主要用于宾馆、仓库、居民楼等场所，它能对受监测点进行自动监测。
一旦出现盗情，由单片机接收有效信号，并发出报警命令，即进行声光报警，并指示被盗地点，提醒有关人员进行有关措施。
该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。
若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警
1.3报警设备选型原则
防盗报警系统的设计应当从实际需要出发，尽可能的使系统的结构简单、可靠，设计时应遵循的基本原则如下：
（1）系统可靠必须高，即使工作电源发生故障，系统也必须处于随时能够工作的状态。
（2）系统应具备一定的扩充能力，以适应日后使用功能的变化。
（3）报警器应安装在非法闯入者不易察觉的位置，和报警器相连的线路最好采用钢管暗埋的方式进行敷设。
（4）传感器尽量安装在不显眼的地方，当受损时易于发现，且容易处理的场所。
（5）系统应当符合有关的国家和福建省地方标准，即集散型结构通过总线方式将报警控制中心与现场控制器连接起来，而探测器则分别连接到现场控制器上。
在难于布线的局部区域宜采用无线通信设备。
（6）系统应尽量采用标准产品，便于日后系统的维护和检修。
（7）系统必须采用多层次，立体化的防卫方式。
目标保护不能出现控制盲区。
我们进行家庭报警系统设计时，充分考虑以上原则，设计最为适用的报警系统设备，安装隐蔽灵活。
1.4市场调研
本文主要工作在设计之前首先工对本课题作广大的市场调研工作，进行分析、对比、总结，再进行方案选择论证。
具体到设计时,又分硬件设计和软件设计，硬件设计主要分两大部分：
单片机部分和检测部分。
软件设计分主程序设计和中断子程序设计。
在完成正文部分后，主要工作就是要进行调试，为了实现设计预智能电话报警系统是以单片机为核心，利用公共通讯网为传输媒介对住宅进行安全监视，具有可靠性高、成本低、易普及等优点.智能电话报警系统实现的主要功能如下：
当室内有警情发生时（如有人非法进入室内、煤气泄漏、火灾等），智能电话报警系统能及时地通过各种传感器获知警情，对警情的种类进行判断，并立即自动顺序拨打预设的1～9组电话。
在拨号后，首先判断对方是否摘机。
如是，则根据不同的警情播放相应的录制好的语音报警内容，否则，挂机后拨下一组预制电话，直至1～9组电话全部接通。
2.硬件设计
本系统主要采用AT89C5l作为核心。
HT9170和HT9200A作为双音多频（DTMF）信号接收器和发生器，ISD1420作为录放音元件。
T/R-40系列通用型超声波发射/接收传感器做为盗情监视元件等组装而成简单方便。
系统结构如图1所示。
2.1AT89C51单片机
单片机部分
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机片内4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
AT89C51单片机可为你提供许多高性价的应用场合，可灵活的应用于各种控制领域。
AT89C51
主要性能参数：
·与MCS-51产品指令系统的全兼容
·4k字节可重擦写Flash闪速存储器
·1000次可擦写周期
·全静态操作：
0Hz-24MHz
·三级加密程序存储器
·128×8字节内部RAM
·32个可编程I/O口线
·2个16位定时/计数器
·6个中断源
·可编程串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
2.3.2.1AT89C51功能特性描述：
AT89C51提供以下标准功能：
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向量中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件的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，窜行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止所有部件工作直到下一个硬件复位。
（1）AT89C51引脚功能说明：
·Vcc：
电源电压
·GND：
地
·P0口：
PO口是一组8位漏极开路行双向I/O口，也既地址/数据总线复用口。
可作为输出口使用时，每位可吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入输入端用。
在访问外部数据存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，PO口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求接上拉电阻。
·P1口：
P1口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输出口。
作输入口时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流（I）。
Flash编程和程序校验期间，P1口接收8位地址。
·P2口：
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输入缓冲极可以驱动（输入或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时和作为输出口，作输出口时，因为存在内部上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部存储器或1位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线的内容（也既特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。
Flash编程或校验时，P2亦接收高地址和其他控制信号。
·P3口：
P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，，P1的输入缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输出端口。
作输出端口时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。
P3口除可作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示：
P3口还接收一些用于Flas闪速存储器编程和程序校验的控制信号图2.1单片机AT89C51
图2.2AT89C51方框图
·RST：
复位输出。
当震荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平使机器复位。
·ALE/
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，即使不访问外部字节，ALE仍时钟震荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟脉冲或用于定时目的。
要注意的是：
每次访问外部存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对Flash存储器编程期间，该引脚还要输入编程脉冲（
）。
如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。
该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令可激活。
此外，此引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该置ALE无效。
·
：
程序存入允许（
）输出的是外部程序存储器的读选通信号，当
表2.1AT89C51端口
AT89C51由外部程序取指令（或数据）时，每个机器周期两次
有效，既输出两个脉冲。
在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的
信号不出现。
·EA/VPP：
外部访问允许。
欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H--FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。
要注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V的编程电压Vpp。
·XTAL1：
震荡器反向放大器及内部时钟的输入端。
·XAAL2：
震荡器反向放大器的输出端。
·时钟震荡器：
AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外石英或陶瓷震荡器一起构成自激震荡器震荡电路如图。
外接石英晶体（或陶瓷震荡器）及电容C1、C2接在放大器的震荡回路中构成并联震荡电路。
对外接电容C1、C2虽然没有非常严格的要求，但电容的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡工作的稳定性、起震的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐使用30pF±10pF，而如果使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10pF。
用户还可以采用外部时钟，采用外部时钟如图所示。
在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，既内部时钟发生器的输入端，XTAL2悬空。
图2.3内部震荡电路图2.4外部震荡电路
由于外部时钟信号是通过一个2分频的触发器后作为内部时钟信号的所以外部
表2.2AT89C51寄存器
寄存器
内容
寄存器
内容
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
00H
TCOM
00H
B
00H
TH0
00H
PSW
00H
TLO
00H
SP
07H
TH1
00H0
DPTR
0000H
TH1
00H
P1—P3
0FFH
SCON
00H
IP
xxx00000
SBUF
不定
IE
0xxx00000
PCON
0xxx00000
时钟的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续的时间和最大低电平持续的时间应符合产品技术条件的要求。
·Flash闪速存储器的编程：
AT89C51单片机内部有4K字节的FlashPEROM，这个Flash存储存储阵列出厂时已处于擦除状态（既所有存储单元的内容均为FFH），用户随时可对其进行编程。
程序接收高电压（+12V）或低电压（Vcc）的允许编程信号。
低电压编程模式，适用与用户在线编程系统。
而高电平模式可与通用EPROM编程程序兼容。
·编程方法：
编程前需设置好地址、数据及控制信号，编程单元的地址就、加在P1口和P2口的P2.0—P2.3（11位地址范围为0000H—0FFFH），数据从P0口输入，引脚P2.6、P2.7和P3.6、P3.7的电平设置见表。
PSEN为低电平，RST保持高电平，EA/Vp引脚是编程电源的输入端，按要求加上编程电压，ALE/PROG引脚输入编程脉冲（负脉冲）编程时可采用4—20MHz的时钟震荡器AT89C51的编程方法如下：
1.0在地址线上加上要编程单元的地址信号。
1.在数据线上加上要写入的数据字节。
2.激活相应的控制信号。
3.在高电压编程时，将EA/Vpp端加上+1V编程电压。
4.每对Flash存储阵列写入一个字节，加上一个ALE/PROG编程脉冲。
（2）AT89C51控制信号
RST/VPD（9脚）复位信号时钟电路工作后，在引脚上出现两个机器周期的高电平，芯片内部进行初始复位，复位后片内存储器的状态如表所示，P1—P3口输出高电平，初始值07H写入堆栈指针SP、清0程序计数器PC和其余特殊功能寄存器，但始终不影响片内RAM状态，只要该引脚保持高电平，89C51将循环复位，，RAT/VPD从高电平到低电平单片机将从0号单元开始执行程序，另外该引脚还具有复用功能，只要将VPD接+5V备用电源，一旦Vcc电位突然降低或断电，能保护片内RAM中的信息不丢失，恢复电后能正常工作。
AT89C81通常采用上电自动复位和开关手动复位，我们采用的是手动复位开关如图所示：
图3.4手动开关
手动开关未按下之前，电容正极处于家电状态，当按键按下去后，VCC与GND导通，电容放电，从而实现放电。
AT89C51内部集成4KB只读存储器。
采用CHMOS工艺技术，且与MCS-51产品相兼容。
内部集成通用的8位CPU和FlashRAM。
其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。
利用AT89C51的I／O端口对传感器信号进行实时监控，对HT9200A拨号实现远程控制，控制ISD1420语音器件的语音播放。
2.2拨号系统
拨号系统采用HT9170和HT9200A分别作为双音多频（DTMF）信号接收器和发生器。
HT9200A是串行式DTMF信号发生器，具有良好的温度适应性，其工作温度范围为一20℃～+70℃，采用8引脚DIP或SOP封装，引脚排列如图2所示。
各引脚的功能说明如下：
CE：
片选信号输入端，低电平有效；
X1、X2：
3.579545MHz晶体振荡器接入端；
VDD、VSS：
电源正负输入端，正常工作电压范围为2V～5.5V，工作电流约为2mA；
CLK：
串行数据的同步信号输入端，fCLK约为100kHz；
DATA：
串行数据输入端；
DTMF：
DTMF信号输出端。
HT9170系列是集成了数字解码器和多带滤波器功能的双音频DTMF接收器，可工作在掉电模式和抑制模式下。
HT9170系列器件都是采用数字化计算方法识别，将16倍的DTMF音频解码后转化为4位代码输出。
高精度的转换电容滤波器将音频DTMF信号分离为低频信号和高频信号，自带拨号音频阻波电路可省去前置滤波器所需的阻波电路。
HT9170的引脚排列如图3所示。
拨号电路原理图如图4、图5所示。
2.3语音电路
ISD1420为美国ISD公司推出的产品，单片录放时间8s～20s，音质好。
ISD1420采用CMOS技术，内含振荡器、话筒前置放大、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动及EEPROM阵列。
最小的录放系统仅需麦克风、喇叭、两个按钮、电源及少量电阻电容。
在录放操作结束后，器件自动进入低功耗节电模式，功耗仅0.5μA。
ISD1420系列有唯一的录音控制和边沿／电平触发两种放音控制。
不分段时外围线路最简，也可按最小段长为单位任意组合分段，提供若干操作模式，大大提高了控制的灵活性。
ISD1420采用多电平直接模拟量存储专利技术，每个采样直接存储在片内单个EEPROM单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调效果，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。
采样频率为5.3kHz、6.4kHz到8.0kHz，对音质仅有轻微影响。
片内信息可保存100年（无需后备电源），EEP-ROM单片可反复录音十万次。
语音电路原理图如图6所示。
ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。
一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。
录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利--直接模拟存储技术（DASTTM）实现的。
利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。
直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。
不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。
一、特点：
◎使用方便的单片录放系统,外部元件最少
◎重现优质原声，没有常见的背景噪音
◎放音可由边沿或电平触发
◎无耗电信息存储,省掉备用电池
◎信息可保存100年,可反复录放10万次
◎无需专用编程或开发系统
◎较强的分段选址能力可处理多达160段信息
◎具有自动节电模式
◎录或放后立即进入维持状态,仅需0.5μA电流
◎单一5伏电源供电
二、电特性：
◎工作电压：
5V
◎静态电流：
典型值0.5μA，最大值2μA
◎工作电流：
典型值15mA，最大值30mA（16欧姆）
三、电路外形图引出端功能说明：
各管脚功能如下：
四、操作模式：
地址输入有双重功能,根据地址中的A6,A7的电平状态决定A0～A7的功能。
如果A6,A7有一个是低电平,A0～A7输入全解释为地址位,作为起始地址用。
地址位仅作为输入端,在操作过程中不能输出内部地址信息。
根据、或的下降沿信号,地址输入被锁定。
如果A6,A7同为高电平时,它们即为模式位。
使用操作模式有两点要注意:
（一）所有初始操作都是从0地址开始,0地址是1420存储空间的起始端,以后的操作可根据模式的不同,而从不同的地址开始工作。
当电路中录放音转换或进入省电状态时，地址计数器复位为0。
（二）当、或变为低电平,同时A6,A7为高电平时,执行对应操作模式。
这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止,这一刻现行的地址/模式信号被取样并执行。
操作模式可以与微控制器一起使用,也可用硬件连线得到所需系统操作。
A0---信息检索（或only）
不知道每个信息的实际地址,A0可使操作者快速检索每条信息,A0每输入一个低脉冲,可使得内部地址计数器跳到下一个信息。
这种模式仅用于放音,通常与A4操作同时应用。
A1---删除标志（only）可使录入的分段信息成为连续的信息,用A1可删除掉每段中间信息后的标志,仅在所有信息后留一个标志。
当这个操作模式完成时,录入的所有信息就作为一个连续的信息放出。
A3---循环重放信息（或only）可使存于存储空间始端的信息自动地连续重放。
一条信息可以完全占满存储空间,那么循环就可以从头至尾进行工作,并由始至终反复重放。
A4---连续寻址：
在正常操作中,当一个信息放出,遇到一个标志时,地址计数器会复位，A4可防止地址计数器复位,使得信息连续不断地放出。
A2、A5---未用。
2.4T/R-40传感器监视系统
2.4.1正常时晶体管集电极输出低电平；报警时输出高电平。
8个晶体管分别将来自8路传感器的信号传送到74F373的8个输入端，供CPU读取。
若8个传感器未满额，空闲的晶体管仍然会输出低电平，不会报警IN0～IN7分别对应来自8个传感器的电平信号。
T/R-40系列超声波传感器是利用压电效应工作的传感器，通常我们又称之为换能器。
此类传感器最适用于防盗报警和遥控使用。
其外行如下：
分立元件构成的超声波发射电路如
当T/R-40-16监视到偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故便可发射出一串40kHz的超声波信号。
控制距离可达8m的超声波。
发射电路从555的3脚输出的40kHz的振荡脉冲驱动T-40-16工作，使之发射出40kHz的超声波信号。
电路工作电压为9V，工作电流为40～45mA,控制距离大于8m。
555构成如下图
声波接收电路如下图：
双稳态超声波接收电路
通用型超声波接收电路
3软件设计
3.1流程框图
除主程序外，子程序包括6位密码核对子程序、（3位数＋＃）任务输入核对子程序、提示音子程序、报警子程序、任务排除偶次输入子程序、对方回铃声和忙音区分子程序以及10ms，10s，60s延时子程序，编写程序时注意二次按键时间小于10ms时第2次按键无效，以防止抖动。
当上次按键后连续10s无按键输入信号，则默认可以自动挂机。
报警拨号后对方回铃音和忙音的区别：
按规定回铃音为1s高电平4s低电平方波信号，忙音为高电平和低电平均为0．35s方波信号，回铃音和忙音呼叫时间60s，60s后自动挂机。
当有报警信号送单片机时，通过软件模拟摘机，预留电话拨号输出后，在接到第一声回铃音或忙音时，定时器开始定时，计数器开始计输入的回铃音或忙音的个数。
然后判别在60s内，若计数值＞15个脉冲（这时无论60s定时到否）则表示对方为忙音，应挂机，延时60s后重拨号呼叫。
若在60s内计数＜14个脉冲，则表示为回铃音。
若在少于12个脉冲中间回铃音中断表示对方有人接听，可以播放报警信号对应的报警语音。
若60s内一直有回铃音，且定时到，表示对方无人接听，则挂机延时后重拨，直到电话报警完成。
系统采用查询工作方式，程序包括主程序和自动拨号程序，其流程框图如图3所示。
自动拨号子程序的C51源程序如下
3.2汇编源程序
T02SAEQU30H
T02SBEQU31H
FLAGBIT00H
ORG00H
LJMPSTART
ORG0BH
LJMPINT_T0
START:
MOVT02SA,#00H
MOVT02SB,#00H
CLRFLAG
MOVTMOD,#01H
MOVTH0,#（65536-500）/256
MOVTL0,#（65536-500）MOD256
SETBTR0
SETBET0
SETBEA
SJMP$
INT_T0:
MOVTH0,#（65536-500）/256
MOVTL0,#（65536-500）MOD256
INCT02SA
MOVA,T02SA
CJNEA,#100,NEXT
INCT02SB
MOVA,T02SB
C
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