完整版D69基于单片机的红外防盗报警器设计毕业设计.docx

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完整版D69基于单片机的红外防盗报警器设计毕业设计

毕业论文

基于单片机的红外防盗报警器设计

Thedesignofinfraredtheft-proofmonitoringsystembasedonSCM

摘要

随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，同现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，所以保证区域安全必须从运用现代化的防盗报警技术。

本文将系统介绍一种采用新的先进的红外线对射感应模块和人体红外探测装置制作而成的红外监控系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。

本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。

本文在绪论中首先介绍综合监控系统的发展、特点、功能及红外监控的相关知识。

第二章中我们介绍了系统设计的相关知识和软件、硬件的具体设计方案。

在第三章中我们将重点介绍硬件、软件的安装调试过程及系统调试的结果。

最后我们在结束语中谈谈系统设计的优点、缺点及本次设计的心得收获

关键词　监控、红外、89C51、RS232

Thedesignofinfraredtheft-proofmonitoringsystembasedonSCM

Abstract

Withthedevelopmentofsocietyandeconomyofourcountry,thelivingstandardsofthepeopleareimprovingconstantly,people'srequisitionforregionalpublicsecurityenvironmentandsafeprecautionismodernizedtechnologicalmore,soguaranteethesecurityoftheareamustusethemodernizedwarningtechnologyofguardingagainsttheft.

 Thistextintroduceinfraredmonitoringsystemthatadoptnewadvancedinfraredraymodule,becausetheinfraredlightbeamofutilizingoutoftheeyecansee,makeupandcontroltheareawirelessly,soandinfraredrelevantknowledgethatcontrolofthecomprehensivemonitoringsystematfirstintheintroduction.Chaptertwoamonglastwhomsystemdesignweitisrelevantknowledges,softwares,designplansnotconcreteofthatsystemdesignreapamongconclusion.

Keyword：

monitor、infrared、89C51、RS232

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摘要I

第1章绪论1

1.1课题背景及意义........................................................................................1

第二章系统方案设计.......................................................................................5

2.1相关基础知识..................................................................................................5

2.1.1MCS-51型系列单片机介绍…………………………………………..5

2.1.2人体红外探测器……………………………………………………….7

2.1.3主动红外探测器………………………………………………………...7

2.1.4 串口RS-232…………………………………………………………….9

2.1.5伟福仿真器使用说明………………………………………………….10

2.2硬件组成、要求……………………………………………………………...12

2.3控制软件的设计方案………………………………………………………..14

2.3.1软件功能……………………………………………………………….14

第三章系统调试过程…………………………………………………………….17

3.1硬件电路的安装调试……………………………………………………....17

3.1.1元器件的测试………………………………………………………...17

3.1.2制版焊接……………………………………………………………..17

3.1.3整个系统的通电测试………………………………………………..18

3.2软件调试……………………………………………………………………18

3.2.1报警装置的调试……………………………………………………...18

3.2.2人体红外探测装置的调试…………………………………………..19

3.2.3主动红外探测装置........................................................................20

3.3系统调试及结果……………………………………………………………20

结论………………………………………………………………………………..21

参考文献…………………………………………………………………………..22

附录………………………………………………………………………………..23

致谢………………………………………………………………………………..32

千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。

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绪论

课题背景及意义

1.1综合监控系统的发展、特点、功能

“安全防范”是公安保卫系统的专门术语，是指以维护社会公共安全为目的，防入侵、防被盗、防破坏、防火、防暴和安全检查等措施。

而为了达到防入侵、防盗、防破坏等目的，我们采用了以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统，使其发挥最大的功能作用，用以完善安装单位的保卫工作。

综合监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄象机及其辅助设备（云台、镜头等）直接观看被监视场所的情况，一目了然；同时它可以把被监视场所的图象和声音全部或部分的记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据，同时电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。

安全防范技术的器材、设备以及由其组成的系统能对入侵者做到快速反应，并及时发现和抓获罪犯，对犯罪分子有强大的威慑作用。

而安全防范技术又能及时发现事故的隐患，预防破坏，减少事故和预防火灾，所以它是公安保卫工作中很重要的预防手段。

尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，犯罪分子的作案手段和交通工具不断提高，同时随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，所以保证区域的安全不能只在巡更人防方面加强力量，必须从运用现代化的防盗报警技术，这是外界不法人员所逾越的第一道关卡。

在这种环境下，安全防范技术的器材、设备以及由其组成的系统能对入侵者做到快速反应，并及时发现和抓获罪犯，对犯罪分子有强大的威慑作用。

而安全防范技术又能及时发现事故的隐患，预防破坏，减少事故和预防火灾，所以它是公安保卫工作中很重要的预防手段。

安防行业也取得了长足的发展，监控系统目前在银行、宾馆、商场、交通、工矿企业等各个领域得到了广泛应用。

对要害部门、重点设施，需设立周界报警系统保证安全，近几年发展较为成熟的监控系统产品主要有：

（1）被动红外防盗报警探测器

物理学告诉我们，凡是温度高于绝对0℃的物体都能产生热辐射，其光谱集中在红外光区域。

当被探测的目标入侵，并在所防范的区域里移动时，将引起该区域红外辐射的变化，而能够探测出这种红外辐射变化并进入报警状态的电子装置称为被动红外探测器被动红外探测器主要用来探测人体和其它一些入侵移动的物体。

[1]但其弱点是:

当环境温度接近人、体温度时，灵敏度下降，因而在夏天或热带地区的应用受到影响。

（2）主动红外入侵探测器

主动红外入侵探测器主动红外入侵探测器将发射机和接收机分别安装于警戒线的两端，发射机发射出一串红外光由接收器接收，如中间任意处被遮断，报警器就发出报警信号。

采用双光路的主动红外报警器可大大提高抗噪误报的能力。

目前直线探测距离可做到室内25m室外75m其优点是灵敏度高，具有较高的光学特性。

[2]特别在雨、雾、霜等遮挡射束光强度时（甚至遮挡射束强度99%），探测器仍能正常工作。

具备防防水、防尘、防震、拆卸、防破坏功能。

（犯罪分子为了达到其目的必然要千方百计对安全防范系统进行破坏。

因此技防系统的防破坏功能就显得尤为重要。

一个连自身安全都不能保障的系统是不可能很好地发挥防范作用的

（3）双技术探测器双技术探测器

双技术探测器双技术探测器是对同一个探测空间采用二种传感方法进行报警的装置，目前常用的是微波与被动红外。

被动红外和微波探测都是属于空间范围的运动探测，前者易受环境温度的干扰，对人的切向运动反应敏感;后者则易受电磁千扰，对径向运动敏感。

一为主动方式，一为被动方式，在工作方式、探测特点和抗干扰性方面恰好是互补的关系，因此是构成双鉴报警器的最佳选择，两者结合可以减小由于干扰而造成的误报，提高报警的可靠性，是目前用的最为广泛的一种。

（4）视频探测器

随着多媒体技术、图像处理技术、电视监控技术的不断发展，用电视摄像机作为报警探测器已成为现实。

电视监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过控制摄像机及其辅助设备（云台、镜头等）直接观看被监视场所的情况，一目了然；同时它可以把被监视场所的图像和声音全部或部分的记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据，同时电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。

摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。

[3]它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。

有时，被监视场所面积较大，为了节省摄象机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄象机上加装电动的（可遥控的）可变焦距（变倍）镜头，使摄象机所能观察的距离更远、更清楚，同时还把摄象机安装在电动云台上，通过控制器的控制，可以使云台带动思摄象机进行水平和垂直方向的旋转，从而使摄象机能覆盖到的角度、面积更大。

总之，摄象机就象整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图象信号，传送给控制中心的监视器上。

用摄像机监视所防范的空间，当有目标进入防范区域时，被监视的景物图像发生变化,计算机通过图像处理判断出防范空间的入侵情况，控制系统报警。

目前监控系统随着计算机的发展水平的提高，逐步由模拟系统向数字化系统转变，数字化系统在功能上较模拟系统完善，操作极其智能化和集中化等。

监控系统适用场所包括：

银行、金库、超市、商场、宾馆、小区、学校、办公楼、道路监控。

1.2红外监控的相关知识

800年英国物理学家赫谢尔从热的观点来研究太阳光的热效应时，发现了一个现象，他用棱镜将太阳光分解成七色单色光，并按顺序测量不同颜色光的热效应，当把温度计移到红色光的边界之外时，即人眼看不到任何光线的区域时，温度计还是指示着很高的温度。

根据这一现象，随后经过多次实验，发现在红色光之外，还有一种人眼不能看到的“热线”，人们将它称为红外线。

而把光谱中看得见的部分称为“可见光”。

[3]

众所风知，可见光的波长范围是380nm一780nm，波长由长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光。

波长低于380nm的称为紫外线，高于780nm的称为红外线。

我们要讨论的是指波长780nm~l000nm的近红外摄像敏感系统。

常规的摄像监控系统是在可见光（如阳光、灯光）下，将被摄物体反射的光线通过摄像机的镜头，成像于摄像机的感光器件CCD靶面上，经过转换电路将图像信号转换为视频信号，再通过传输系统，在显示设备（如监视器）上将图象重现出来。

对于无可见光情况下的监控系统，主要有三种方法可以实现，即主动红外监控系统、被动红外监控系统和微光红外监控系统。

被动红外监控系统是利用物体在绝对零度以上都有热量辐射，即有红外线发出，在被动红外摄像机内装有相应的光放大器，根据物体辐射红外线强弱的差别来拍摄物体的图像，其所拍摄的图像呈淡绿色。

微光监控系统是利用夜空中存在微弱的光线（如月光、星光等）。

微光摄像系统的光放管将被摄物体反射的这些微光增强几十倍甚至上百倍，再通过对可见光极为敏感的摄像机（它同时对一部分近红外光敏感），将被摄物体拍摄出来，从而实现微光下的监控。

主动红外监控系统的工作原理是利用摄像机的CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，它的感光光谱不但包括可见光区域，还延长到红外区域。

利用此特性，即可在无可见光照明的情况下，使用与摄像机配套的红外光源（即红外灯）发出的人眼不易察觉而摄像机CCD却能收到的红外线，使图像传感器清晰成像。

普通摄像机和红外敏感摄像机的相对光谱灵敏度曲线及LED半导体发光红外灯和卤素红外灯的光谱曲线。

卤素红外灯的光谱曲线从800nm开始一直延续下去。

红外敏感摄像机比普通摄像机对红外光有较宽的感光光谱范围，通过接受被摄物体反射的红外光线，经过摄像机的转换电路及传输、显示系统，即可将被摄物体的图像显示出来。

主动红外监控系统所拍摄的图像呈现的是淡兰色。

主动红外监控系统主要由以下几部分组成:

主动红外发射器（红外灯）、红外敏感摄像机、光学成像器件及其他设备。

主动红外光源主要有两类，一类是早期使用的卤素红外灯，其光功率较大，多用于中远距离的监控。

另一类是半导体LED发光器材做成的红外灯，它本身不产生可见光，光谱单一，并且功耗低，因此被广泛采用。

我们知道，保证区域的安全不能只在巡更人防方面加强力量，必须从运用现代化的防盗报警技术，这是外界不法人员所逾越的第一道关卡,而红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，成为周界防范系统最有效、最直接手段，是安防系统中不可缺少的重要部分（所谓的技术的第一层次）。

由于他是不可见光，因此用他作防盗监控报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强，使得这种监控报警装置广泛应用于居住小区，仓库，博物馆、智能大厦、单位要害部门和家庭的防护，对区域的周界进行有效的防范。

1.3本文所做的工作

本文将系统介绍由我研制开发一种采用新的先进的红外线对射感应模块制作而成的围墙、栅栏防盗报警系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。

本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。

在本文中我们将要介绍的系统如图1.1所示

人体检测装置

红外发射装置

89C5控制芯片

RS232远程输出串口

声音报警器

光报警器

远程监控中心

红外接受装置

模拟试验表明，红外监控防盗系统技术先进，结构简单，安装方便，安全节能，可及时自动的发现和判断被测范围内是否有被测目标出现，且能正常收发命令与控制。

可以预见，此产品一旦上市,它将极大地改善现有产品的实用性可靠性和用户的安全性。

但是我们在测试过程中也发现，此系统的红外发射装置的发射距离只有5米左右，如果我们将此产品投入使用，我们必须有进一步的改进。

同时，我们的系统所做的测试都是以单点测试为主，对实用过程中的多点监控，我们还有待于进一步的测试和研究。

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系统方案设计

本章小结

2.1相关基础知识

在我们的系统当中，我们将分别应用到MCS-51单片机，主动和被动人体探测装置，RS-232串行通信口，声光报警器等元器件。

对此，我们用到的主要元器件的相关知识分别作一介绍。

2.1.1MCS-51型系列单片机介绍

（一）、MCS-51型系列单片机在我们的系统中将扮演整个系统的“心脏”和“大脑”的角色，是系统的控制部分，是实现整个系统功能的指挥中心，其相关知识如下：

（二）、MCS-51型系列单片机内部结构如图所示图2.1所示，主要包括累加器ACC（有时也简称为A）、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行10接口P0-P3、定时器计数器、串行10接口以及定时控制逻辑电路等。

这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。

[4]

（三）、             

（四）、                  图2.1

1、累加器A：

累加器是CPU中使用最频繁的一个寄存器，简称ACC或A寄存器。

其作用为:

①累加器ACC是ALU单元的输入之一，因而是处理数据源之一。

但它又是ALU运算结果的存放单元，即ALU运算结果又通过内部总线送人累加器ACC中存放。

②CPU中的数据传送大多通过累加器，故它又相当于一个数据的中转站。

（五）、2、B寄存器：

B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输人之一。

乘法中，ALU的两个输人分别为A、B，运算结果存放在AB寄存器对中。

A中放积的低八位;B中放积的高八位;除法中，被除数取自A，除数取自B，商数存放于A，余数存放在B。

在其它情况下，B寄存器可以作为内部RAM中的一个单元来使用。

（六）、3、程序状态字PSW：

程序状态字（PSW）是一个逐位定义的8位寄存器，其内容的主要部分是算术逻辑运算单元（ALU）的输出。

它是一个程序可访问的寄存器，而且可以按位访问。

格式如下:

（七）、             

（八）、MCS-51型系列单片机引脚功能介绍:

（九）、MCS一51型系列单片机具有40个引脚双列直插式封装的器件。

其中许多引脚具有第二功能，但各种不同的单片机芯片又各有不同。

其引脚如图2.2所示：

图中管脚可以分为4类：

电源类管脚2个、时钟类管脚2个、并行IO类管脚32个、控制类管脚4个。

（十）、图2.2MCS-51型系列单片机引脚

（十一）、1）电源类引

（十二）、VCC（40脚）十5V，芯片工作电源的输入端      

（十三）、2）控制信号引脚

（十四）、RSTVPD（9脚）：

RST为复位信号输入端。

当RST端保持两个机器周期（24个时钟周期）的高电平时，可对单片机实现复位操作。

该引脚的第二功能是作为内部电源的输入端（VDD）。

当电源VCC一旦发生掉电或电压降低到低于电平规定值时，可通过它为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系统在上电后能继续正常运行。

[5]      

（十五）、     

（十六）、ALERROG（30脚）：

ALE为地址锁存允许输出信号。

在访问外部存储器时，ALE用来锁存N扩展地址低8位的地址信号。

在不访问外部存储器时，ALE以时钟振荡频率的16的固定频率输出。

因而它又可用作外部定时及其它需要。

但请注意：

每当CPU访问外部数据存储器时，将减少一个ALE脉冲。

ALE能驱动8个TTL接口。

此引脚的第二功能（PBOG）是对8751型单片机内部EPROM编程时的编程脉冲输入端。

（十七）、PSEN（29脚）：

外部程序存储器ROM的读选通信号输出端。

当访问外部ROM时，PSEN定时产生负脉冲作为外部ROM的选通信号，即每个机器周期（12个时钟周期）内有效两次。

在访问外部RAM或片内ROM时，不会产生有效的PSEN信号，PSEN可驱动8个TTL输入端。

（十八）、EAVDD（31脚）：

面为访问内外部程序存储器控制信号。

当EA＝0时，对ROM的访问限定在外部程序存储器；当EA＝1时，在对ROM的访问先从内部4KB开始，当地址范围超出4KB时自动切换到外部进行访问。

由此可见8031型单片机没有内部的4KB程序存储器，因此其EA直接接地。

对于片内含EEPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电源VDD的输入端。

（十九）、3）时钟振荡电路引脚

（二十）、XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）的内部是一个振荡电路。

当使用内部振荡电路时，在这两个管脚上外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时．用于接外部时钟脉冲信号。

（二十一）、4）并行IO端口

（二十二）、8051型单片机有32条IO线，构成4个8位双向端口。

（二十三）、P0口（32—39脚）：

是一个8垃漏极开路型的双向IO口时，分时提供低8位地址，并用作8位双向数据总线。

（二十四）、P1口（1—8脚）：

是一个带内部提升电阻的8位准双向IO口。

（二十五）、P2口（21—28脚）：

是一个带内部提升电阻的8位准双向IO口。

在访问外部存储器时，提供高8位地址。

在对8751型单片机内PROM进行编程和检验时，P2口用于接收高8位地址和控制信号。

（二十六）、P3口（10一17脚）：

是一个带内部提升电阻的8位准双向IO口。

在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能．[6]

2.1.2人体红外探测器   

在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器PIR，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。

另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。

菲星尔透镜作用有两个:

一是聚焦作用，热释的红外信号折射反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。

[7]如图2.3

图2.3

 2.1.3主动红外探测器

  主动式红外探测器原理：

主动式红外探测器分为发射（投光器）和接收（受光器）两部分，投光器和受光器之间投射红外光，当有入侵发生时，投光和受光器之间的红外光被阻断，触发报警。

使用的红外线是波长在700nm到1000um这间的电磁波（比红外波长长的是波，比红外波长短的是可见光）。

人眼是看不到红外线的，但特殊材料可以感应到，也可以成像。

影响主动红外入侵探测器质量的关键技术指标

1白光过滤能力

所谓白光，泛指人眼可感应的各种自然光和人造光。

对主动红外入侵探测器产生干扰的白光，主要有如太阳光、雷光等自然光和水银灯、车头灯等人工光。

主动红外入侵探测器采用的光学过滤系统应该具有将白光最大限度的过滤掉的用。

使用阻止白光通过的特殊质材外壳。

白光过滤最基本的办法是采用由一种特殊滤光材料构成的滤光机构（外壳），这种材料能有效地传递特定波长范围的红外光，并