毕业设计基于单片机的红外防盗报警系统的设计完整.docx

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毕业设计基于单片机的红外防盗报警系统的设计完整

摘要

随着人们生活水平的大幅度提高，人们的保护意识不断增强，防盗报警系统便充分体现了其应用价值。

防盗报警系统的设计便是为满足现代住宅防盗的需要所设计的家庭式电子防盗系统。

防盗报警系统采用了热释电红外传感器，这种防盗器安装隐蔽，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。

防盗报警系统设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分设计主要包括红外探头电路接收信号，LED控制电路控制发光及驱动执行报警电路执行报警等。

软件部分设计主要包括使用protues仿真软件能够实现声光报警的作用，同时运用Pro/E软件对防盗报警系统的外壳进行设计从而使防盗报警系统的设计更加完善。

关键词：

单片机；红外传感器；信号接收；报警电路

TheDesignofAnti-theftAlarm

Abstract

Withthepeople'slivingstandardsgreatlyimproved,theprotectionofpeople'sgrowingawarenessoftheanti-theftalarmsystemfullyreflectsthevalueofitsapplication.Thisdesignisforthefamilyofelectronicsecuritysystemsdesignedtomeettheneedsofmodernresidentialburglar.

Anti-theftalarmsystemusedPyroelectricinfraredsensor,thefixingofthisalarmiscovert,afterhasbeenprocessedbySCM,thesignalofalarmcommunicateswithPC,whichisconvenientforuniformmanagement.Anti-theftalarmdesignincludeshardwarepartandsoftwarepart.Thehardwarepartofthedesignincludinginfraredsensorcircuitreceivesthesignal,theLEDcontrolcircuittocontrollight-emittinganddrivetheimplementationoftheimplementationofthealarmcircuitalarm.Thesoftwarepartofthedesignincludingtheuseofprotuessimulationsoftwaretoachievetheroleofsoundandlightalarm,whiletheuseofPro/Esoftware,anti-theftalarmsystemoftheshellaredesignedsotheanti-theftalarmsystemdesignmoreperfect.

Keywords:

SCM;infraredsensor;signalreceiving;alarmcircuit

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第一章绪论1

1.1课题背景1

1.2防盗报警系统在国内外的发展1

1.3防盗报警系统的发展前景与趋势3

1.4结构安排3

第二章防盗报警系统设计介绍4

2.1设计的目的及意义4

2.2设计内容及要求4

2.3相关硬件介绍4

2.3.1常见的几种红外传感器介绍5

2.3.2热释红外传感器的原理6

2.3.3热释电红外传感器原理特性7

2.3.4热释电红外传感器的选定7

2.3.5AT89C51单片机的概述8

2.3.6AT89C51单片机的引脚分配10

第三章防盗报警系统总体方案设计12

3.1防盗报警系统总体设计思路12

3.2具体硬件电路模块设计13

3.2.1放大电路的设计13

3.2.2时钟电路的设计14

3.2.3复位电路的设计15

3.2.4发光二极管报警电路的设计15

3.2.5声音报警电路的设计16

3.3硬件电路的选择及说明16

3.4软件的程序实现16

3.4.1主程序工作流程图16

3.4.2设计编程程序18

第四章防盗报警系统仿真20

4.1Proteus简介20

4.2Keil简介20

4.3系统仿真20

第五章防盗报警系统外壳设计23

5.1Pro/ENGINEER的应用23

5.2防盗报警系统外壳设计步骤23

5.2.1防盗报警系统外壳界面设计23

5.2.2防盗报警系统外壳探测器设计23

5.2.3防盗报警系统外壳扬声器设计24

5.2.4防盗报警系统外壳LED灯设计24

5.2.5防盗报警系统外壳按键设计25

5.3防盗报警系统外壳设计示意图26

第六章设计总结27

参考文献28

致谢29

附录A外文翻译-原文30

附录B外文翻译-译文32

附录C防盗报警系统原理图34

附录D设计编程程序35

第一章绪论

1.1课题背景

随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。

相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。

这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。

人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。

于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。

而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。

因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。

红外线作为一种不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。

其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品，还有红外监控无线报警器、超声波防盗报警器、红外线防盗报警器、高灵敏红外报警器、触摸式延时防盗报警器、触摸式防盗报警器、红外报警器、红外线声光报警器等。

1.2防盗报警系统在国内外的发展

从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。

在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。

随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。

而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。

从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。

国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。

其具有以下特点，值得我们借鉴。

目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。

比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。

到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。

1979年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。

其实我国的技防工作早在60年代就开始了，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。

当时主要采用的手段是声控报警。

罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。

值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。

82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。

84年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。

相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。

进入90年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。

在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。

目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。

在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。

1.3防盗报警系统的发展前景与趋势

随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要”。

传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：

影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。

所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。

另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。

因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。

数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警的技术发展趋势：

（1）更稳定可靠：

如探测器可抗RFI/EMI（电磁干扰/射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候；

（2）更多样的功能：

如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；

（3）更精美、小巧的外观：

以符合品味日益提高的室内装潢需求；

（4）更智能化的设计：

方便地设/撤防，人性化的操作界面；

（5）更强大的联网功能；

（6）更方便的扩展性。

上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。

1.4结构安排

结构安排如下：

第一章为绪论，介绍了防盗报警系统的研究背景、防盗报警系统的发展及前景本论文的设计计划和结构安排。

第二章对防盗报警系统的设计进行了介绍，首先对设计的目的和意义进行了解，再明确设计的内容及要求，最后对设计需要的相关硬件进行介绍。

第三章为系统的总体设计，首先对整体的方案进行选择与设计，再针对各个硬件模块进行具体的设计，最后为软件的程序实现。

第四章对防盗报警系统进行了仿真，实现防盗报警系统声光报警的作用。

第五章对防盗报警系统的外壳进行了设计，使设计更加完善。

最后，对本次的研究课题的研究做出了总结与讨论，并且指出设计的不足之处。

第二章防盗报警系统设计介绍

2.1设计的目的和意义

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。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。

就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。

而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。

2.2设计内容及要求

（1）本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、LED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AT89C51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。

（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。

2.3相关硬件介绍

通过对相关硬件的介绍，会对防盗报警系统设计的原件选择有一个明确的思路，通过比较运用最佳原件，也对防盗报警系统的设计有个整体思路。

2.3.1常见的几种红外传感器介绍

（1）红外探测器：

红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。

热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。

检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。

多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。

当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

（2）红外测温产品：

HEITRONICS拥有40多年非接触红外测温经验，50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。

在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。

HEITRONICS系列产品已广泛应用于冶金、玻璃、造纸、纺织、橡胶、木材、制陶、塑料、涂层、沥青、建筑、电子、食品、石化、水泥等工业制造、科学研究和实验领域。

（3）压电传感器

压电传感器（Piezoelectricsensor）是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的。

压电传感器的应用：

可分为单向力,双向力和三向力传感器。

压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向。

由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力、位移、振动加速度等。

（4）磁电传感器

磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器。

磁敏管的应用:

不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性；而且体积小功耗低,因而具有广泛的应用前景。

（5）光电传感器

光电传感器（Photoelectricsensor）是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单、性能可靠、精度高、反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器。

（6）人体热释电红外传感器

在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。

（7）无线红外传感器

无线红外传感器又名无线红外探测器，无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿、微电流省耗、无误报、无漏报、探测距离远、工作稳定、性能可靠、外形精巧、美观大方。

机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。

它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。

它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。

高频发射部分采用最新声表面（S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。

2.3.2热释电红外传感器的原理

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。

本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。

其工作电路原理及设计电路如图2-1所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。

当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。

图2-1热释电红外传感器原理图

热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。

不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。

为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。

热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。

由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。

热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。

设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。

由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。

2.3.3热释电红外传感器的原理特性

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。

2.3.4热释电红外传感器的选定

目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHI958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。

热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（内部开关管D极，DRAIN）、信号输出端（内部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND）。

本设计传感器采用双元热释电红外传感器RE200B，该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用双灵敏元互补方法抑制干扰，以提高传感器的工作温度。

传感器RE200B内部电路图如下：

D脚接工作电压，其工作电压低且范围宽（2.2-15V）；S脚为输出源极电压；GND脚为接地。

如图2-2所示，为热释电红外传感器RE200B的内部电路框图。

图2-2热释电红外传感器RE200B的内部电路框图

热释电红外传感器RE200B的主要工作参数：

工作电压：

常用工作电压范围为3~15V；

工作波长：

通常为7.5~14um；

源极电压：

通常为0.4~1.1V，R约为47kΩ；

输出信号电压：

通常大于2.0V；

检测距离：

检测距离约为6~10m；

水平角度：

约为120°；

工作温度范围：

-10℃~40℃。

2.3.5AT89C51单片机的概述

（1）AT89C51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。

（2）AT89C51的管脚说明

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。

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