震动防盗报警器参考毕业论文.docx

震动防盗报警器参考毕业论文.docx

《震动防盗报警器参考毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《震动防盗报警器参考毕业论文.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

震动防盗报警器参考毕业论文

毕业论文

震动报警器设计

姓名：

于*

指导教师：

田*

专业：

应用电子技术

班级：

012

2014年11月1日

摘要1

引言2

1.绪论3

1.1设计的主要内容和意义3

1.1.1设计防盗报警器的内容3

1.1.2设计防盗报警器的意义3

1.2防盗报警器的分类及其介绍3

1.2.1被动式红外传感器3

1.2.2主动式红外探测器3

2.硬件电路的设计4

2.1家居防盗报警器的硬件组成4

2.2家居防盗报警器的硬件设计4

2.2.1电源设计4

2.2.2人体红外采集电路设计5

2.2.3控制、显示电路设计6

3.软件的设计13

3.1keil应用13

3.2protel99se应用13

3.3程序流程图15

4.系统分析与调试16

结论18

参考文献19

致谢20

附录1原理图21

附录2仿真图22

附录3源程序23

震动报警器设计

摘要：

本文中介绍了一些比较常见的安防报警系统及应用。

此处来设计其中比较实用的振动报警器。

提出了两种设计方案——纯电路式及基于单片机式。

此次主要以基于单片机的振动报警器为中心，简要介绍了单片机的发展和应用，阐述了电路与程序的设计方法。

期望可以达到当检测到有振动时会发出报警声的目的。

整个系统电路设计简单、容易实现，设计出的振动报警器适用于家庭报警。

该报警器具有误报率较低、安装和配置容易、成本低、能量消耗少、使用非常方便的特点。

实现的原理是震动传感器将震动信号转换成电压信号，通过LM393电压比较器，输出电平信号，单片机根据电平信号做出报警输出，数码管显示出信号发出的具体范围。

可以应用于家居防盗、仓库防盗等多种防盗场合，具有很强的实用价值和良好的市场前景。

关键词：

震动报警，单片机，防盗系统

1.绪论

自改革开放以来，随着科技的普及，人们的生活和文化知识水平得到了很大的提升，但是同时一些不稳定的社会因素也随之而来了，这样就促成了人们对安防意识的加强。

而随着安防技术的不断发展，安防报警系统也开始应用于家庭生活、工农业生产、交通、机动车、通信、防灾等领域，安防设备的种类也越来越多，主要是根据环境的需要不同而安装合适的安防设备。

而安防设备中除了如监控摄像类的设备是由人工监视并对看到的事情做出相应的处理之外，最多见的还是安防报警系统，可以达到自动报警去提醒人们某个事件的发生。

节I.011.1安防报警系统简介

按照坏境需要来分，安防报警系统主要可以分为电路防盗报警、机动车用报警器、工农业生产用报警器和日常生活用报警器[1]等。

（a）1.1.1电路防盗报警器

电路防盗报警有很多种类，例如断线式防盗报警器、感应式防盗报警器、红外线反射式防盗报警器、触摸式防盗报警器、无线防盗报警器、振动式防盗报警器、声控式防盗报警器等多种报警器都属于防盗报警电路。

这些报警电路比较简单，是由电路来实现报警的，而且实用型比较普遍。

以断线式防盗报警器为例，它的成本比较低，制作比较容易，可适用的范围比较大，它被广泛应用于家庭、商店、仓库或者果园、鱼塘等防盗监控场所中。

断线式防盗报警器电路是由检测电路、报警控制电路、音频放大电路组成。

其检测电路主要是时时检测警戒线的状态，若发现警戒线被打断，则发出报警信号，由报警控制电路来控制报警器工作，声音经过音频放大电路放大后输出发出警报声音。

其他的防盗报警器的工作原理电路组成与断线式相似，只是其检测电路部分不相同。

像触摸式、声控式的应用有楼道感应式灯泡等，只是报警电路换成了灯泡电路了。

而感应式、反射式可以应用于监测某一点有无生物接近等处，其主要部件为传感器。

无线防盗报警系统则加入了无线信号发送器及接收器，使得可监控的距离更远而不受限于电路导线。

（b）1.1.2机动车用报警器

在现在的社会中，机动车的数量越来越多，而为了机动车的安全，机动车用报警器就应运而生了。

例如可以对汽车油压、气压、温度及速度进行检测的汽车多功能报警器，它可以在汽车油压偏低、气压偏低或发动机温度过高、车速过快时而发出警报，提醒驾驶员排出故障、以便行车安全。

而事实上，现在的机车中多已安装了油量监测报警器了，它会对机车油量进行监控，当油量低于某值时会提示驾驶员加油，而如合肥等城市的公交车上已经安装了机车超速报警装置，当公交车车速大于某值时，会发出警报提示驾驶员已超速等。

另外，还有一种常见的机动车报警装置，即当机动车在倒车时，会发出“倒车，请注意！

”的语音警示语，以提示车后的人进行回避。

以及汽车防盗报警器，它具有断线和声控触发报警功能，当车门、车窗被打开，电源锁被开启，车体被移动时，报警器会被触发而发出响亮的警报声。

而现在很多的摩托车、电瓶车等大多都安装了防盗报警系统。

（c）1.1.3工农业生产用报警器

在工业应用方面，最常见的应该是有毒物质超限报警器了。

如矿井中的瓦斯气体超限报警器等。

它能时时地去测量矿井中瓦斯气体的浓度，并可以在含量即将超标，可能会发生危险时便发出警报，以提醒工人们可以迅速的离开。

相似的还有可燃气体报警器等。

在农业方面，有温度、湿度超限报警器等。

例如在大棚生产中，必须要保持一个适宜的温度和湿度，此类报警器则是时时地测量大棚中的空气湿度和温度，并在过低或者过高时发出警报，提示人们做出相应得对策。

另外一方面，由于现在自然灾害比较严重，而且发生的很突然，所以一些报警器也被制造出来，例如火山口温度超限报警器、地震报警器等等。

它们可以检测火山口的温度或者地壳中的变化，并采集数据，通过对数据的处理、比较和推测，来预测当地是否会发生自然灾害，以提前发出警报，减少伤亡。

（d）1.1.4日常生活用报警器

报警器的应用已经深入到了我们的日常生活中，除了有水开报警器、禁止吸烟报警器等等，比较常见的有视力保护报警器。

此报警器已经普遍嵌入在台灯中，它通过感应一定范围内是否有物体进入来判断人们是否离书本距离太近了。

当感应到时，则会发出警报，提示人们注意视力。

而另外一个常见的应用之处事在医院中，为病人呼叫报警器。

有的时候，医生和护士是无法时刻呆在病人的身边的，这样的话，病人若想有什么要求，需要医生或者护士的时候，便可以按下报警器启动按钮，总控制室会显示“报警”的病房号、病床号等并提供给医生和护士，这样，他们就可以迅速的赶往病人处了。

综上所述，安防报警系统得应用是很广泛的。

现在除了保安等一些以人力为中心的安防部门之外，还有一种比较流行的智能报警系统。

在此处，将会设计一款智能振动报警器。

振动报警器可以用于家庭门窗防盗

2.硬件电路的设计

2.1震动报警器的硬件组成

家居防盗报警器主要是由人体探测器（红外探测信号）、中央控制单元、数字显示单元、报警电路、按键控制电路和电源电路等部分组成。

其框图如图1所示。

图1震动报警器的组成框图

按键的功能就是对报警器进行布防或撤防，震动报警传感器有震动检测部分和LM393电压比较器组成。

工作方式是通过LM393判断震动传感器是否有信号，有信号就输出电平给单片机。

单片机处理后再判断接收的是否为按键的信号还是探测器的异常信号，再分别处理，若是异常信号则开启报警电路与显示电路，若是按键的信号就是实现撤防或布防的功能。

2.2家居防盗报警器的硬件设计

2.2.1电源设计

考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。

由于单片机及后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。

具体电路图如图5。

图5电源电路图

2.2.2震动采集电路设计

使用振动传感器来检测门窗的振动，并使用LM393比较器比较传感器电压和设置电压值，当有震动时，输出信号，单片机来接受LM393传递来的信号，并根据信号来控制报警电路。

原理框图如图所示。

图2方案二原理框图

用程序使单片机时刻检测传感器传来的信号，并根据此信号来控制报警电路是否报警。

震动检测部分原理图如下图：

2.2.3控制、显示电路设计

由于控制、显示、报警电路都是围绕单片机进行，所以放在一起阐述。

STC89C51为主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。

由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。

在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。

在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

（一）STC89C51主要功能、性能参数如下：

（1）内置标准51内核，机器周期：

增强型为6时钟，普通型为12时钟;

（2）工作频率范围：

0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;

（3）STC89C51RC对应Flash空间：

4KB;

（4）内部存储器（RAM）：

256B;

（5）定时器\计数器：

3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:

8个；

（8）有ISP（在系统可编程）\IAP（在应用可编程）,无需专用编程器\仿真器；

（9）通用I\O口：

32\36个；

（10）工作电压：

3.8~5.5V；

（11）外形封装：

40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

（二）STC89C51单片机的引脚说明：

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FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH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（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（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/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（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。

I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。

读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。

只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。

上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。

这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。

若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。

STC89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。

接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。

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/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

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。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

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。

/EA/VPP：

当/EA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，/EA将内部锁定为RESET；当/EA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（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：

一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。

在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。

晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。

当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。

其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。

最小系统如图10所示。

图10单片机最小系统电路

最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。

电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。

STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图2-3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

图11单片机最小系统原理框图

（1）时钟电路

STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：

一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。

内部时钟方式如图2-4所示。

在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1（18）和XTAL2（19）引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。

晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。

图12STC89C51内部时钟电路

（2）复位电路

当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。

只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。

除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。

本设计就是用的按键手动复位。

按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。

其中电平复位是通过RST（9）端与电源Vcc接通而实现的。

按键手动复位电路见图2-5。

时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10kΩ。

图13STC89C51复位电路

（四）STC89C51中断技术概述

中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。

这是由片内的中断系统来实现的。

当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。

中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。

图14为整个中断响应和处理过程。

图14中断响应和处理过程

如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。

采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。

显示电路是由一位共阳数码管显示，单片机控制数码管每段的高低电平，从而实现数码管的显示。

常用的七段显示器的结构如图下图所示。

发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器（如图9所示），阴极连在一起的称为共阴极显示器（如图c所示）。

1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管a~g控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。

此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图后才能进行正确的字型段码编码。

才能显示出正确的数字来。

（a）外形（b）共阳极（C）共阴极

图15数码管引脚

数码管使用注意事项说明：

（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；

（2）焊接温度：

260度；焊接时间：

5S

（3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。

该设计有报警电路，布放状态下检测到人时，蜂鸣器就会发声提示，LED同时会亮起，直到主人按下撤防，才会停止鸣叫，控制引脚接在P1.2引脚上，利用三极管当做开关电路可以保护单片机，还可以起到放大电流的作用，当三极管基极为高电平时，发射极截止，为低电平时，发射极导通。

报警模块如图16所示。

图16声光报警模块

3.软件的设计

3.1keil应用

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。

另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。

Keil_c软件界面如图17：

图17Keil_c软件界面

该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、C语言及二者的混合编程。

3.2protel99se应用

Protel99SE是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件。

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源--地层和16个机加工层。

Protel99SE软件的特点：

（1）可生成30多种格式的电气连接网络表；

（2）强大的全局编辑功能；

（3）在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；

（4）同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络

（5）既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；

（6）满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；*方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE3f5）；

（7）支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；*PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；

（8）强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；

（9）智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；

（10）提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；

（11）放置汉字功能；

（12）可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；

（13）智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；

（14）方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；

图18protel99se画图界面

3.3程序流程图

4.系统分析与调试

本设计是在KeilC环境下开发的，KeilC软件支持C语言的编程及调试，运用方便，是做C语言毕业设计者的首选。

设计的首要任务是安装和学习使用这个软件，在简单的学习和了解KeilC后，在编译完KeilC后，再运用STC_ISP_V480软件烧录到开发板上，实现实物与程序的连接。

在烧录前要对STC_ISP_V480进行一些必要的设置。

第一步：

设置MCUType为STC89C51RC；第二步：

打开编写好并编译的程序文件，它是以.hex为后缀的文件；第三步：

选择对应的COM端口，（可在我的电脑的设备管理处查看COM选项）；第四步：

点击Download/下载，等提示

请给MCU上电时，打开开发板上的开关，它就自行烧录了。

KeilC程序运行如图4-1所示，下载图如图4-2所示：

图19　keilC运行图

图20　程序烧录运行图

在完成对程序的调试及烧录之后，还要对功能进行测试，首先用万用表测试电源和地有没有短路，然后再对设计进行通电。

最开始要对主控板进行测试，因为它是核心，按下按键看下数码管是否显示正常，当显示“b”会显示30s，当“b”灭掉之后按下“sos”按键看系统会不会报警，如果报警则系统基本正常，再按下“c”撤防。

按键功能正常后，在测试人体感应部分，按下布放后，将设计放在无人的地方（或是用东西盖住），当“b”灭掉之后，让人体感应模块感应人体，主控机会显示“一”。