无线防盗报警系统的设计论文教材.docx

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无线防盗报警系统的设计论文教材

***学院

毕业设计任务书

专业

年级班级

姓名学号

**学院教务处编

毕业设计指导须知

一、毕业设计是高职教学过程中一个十分重要的环节。

是锻炼学生运用所学知识正确分析和解决实际问题的一个重要方面，也是高职培养应用型专门人才的要求。

二、指导教师应为具有讲师以上或相应职称的有关专业人员，且专业对口（指所指导专业应同所聘教师专业职称相一致）。

经系、教务处审查同意后，才能指导学生的毕业设计。

三、学生应以严肃认真，实事求是的态度完成设计。

要独立思考，自己动手，不得抄袭或找人代笔。

四、毕业设计选题要符合专业培养目标的要求。

论文（任务书）写作要做到论点明确、论据充分，论理透彻，语言准确恰当，书面整洁、字迹工整，图纸应清晰、工整，符合设计要求，符合国家有关标准和部颁标准。

字数、图纸数量符合有关要求。

并在规定的时间内完成。

五、答辩过程中学生要严认真，文明礼貌，谦虚谨慎，认真回答答辩主持人，委员等提出的问题。

六、填报有关表格时，应按项目要求逐项填实、填全、填清。

学号

姓名

学制

专业

年级

2012

教学班负责人

班级

指导教师姓名

职务或职称

设计题目

基于GPRS的无线防盗报警系统的设计

指导教师评语：

成绩：

指导教师签名：

工作单位年月日

系复审意见：

成绩：

复审人签名：

职称：

公章年月日

教务处终审意见：

公章年月日

答辩情况记录

答辩题目

答辩情况

正确

基本正确

经提示

回答

不正确

未回答

此表由主持答辩的同志填写。

答辩委员会（或小组）评语：

成绩：

主持答辩人签名：

职称：

月日

一、毕业设计的任务和具体要求：

（一）任务

1、需要明确系统的总体设计框架。

2、对单片机系统功能实现进行分析，需了解单片机引脚的功能和单片机的特性。

3、了解红外传感探测器的工作原理。

4、熟知本设计使用的关键技术。

5、构思系统的主要程序流程，以及系统的中断服务程序。

（二）具体要求

1、在熟知无线防盗报警功能及原理的基础上将电路设计好。

2、依据设计的电路图独立画出各模块的设计图。

3、运用所学专业知识进行独立思考和综合分析、解决设计当中出现的问题。

4、掌握编程技巧及其软件的使用，会使用相应的软件进行程序的测试。

5、画出设计系统的主程序流程，了解中断服务程序的中断原理和中断过程。

二、毕业设计应完成的图纸：

图2-1基于GPRS的无线防盗报警器系统,见7页

图2-2总体设计框，见8页

图2-3主动红外探测报警器的原理框，见9页

图2-4主动红外探测报警器系统整体框架，见10页

图2-5主动红外探测报警器系统整体框架，见10页

图2-6被动红外探测报警器系统整体框架，见11页

图2-7GPRS系统结构图，见12页

图2-8单片机引脚，见13页

图2-9AT89C51单片机功能模块，见17页

图2-10声音报警电路，见17页

图2-11发光二极管报警电路，见18页

图2-12时钟电路图，见18页

图2-13复位电路图，见19页

图3-1MAX232的内部电路构造，见21页

图3-2单片机与GPRS模块连接的电路原理，见23页

图3-3远程通信RS-232C总线连接，见25页

图4-1系统主程序流程，见28页

图4-2中断服务程序工作流程，见29页

表2-1P3口引脚的第二功能，见15页

表3-1RS-232C接口的主要端子定义，见25页

三、其他要求：

四、毕业设计的期限：

自2014年10月3日至2014年12月25日

五、毕业设计（论文）进度计划：

起至日期

工作内容

备注

2014.10.3-2014.10.20

2014.10.20-2014.10.252014.10.25-2014.11.5

2014.11.5-2014.11.15

2014.11.15-2014.11.25

2014.11.25-2014.12.5

2014.12.5-2014.12.10

2014.12.10-2014.12.25

查阅资料

系统设计

方案设计

硬件模块设计

硬件电路设计

系统仿真调试

系统问题处理

毕业论文整理

基于GPRS的无线防盗报警系统的设计

摘要

随着人们生活水平得到很大的提高,社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,们对私有财产的保护意识在不断的增强,但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。

人这就为监控设备在居家安全、政府文件保密等领域的研究提供了必要的前提。

为了解决当前防盗系统存在的诸如可靠性较差、易破坏，易误报、漏报、处理时间延后、布线繁琐等问题，提出一种基于GPRS的无线防盗报警系统的设计方案。

基于GPRS的无线防盗报警系统是一种非常先进，并且相对成熟的一种安防技术，不依赖有线电话网，而是借助最可靠、最成熟的GPRS移动网络，系统是以红外传感器为检测元件，以单片机为控制核心，以GPRS模块为发送单元组成的一种自动防盗报警系统，可以使主人无论身在何处，都可以及时掌握家中情况。

当红外线传感器探测到有非法人员入侵时，便会将警情发送给单片机，系统便会启动本地声光报警，同时利用GPRS模块，将警情短消息发送到预设号码，或者自动呼叫预设号码，甚至是以彩信、实时监控等方式通知主人，使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全。

系统安装的方法相对灵活，性价比高，在未来的防盗技术发展空间很大，采用模块化的方法，方便系统的调试、维护和升级，可以满足不同的需求

第一章前言1

绪论3

1.1无线防盗报警系统在国外的发展现状3

1.2无线防盗报警系统在国内的发展现状3

1.3 防盗报警的发展趋势4

1.4 系统设计的目标和意义5

1.5本人的主要工作6

1.6本章小结6

第二章系统设计7

2.1 系统总体设计思路7

2.2 系统功能分析7

2.3 关键技术分析8

2.3.1 热释电红外传感器简介8

2.3.1.1主动式红外入侵探测报警器9

2.3.1.2被动式红外探测器10

2.3.2 被动式热释电红外探头的工作原理及特性11

2.3.3GPRS模块11

2.4AT89C51单片机12

2.4.1AT89C51单片机的特性：

15

2.4.2AT89C51单片机的工作模式16

2.4.3单片机模块16

2.5声音报警电路模块设计17

2.6发光二极管报警电路模块设计18

2.7时钟电路模块设计18

2.8复位电路模块设计18

2.9本章小结19

第三章硬件电路设计21

3.1RS-232通信的设计21

3.1.1RS-232芯片选型21

3.1.2MAX232简介21

3.2单片机与GPRS模块的连接22

3.3串行通信接口设计23

3.4本章小结26

第四章 系统的软件设计27

4.1 软件的程序设计27

4.2 主程序工作流程27

4.3 中断服务程序工作流程28

4.4本章小结29

第五章系统调试31

5.1硬件系统的调试31

5.2整个系统的通电测试31

5.3软件调试32

5.4硬件调试故障排除32

5.5本章小结32

第六章 总结与展望35

6.1系统总结35

6.2系统不足与展望35

参考文献37

致谢38

前言

随着经济和科学技术的不断发展，社会的不断进步、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。

本系统就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的基于GPRS的无线防盗报警系统。

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。

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。

第一章绪论

1.1无线防盗报警系统在国外的发展现状 

从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。

在北美，报警呼救箱放臵在街头巷尾，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--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。

今年，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，北美的客户数已超过600万，近几年防盗报警收入总产值达105亿美元。

1.2无线防盗报警系统在国内的发展现状

目前，还没有一个比较准确的数字说清国内报警行业的情况。

就生产企业来看，国内各种防盗报警产品生产企业有五百多家，年产值大约在45亿元左右。

如果加上消防报警生产企业，共有近七百家，主要分布在广东、福建、北京、上海、浙江、江苏、河北等地，国内主要防盗报警产品制造商集中在深圳、福建泉州。

但是所有防盗报警产品制造商的企业规模都不大，主要的生产厂家有：

豪恩、美安、康联、华昌伟业、时刻、科立信、隆泰等；消防报警产品主要有河北的海湾公司、江苏的南京消防公司，可以生产报警主机、探测器、遥控器、报警中心接收机等防盗报警及消防报警系统产品。

随着网络技术的成熟，基于TCP/IP接口协议具有网络传输警情功能的报警技术也完美的应用到产品中。

目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2004年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。

但是与国外厂商相比还有很大差距。

现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。

这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。

智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。

每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。

安防报警包括：

门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。

1.3 防盗报警的发展趋势 

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。

目前的无线探测器误报的原因，一方面是现有无线信号的易被干扰造成的，这一特点随着无线技术的完善已经在改善的过程。

另一方面则是对目标物特征识别的标准不够准确，如被动红外探测器，识别的是目标物与背景环境的温差，同时目标物需要发生相对位移，尽管这一特征包括了入侵者的特点，但是也还存在一些不足，如同样受热空气（背景）影响，纺织物与金属铁等由于比热不同而升高温度不同，故而具有了温差。

那么，如果窗帘在探测范围内摆动，则具备了相对位移的特征，在某些特定条件下，这样原因产生的误报就会产生。

当然，在原有基础上又会有添加微波探测方式的办法来减少误报，这也是寻求更准确特征识别的一种方式。

目前，借助物联网概念，传感器更被重视，现在相对于以往有更多的资源投入到传感的研究，而传感的根本则是特征识别的确认，这一研究领域的深入发展必将带动探测器的长足进步。

太阳能、风能等可再生资源转化为电能的效率提升使得较小的能源转化板即可满足设备供电，而几年前毫安级别的待机功率已经由于低功耗设计的元器件提升的原因可以降到微安级别，这两者变化趋势终于将探测器与环保节能结合起来，同时由于解决了供电的线缆问题，使得一些以往的高功耗探测器无线信号传输加有线供电的半无线探测器转化成为真正的全无线探测器。

综上所述，有理由坚信无线将是未来报警产品的趋势，当然同时专业市场由于对稳妥的追求，接受无线产品会有一个时间过程，这也提醒我们，尽管新科技的应用很诱人，但安防行业的产品性能，稳定和可靠性永远是第一位的。

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。

1.4 系统设计的目标和意义  

系统设计的目标有：

1、将该设计划分为硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、单片机控制、报警模块等模块子函数。

2、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、单片机控制电路、报警模块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、报警信息等功能。

终端由中央处理器、输入模块、输出模块、报警模块等部分组成。

3、构画系统的主流程，为系统设计中断服务程序。

使系统可以处理紧急事件，为系统程序恢复初始化。

系统设计的意义为在系统正常工作的状况下，由红外传感探测器布置探测区域，使系统处在探测报警状态当探测器探测到有非法入侵信号后，将脉冲信号传递给单片机主控制器，主控制器接到信号后向附属电路发出控制信号，声音报警、GPRS等模块开始工作，声音报警器由中断服务系统停止工作或由人员手动中断解除报警，从而有效即时地保证用户的财产和人身安全。

1.5本人的主要工作

在无线防盗报警本设计中，本人担任的主要内容是系统调试中的软件系统的调试。

软件系统的调试主要任务是针对单片机AT89C51编码进行测试，要保证软件编码的正确，才可以保证系统的正常运行

（1）在仿真软件中进行软件调试，通电后观察系统正常工作，当红外探测器探测到有电平信号时，启动声光报警，并通过GPRS进行短信报警。

当未到10秒按下S1时停止报警，当按下S2时系统进行复位。

当红外探测器探测到信号时观察声光报警是否启动并持续10秒后停止。

（2）通过在仿真软件中调试得到正确的程序后，再将hex文件导入到已经完成的硬件控制电路单片机模块中，检查电路是否正常工作,复位按键，开始软件调试。

观察是否达到要求，通过此方面，不仅检查硬件控制模块是否工作，并调试出程序是否实现所需的功能。

1.6本章小结

本章主要介绍了无线防盗报警系统在国内外的发展现状，现如今的发展趋势。

系统的设计目标,系统设计主要分硬件和软件两个部分，详细介绍了本设计系统模块的组成和可实现的功能，以及本人在本设计中负责的主要工作。

第二章系统设计

2.1 系统总体设计思路 

基于GPRS的无线防盗报警器系统组成如图2-1所示。

该系统结构组成为前端探测器（热释电红外探测器）、单片机控制器、控制电路、报警模块。

图2-1基于GPRS的无线防盗报警器系统

本系统由五路热释电红外探测器采集五路（门、窗、阳台等报警监测点）报警信号，将报警信号送入89C51控制芯片，控制触发报警模块发送防盗报警信息，从而实现家庭防盗报警系统的功能。

基本工作原理如下:

利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给MCU，MCU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，控制报警模块发出警告，实现防盗报警。

2.2 系统功能分析

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、单片机控制、报警模块报警等子模块。

电路结构可划分为：

热释电红外传感器、单片机控制电路、报警模块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、报警等功能。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。

单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路、报警模块及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2-2总体设计框图所示：

附属电路

红外探测器

控制器（报警控制中心）

报警电路

供电电源

图2-2总体设计框

处理器采用51系列单片机89C51。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

设臵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51单片机。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。

驱动电路将控制信号放大并推动报警模块发出警告声，从而实现相应报警功能。

当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位。

2.3 关键技术分析 

2.3.1 热释电红外传感器简介

热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。

当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。

由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。

红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。

当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体（如墙壁、家具等）在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。

当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。

红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。

被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。

2.3.1.1主动式红外入侵探测报警器

主动红外入侵探测器是由红外发射机和红外接收机和报警控制器等组成，分别置于发收端的光学系统一般采用光学透镜，用于将红外光聚焦城较细的平行光束，以使红外光集中传送。

由于目前市场上常用的红外发射器和接收器件都具有频率选择性，因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能，必须将驱动红外发射管的振荡频率调整在红外发射器件的工作频率附近，现在大部分产品的频率为38KHZ，设计该电路时，可以让555电路组成的振荡器工作在38KHZ附近。

至于接收电路，可以通过低通滤波等措施，在有红外线信号收到时输出一个高电平，如果有人阻断了红外线信号，输出一个低电平信号，后续电路通过这个低电平信号启动报警。

这类报警器主要存在的问题：

安装时要求严格，精度要求高，有角度限制；对安装场所及位置要求高，有时需要多组发射与接收对管；发射与接收易受到手机、各种红外遥控的干扰，误报率高；使用寿命短，监控时电源不可间断，对红外发射与接收对管的寿命影响很大。

主动式红外探测报警器的原理框图如图2-3所示:

图2-3主动式红外探测报警器的原理框

主动红外探测报警系统:

红外发射端包括方波方生器和红外发射输出级；红外接收端包括一个与红外发射相配的前置放大器、波形编码检波器和输出驱动器。

所谓与红外发射相配，主要是指红外接收管应与发射管的光谱相匹配并根据其作用距离选择合适功率的发射管和一定灵敏度的接收管，以及必要的光学聚焦系统等。

编码波形检波器用来对方波进行检测或整流，将其变成一定电平的直流信号，作为信号比较电路的输入。

当有红外光线脉冲时，信号比较电路输出是一种状态（如呈低电平）；而红外光线被遮断时，该信号比较电路则转呈另一种状态（如呈高电平），从而判定是否触发报警。

采用主动红外探测报警器系统整体框架如图2-4所示：

图2-4主动红外探测报警器系统整体框架

2.3.1.2被动式红外探测器

被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。

被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。

被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。

热释电效应是指如果使某些强介电质材料的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。

被动红外探测报警器的原理框图如图2-5所示：

图2-5主动红外探测报警器系统整体框架

由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉