基于单片机的仓库防盗系统设计.docx

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基于单片机的仓库防盗系统设计

基于单片机的仓库防盗系统设计

社会不断发展，人们的生活不断富裕，物质财产也不断积累，因而财产安全问题尤为受到大家的关注。

如今的社会中，各类工厂、厂房都会选择用仓库来保管自己的物品，因而仓库安全则必然成文重中之重。

虽然较多仓库区都人门卫及巡逻人员看管，但人的看管难免有疏忽，在这里智能化的发展与运用则大大解决了这一问题，如本文所要介绍的仓库防盗报警系统。

防盗报警系统能够定点、定时、长时间监控，基本上能满足工厂安全管理的要求。

报警系统的种类复杂多样，如微波物体移动感知器、门磁开关探测器、声光探测器、红外对射探测器、烟雾报警探测器等等，而本论文所设计的热释电红外传感器是一种基于红外线工作的报警器。

基于红外线这种人眼不可见光束，这种隐蔽性较为适合作为仓库等地的安防监控，具有良好的防盗性能。

电红外传感器具有较长的发展与应用历程，以其为核心二制作的报警系统简单易行、成本低，且技术成熟可靠，而其成品体积小，便于隐藏，可根据现场情况、用户要求对设计进行合理配置，实现性能价格比最优化。

此外仓库防盗报警系统大大减少劳动成本，减少设备维护所需费用，节能且环保，大大提高了监管的力度和整体管理水平，使安防工作达到了一个新的高度。

本设计由硬件设计及软件设计构成，是一种较为常见的结构。

硬件部分包含单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块以及LED控制模块等部分。

处理器选用51系列单片机AT89S52。

AT89S52是一种具备较高兼容性的单片机机，适用于一些灵活性高而价格较低的系统设计中，程序使用普适的C语言编写。

关键字：

热释电红外传感器、AT89S52、红外探头

3.2.1电源模块..........................................................................................................4

3.2.2热释电传感器..................................................................................................4

3.2.3菲涅尔透镜......................................................................................................4

3.2.4BISS0001芯片简介.........................................................................................5

3.2.5信号采集处理模块...........................................................................................7

3.3单片机部分...............................................................................................................8

3.3.1AT89S52单片机简介

3.3.2单片机最小

3.3.3按键控制电路

3.3.4指示灯和报警电路

绪论

1.1研究背景

科技带动社会的进步，给人们带财富，将科技更多的应用于生活是科技发展的题中应有之义。

为了保护人们的财产安全，科技手段的运用使得这一问题在很大程度上得到了解决，如防盗报警系统。

这种系统在仓库防盗报警方面的作用尤为突出且适用。

但如今市场上所售的报警系统较多都是为大型企业和工厂所使用，对于一般中小型公司的仓库保险系统则缺乏此类防盗报警系统。

本设计旨在制作一种成本低廉、性能可靠并有一定智能化的防盗报警设备，满足中小型工厂、仓库的安防要求。

红外线具有不可见，强隐蔽性等优点，是安防报警设备的首选，也是本设计所采取的应用。

本设计的电路由两个部分组成，也是主流设备所应用的方式，包括硬件电路和软件电路。

软件部分即通过电脑软件编写程序导入硬件，从而控制各类信号。

硬件部分是设计的主要部分，该电路的整体设计，可分为电源模块、传感器模块以及单芯片控制电路，而单芯片控制电路报警电路的三个部分分别是报警电路、LED电路和最小系统。

单片机是整个系统的核心单元，也是由硬件部分及软件部分组成。

其中软件是需要来控制输入信号且由计算机所编写的程序，而硬件则由输入输出设备、单片机和外围设备组成的系统。

整个系统所用设备获取方便、成本低廉，且具有较高的性能，适合大众厂房的安防报警系统。

1.2国内外发展状况

20实际初，北美较早的开始了运用发展报警系统。

当时，报警呼救箱遍布城市各处，在有人呼救时就会发出警示音提醒附近的警察前来巡查。

此外，呼救箱与范围内警局相连接，能同时通知范围内的警局警情，以便警察做好充分的准备工作。

后来，通信技术诞生并开始发展，电报得到了人们的喜爱并进入人们生活的部分领域，这使报警信息能够传达到更远的地方。

但电报方式并不能普及到各个地方，因此不能广泛使用，而后出现且迅速发展的电话以其便捷、迅速、低成本的优势受到了人们的青睐并普及到家家户户，更使电话报警系统得到了史无前例的发展。

从上文报警系统的发展历程可以看出，防盗报警系统的发展是基于工业技术的发展的。

只有在通信系统完善、运行流畅的情况下，各种报警信息才能够第一时间送达管理部门，然后由管理部门对其做出相应的判断及决策。

目前，我国防盗报警系统正由较为传统的电话报警方式转变为电话、GSM及网络工作的通讯方式。

而在某些重要工作场所，如政府机关、银行，要求用两种方式同时进行安防工作。

国内的报警服务约60%出自保安公司或报警服务中心（多为国营），剩余份额由系统集成商以及部分用户占据。

预计，今后一些安保公司及私人防盗报警企业将会占据更多比例，逐步改观目前以国营为主的情况。

1.3防盗报警系统的发展前景与趋势

随着中国的发展，我国与国际的交流、互动越来越频繁，国与国之间的人员流动量也随之不断增大，因而社会的治理与安全问题日趋复杂，这也使得安全防范问题尤为得到人注意。

作为较常见的防盗方式，如养狗，雇佣保安等已不能满足现代安防的要求，应运而生的是如今的防盗报警系统。

按照各不同场合的安防要求设计不同的系统，现已纳入各个安防场合的必备项目。

无线化、数字化、集成化的发展目标已越来越成为人们对报警系统的评估的指标，而其发展趋势可以总结为一下几点：

（1）更隐蔽小巧：

符合室内的需要；  

（2）更加智能化：

便于无人监控； 

（3）更加稳定可靠：

以适应各种不同的恶劣环境及抵抗各种干扰，如雷电、电波等； 

（4）更强大的功能：

如防震、防干扰、探测器可调频等；  

（5）更优秀的互联网功能：

以便第一时间把报警器报警信息送到监控室等地； 

（6）更方便的扩展性：

使报警系统能够不断更新优化升级，而不因部分功能的落伍而导致整体设备的废弃。

2系统总体设计

热释电红外线传感器是本系统的核心部件，这是一种对热有较高灵敏度的高热电系数的材料，可检测到人体所释放的红外线，且可靠性极高。

该传感器体还具有很多其他的优点，如体积小，利于安装和隐藏，成本低，采购方便，功耗低，传感器本身不释放任何辐射。

为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外传感器，在这种传感器内部，两个敏感元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。

但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的[1]。

2.1系统设计要求

为了加强防范，同时也为了更方便的管理好仓库内的材料及重要物品，我们可为仓库的大门、围墙及窗户安装防盗报警系统，当有人进入系统的红外感应区域内时，系统会自动发出警鸣声，从而达到防盗效果。

2.2系统设计原则

1适用性：

采用较先进的软硬件技术，兼容性强，便于扩充；系统的软件编程、硬件焊接及安装调试简单易行，利于相关人员很快的掌握，适合解决一般仓库的防盗安全问题。

2经济性：

系统根据用户环境、要求功能，通过谨慎的、合理的组合及配制，实现本防盗系统的性能价格比的最优化，同时保证系统功能的有效性及稳定性。

3安全性：

系统使用的硬件是在相同工程中有过多次经历的，有十分的可靠性及安全性能，同时能很好的适应外界环境。

如若出现系统故障或中断问题，可通过复位功能使系统迅速恢复，从而保证系统能继续安全运行。

2.2系统设计方案

1.本设计含硬、软件两个部分。

软件部分即通过电脑软件编写程序导入硬件，从而控制各类信号;硬件部分可分为电源模块、传感器模块以及单芯片控制电路，而单芯片控制电路报警电路的三个部分分别是报警电路、LED电路和最小系统。

2.本仓库防盗报警系统所用的红外线防盗报警系统包含LED指示电路、蜂鸣器、单片机控制电路以及热释电红外传感器。

3.系统可实现功能：

4个LED灯，黄色的为热释电信号灯，绿色的为布防灯，红色的为报警灯，还有个红色的是电源指示灯。

上电后等待布防，布防后，有人侵入则报警。

*显示模块：

4个Led 黄色的为热释电信号灯，绿色的为布防灯，红色的为

*         报警灯，还有个红色的是电源指示灯

*输入模块：

3个独立按键+1个复位按键

*实现的功能：

上电后，等待布防，布防后，有人侵入则报警

*操作描述：

按下K1，手动报警

*         按下K2，开始布防，30S后，检查是否有人侵入

*         按下K3，取消布防和报警

3系统的硬件设计

3.1硬件电路总体设计思路

按本设计要求达到的功能，设计系统共包含的结构有AT89S52单片机、红外感应部分、报警系统这三大部分，而红外感应部分则由电源模块、复位电路及按键控制模块组成。

电路原理图如图3-1所示：

图3-1总体设计框图

单片机AT89S52是该仓库防盗报警系统的处理器，是整个体系的核心。

本设计通过软件编程达到控制目的而实现工作。

设计中，红外感应探测头可以检测到范围内人体所放射的红外波，然后通过系统内部电路将这种信号转变换成电信号，紧接着经过引脚将TTL电平送至AT89S52单片机中。

在TTL电平到达单片机后，经历软件查询和信号识别判断环节后单片机便可发出报警电信号，此信号送至蜂鸣器和指示灯后会驱动二者发出警示信号来提醒有人侵入。

3.2硬件电路个单元的介绍

3.2.1电源模块

系统使用的是4.5v左右的电压，这可以用3个1.5V的直流干电池进行串联并用导线接入电源接口电路即可。

值得注意的是干电池生产后随储存时间的延长电的消耗量就越多，为避免电池电量散失过多，在设计不适用的过程中应将电池拆下，分开保存。

3.2.2热释电传感器

选择良好热释电红外传感器是整个系统的重中之重。

热释电红外传感器是由高热电系数的材料制作而成的，如钽酸锂、硫酸三甘钛等，因而对热变化的感应极其灵敏。

利用此类传感器检测空间范围内热辐射的变化，如人体辐射，并经过其内部构造将这种变化转化为电信号便能输出一定电流，通过这种热电转换的方式我们便能达到探测人体移动的目的。

但一般来说热释电红外传感器所产生的内部电流较小，不足以驱动我们所设计的控制电路，因而我们需要将这一信号进行放大后才能满足要求。

本设计所使用的热释电红外传感器如图3-2所示。

图3-2热释电红外传感器

3.2.3菲涅耳透镜

菲涅耳透镜片是配合热释电传感器使用的重要器件，具有收集、聚焦空间中的红外线的功能。

二者结合使用能够探测到空间范围内移动人体所释放的温度变化，同时让这种温度变化经由热释电红外传感器而产生电信号，从而达到感应人体的目的。

菲涅尔透镜成本低，效果好，对于仓库等场合的人体探测是最适宜的选择。

如图3-3所示。

图3-3菲涅耳透镜

3.2.4BISS0001芯片

BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路，陪你一认识点宫外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器[2]，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10MA。

配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，可快速自动开启各类蜂鸣器、自动门、白炽灯、风扇等器件，广泛用于安防，自控等一些领域，如图3-4所示为BISS000集成芯片的内部框图。

图3-4BISS0001内部框图

3.2.5信号采集处理模块

本电路（如图3-5）是将人体辐射的红外线通过红外热释电传感器的检测转变为电信号。

热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。

再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。

延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。

而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右[3]。

图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。

图3-5信号处理模块

图3-6实物图

3.3单片机部分

3.3.1AT89S52单片机简介

AT89S52是低功耗，8位CMOS工艺处理器，具有8K在线可编程Flash存储器。

使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案[4]。

本模块以单片机为中心，把编写完且经过编译的程序代码烧进去，然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、LED显示电路、报警电路等子模块即可。

选用AT89C52的原因：

1、功能强大，比51系列多128B随机内存、512B电可擦可编程只读内存，且内部含有8K的只读内存，可容纳常见程序；

2、其购买市场很大，不会出现硬件缺少问题；

3、学习资料充裕，编程与51系列单片机兼容，适于学生的学习和实践；

4、有较高的可靠性及稳定性。

3.3.2单片机最小系统

单片机最小系统构成了单片机工作的基本电路，如图3-7所示。

图3-7信号处理模块

单片机、复位电路、时钟电路共同构成了单片机的最小系统。

AT89S52单片机的工作电压范围：

4V-5.5V,本系统中以3节干电池串联所获得的4.5V电压供给单片机工作的直流电源。

连接方式如图，单片机中的40脚VCC接正极4.5V电压，而20脚VSS接电源地端，为0V。

复位电路是为确保单片机的工作起始状态，实现单片机的启动过程。

单片机在接通电源时即可产生一个复位信号，完成单片机启动同时确定单片机起的始工作状态。

在单片机系统的运行过程中，如若受到外界环境干扰而出现程序跑飞或引起芯片内程序的无序执行等问题的时候，按下复位按钮，内部的程序便会自动从头开始执行，从而达到让单片机遇在到故障后恢复正常的目的。

复位方法一般有商店自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[5]。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us[6]。

本仓库防盗报警系统设计采用的是外部手动按键复位电路，这需接上上拉电阻用来提高输出高电平的值。

时钟电路用来驱动单片机，控制着单片机的工作节奏。

时钟电路就是振荡电路，通过向单片机发出一个正弦波信号作为基准而控制单片机执行程序的速度。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

如若采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us,故而一个机器周期为1us[7]。

3.3.3按键控制电路

为了完成控制要求中的布放及紧急状态下的各种工作模式，设计了本按键控制电路。

本电路所能实现的任务为：

按下布放键（S2），30秒后系统进入监控状态，当有人进入监控范围内时，热释电红外传感器感应到信号并将其传送到单片，单片机处理该信息后立刻进行报警；按下S4键，可进行紧急报警，使报警器立刻发出蜂鸣声；而S2则是取消布放和报警键。

3个键满足了该控制系统的按键控制需求。

如图3-8所示。

图3-8按键部分

3.3.4指示灯和报警电路

系统工作状态下单片机的I/O口会输出高低电平，将发光二极管分别接在P20、P21、P22接口上，将蜂鸣器接在P23口，同时蜂鸣器外接一个8550的三极管，当三极管达到饱和时即可驱动蜂鸣器工作，这里三极管便起到了开关的作用。

图3-9指示灯和报警电路

4软件部分的设计

4.1主程序工作流程

按照本设计的设计目的及工作原理可知，该设计的系统主程序工作流程图如图3-10所示：

图3-10主程序工作流程图

4.2报警判断程序

当检测到有脉冲信号，即表示在报警系统监控区域有人出现，再由单片机内部程序进行处理产生控制信号，由控制信号来驱动声光报警电路开始报警，并持续报警,同时程序开始循环工作，

/******************红外报警处理**********************/

voidhongwai_dis（）

{

if（flag_alarm==1）//报警

{

red=~red;//红灯报警

beep=~beep;//蜂鸣器报警

}

if（flag_bufang_en==1）//准备开始布防

{

green=~green;//绿灯闪

}

if（flag_bufang==1）//确认布防

{

green=0;//如果延时布防成功绿灯长亮

if（hw==1）//红外有输出

{

flag_alarm=1;

}

}

}

5联机与调试

5.1硬件调试

第一步为目测。

由于报警系统设计电路全部由手工焊接在洞洞板上，再者本人是初学者，因此要对每个焊接点进行仔细观察、检查，看是否有毛刺、虚焊等的问题，防止在使用时出现不必要的麻烦。

第二步为万用表测试。

首先用万用表测试在第一步中不确定的焊接点以及连线，以确保整个电路的线路连接正确，再者用万用表检测电源线与地线，观察二者间有没有短路的问题。

第三步为上电检测。

当系统上电时，用万用表检测所有插座及器件引脚的电源端的电压值是不是符合规定的要求指标，并检查接地端的电压值是否接近零、接固定电平引脚端的电压值是否正确。

第四步是联机检查。

在对硬件电路调试过程中，还遇到了很多被忽略的问题，如第一次在把所有的元件都焊接完毕，正准备调试时才发现正负电源的插针离得太近了，导致电源连接上的麻烦以及由于焊接过程较繁琐，在焊接某些焊点时有点操之过急而导致的接触不良，这一问题得在后期用万用表检测时才能发现，而这些都是因为自己的马虎和考虑不周造成的，因而做任何事情都一定要“三思而后行”，来不得丝毫的马虎和急功近利，否则必回自食后果。

5.2软件调试

先在Keilc52环境中进行软件调试，在利用编程器将调试好的程序固话到AT89C52单片机中。

总结评价

本设计所研究的仓库防盗报警器是一种对单片机技术应用。

该仓库防盗报警器的核心处理器为AT89S52单片机，同时外接热释电红传感器，是一种新颖的被动式红外探测器件，它能够探测出人体发出的红外辐射而不需要接触人体，并且将探测到的人体红外辐射转化为相应的电信号输出，同时还能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰，确保了对人体检测的准确性。

系统正常运行下，无人时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时传感器的输出立刻由低电平转变为高电平，同时将此高电平信号输入单片机，作为单片机的外部触发信号驱动单片机，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警工作。

该报警器的最大有点就是操作简单、易懂、灵活，且安装方便、智能性高、误报率低。

随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

到此，我的毕业设计已经完成。

这一过程中夹杂着汗水与辛酸、快乐与欣慰，让我切实体会到大学里学到的知识是多么的宝贵以及自身能力的欠缺，同时也感受到了书本知识与理论实践之间的差别。

在今后的道路上，我将进一步学习和探索，不断锻炼自己，提高自身研究现象、发现问题、展开研究、探索出路的能力，无论面对的困难有多面艰巨，我必将迎难而上。

附录A：

系统原理图

附录B：

系统PCB图

附录C：

系统源程序

#include//调用单片机头文件

#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255

#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535

#definekey_ioP1

ucharkey_can;

//红外热释电平时为0有输出为1

sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器定义

sbitred=P2^2;//红色发光二极管定义

sbitgreen=P2^1;//绿色发光二极管定义

sbityellow=P2^0;//黄色发光二极管定义

sbithw=P1^3;//红外热释传感器定义

bitflag_300ms=0;

/****************独立按键处理函数************************/

voidkey（）

{

staticucharkey_new=0,key_old=0,key_value=0;

if（key_new==0）//按键松开

{

if（（key_io&0x07）==0x07）

key_value++;

else

key_value=0;

if（key_value>=5）//按键松开松手检测

{

key_value=0;

key_new=1;//按键松开后进入等待按键状态

}

}

else

{

if（（key_io&0x07）!

=0x07）//按键按下

key_value++;

else

key_value=0;

if（key_value>=5）//按键按下消抖

{

key_value=0;

key_new=0;//按键松开后进入等待松开按键状态

}

}

key_can=20;

if（（key_new==0）&&（key_old==1））

{

switch（key_io&0x07）

{

case0x06:

key_can=1;break;//得到按键值