智能无线家居报警设计.docx

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智能无线家居报警设计

2012-2013学年第2学期

《智能家居无线报警系统》

课程设计报告

题目：

智能家居无线报警系统

专业：

电气工程系自动化

班级：

10自动化

（2）

姓名：

赵怀润

学号：

1009111126

指导教师：

臧大进

电气工程系

2013年5月21日

智能家居无线报警系统

该系统主要包括红外探测电路、LCD控制电路、声光报警电路及单片机控制电路等。

自动检测功能由红外探测电路实现，当有盗贼穿过此装置时，红外传感器立即将检测到的信号经过信号处理后传送给主机电路，由主机来判断信号并驱动电路报警。

报警功能由扬声器、蜂鸣器等发声装置实现，同时通过RS-485通信报警给小区警卫。

本设计通过红外传感器探测人体红外线信号，从而达到报警的功能，满足了人们日常生活对防盗报警功能的需要。

1.1系统流程及设计要求

1.1.1系统流程

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CPU，CPU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，完成声音报警和发光报警。

此外，CPU有一个全双工的串行通信口，需通过RS-485总线通信将报警区域的地址传送到小区监控中心的PC机上，监控中心可以及时的发现报警的具体地点，进行警情的处理。

图1.1系统流程图

1.1.2设计要求

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89C51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,并通过RS-485总线传送给小区警卫。

1.2系统总体设计思路

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、报警等子模块。

电路结构可划分为：

热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LCD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。

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、复位电路及相关的控制管理软件组成

1.3系统硬件设计

1.3.1热释电红外传感器

传感器采用双元热释电红外检测元件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。

其内部电路如下：

1脚接工作电压，其工作电压低且范围宽（2.2～15V）；2脚为输出源极电压；3脚为公共地。

使用时，一般在2脚与3脚之间加47KΩ的源极电阻，但应根据实际情况，适当调整源极电阻。

图1.3.1RE200B红外检测元件内部电路图

1.3.2电源电路设计

电源电路的功能介绍：

此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。

此电源为直流稳压电源包括降压、整流、滤波、稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后面的工作电路。

在整个电路中电源部分起到重要的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。

图1.3.2直流稳压电源电路

1.3.3放大电路的设计

最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。

由于本模块考虑到模块实用性的问题，所以运放芯片采用低电压、单电源、低功耗LMV324芯片。

LMV324功耗是比同类产品低120μA；在5V时，其典型工作电流为100μA。

该运放芯片工作电压为2.5～5.5V，采用轨到轨的输出。

LMV324的引脚和NS、TI和Maxim的LMV3XX系列兼容，因此可直接替换。

当LMV324工作在5V时，带宽为1.4MHz,转换速率为1.5V/us。

1.3.4键盘电路设计

实时时钟显示电路由三个独立的按键组成，其中这三个独立的按键与单片机的P1.0～P1.2口连接，S2为功能键，S3为加一键，S4为减一键，可通过控制按键实现所需的实时日历时钟功能

图1.3.4键盘电路

1.3.5时钟电路的设计

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。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如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。

1.3.5时钟电路

1.3.6复位电路的设计

复位方法一般有上电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。

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。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

图1.3.6复位电路

1.3.7声光报警电路的设计

报警电路控制端由单片机的P2.4端来完成，高电平有效。

当P2.4输出高电平时，NPN三极管导通，驱动扬声器产生声音报警信号，同时电路中的LED导通，发光二极管被点亮，进行发光报警。

图1.3.7声光报警电路

1.3.8实时时钟电路时钟芯片DS1302

DS1302的引脚排列,其中VCC1为后备电源，VCC为主电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

DS1302由VCC1或VCC两者中的较大者供电。

当VCC大于VCC1＋0.2V时，VCC给DS1302供电。

当VCC小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。

RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。

RST输入有两种功能：

首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。

当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。

如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

上电运行时，在VCC>2.0V之前，RST必须保持低电平。

只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。

I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。

SCLK为时钟输入端。

图1.3.8实时时钟电路

1.3.9液晶显示模块设计

12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

图3.13为12864模块的引脚结构及其与单片机的连接。

图1.3.912864引脚结构和接口

1.3.10RS-485通信的设计

由于PC机是系统的主控机，主机PC和单片机之间采用的是RS-485总线标准进行通信，所以在电路设计时采用RS-485通信收发器芯片为MAX485，它是MAXIM公司生产的用于RS-485通信的低功率收发器件，半双工通信方式，每种芯片都有一个驱动器和一个收发器组成。

图1.3.10MAX485与单片机电路的连接

1.3.11硬件原理图

图3.11硬件原理图

1.4软件设计

整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的相应子程序模块就大体定下来了。

从软件的功能不同可分为两大类：

一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。

二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。

每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。

下面分别说明各个子程序的编写原理：

声光报警子程序：

当搜索到报警要求的信号后，调用报警子程序即可完成报警功能。

其报警原理：

控制三极管的导通和关断时间来驱动蜂鸣器发声，输出高电平信号使发光二极管发光。

串行口通信子程序：

单片机和微机进行通信时，首先要设置串行口的波特率为9600,1位停止位，无奇偶校验。

串口通信程序可以采用查询和中断方式，由于单片机发送子程序的查询和中断方式的资源占用是一样的，故发送采用查询，接收子程序采用中断

主要源程序代码：

MOVA,R2

MOV@R0,A

INCR5

MOVR5,#00H

U1:

;反馈接收成功标志

CLRTI

MOVSBUF,A;返回接收成功标志

LOOP:

JNBTI,LOOPORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPPINT0

ORG0200H

MAIN:

MOVIE,#81H;CPU开放中断，INT0允许中断

SETBIT0;外部中断为边沿触发方式

MOVSP,#30H;指针入口地址

SETBP3.0

CLRP3.1

MOVP1,#0FFH;使P1口全部置1

MOVP2,#00H;P2口清零

CLRP1.2

LP:

JNBP1.0,LA;监测输入信号，是否有输入信号

LA:

ACALLDELAY;延时消抖

JNBP1.0,ALARM;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序

;------------------串口中断处理-----------------------------------

UARTI:

PUSHACC;保存寄存器

PUSHPSW

JNBRI,EXIT;接收标志不为真，则退出

CLRES;关中断

MOVA,SBUF;接收数据

MOVA,#LED_DATA

ADDA,R5

MOVR0,A

CLRRI;清除接收标志

SETBES;开中断

EXIT:

POPPSW

POPACC;恢复寄存器

RETI

;-----------------串口中断处理结束-----------------------------------

AJMPLP

DELAY:

MOVR1,0AAH

LD2:

MOVR2,0BBH

LD1:

NOP

DJNZR2,LD1

DJNZR1,LD2

RET

ALARM:

SETBP1.2;开始报警使运行正常报警启动

CPLP3.0

CPLP3.1

;10s钟定时:

MOV51H,#14H;10s循环次数

MOVTMOD,#01H;定时器T0定时方式1

MOVTL0,#0B0H;置50ms定时初值

MOVTH0,#3CH

SETBTR0;启动T0

L2:

JBCTF0,L1;查询记数溢出

SJMPL2

L1:

MOVTL0#0B0H

MOVTH0#3CH

DJNZ51H,L2;未到10s继续循环

SETBP3.0;10s到关闭报警

CLRP3.1

CLRP1.2;报警结束，正常运行

LJMPLP;循环,继续工作

外部中断INTO服务程序：

PINT0:

CLREX0;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断

PUSHPSW

PUSHACC

JNBP3.2,LN;监测是否有中断输入

LN:

LCALLDELAY;延时消抖

JNBP3.2,LN1

AJMPLN2;无中断输入,中断返回

LN1:

SETBP3.0

CLRP3.1

CLRP1.2;使报警结束，指示灯亮

POPACC

POPPSW

SETBEX0;开放外部中断0

LCALLLP;在中断继续检测是否有输入信号

LN2:

RETI

END