基于单片机的自动报警系统.docx
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基于单片机的自动报警系统
基于单片机的自动报警系统
学士学位论文
基于单片机的防盗报警系统
学院、专业物理与电子信息学院
电子信息工程
研究方向单片机的应用
学生姓名杨超
学号20121342128
指导教师姓名蓝澜
指导教师职称讲师
2016年4月15日
基于单片机的防盗报警系统
杨超
淮北师范大学物理与电子信息学院235000
摘要本次的毕业设计是基于51系列的单片机STC89C52所进行设计的防盗报警系统的模型，该系统模型基本上可以实现防盗报警系统在日常生活中的使用功能。
本防盗报警系统模型大致有三个主要模块，包括单片机最小系统模块、红外人体感应模块、电机控制模块。
其能够实现基本功能包括两个，一是紧急手动报警功能，二是布防自动报警功能。
该系统手动报警功能主要通过按键控制电平，将紧急报警信号以电信号的形式发送至单片机，单片机则在接收到信号的同时通过驱动信号控制蜂鸣器报警；自动报警功能的实现，主要是通过热释电红外传感器将感应到的红外信号转换为电信号发送至单片机，单片机控制报警。
此外，大内存，高速率，通用性，价格便宜等单片机的特性也在该设计中得以体现。
关键词防盗报警STC89C52单片机红外感应
Anti-theftAlarmSystemBasedonSCM
YangChao
SchoolofPhysicsandElectronicInformation,HuaibeiNormalUniversity,235000
AbstractThegraduationprojectisbasedontheanti-theftalarmsystemSTC89C52SCMmodel,achievethedailyanti-theftalarmusingbasicfunctions.Thesystemincludesamodulesmallestsingle-chipsystemmodule,infraredbodysensormodule,motorcontrolmodule.Toachievethebasicfunctions,includingemergencymanualalarmfunction,layingautomaticalarmfunction.
Thesystemprimarilythroughmanualalarmfunctionkeystocontroltheleveloftheemergencyalarmsignalissenttothemicrocontrollerintheformofanelectricalsignal,themicrocontrollerinthereceivedsignalatthesametimebydrivingcontrolsignalbuzzeralarm;automaticalarmfunctionprimarilythroughinfraredsensorsthesensedinfraredsignalsintoelectricalsignalssenttothemicrocontroller,themicrocontrollercontrolsthepolice.Inaddition,largememory,highspeed,versatility,inexpensivemicrocontrollersuchcharacteristicsarereflectedinthedesign.
Keywords:
Anti-theftalarm；STC89C52SCM；Infraredsensors
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着当今科技的不断进步和经济的持续发展，人们生活水平得到了极大的提高，家庭私有财富的积累也愈加丰厚。
但由此也产生了很多问题，经济迅速发展的同时，城乡、区域收入差距加大，流动人口也迅速增加，盗窃、入室抢劫等案件频发，让人们对拥有一个安全的空间尤其渴望。
人们迫切地需要能够有个更加可靠稳定的防盗装置，以此来让自身的人身及财产安全得到更加周全的保障。
就在这个时候，一个安全、稳定、持久的自动防盗报警系统也就适时地出现了。
随着传感器技术，集成电路以及微处理器等技术的成熟，自动防盗报警技术及其应用范围将更进一步发展，其在社会发展中也将发挥出不可或缺的作用。
在最近三十年左右的时间里，自动控制技术，尤其是微电子控制技术领域以极其令人吃惊的速度得到了飞速的成长。
目前，微电子控制技术已经在我国的工业制造领域、农业生产领域以及国防科研领域等方面起到了不可替代的作用。
近年来，随着人们对于单片机技术越来越成熟的运用，单片机也出现在了愈来愈多的数字化智能设备中，作为数字化智能设备的核心部件存在于其中。
作为近些年来民众关注的热点，我们国家在防盗报警系统领域的发展，也在微电子技术的不断成长中也取得了长足的进步。
本次设计使系统的整体体积缩小，对提高系统的隐蔽性、运行的稳定性及增加设备的耐用性有明显的成效；除此之外，单片机所拥有的出色的运算能力和优良的扩展性等这些特性，可以让报警更加地可靠与智能化。
而以上这些优点，都让本次毕业设计所设计的基于单片机的自动防盗报警系统的模型具有更加实用的价值和发展的前景。
1.2课题研究的现状及其发展趋势
1.2.1防盗报警系统的现状
所谓防盗报警系统，就是利用机械原理或者是电子技术，在工作状态下能够自动检测预先设定的需要监控的地带内的人类非法闯入行动，一旦发现到有人类非法的闯入行为，就会发出警告信号提示相关人员，并且将被闯入的位置报告给相关人员，同时显示与被闯入行为相对应的应对方法的系统。
这种系统广泛应用于家庭，仓库以及店铺等需要防盗的区域，其种类繁多。
就目前市面上来看，几种常见的报警系统都存在或多或少的不足，例如误报、检测范围不够大、成本过高，使用寿命短等。
1.2.2防盗报警系统的发展趋势
通过综合分析防盗报警系统产品在近年来的发展状况以及防盗报警系统在国内外市场上的需求，防盗报警系统的发展趋势总的来说，是趋向于整体的更加微小型化、系统更加模块化、电路更加集成还有操作更加便捷易上手；在技术性能的趋势上，主要是在运行过程中速率快、稳定性好、可靠性高、使用寿命长；在功能趋势上，大体是将报警方式与个人智能终端更加科学化和现代化的结合；在应用性能趋势上，则是更加趋向于系统的全面性和组合性。
2方案论证
2.1设计目标
本次毕业设计预计的设计目标是设计制作完成一个自动智能防盗报警系统的装置。
该装置应具备以下功能：
1紧急状态下，按下一键报警键，装置发出声响，提示报警；
2下布防键，预留20s时间供人员撤离。
20s之后，系统进入布防状态，此状态下，一旦装置检测到人体入侵，迅速发出声响，提示报警
③设置报警终止，在紧急报警状态下和自动报警下可以用按键控制，停止装置报警。
2.2系统总体设计方案论证与选择
防盗报警系统报警的工作原理：
在紧急情况下，按下一键报警键启动紧急报警模式，按下按键时改变电平，并在同时将入侵警报信号传送至单片机，然后单片机根据预先设定好的程序驱动蜂鸣器以发出声响来达到报警目的，提示有紧急非法入侵行为发生。
在布防的状态下，如果是未探测出陌生人入侵的情景，则热释电红外传感器的输出端就会输出低电平；一旦探测到陌生人入侵时，则输出高电平，并在同时将信号传入单片机，驱动蜂鸣器报警，提示有人非法闯入布防区域。
一键紧急报警部分与自动布防报警部分共同构成本次毕业设计中一个完整的防盗报警系统。
根据工作原理预先构想两套设计方案：
方案一：
利用短信通知和通过互联网通知警方的系统来实现布防区域的防盗报警，主要模块有控制主机、入侵检测器、信号发射器。
当检测到发生入侵行为时，将被闯入的信息立即以短信的形式发送到预先设定好的手机中，与此同时，通过网络向110指挥中心报警，并在报警指挥中心显示被入侵的方位以及时间，可以让警方的出动更加具有效率。
本方案可以将防盗报警系统与现代化的智能终端联系起来，报警更加精准和方便。
但这一方案也有一定缺陷，其缺点是：
电路较为复杂，编程难度较大，完成起来较为不易等。
方案二：
利用传感器对于人体的感应能力，检测需要防止被盗的布防区域的入侵行为，一旦检测到入侵行为的发生，就将信号传入控制芯片，控制芯片则同时控制蜂鸣器发出声响鸣叫和警报灯闪烁启动报警。
由于现在较为成熟的单片机技术，以及其所具备的功能也很强大，足以满足本次防盗报警系统的设计需求，且软件的编程和硬件的制作实现起来较为简便易行，其所具备的功能效果也更加简单有效。
通过全面对比以上两种方案的优缺点，在本次毕业设计的具体要求下，综合考虑防盗报警系统的实用性、可行性以及成本等因素的前提下，最终选择了第二套设计方案来实现本次毕业设计（即防盗报警系统模型）的设计目标。
3系统硬件设计
3.1设计原理及方法
此次防盗报警系统硬件部分设计的系统框图如图1所示，
图1硬件系统的总体设计框架
3.2热释电红外传感器
数据采集部分最重要的模块就是传感器。
经过多方面的综合对比，我们最终选择了热释电红外传感器来作为此次的毕业设计中所使用的用来感应人体非法入侵防盗布控区域的传感器。
传感器的原理：
在我们生活的统一的客观物质世界中，客观存在的有形体的物质只要是高于绝对零度，无一例外都存在红外光谱情况，而该物质自身所具有温度的不同，则会导致其辐射出的红外线波长也不同，所以我们可以根据这种独特的性质让热释电红外传感器用一种不直接接触的形式来测定特定的温度所对应的特定的红外波长，并将其应用到防盗报警系统中。
传感器开始运行后，人的身体所发出的特定波长（约为9~10微米）的红外线透过菲涅尔透镜被传感器上的感应部分检测到。
作为传感器的重要元件部分，菲涅尔透镜有两个非常重要的作用，一是利用其所具有的特别的光学方面的原理，在感应区域形成一个来回变换的“盲区”和“灵敏区”的特殊区域，一旦出现人体经过传感器的情况时，其身体所发出的特定波长的红外线就交替不断地从这两个区域来回通过，可以提高传感器的感应灵敏度；第二个作用则是菲涅尔透镜的滤光片仅允许波长为7微米~10微米的红外线，正好适用于人体所发出的红外的探测，可以极大地减少系统装置的误报率。
传感器工作电路原理如图2所示，电容C1和电阻R2的功能是稳定电源端VCC的工作电压，而输出端的信号稳定则是依靠同时使用稳压元件来完成。
图2传感器原理图
3.3主机部分
防盗报警系统的主机部分，系采用51系列的单片机STC89C52来构成的。
主机部分电路原理图如图3所示，图中的控制核心部分就是STC89C52型号的单片机。
主机部分大致包含三个最重要的模块，分别是：
1、时钟电路模块；2、复位电路模块；3、振荡电路模块。
图3主机部分原理图
3.3.1内部时钟电路的设计
一般情况下，时钟电路的发生方法基本有两个，其中一个是内部方式发生，另外一个是外部方式发生。
其中，内部方式的时钟电路如图5所示，将定时元件（一般情况下是选用石英晶体和电容一同构成的一个并联谐振回路）分别连接在在X1和X2引脚上，控制芯片的内部振荡器电路就会产生自激振荡。
下图为内部方式时钟电路。
图4内部方式时钟电路
3.3.2复位电路的设计
常用的复位方法大致上单可分为两种：
第一种是上电自动复位；第二种则是外部按键手动复位。
本次设计所采用的复位方式，是选择第二种方法来实现的，具体来说是在外部的复位电路设置一个复位的按键，通过按下外部的这个复位键的按钮，使复位电路工作。
外部复位电路如下图示，该电路与控制芯片的RESET引脚端口相连接。
图5复位电路图
3.4蜂鸣器报警电路的设计
本次防盗报警系统设计中的利用蜂鸣器鸣叫发出声响达到报警作用的电路设计如图6所示，此报警电路功能的实现，是使用三极管来负责驱动在报警状态下蜂鸣器的报警工作的运行。
蜂鸣器报警电路中的PNP型三极管与控制芯片的P2.7引脚端相连接，当控制芯片的接口给蜂鸣器的报警电路输出一个高电平1时，蜂鸣器报警电路中的PNP型三极管呈现导通状态，此时电路中的蜂鸣器则在两端一并获得大约为+5V的电压后，发出声响报警；如果是单片机接口输出一个低电平0的情况下，电路中的PNP型三极管则是呈现出不导通的状态，此时，蜂鸣器静止。
图6蜂鸣器电路
3.5键盘电路
目前，按照不同的结构形式，世界上的计算机所用的键盘大致可分两种，一种是编码键盘；另一种是非编码键盘：
在以单片机为核心的控制系统中，在具体使用过程中，如果是需要利用键盘控制设备的情况，我们通常会选用非编码键盘来达到键盘输入的目的。
非编码键盘有两种形式：
简单键盘和矩阵式键盘。
在确定系统键盘选择时，如果是按键较多且需要向系统输入指令不少的情况下，一般会选用矩阵式键盘来实现功能；如果应用系统仅需几个按键，则通常选用简单键盘接口电路。
在此次的模型设计中，由于按键操作较少，加之综合考虑到整个系统操作的简便性以及制作成本的因素，故选择使用简单键盘电路。
其电路如图7所示，
图7按键电路图
3.6总电路连接图
图8所示为总电路的设计连接图，完整的电路大致包括了五个部分：
第一个部分是热释电红外感应模块；第二个部分是按键报警模块；第三个部分是LED灯显示模块；第四个部分是单片机控制模块；第五个部分则是蜂鸣响应模块。
图8总电路连接图
4系统软件设计
4.1主程序设计
主程序是整个系统程序的总框架，可以使整个系统能够在预先设定好的方式下运行，进而实现我们所期望实现的功能。
首先，初始化系统。
其主要工作包括STC89C52内寄存器的设定，定义STC89C52工作方式，设定每个端口的工作状态，将各标志位的默认值设为0。
完成初始化工作后，系统逐步开始键盘扫描、报警和解除报警工作。
设计流程图如图示，
NO
YES
图9主程序流程图
4.2键盘扫描程序设计
键盘扫描程序开始运行之后，进入键盘扫描的状态。
该状态开始后，循环依次检测P1.2口~P1.4口，当任一端口输入高电平时，开始防抖测试，如果系统判定确实有按键按下，即有警情发生时，将被按下按键相对应的标志位置1，之后将其对应的信号输入至控制芯片。
最后，返回主程序。
4.3中断程序设计
传感器发现非法入侵行为，就会立刻将信号传送至控制芯片，显示有人非法入侵布防区域，控制芯片在进行程序处理之后，使蜂鸣器警报电路进行鸣叫警报显示报警，持续一段时间（程序预先设定）后，自动暂停报警。
暂停报警之后程序重新进行下一轮的循环，等待报警信号的触发，并且在系统关闭之前一直保持着这种循环检测的防盗状态。
另外一种情况下，在报警时间尚未达到系统预先设定的时间时，也可以利用外部键盘相对应的软件中断的方式，人工手动将预先设定好的暂停报警按键按下，以达到所需要的停止报警的效果。
手动中断程序流程图如下图示，
图10手动中断程序流程图
5结论
5.1电路仿真及调试
仿真结果
利用Proteus软件进行仿真后，结果如下，
图11仿真电路
如图12所示，当电源接通时，黄色LED灯D3闪烁一下，显示电源已经接通，并且进入待机状态。
按下第一个按键，红色LED灯D1长亮，蜂鸣器启动报警，进入人工紧急报警状态。
此时按下第三个按键，蜂鸣器停止发出声响，解除紧急报警信号，系统恢复待机状态。
按下第二个按键，绿色LED灯闪烁20秒后长亮，进入布防状态。
此状态下，按下替代人体红外感应模块的按键，三个LED灯同时保持长亮且蜂鸣器启动报警。
5.2总结
因其具有良好的可靠性、测量的准确性、技术先进性等特点，智能防盗报警系统在安全生产生活活动中的受重视程度越来越高，预防和降低了生活中的安全隐患。
本次采用51系列的单片机STC89C52为控制核心所设计出的智能防盗报警系统,无论是监测准确度,还是稳定性方面来看都满足预期的要求，它具有较好的监测非法入侵方法，稳定的性能，并且系统的操作容易上手，价格低廉。
本次设计的防盗报警把传感器原理及其技术和微信计算机原理及其技术完美的融于一身。
其灵敏的反应和稳定的报警工作状态都让本系统在实际应用中更加地便捷。
虽然本次设计满足了设计的预期效果，但由于时间上的太过仓促，以及受限于有限的条件，加之经验的匮乏和基础理论知识方面的不扎实，故本设计仍然存在着种种方面的瑕疵。
这让我意识到自己的个人的专业技能还有很大的提升空间，相关的专业理论知识也还需要进一步巩固加强，应当加强自我学习完善的能力。
即使是还存在着很多不足，但是经过了这次宝贵的实践经验，依然还是对自己的提高有着极大的帮助。
参考文献
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致谢
本次毕业设计的目标，是在蓝澜老师的精心指导和各位同学的无私帮助下，才得以顺利地实现。
作为大学舞台上的谢幕演出，能够踏踏实实的走完这最后的一步，感觉获益良多。
在具体的实践操作过程中，逐渐熟悉并掌握了之前应用地不太熟练的office办公软件、Proteus仿真软件等的使用方法。
再者就是对基于单片机的系统在实际当中的应用有了进一步的认知，弥补了以前在单片机学习过程中仅仅停留在表面基础理论知识的缺憾，也对单片机系统内的编程有了更加清晰的思路。
伴随着蓝老师老师的精心指导和悉心关怀，在完成设计任务后，懂得了怎样用更加清晰的思路去发现问题和解决问题，也明白了在工作学习生活中，最重要的是完成的过程，而不仅仅是结果，在实践的过程中才能真正的得到收获。
而这些对于我来说都将作为一笔笔宝贵的财富，为自己今后的人生建筑添砖加瓦。
在我大学四年的生活学习中，也都充满着所有老师的无私的付出与辛勤的汗水，各位老师在教学时的严谨态度、工作上的认真负责、生活上的平易近人、风趣幽默，都让我获益匪浅，受益良多。
让我在人生最宝贵的四年中不但在专业知识方面学到了扎实的理论基础，还在做人做事上，学到了很多人生的道理。
在此，特向所有曾经给予过我精心指导和无私帮助的老师致以最诚挚的感激之情和最深的崇敬之情！
附录
程序清单：
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#include
ucharMode=1,t;
;
;
;
bitalarm=1,kai=1;
//LED
;
;
;
;
;
voiddelay（uintx）
{
uinta,b;
;
}
voiddi（）
{
;
delay（100）;
;
}
voidmain（）
{
;
;
;
while
（1）
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if（s1==0）
{
delay（5）;
if（s1==0）
{
delay（5）;
while（!
s1）;
di（）;
;
;
;
;
;
delay（200）;
}
}
{
delay（5）;
if（s3==0）
{
delay（5）;
while（!
s3）;
di（）;
//
;
;
;
;
}
}
{
;
{
;
;
;
{
LY=~LY;
delay（200）;
}
;
;
;
;
;
}
}
if（alarm==0）
{
di（）;
delay（100）;
di（）;
delay（100）;
}
{
;
;
}
else
{
{
;
;
}
}
{
;
;
}
else
{
;
}
}
}
升级会员 