家用防盗报警器的设计.docx
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家用防盗报警器的设计
南京信息职业技术学院
毕业设计论文
作者学号
系部电子信息学院
专业无线电专业
题目家用防盗报警器的设计
指导教师
评阅教师
完成时间：
2012年4月20日
毕业设计（论文）中文摘要
（题目）：
家用防盗报警器的设计
摘要：
现时社会治安问题严峻，各种入室抢劫、偷盗事件时有发生，治安问题更加突出。
为了防护自己，越来越多的家庭采用智能防盗报警产品。
防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重点地点和区域进行布防，探测。
当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态，产生报警声，并显示出事位置。
本红外线发射电路都是采用脉冲调制式，红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。
当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失效，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点。
本系统以AT89C51单片机为核心，主要由红外遥控发射器和AT89C51单片机控制的红外接收电路以及报警输入检测电路、输出控制电路构成。
关键词：
锁相环；红外遥控发射器；AT89C51单片机
毕业设计（论文）外文摘要
Title:
Householdanti-theftalarmsystemdesign
Abstract:
Currentsocialsecurityproblemissevere,allsortsofhomeinvasionrobbery,theftincidents,publicsecurityproblembecomemoreprominent.Inordertodefendthemselves,moreandmorefamiliestouseintelligentanti-theftalarmproducts.Anti-theftalarmsystemistouseofbuildingsontheprobedeviceinsideareaofprotection,placeanddetection.Whentheprobedetectedillegalinvasion,alarmworkingstateintoalarmcondition,producealarmsound,anddisplaythecrashposition.
Theinfraredemissioncircuitareusingpulseadjustabletype,infraredreceivingcircuitwillfirstreceivestheinfraredsignal,andconvertingamplificationreconciliationforwirelesstransmittingcircuitaccessesthemodulationsignal.Whennooneblockinfrared,andphaselockloopoutputlowlevel,alarminmonitoringstate;Oncesomeonebrokeintothenblockedinfrared,criterionandphaselockloopfailure,theoutputlevel,driverelaythroughhighlaunchcircuit,monitoringroomwirelesswillreceivewirelessalarmsignal,andcandistinguishalarmsite.ThissystemtoAT89C51,mainlyconsistsofinfraredremotetransmittersandAT89C51controlofinfraredreceivingcircuitandalarminputdetectioncircuit,outputcontrolcircuitconstitutes.
keywords:
Phaselockedloop;Infraredremotecontroltransmitter;AT89C51
1引言
本系统以AT89C51单片机为核心，主要由红外遥控发射器和AT89C51单片机控制的红外接收电路以及报警输入检测电路、输出控制电路构成。
系统具有设计简单、成本低廉、可靠性高的特点，如图1-1所示
图1-1家用防盗报警器结构框图
数据处理的任务由单片机AT89C51完成，实现对红外遥控发射器组成的门窗红外传感阵列及震动探头进行循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时1～2秒再对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的探头位置，另外该设备有两套独立电源供电系统，平时正常工时以市电220交流供电，一旦有人为切断220V时，断电提示单元发出告警信号给单片机由单片机控制报警电路报警并同时切换内部电池供电系统供电保证系统的正常工作。
复位电路用于确认报警并作出相应的处理后解除报警，使电路从新初始化到检测状态继续监测。
用AT89C51作CPU，其内部有256byte的RAM及8kbyte的EEPROM，可满足本系统多功能的需要，采用单片机控制技术，对于系统功能的多样化，智能化起着关键性的作用。
红外传感器阵列，主要由红外探测器组成，震动探头由震动传感器组成，探测器通过线路防断路﹑短路接口电路与单片机相连，当探测器与单片机相通的线路被断开或被短接时，由单片机检测出并发出事故报警信号，同时通过数码管显示。
显示电路由两个7段数码管组成，用来提示用户哪个位置出现问题。
报警装置由蜂鸣器组成，用来提示用户出现异常情况。
电源由市电和备用蓄电池两部分组成。
在正常情况下，市电通过整流、滤波、稳压后向报警系统提供直流电源,并且向蓄电池自动稳流充电。
当市电出现故障，则蓄电池自动投入使用，以保证报警系统能正常工作，同时向外界发送电源故障预警息。
2设计相关技术介绍
2.1单片机AT89C51
2.1.1主要元器件介绍
单片机主控电路的主要元件是AT89C51，其外型如图2-1所示。
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
图2-1AT89C51外型图
2.1.2管脚说明
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口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2-1所示：
表2-1P3口备选功能
管脚
备选功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3.3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（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。
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。
2.2红外线防盗报警器
红外线报警器分主动式和被动式两种。
主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。
如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。
当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。
红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。
2.3红外对射式探测器
红外对射探测器全名叫“光束遮断式感应器”（PhotoelectricBeamDetector，也称红外线探测器，其基本的构造包括瞄准孔、光束强度指示灯、球面镜片、LED指示灯等。
其侦测原理乃是利用红外线经LED红外光发射二极体,再经光学镜面做聚焦处理使光线传至很远距离,由受光器接受。
当光线被遮断时就会发出警报。
红外线是一种不可见光，而且会扩散，投射出去会形成圆锥体光束。
2.4传感器
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：
“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
“传感器”在新韦式大词典中定义为：
“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。
根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。
被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。
当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。
由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。
有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。
大多数传感器是以物理原理为基础运作的。
化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。
3方案设计与论证
3.1电源电路
从图3-1可知，无论是AT89C51单片机工作电源、二极管还是数码管的驱动，都要用到+5V的直流电源，所以，一个稳定的、持续的+5V直流电源对本系统十分重要。
本系统运用桥式整流电路，将交流转换为直流，为各部分电路提供恒定的+5V直流。
模拟部分和数字部分分别采用一个独立的稳压管供电，保证电路的稳定性和抗干扰，其电路如图3-1所示。
图3-1单片机所用的电源电路
3.1.1主要元器件介绍
DB为全波整流电桥，其内部结构如图3-2所示。
图3-2整流桥示意图
其工作原理如下：
电桥1、3端接交流电源，2、4为支直流输出端。
当某一时刻，交瞬时值为上+下-（即1端为+，3端为-），电流从1端输入，经1、2间的二极管到2端，再经2、4端的负载流到4端，然后经3、4间的二极管流回交流负端；同理，电流从3端流入，从1端流回交流负端从接口J1输入的9V左右的交流电压（波形如图3-3所示），经全波整流电桥DB整流后，得到一幅值为0-8V左右的波动直流（如图3-4所示）。
这一波动的直流经C1、C2、C3滤波后，得到一较平稳的直流，再经LM7805稳压为+5V，C4再次滤波后，得到稳定的+5V直流电流（如图3-5所示），为系统无线电接收发模块和解码芯片PT2272路供电。
Q1为继电器驱动管，当其基极接收到解码芯片的高电平时，继电器吸合，K1接电压经7805稳压后为AT89C51开机供电。
图3-3交流电压图3-4波动电流图3-5直流电流
3.2震动探头和门窗红外传感阵列以及报警处理电路
红外探头：
安装在室内的入口处、楼梯入口位置，采用先进的脉冲计数技术，大大降低了误报率，并且有低压显示功能。
主要用于非法歹徒入侵时空间探测报警。
在指定探测区域内，一旦有人体移动的红外辐射被测器感应后，立即对主机发射编码信号。
对射型红外线传感器和反射式红外线传感器是一对红外线发射接收管经过电路变换成开关信号后的成品，其内部集成了放大电路，有PNP和NPN常开常闭输出或者电压上下拉输出。
反射式红外线传感器又分为漫反射和回归反射型。
红外线发射接收对管,就是一对独立的单个器件组合。
有些人也叫光电传感器或光电开关。
红外线探头是感应红外线的传感器，分人体红外线传感器和温度红外线传感器多种震动探头：
安装在玻璃上，当发生破窗入室时，即触发主机报警
振动探测器采用振动、触动、移动式全方位探测原理。
一旦振动，自动输送信号给主机，立即报警。
提供24小时的周界防护，对受保护物作24小时监察可防止企图通过暴力（钻、打击、锯等）进入保护门、窗或屋顶等等。
普遍应用于：
门窗、保险柜、金库、金库门、自动柜员机、夜库/夜间保险柜、墙上、屋顶、设备，文件柜,电动申缩门等等。
高品质感应组件保证了使用寿命及性能。
长寿命,高性价比。
振动灵敏度分三挡：
高，中，低。
自由改变灵敏度，有效防止误报警。
兼容性强，可以和多种主机兼容。
安装说明：
1、无线振动探测器贴在或安装在任何物体上，垂直水平安装。
只要有人碰到此物体，则无线振动探器发射无线报警信号给报警主机而进行报警，发射报警距离最大可达150米。
2、振动探测器灵敏度分三挡：
高（H）、中（M）、低（L），安装之前请打开后盖,可以看到H、M、L三挡，拔出中间的振动探测柱重插，振动灵敏度立即可调，垂直在上的字母就是当前的灵敏度。
3、可用于任何物体的振动探测报警，如：
门和窗防撬、防破坏；露天货物防盗、防劫；汽车和摩托车防撬、防盗。
报警信号处理放大电路如图3-6所示。
当震动传感器发生作用时，其电阻将会发生变化，通过运算放大器的6脚电压将会发生变化。
图3-6报警信号处理放大电路
3.3报警电路
由于由单片机的发出的电压信号非常微弱，因此，需要将其放大，才能带动蜂鸣器使其工作。
R8用一个滑动变阻器使这个电压信号的放大倍数可调，此报警电路的输入引脚由单片机的P2.2控制。
在软件设计中，当采集到发生盗窃时候，令P2.2=1则可实现蜂鸣器报警，如图3-7所示。
图3-7报警电路图
3.4显示电路
显示电路主要的作用是当发生入室偷盗时，会显示到底是哪个部位发生了偷盗，给以提示主人。
比如小偷是从窗进入时候4个一起显示1，从门进入时候就显示2，其他部分发生故障就显示3等等。
数码管的选择动态显示，实质上就是各个不同的LED显示器按照一定的顺序轮流显示。
它利用了人眼的“视觉暂留现象”，只要多个LED显示器的选通扫描速率足够快，人眼就觉察不到数码管的闪烁现象。
动态扫描方式的所有LED段选线并联在一起，只由一个8位的I/O口控制，而各个LED的位选线则由另外一组I/O口控制。
动态LED显示方式的优点是功耗较低，占用CPUI/O线少，外围接口简单，本系统便是采用了动态LED显示方式。
A/D转换器用于实现模拟信号到数字信号的转换器（analogtodigitalconverter简称ADC）是将输入模拟信号转变成数字信号。
信号输入端可以是传感器（sensor）或者转换器（transducer）的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛的应用。
按转换原理可分为四种：
即计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。
双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高、抗干扰性能、价格便宜；但转换速度较慢。
因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。
另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快精度较高的转换器。
其转换时间大约在几百微秒之间。
根据这次设计要求、及制作的5V电源，ADC0804A/D转换器完全满足要求。
ADC0804A/D转换器单路通道，价格便宜，它是八位一通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，只可对1路模拟信号实现采集，由于ADC0804A/D转换器具有三态输出锁存器及适应微机控制的各种逻辑电路，因此用于微机接口十分简单。
ADC0804电压输入与数字输出的关系如表3-1所示：
表3-1ADC0804电压输入与数字输出的关系
十六
进制
二进
制码
与满刻度的比率
相对电压值2.56v
高4位字节
低4位字节
高4位字节
低4位字节
F
1111
15/16
15/256
4.800
0.300
E
1110
14/16
14/256
4.480
0.280
D
1101
13/16
13/256
4.160
0.260
C
1100
12/16
12/256
3.840
0.240
B
1011
11/16
11/256
3.520
0.220
A
1010
10/16
10/256
3.200
0.200
9
1001
9/16
9/256
2.880
0.180
8
1000
8/16
8/256
2.560
0.160
7
0111
7/16
7/256
2.240
0.140
6
0110
6/16
6/256
1.920
0.120
5
0101
5/16
5/256
1.600
0.100
4
0100
4/16
4/256
1.280
0.080
3
0011
3/16
3/256
0.960
0.060
2
0010
2/16
2/256
0.640
0.040
1
0001
1/16
1/256
0.320
0.020
0
0000
0
0
0
0
例如：
Vin=3v，由表3-1可知2.880＋0.120＝3V。
7447十进制译码显示逻辑表，详细情况如表3-2所示：
表3-27447是译码显示逻辑表
输入端
输出端
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
0
0
0
L
L
L
L
L
L
H
0
0
0
1
H
L
L
H
H
H
H
0
0
1
0
L
L
H
L
L
H
L
0
0
1
1
L
L
L
L
H
H
L
0
1
0
0
H
L
L
H
H
L
L
0
1
0
1
L
H
L
L
H
L
L
0
1
1
0
H
H
L
L
L
L
L
0
1
1
1
H
H
H
L
L
L
L
1
0
0
0
L
L
L
L
L
L
L
1
0
0
1
L
L
L
H
H
L
L
表3-2所示为7447是译码显示逻辑表，他的输入和输出是一一对应的，例如当输入ABCD为0000，则输出为abcdefg为LLLLLLH，当输入ABCD为HLLH时候，则输出为LLLHHLL，对应也就是十进制9。
3.5系统电路图
系统电路图如图3-8所示。
图3-8家用防盗报警系统电路图
4软件设计
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