楼宇智能防盗报警系统毕业设计论文.docx

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楼宇智能防盗报警系统毕业设计论文

智能楼宇防盗报警系统

摘要

住房，这个一直伴随人类进步的存在，越来越受到人们的重视，它不再仅仅是人们寻求遮风避雨的场所，更加是我们在从事一天的社会活动后的归宿，是对完整私人空间的需求。

所以，老式的楼房门锁，已渐渐不能保证人们的安全感，我们需要寻找一种集防火，防盗等多项功能于一体的智能系统，极大程度地保护用户的隐私和安全。

本文初步建模和探索这种系统,介绍了系统结构、组成及硬件和软件设计。

本系统基于AT89C51单片机，集防盗防火功能于一身，可实现自动检测与自动电话拨号报警。

并分分别对安全性和抗干扰进行了优化。

当防盗、防火探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情类别，自动拨打相关部门的电话号码如小区管理中心电话。

本系统通过密码来识别主人身份，系统开启后只有输入正确的密码才能关闭系统。

系统从硬件方面进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，完成系统可靠工作。

关键词：

防盗报警系统，防火防盗，语音报警

ABSTRACT

House,theexistencegrowswithhumanbeings,attractsmoreandmorepeople’snotice.Itisnotonlyaliving-building,butalsoahometoretuneandanecessaryofprivatespace.Sosomeolddoor-lockareoutofstyle,weneedanewintelligencesystemwhichoffersfunctionsoftheft-proofandfireprooftohelpsuserprotecttheirsafeandprivacy.

ThispaperdiscussesthedesignandrealizationofanintelligencebuildingburglaralarmsystembasedonAT89C51.Itintroducesthesystemstructure,formation,soft,hardwaredesign.Thissystemhasfunctionsoftheft-proofandfireproof,itcanautomaticcheckitselfanddialautomatically.Andwealsoimprovethesafetyandstability.Whenthesensoroffireproofingorburglarproofdetectsanyoffnormalsignal,aninterruptrequestissenttotheMCU.NexttheMCUcontroltheinterfacemoduleoftelephonetoaccomplishoffhook.Accordingthekindofdangerous,thedialingmodulewillautomaticallydialtherightphonenumbersuchasthephonenumberofcommunitymanagementcenter.Thesystemdiscernsthemasterbythesecretcode.Onlyimputedcorrectsecretcode,couldsystembeclosed.Thesystemisdesignedbyconsideringtheanti-interferenceinthesideofthehardware.Itcanworkwithhighreliability.

Keywords:

intelligentalarmsystem;theft-proofandfireproof;phoneticalarm

第一章绪论

1.1概述

在党的领导下以经济建设为中心努力实现全面小康的今天，计算机、信息、电子、控制、通信等技术得到迅速发展，促使了人民生活品质的提高，也使人们的生活方式产生翻天覆地的变化。

随着近年来我国国民经济的迅猛发展和国家住房制度的深化改革，人民生活和自身素质都得以极大提高，人们对住房条件的要求也日趋成熟化，品质化，从原先对居住条件仅要求安全，保暖的时代到现在还对环境的舒适性、出行的便利性、治安的可靠性等有了更多要求，加上电子信息产业正快速发展并向人们生活的各个领域渗透，由此而来的是各种不同层次的公寓、居民小区的出现，他们纷纷提出了他们对智能化的需求。

由于住宅和高级智能建筑有质的区别,如何根据社区的特点,给予合理功能以适应不同的需求层次的居民,如何建设统一有序、智能、管理网络化的新建筑,它是智能建筑行业不得不得不解决的问题。

在智能小区里，网络技术和控制方式都在飞速更新。

电脑网络和电子高新技术已经开始步入千家万户，使住宅上的智能体系发生重大改变。

八十年代，控制住宅的主要方式为电子型。

九十年代开始慢慢的进入程序型控制时代，九十年代末发展为网络型控制方式。

在二十一世纪，住宅控制方式将演变为智能控制型。

各种家电设备都搭建物联网，实现家电接口标准化、设备控制智能化、系统功能集成化。

1.2防盗报警系统的前景

家庭自动化系统是适应现代生活对家庭功能的需求逐渐兴起来的一个系统，该系统所包含的内容、配置和构成因为国度经济实力，家庭的知识结构以及个人喜好的差异而不同。

因此，家庭智能化系统的配置与居民小区的定位。

无论是安置型、实用型、舒适型还是豪华型都与用户的经济实力、文化水平等有着密切的关系。

随着社会经济的不断发展，人们拥有的财富越来越多，许多人都期望有一个安全舒适的住处。

智能住宅小区依托先进的科技手段，为住户提供了一种安全、舒适、方便、快捷的生活空间，正受到越来越多人的青睐。

随着城市化建设的高速发展，人们的居住形式有了翻天覆地的变化。

高层单元式住宅拔地而起。

而高层化楼宇建筑的智能化显得尤为重要。

其电梯，自动门，门卫监控系统，电子锁，身份识别器等都与居民平日的生活息息相关。

智能房屋必须有自动监测管理安全防范有害气体泄漏、火灾自动报警系统在紧急情况下能够电话报警,并对运行状态的关键设备、设施实现远程监控。

目前市场上常见的产品:

防盗门窗、火灾报警、防盗锁、远程控制等,种类风格各不相同。

虽然也可以起到预防和方便,但功能单一,不适合无人场合,不系统,不适合智能家居。

也不能实时反应情况和时间不能远距离传递信息，缺乏灵活性。

现在，在全国各地都在如火如荼地开展建设安全文明小区的活动，而且很多地方都提出拆除防盗网的口号，故家庭电子防盗报警系统也应运而生。

随着通信技术的不断发展，为新型的更为可靠的住宅防盗系统提供了新的技术手段。

单片微型计算机又名是微控制器，是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件，它在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件，构成了一种单片式的微型机算机，本课题就是从单片机的功能强、体积小、可靠性高，面向控制和价格廉价等一系列优点入手，应用单片机设计了防盗报警接收子系统。

1.3论文设计意义

本论文依据智能化住宅的发展前景和优良趋势，研究并设计了一个较为完整的以单片机为依托的住宅防火防盗报警系统。

该系统包括探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并运用模块化使系统更加简明、完备。

智能化住宅是我国未来建筑业的重点发展对象，而防火防盗又与人们生活息息相关，虽然这方面的应用已不占少数，但是开发一套功能和结构合理的，集成多种技术和功能的新型报警系统具有重要意义。

第二章系统总体方案设计

2.1智能报警系统的总体构成

本防火防盗报警系统是参照国内外相关技术发展状况设计的一种新型的电子安全报警系统。

该系统的主要设计是将电子探测、智能控制和通讯技术相结合，从而形成一个多级联网通讯的智能防盗系统。

系统组成框图如图2.1所示。

图2.1智能楼宇防盗系统组成框图

2.2报警系统的功能及其工作过程

2.2.1报警系统的功能

该报警系统具有下列功能和特点：

（1）模块化设计

为了方便用户选择和操作，将繁杂的系统化整为零，建立多个模块，简单明了。

（2）系统反应迅速，并能自动报警

前置报警器能迅速、准确检测到现场的异常，并及时通报给中控。

还能够按预先设计好的电话号码拨打给火警，公安，个人，门卫等。

（3）故障自动排查

用户端自动报警器能检查线路或者探测器发生的故障，并可向中控反馈。

（4）保密性

系统开关机都需要输入密码来进行启动和控制，防止误报，并能增加用户端的保密性。

（5）续航性

用户端报警器内提供备用电源，在没有外接电的情况下，交直流供电中断切换，确保系统在停电时能继续工作。

2.2.2报警系统的工作过程

对于防范现场来说,一旦有火灾发生或者有人非法入室,与之相应的报警探测器会立刻向用户端的自动报警器发出警报信号。

接到报警事件以后，自动报警器便马上通过多次巡检中断信号来进行确认，如果50s后仍然没人解除警报同时警报确认无误后，现场通过声（蜂鸣器）、光（LED）报警，同时，用户端自动报警器将会自行拨打有关部门的报警电话，进行智能语音报警。

LCD显示器设在用户端自动报警器的面板上、键盘进行设防和撤防，LED三色警灯分别指示火灾、运行及系统故障状态，即报警灯（红）、工作灯（绿）和故障灯（黄）。

正常工作时LCD面板显示时间，事件发生时立刻锁定时间。

用户端报警器同时具有探头故障报警功能，避免由于探头掉电而漏报，出现故障时点亮故障灯；如果判断探头掉电，则声、光同时报警。

如果出现因失误触发而报警时可以立即触发延时器解除报警，此外用户端自动报警器还同时配有状态信息（如交流电有无、电池电量是否充足等）上报的功能，也同样可以对预设的普通电话进行报警。

第三章用户探测器设计

本课题电路设计的重点是探测器电路的设计，其电路部分由防火探测器电路与防盗探测器电路两大部分组成，其中主要设计了微波、红外及光电感烟探测电路。

本系统中探测电路部分的基本设计思想是多种类型传感器实现多元信号综合检，多元信号检测能够大大降低探测器部分的误报率，提高了整个系统的稳定性和抗干扰性。

3.1防盗探测器设计

防盗探测器是由红外探测器和微波探测器组成的双鉴探测器,比之单信号探测器，其误报率明显下降。

原理图如下：

图3.1双鉴探测器原理示意图

双鉴探测器的工作原理就是将红外和微波两种信号输进与非门进行判定，当两个探测器输出端口都输出高电平的时候，自动报警器发出警报。

红外探测器检测的是温度变化，二微波探测器检测的是物体活动，这就过滤了很大一部分的其他因素，大大降低了误报率，提高系统的准确性。

3.1.1红外线探测器

我们知道，在自然界，任何高于绝对零度（-273°）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。

（1）热释电红外线探测器的工作原理

热释电红外传感器通过接收人体移动时所辐射出的特定波长范围的红外线，可以将其通过运算分析出人体的运动速度，距离，方向等有关信息。

因为传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，所以，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器不会输出电信号，所以恒定的红外辐射是不会显示检测到；而当物体移动速度加快，同样的入射功率下，输出电压就会变小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会显示有电压信号输出。

根据这个原理，可以选择热释电红外探测器用于盗情信号的检测。

探测器原理框图如图3.2所示，当有人体进入警戒区时，人体所辐射出的红外线会引起环境温度辐射场的变化，经过菲涅尔透镜加工，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，此时在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，取决于温敏原件数据变化的快慢。

经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号Uo。

图3.2热释电红外探测器原理框图

3.1.2微波探测器

微波探测器是一种非接触式传感器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。

微波探测器检测可靠性强，无额外光亮和热源条件的要求，探测环境要求很低。

在微波段，如果只以一种频率发射时，在微波能量场覆盖的范围内，如果有物体移动，它将会以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差值产生。

这种频率差值与很多因素相关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等等。

实际电路中，是由振荡器电路产生并发射近微波段电磁波形成微波场，天线把电信号转换为相应的电磁波辐射到周围空间，辐射半径可达10m以上（如果想继续增大辐射半径或提高灵敏度可以通过调整天线的大小和方向来完成）。

当有人在场中运动时，反射回去的微波将发生频率变化，从而使微波探测器输出一个与人体运动速度有关的低频电信号。

根据该特性，也选择微波探测器用于盗情的检测。

图3.3微波探测器电路图

3.2防火探测器

本设计中的防火探测器是一个包含光电感烟探测、温度探测和CO探测复合型探测器。

为了解决传统防火探测器一直存在的误报率高的情况这次采用了多传感器的设计思想，增强了火灾探测的可靠性。

其中光电感烟探测器为本课题中传感器电路的设计重点。

原理如图3.4所示。

红外发射电路中555电路用于产生脉冲电路，555电路的一个主要优点是占空比可调，便于适应不同要求。

图3.4防火探测器

3.2.1温度探测器

利用数字温度传感器DS18B20温度探头、5v直流电压供电。

DS18B20温度测量原理是利用温敏振荡器频率随着温度变化,温度信号转换为串行数字信号,直接通过内部计数器对受温度振荡影响的周期数可以实现温度测量。

探测器DS18B20采用寄生电源的方法,确保有效的DS18B20时钟周期可以提供足够的电流,在图3.5使用MOSFET管和MCU来完成I/0接口DS18B20的总线,然后通过I/0和DS18B20作为温度控制。

图3.5温度探测器电路图

3.2.2光电感烟探测器

本节讨论光电烟雾探测器电路设计。

作为一种发光装置,现在使用大电流发光效率高的红外发光管,受光装置采用半导体硅光电管,受光装置的阻抗是随烟浓度减少而增加的,这电路用于检测头采用OPTEK公司的OP231和OP801SL光电复合套件作为发射管和接收管,发射管典型的电源电压为1.5V,接收管使用5V直流电压供电。

（1）散射光式光电感烟火灾探测器的工作原理

使用烟雾粒子的光散射效应,在一定范围的烟雾浓度内,散射光的强度和烟雾浓度成正比,所以烟雾浓度是可以探测到的光散射。

光散射测量引起的烟,特别是近距离产生的光散射测量,因为烟雾的测量是有限范围的影响较小的测量干扰可以被消除,因此,使用轻松光散射测量的烟颗粒是一种理想的方法。

在正常情况下,有光学隔离发射、接收管板,消除一个无烟的红外发射管发出的光被光电三极管接收,接收管不会产生光电流和无烟。

设置黑烟盒壁粗糙表面,而是减少光的反射在盒子。

烟盒侧风、烟对流孔、烟入口适用于不锈钢钢丝网,以防止碎片进入烟盒造成假阳性。

在,当火灾发生时,烟进入测量,由于动作的烟粒子,发光设备发出光漫射光的漫射,由光电三极管,带来一些变化的阻抗,光电三极管产生光电流,从而实现的功能将烟雾信号转化为电信号,探测器报警信号电平。

（2）光电感烟探测器电路设计

555电路的红外发射电路用于产生频率可调脉冲波形,使用555最主要的一个优点是电路输出脉冲的占空比可调,易于满足设计不同驱动输出的需求。

同时,比起使用直流电源可以达到降低功耗的目的。

电路原理如图3.6。

上电后,555振荡输出信号反相和放大后,红外发射管OP231得到了调制方波电压信号,在电路设计中,振荡电路输出的方波信号为7ms高电平和139ms的低电平的输出,频率约为7赫兹,设计以发射管高电平供电时间满足单片机采样时间为准,并满足低功耗的要求。

图3.6光电感烟探测器

3.2.3一氧化碳探测器

一氧化碳气体探测器是采用MQ-7一氧化碳气体传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点。

电路图如图3.7所示。

555振荡输出Q端驱动C9013给CO敏感元件的加热丝间断供电，节省功耗。

由CO引起的敏感元件电阻的变化最终反应在输出电阻R5上。

图3.7一氧化碳气体探测器电路图

第四章报警器设计

4.1红护短自动报警器总体设计

用户端自动报警器是本课题的设计重点，自动报警器组成框图如下4.1，其主要包括拨号、语音、电话接口、键盘/密码显示、电源等模块。

本节重点介绍与自动拨号功能相关的硬件设计。

图4.1用户端自动报警器组成框图

4.2自动报警器电路设计

4.2.1AT89C51单片机简介

（1）主要性能参数

1.与MCS-51产品指令系统完成兼容

2.4K字节可重擦写Flash闪速存储器

3.1000次擦写周期

4.全静态操作：

0Hz—24MHz

5.三级加密程序存储器

6.128×8字节内部RAM

7.32个可编程I/O口线

8.2个16位定时/计数器

9.6个中断源

10.可编程串行UART通道

11.低功耗空闲和掉电模式

（2）功能特性概述

AT89C51是一种高性能、低功耗CMOS8位微控制器，拥有8K的在线系统可编程FLASH存储器。

它拥有以下功能：

256字节RAM、8K字节FLASH、三个16位定时器/计数器、32位I/O口线、看门狗定时器、全双工串行口、2个数据指针、一个6向量2级中断结构、片内晶振以及时钟电路。

因此这些功能非常地符合本设计的需求。

本设计中AT89C51使用的晶振频率是12MHz并配有20pF的电容组成外部晶振电路，并在外围搭建了由电阻、电容及按钮组成的基本复位电路。

（3）引脚功能说明

·Vcc：

电源电压；

·GND：

接地；

·P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

·P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，囚为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

·P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”；通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

·P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能.

如表4.1所示：

表4.1P3口第二功能

端口引脚

第二功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INTO（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

T0（定时/计数器0）

P3.5

T1（定时/计数器1）

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口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

·RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位

·

：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，囚此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是:

每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（

）。

如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。

该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活。

此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。

·

：

程序储存允许（

）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次

有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的

信号不出现。

·EA/VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为OOOOH——FFFFH），EA端必须保持低电平。

指的注意的的是:

若加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。

·XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

4.2.2自动报警器电路设计

自动报警电路如图4.2。

时钟电路是由两个30p电容和12MHZ晶振构成。

复位电路由电容、电阻、二极管和按键开关,手动复位和上电复位功能。

单片机

分别连接到盗窃报警,火灾报警传感器相连,能够收集各种各样的警情。

为了有效抑制环境干扰信号可能会对触发中断所造成的影响,当响应在中断后,中断信号（如5次）多次检查,确认中断信号是实现中断处理子程序,不然作外来干扰信号而不对报警进行处理,有效降低虚警概率。

图4.2自动报警器电路设计

P2.1与语音电路相连，能够对语音进行回放。

P2.2接通讯接口片选端DE/

它能够转换芯片的数据同时进行发送、接收。

P2.3连接电话接口电路，实现虚拟接听,挂断的控制。

P2.4与探头掉线检测端相连，单片机定时对该口巡查，正常时为高电平，当检测到低电平即发出掉线警报。

P2.5端口连接交流电源掉电报警信号端（交流断电后由直流电源继续供电，直流电源放电低于预警值后向自动报警器发直流断电预警信号）。

P1.0、P1.1、Pl.2为键盘电路的三根I/0口连接线，P1.3连紧急呼救按键。

P1.5、P1.6分别接液晶显示器的串行时钟输入端和数据输入端。

Pl.7接多路开关CD4051的片选端INH，P1.4、P2.6分别接多路开关的输入端A，B。

多路开关输出又分接报警LED、蜂鸣器，警情发生时开关给输出I/0口以高