家用防盗报警器设计汇总(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 家用防盗报警器设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气132 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：2016.06.20-2016.7.3 专心-专注-专业课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程教研室 学 号学生姓名专业班级电气132课程设计（论文）题目家用防盗报警器设计课程设计（论文）任务该报警器可对仓库、商店、住宅门窗自动监测，当门窗被开、玻璃被砸碎时，报警器发出警报声，并显示位置。报警器可检测8点（门磁和振动监测），并有消音按键。设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 门磁和振动传感器选择及接口电路设计3. 报警电路及消音电路设计4.程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1报警器可检测8点，自动检测门窗撬开以及玻璃破碎等情况2工作电源220V设计要求：1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，门窗状态检测电路设计等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第4天 CPU最小系统设计第5天 门磁和振动传感器选择及接口电路设计第6天报警电路及消音电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要随着现代科学技术的进步，经济的不断发展，人们生活水平得到极大提升，对私有财产的安全意识也在不断的增强，防盗措施就显得尤为重要。一般的防盗系统不适合家用，家用防盗装置除了要有报警的功能，还应该具有检测门窗是否被开和显示警报位置等功能。本文利用89C51单片机设计了一种防盗报警系统。当检测有入侵信号时，由单片机控制中心发出相应信号控制电话接口电路，自动拨打预设电话号码把报警信息和LED数码管显示的警报位置传递给用户，同时控制声音电路使扬声器报警，可以震慑偷盗者。该系统能实现多点集中检测和循环检测，并且该系统设有监测到入侵信号后延时3秒再检测一次的功能，这样可以防止误报警。该系统的监测部分利用门磁和振动式传感器，输出接口部分用音响报警电路以及LED数码显示电路。这种防盗报警系统性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。关键词：89C51单片机；防盗报警系统；门磁振荡电路；LED显示电路目 录第1章 绪论1.1 防盗报警系统概况1应用防盗报警系统的意义：随着物质文明和精神文明建设的逐步深入，整个社会治安环境有了根本性的好转。但失盗事件还是时有发生，需要人们严加防范。为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。需要对老式防盗器进行改进，不但可以用于单一的住宅，也可以规模用于用户的商店、仓库等地点，实现多点集中式检测。2防盗报警的原理及功能：防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警 信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，于是迅速采取应急措施。防盗报警系统与、访客对讲系统和等一起构成了。3防盗报警器的市场情况目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点：（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。1.2 本文研究内容本文设计了一种利用单片机进行远程控制的家庭防盗报警器，该系统能利用公共电话网络实现异地监控家中的情况，并且家中发生危险情况时能及时将信息传递给主人，具有方便、安全的优点。该报警器可对仓库、商店、住宅门窗自动监测，当门窗被开、玻璃被砸碎时，报警器发出警报声，并显示位置。报警器可检测8点（门磁和振动监测），并有消音按键。硬件电路设计有CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）门磁和振动传感器选择及接口电路设计和报警电路及消音电路设计。软件设计有编程程序流程图和程序清单编写。第2章 CPU最小系统设计2.1 家用防盗报警器总体设计方案防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。此防盗报警系统还可以用于宾馆、仓库、居民楼等场所，它能对监测点进行自动检测（可供8点监测），一旦出现盗情，能立即报警，并指示被盗的地点编号。该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等特点。若更换其它的传感器还可用于火灾报警、煤气泄漏报警等。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。图2.1 系统组成框图各部分电路功能及作用：门磁与振荡电路是家用防盗报警器的传感器，具有检测灵敏，体积小，安装方便等优点，能够监测到门窗被开、玻璃被砸碎等信号，而且有隐蔽性，不易被偷盗者发现，所以用来作为系统的首选检测电路。当监测到入侵信号时，能够把信号经过A/D转换后传送给CPU，让CPU处理入侵信号。显示电路采用两位7段LED显示，可以显示8个检测点。当出现入侵信号后，显示电路能够准确显示事故发生位置，便于及时实施防盗工作。声音电路的设计采用蜂鸣器，信号经过放大电路后声音大，可以吓跑盗窃者，同时也提高户内人员的警惕性。电源电路计方便用户使用，直接接220V交流电源即可，不必担心电池没有电而失去了报警器的功能。电源交流220V经过整流桥整流后，再经滤波电路用7805进行稳压，输出5V的直流电压为CPU供电。消音部分可采用按键式复位电路，避免系统误报警时蜂鸣器不停发出声响，造成不良影响。主机选用AT89C51单片机，P3口接入8组门磁与振荡检测电路并联电路组经过放大器与门电路接入。P1口连输出经芯片MC14543接两位7段LED数码显示器。报警蜂鸣电路接于P3.7。晶振电路接于XTAL1、 XTAL2 ，复位电路接于RESET，电源电路与VCC、GND连接。2.2 CPU的选择1.单片机选择单片机能够接受A/D 转换电路输入的数字信号，并将输入的信号进行处理和运算，以控制电流或者控制电压的形式输出给被控制的单元电路，完成各项任务要求。2.AT89C51 单片机的性能及应用AT89C51单片机温度测控仪采用Atmel 公司的AT89C51单片机，采用双列直插封装（DIP），有40 个引脚。其主要特征如下：(1) 面向控制的8 位CPU ；(2) 一个片内振荡器和时钟产生电路，振荡频率为024MHz；(3) 片内4KB Flash ROM程序存储器；(4) 128B 的片内数据存储器；(5) 可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；(6) 2个16 位定时/计数器；(7) 4个并行的I/O口，共32条可单独编程的I/O线；(8) 中断系统有5个中断源，可编为两个优先级；(9) 一个全双工的异步串行口；(10) 21个特殊功能寄存器；(11) 具有节电工作方式，即休闲方式和掉电保护方式。图2.2 89C51单片机引脚图 89C51的引脚及功能： 1.电源引脚VSS：接地端。VCC：电源端。正常操作及对FLASH ROM编程和验证时接+5V电源。2.时钟信号引脚XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.输入输出引脚P0口：是双向8位三态 I/O口。在访问外部存储器时，可分时用作低8位地址线和8位数据线；在FLASH ROM编程时，它输入指令字节，而在验证程序时，则输出指令。P0口能驱动8个LSTTL门电路。P1口：是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。在对FLASH ROM编程和程序验证时，它接受低8位地址。能驱动4个LSTTL 门电路。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对FLASH ROM编程和程序验证时，它接收高8位地址和其他控制信号。能驱动4个LSTTL门电路。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，能驱动4 个LSTTL 门电路。4.控制信号引脚RST: 复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存允许信号。PSEN:外部程序存储器选通信号。EA/VPP:访问内、外部程序存储器控制信号。接高电平时，CPU访问并执行内部程序存储器的指令，但当程序计数器值超过0FFFH时，将自动转去执行外部程序存储器中的程序。接低电平时，CPU只访问并执行外部程序存储器中的指令。2.3 数据存储器扩展89C51单片机片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。89C51单片机最大可扩展64KB RAM。本文中采用数据存储器静态RAM6264进行数据存储器扩展。6264是8K*8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功耗200mW，典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。图2.3 89C51单片机系统扩展图6264与89C51的硬件连接图2.3所示。6264的片选线CE1接89C51的P2.7，第二片选线CE2接高电平，保持一直有效状态，6264是8KB容量的RAM，故使用了13根地址线。本文选用地址锁存器为74LS373。当74LS373用作地址锁存器时，应使OE为低电平，此时锁存使能端C为高电平时，输出Q0至Q7 状态与输入端D1至D7状态相同；当C发生负的跳变时，输入端D0至D7 数据锁入Q0至Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。在MCS-51单片机系统中，常采用74LS373作为地址锁存器使用，2.4 复位电路设计复位的主要作用是把特殊功能寄存器的数据刷新为默认数据，单片机在运算过程中由于干扰等外界原因造成寄存器中数据混乱不能使其正常继续执行程序（称死机）或产生的结果不正确时均需要复位，以使程序重新开始运行。单片机储器单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，复位电路就是利用它把电路恢复到起始状态。但如果RST 引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。可见复位的时间和充电的时间有关，充电时间越长复位时间越长，增大电容或增大电阻都可以增加复位时间。为了保证系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使RESET 引脚保持10ms 以上的高电平，单片机就能实现复位。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用手动复位方式。图2.4 复位电路图如图2.4所示，这种复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算器有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。2.5 时钟电路设计单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。AT89C51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高。增益反向放大器，引脚XTALl（X1）和XTAL2（X2）分别是此放大电器的输入端和输出端。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。本文设计该反向放大器配置为内部振荡。在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式。由于采用内部振荡方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式。图2.5 时钟电路图当CPU系统外接晶振时，C3和C4值通常选择为22uF左右；外接陶瓷谐振器时，C1和C2可稳定频率并对振荡频率有微调作用，振荡频率范围是0到24MHz。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定可靠的工作，谐振器和电容应尽可能安装的与单片机芯片可靠。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。2.6 CPU最小系统图根据上述4节图，形成完整的CPU最小系统图，如图2.6所示图2.6CPU最小系统图CPU最小系统图由CPU(89C51)，复位电路（图左上），时钟电路（图左）和数据存储器的扩展图构成，来控制和处理整个防盗报警系统。复位电路:由电容串联电阻构成，由图并结合“电容电压不能突变”的性质，可以知道，当系统一上电，RST脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐C取10u，R取8.2K。当然也有其他取法的，原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分析相关书籍。晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率，用于有串口通讯的场合)/12MHz单片机:一片AT89C51兼容单片机第3章 防盗报警系统输入输出接口电路设计3.1 门磁振荡传感器的选择该系统的传感器选用门磁式、振动式的功能开关量传感器，型号为ABS-600-01，具有检测灵敏，体积小，安装方便等优点，能够监测到门窗被开、玻璃被砸碎等信号，而且有隐蔽性，不易被偷盗者发现，所以用来作为系统的首选检测电路。当门磁与振荡传感器监测到入侵信号时，能够把信号传送给CPU，让CPU处理入侵信号。我们采用8组门磁振荡检测电路，并行输入，只要有一个为高电平即可启动电路。如果需要有更多检测点时，可并联加入。3.2 防盗报警检测接口电路设计图3.1检测接口电路检测接口电路如图3.1，由于门磁振荡器是开关量，就不需要A/D转换器。当门磁振荡传感器监测到入侵信号，可以把信号传递给CPU，只要有一个为高电平就立即报警。3.3 防盗报警器输出接口电路设计输出接口报警电路采用蜂鸣电路，用来吓跑偷盗者，同时提醒屋内人员，便于及时采取有效防盗措施。声音输出电路电路如图3.2所示。利用555振荡器产生振荡，可是蜂鸣器发出声响。如果声音不够响亮可以加上一个放大器进行放大，在系统中还设有消音按键防止误报警时对邻居造成影响。图3.2输出声音电路3.4 人机对话接口电路设计1.按键设计图3.3按键电路按键电路如图3.3。由于本文按键部分只需要按键来进行消音，所以采用独立式键盘。独立式按键模块：这种键盘连接适用于按键数量比较少，单片机引脚比较富裕的情况，程序编写比较容易，方便控制。2. 显示电路设计图3.4显示电路显示电路如图3.4，采用MC14543芯片进行译码输出，7段码可显示8个数字代表的8个监测点。能够及时显示警报位置，便于户主采取措施。第4章 防盗报警系统软件设计4.1 软件功能综述根据总体设计方案，防盗报警系统包括主程序、读数子程序、显示报警子程序主程序主要用来进行初始化，设置口地址和控制字，并对检测结果进行核对和控制读数子程序用来读取门磁振动检测电路的输入数据进行分析显示。显示报警子程序，利用芯片进行译码显示，转为BCD码后输出。4.2 流程图设计4.2.1 主程序流程图设计图4.1系统程序流程图主程序主要用来进行初始化，设置口地址及其控制字，并对检测结果进行核对，控制，其流程图如图4.14.2.2 子程序流程图设计显示和报警子程序主要用于对所查找的报警点进行显示报警，其流程程序图如图4.2所示。图4.2显示及报警流程图4.3 程序清单 ORG 0000H ；初始化 START：MOV P1，#0F0H ；赋初值 MOV R3，#0D0H MOV 20H，#02H M1：MOV A，R3 ；判断是否报警ACALL READ JZ N1ACALL M2 N1：MOV A，R1 ；延时3秒 INC AMOV R1，AACALL READJZ N2ACALL M2 N2：MOV A，R1 ；再读相同口INC AMOV R1，AACALL READJZ N3ACALL M2 N3：MOV A，R1；相符否？INC AMOV R1，AACALL READJZ N4ACALL M2 N4：MOV R3，#0B0H ；现实并报警 MOV A，02HDEC AJNZ M1 ；检测完返回SJMP START READ：MOV P1，A CLR P1.4ORL P1，#0FHMOV A，P1 SETB P1.4ANL A，#0FHRET M2：MOV R0，ALCALL DELAD1MOV A，R1ACALL READXRL A，R0 JNZ M22 ACALL TLTC M22：RET TLTC：MOV A，R1 ANL A，#0FHMOV R7，AJNZ L1MOV R2，#00H L1：MOV A，R7XRL A，#01HJNZ L2MOV R2，#04H L2：MOV A，R7XRL A，#02HJNZ L3MOV R2，#08H L3：MOV A，R7XRL A，#03HJNZ L3MOV R2，#12H LL3：MOV A，R1 ANL A，#0F0HRLC AJC L4MOV R3，#16HL4：RLC AJC L5MOV R3，#00HL5：MOV A，R0 RRC AMOV R0，AJNC L6MOV R4，#01HLCALL DISL6：MOV A，R0RRC AMOV R0，AJNC L7MOV R4，#02HLCALL DISL7：MOV A，R0RRC A MOV R0，AJNC L8MOV R4，#03HLCALL DISL8：MOV A，R0RRC AJNC L9MOV R4，#04HLCALL DISL9：RET DIS：MOV A，R2 ADD A，R3DA AADD A，R4DA AMOV R4，AMOV 21H，#00HHDISP：MOV A，R4ANL A，#0F0HORL A，#07HMOV P2，AACALL DELAD2MOV A，R4ANL A，#0FHSWAP AORL A，#0BHMOV P2，A ACALL DELAD5INC 21HMOV A，#0FFHXRL A，21HJZ B1SJMP HDISPB1：RET DELAD1：MOV R5，#04H DELAD2：MOV R6，#0F0H DELAD3：MOV R7，#0F7H DELAD4：NOPNOPDJNZ R7，DELAD4DJNZ R6，DELAD3DJNZ R5，DELAD2RET DELAD5：MOV R5，#02H DELAD6：MOV R6，#0FFHDJNZ R6，$DJNZ R5，DELAD6RETEND第5章 系统设计与分析5.1 系统原理图系统原理图见附录5.2 系统原理综述系统原理图中，主机选用AT89C51单片机，P0口用于数字存储器的扩展，P1口连输出经芯片MC14543接2位LED数码显示器，P3口接入8组门磁与振荡检测电路并联电路组经过放大器与门电路接入，报警蜂鸣电路接于P3.7口，晶振电路接于XTAL1 、XTAL2，复位电路接于RESET引脚，电源电路与VCC、GND引脚连接。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位。当检测有入侵信号时，由单片机控制中心发出相应信号控制电话接口电路，自动拨打预设电话号码把报警信息和LED数码管显示的警报位置传递给用户，同时控制声音电路使扬声器报警，可以震慑偷盗者。该系统能实现多点集中检测和循环检测，并且该系统设有监测到入侵信号后延时3秒再检测一次的功能，这样可以防止误报警。该系统的监测部分利用门磁和振动式传感器，输出接口部分用音响报警电路以及LED数码显示电路。这种防盗报警系统性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。第6章 课程设计总结本文设计了一种可以远程控制的家用防盗报警器，该系统能利用现有的公共电话网络实现异地监控家中的情况，当家中发生失盗情况时能及时将信息传递给户主。该系统能够实现多点集中报警，也能对检测点进行循环检测，为了防止误报警，该系统设有监测到入侵信号后延时3秒再检测一次的功能。该系统的传感器选用门磁式、振动式的功能开关量传感器，系统终端部分用音响报警电路及数码显示电路。防盗报警系统主机选用AT89C51单片机，P0口用于数字存储器的扩展，P1口连输出经芯片MC14543接2位LED数码显示器，P3口接入8组门磁与振荡检测电路并联电路组经过放大器与门电路接入，报警蜂鸣电路接于P3.7口，晶振电路接于XTAL1 、XTAL2，复位电路接于RESET，电源电路与VCC、GND连接。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位。根据总体设计方案，防盗报警系统包括主程序、读数子程序、显示报警子程序。主程序主要用来进行初始化，设置口地址和控制字，并对检测结果进行核对和控制读数子程序用来读取门磁振动检测电路的输入数据传送给CPU后进行分析和处理。显示报警子程序，利用芯片进行译码显示，转为BCD码后输出。这种防盗报警系统性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。参考文献1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社2009.72 赵晶 主编 Prote199高级应用 人民邮电出版社，2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社2003.44 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