基于单片机的家庭防盗报警系统.doc

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Its manufacture is simple, and its cost is low, and fixing is convenient. Besides, the system has many merits, such as steady guard against theft, and strong antijamming ability, and high thesensitivity, and high reliability. The fixxing of this alarm is covert, which is discovered easily by cracksman. After has been processed by SCM, the signal of alarm communicates with PC, which is convenient for uniform management. This design includes hardware part and software part. The hardware part includes the control circuit of SCM, and the infrared probe circuit,and the alarm circuit,. The SCM uses AT89C51, the overall system works under the control of the systemsoftware. Key words: MCU; infrared sensor; data collection; alarm circuit前言 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是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。就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。而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。1设计任务与要求(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、报警等模块。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路及相关的控制管理软件组成。(3)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AT89C51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。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2安全防盗系统设计原理2.1 AT89C51单片机的结构 AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大1。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图1为AT89C51单片机的基本组成功能方块图2。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。AT89C51芯片总共有40个引脚，各引脚图如图1所示。图1 AT89C51 单片机引脚图2.2 AT89C51管脚说明ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器3。采用40引脚双列直插封装形式。AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。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门电流。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FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH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。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：表1P3口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INT0（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（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/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。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。PSEN：外部程序存储器的选通信号端。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。/VP：当保持低电平时，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，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，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。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。2.3 红外传感器2.3.1 红外传感器的工作原理这种能够发射红外线和接受红外线的器件称为红外线传感器4。红外线传感器根据其机理不同分为两大类。一类为主动型红外线传感器，一类为被动型红外线传感器。本论文采用的是主动型红外线传感器，它也叫做热探测传感器。这类传感器可用来直接接受目标物体发射的红外线并将其装换为电压信号输出，它不需要红外线发射传感器。热释电红外传感器的工作原理：自发极化的铁电体平时靠捕捉大气中的浮游电荷保持平衡状态。当受到红外辐射后，其内部温度会升高，介质内部的极化状态便随之降低，它的表面电荷浓度也降低了。这也就相当于“释放”了一部分电荷，这种现象称为电介质的热释电效应。将释放出的电荷通过放大器放大后就成了一种控制信号，利用这一原理制成的红外传感器称为热释电红外传感器。2.3.2热释电红外传感器的基本结构与类型热释电红外传感器由传感探测5元、干涉滤波片和场效应管匹配器三部分组成。按照探测元的数目来分，热释电红外传感器有单元、双元和四元等几种，用于人体探测的红外传感器采用双元或四元式结构。按照热释电红外传感器的用途分，有以下几种：用于测量温度的传感器，它的工作波长为120um；用于火焰的探测的传感器，它的工作波长为4.35±0.15um；用于人体探测的传感器，它的工作波长为715um。将高热电材料制成一定厚度的薄片并在其两面镀上金属电极，然后加电进行极化，这样便制成了热释电探测元。2.3.3菲涅尔透镜菲涅尔透镜是人体热释电红外传感器不可缺少的6组成部分，其作用有二：一是将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外元上7；二是产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求不断变化的要求。菲涅尔透镜一般用塑料制造，先将塑料加工成薄镜片8，然后对镜片进行棱状或梳状处理，使镜片成为高灵敏区和盲区交替出现的透镜。在使用时，将热释电传感器安装于透镜的焦点区，这样当有人在镜前移动时，其辐射的红外线就会通过透镜形成高灵敏区和盲区交替出现的红外辐射并传到传感器的探测元上，使探测元产生时弱时强的或时有时无的电脉冲信号9，并通过阻抗变换器的变换由输出端输出。图2菲涅尔透镜的外形和视场图菲涅尔透镜的主要技术指标有：外形尺寸，根据传感器和探测需要来设计和产生不同尺寸的透镜。水平视角和垂直视角，它表明透镜的可监视范围。焦距，它表明镜片与传感器的安装距离。2.3.4 红外传感器的应用热释电红外传感器可在入侵警报器、移动侦测器10、自动照明以及自动门控制等方面的设计电路中应用。3.硬件系统设计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、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。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；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示。图3系统框图处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。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AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。3.1 时钟电路的设计时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ。MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。AT89C51是属于CMOS8位微处理器，它的时钟电路在结构上有别于NMOS型的单片机。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。如图4所示为时钟电路。图4晶振电路3.2复位电路的设计计算机在启动运行时都需要复位11，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入(对于CHMOS单片机，RST引脚的内部有一个拉低电阻)，当振荡器起振后该引脚上出现2个机器周期(即24个时钟周期)以上的高电平，使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。此时ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都 输出高电平。RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。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。本设计采用的是自动复位电路。如图5示为复位电路。图5复位电路3.3 电源模块设计电源模块为系统板上其它模块提供5V电源以及±15V电源12。电源的设计有分立元件和集成稳压器几种方法，目前较常用的是用集成稳压器来设计稳压电源。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式集成稳压器有LM317系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，负端则为LM337等。最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。系统需要设计两个电源，其中5V电源采用7805，电路原理图如图6所示。原理：9V的交流电压输入后经桥堆整流，通过1000F的电解电容进行滤波，再经过集成稳压器7805稳压，C17、C19等电容对其进行滤波后，最后输出+5V电压。供系统板上的其它模块使用。图6电源模块原理图3.4红外信号采集及其处理本设计所用的热释感器采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图7所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。红外传感器把低电平通过单片机的12引脚输入单片机，单片机通过红外传感器输入的低电平，控制发光二极管报警电路和声音报警电路的工作状态。从而可以起到防盗报警的目的。RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccVCC3v12vOUT图7 热释电红外传感器原理图3.5 发光二极管报警电路的设计本文设计的基于单片机的家庭防盗报警系统设计的发光二极管报警电路由1个发光二极管接上电阻后连上单片的P1.0的引脚13，外接VCC，当红外传感器检测到有人进入后，它把检测的信号变成高低电平输入单片机。当单片机的P1.0引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图8所示为发光二极管报警电路。图8发光二极管报警电路3.6 声音报警电路的设计如下图所示，本文设计的系统的声音报警电路时用一个Sounder接到单片机的P1.0引脚上，构成声音报警电路，当红外传感器检测到有人进入后，它把检测的信号变成高低电平输入单片机。单片机用高低电平通过P1.3端口控制蜂鸣器的工作与否。如图9示为声音报警电路。图9声音报警电路3.7硬件电路的选择及说明从下图的硬件电路图，分析可知在本设计中要用到如下模块：51单片机 AT89C51、由热释电红外传感器组成的检测模块、由LED组成的发光二极管报警模块、由蜂鸣器组成的声音报警模块等一些单片机外围应用模块，以及单片机的自动复位电路和晶振电路等。在Protues软件中没有红外传感器模块，所以本设计是用程序加以实现的。本设计中用的是被动型红外传感器。本文设计的题目是基于单片机的家庭防盗报警系统。本系统的工作原理是当有人进入红外传感器的检测范围，红外传感器把检测到的信号输入单片机。单片机通过红外传感器输入的高低电平去控制报警电路，以来通知主人有人进入，从而起到防盗的目的。在Protues软件中没有红外传感器模块，所以本设计是用程序加以实现的。本设计中用的是被动型红外传感器。图10系统硬件电路4. 软件设计4.1程序设计流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图11所示。图11程序流程图4.2中断子程序设计（1）要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率）14，然后将此周期除以2，即为半周期的时间。利用定时器计时这个半周期时间，每当计时到后就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间再对I/O反相，就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。定时时间为1s 报警蜂鸣声音为1KHZ=(1/(500us*2)。所以中断为500us，中断一次21H加1，直到256*500us，22H加1，到22H.3为1，即256*500us*8=1.024s。约1秒间隔会使LED反转一次，而蜂鸣则一秒鸣一次，得到“嘀.嘀.”的报警声，同时LED闪烁，声光报警。（2）利用89C51的内部定时器使其工作在计数模式MODE2下15。中断子程序流程图如图12所示。图12 中断程序流程图5系统仿真本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图如下图所示。图13系统原理图本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使图中的红灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的，同时蜂鸣器发出鸣叫声。总结本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。参考文献1焦玉全 俞伟钧 等主编 .MCS-51单片机原理及应用M.东南大学出版社，2010.2雷伏容 张小林 崔浩 编著 .51单片机常用模块设计查询手册M.清华大学出版社，2010.3楼然苗 李光飞 编著.51系列单片机设计实例M.北京航天航空大学出版社，2003.4黄继昌 乔苏文 等编著.实用报警电路M.人民邮电出版社，2005.5安防系统语音新秀WT588D.电子制作J，2009，（05）.6孙华 李扬.热释电红外传感器原理及其应用N.内江科技，2010，（12）.7姚彦茹.热释电红外传感器在防盗系统中的应用J.信息技术，2007，（05）.8刘梅锋 钟国韵.基于单片机AT89C51热释电红外报警系统的设计J.安防科技，2007，（05）.9黄继昌.传感器工作原理及应用实例M. 人民邮电出版社，2002.10肖景和 赵健.红外线热释电与超声波遥控电路M.人民邮电出版社，2003.11李朝青.单片机原理与接口技术M.北京航天航空大学出版社，1998.12李全利.单片机原理与应用技术M. 高等教育出版社，2001.13肖来胜.单片机技术实用教程M.华中科技大学出版社，2004.14田立 田清 代方震 编著 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IrDat=1= IrDat=2= IrDat=3=0;IrCount=0;if(IrStart=2)IrStart=3;for(i=0;i<IrDatCount;+)if(i<32)a=i/8;b=IRDATBUEi;c=IrData;d=BitMski%8;if(b>5&&b<14)c|=d;if(b>16&&b<25)c&=d;IrData=c;if(IrDat2!=IrDat3)IrStart=0;IrDatCount=0;IrDat0= IrDat1= IrDat2= IrDat3=0;IrCount=0;EA=1;return;IrCount+;EA=1;void int0() interrupt0 using0 EA=0;if(IrStart=0)IrStart=1;IrCount=0;TH0=TIME0TH;TL0=TIME0TL;IrDatCount=0;EA=1;return;if(IrStart=1)if(IrDatCount>0&&IrDatCount<33)IRDATBUFIrDatCount-1=IrCount;if(IrDatCount>31)IrStart=2;TH0=TIME0TH;TL0=TIME0TL;EA=1;return;if(IrCount>114&&IrCount<133&&IrDatCount=0) IrDatCount=1;Else if(IrDatCount>0)IrDatCount+;IrCount=0;TH0=TIME0TH;TL0=TIME0TL;EA=1;报警程序#include<reg51.h>sbit LED=P10;sbit Sounder=P13;void delay(int);void pulse_BZ(int,int,int);void LED_AD(int,int,int);#define shengyin P13;main() while(1) pulse_BZ(100,1,1);LED_AD(100,1,1);delay(100);void delay(int x)int i,j;for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<=60;j+);void pulse_BZ(int count,int TH,int TL)int i;for(i=0;i<count;i+)Sounder=1;delay(TH);Sounder=0; delay(TL);void LED_AD(int count,int TH,int TL)int i;for(i=0;i<count;i+)LED=0;delay(TH);LED=1;delay(TL);致谢大学五年的学习以今天的毕业论文画了一个句号。感谢大学五年中各位老师对我的教诲，很幸运，在我大学的最后一次作业的完成中，能得到指导老师的指导与帮助，我的指导老师刘团结老师知识渊博，品德高尚，平易近人。对我的论文写作过程的各个环节，都给予了悉心的指导。在指导老师的精心指导下，经过最近这段时间的学习，我对单片机的相关知识有了进一步的理解和掌握，通过学习使我更加理解我们所学的专业，感到学有所用，从而更加热爱我所选择的专业。这些将使我终生受益，我希望借此机会向刘老师表示最衷心的感谢！