电子专业毕业设计范文.doc
毕业设计 题目基于单片机的住宅防盗防火报警系统设计 学生姓名 张洋 学号 班 级 专 业 应用电子技术 分 院 工程技术分院 指导教师 高锐 2010年 12月 20日摘 要本文介绍了住宅智能化中的防盗防火报警系统。住宅防盗防火报警系统是将防盗防火功能结合到一起，同时完成盗情和火情的检测，并且实现自动报警功能。其中盗情检测由红外探测与微波探测器构成的双鉴探测器完成，而火情检测由光电感烟探测器，温度探测器和一氧化碳探测器集为一体的复合式火灾探测器完成。当防盗探测器或防火探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制报警电路，实现自动报警。本系统具有密码识别功能，只有通过键盘输入正确的密码才能控制系统的开闭。密码并不是唯一的，可以修改以及更换。本系统还配置了备用电源以及具有断电和掉线自诊断功能，增强了系统的安全性和稳定性。此外系统还从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计，能够让系统可靠的完成工作。时代在发展，社会在进步，人们对生活质量的追求也在日益增长，特别是住宅方面，不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，智能住宅的安全防范系统也应运而生。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了住宅的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。关键词: 防盗防火；传感器；单片机控制；智能报警系统。 前 言随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，人类开始迈入以数字化和网络化为平台的智能化社会，人们对工作、生活等环境的要求也越来越高，开始出现了诸如智能化仪表、智能化家电、智能化汽车、智能化小区等具有不同智能程度的产品、设备、工具甚至工作环境和生活环境，并且呈现出高速发展的趋势。伴随着数字化和网络化的进程，智能化的浪潮席卷了世界的每一个角落，成为一种势不可挡的历史趋势。其中正在兴起的智能小区建设热潮，反映和适应了国际社会信息化和智能化的发展要求，是21世纪的新概念住宅。目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理;住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警;火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器:系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。本文所要介绍的住宅防盗防火报警系统，正是在智能化住宅蓬勃发展的背景下，为了满足用户对安全的强烈要求而设计并开发的。系统的首要任务是根据住宅小区的类型、使用功能及防护风险等要求，通过运用多传感器探测、及单片机控制，数据通讯等技术形成智能报警系统，达到保障小区用户生命和财产安全的目的。目 录摘要及关键词2前言3目录4一、设计目的51.1 设计要求51.2 设计意义5二、设计方案62.1 方案的设计62.2 系统工作过程7三、用户端自动报警器设计113.1 自动报警器总体电路设计113.2 系统电源设计12四、用户端探测器设计84.1 防盗探测器设计84.2 防火探测器设计9五、用户端报警器软件部分145.1 控制模块程序设计145.2 子程序设计15结束语17参考文献18致谢19附录20一、设计目的1.1 设计要求本文设计的系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测与智能控制相结合，通过对住宅各个不同部位的不同类型探测器进行监测与控制，当出现异常情况时报警，以便通知工作人员进行相应的处理。实现小区智能化监控。本住宅防盗防火报警系统具有以下特点和功能:系统采用模块化设计；前端报警器能够快速、准确地检测到现场的异常状态。并能够可靠地进行盗情、火情检测报警。报警完毕自动回到警戒状态，等待下一次报警；用户端自动报警器可检测探测器或传输线路发生的故障(如探头断线或掉电等)；系统开关机采用密码控制且允许修改密码；用户端自动报警器内提供备用电源，确保系统在停电时也能继续工作。1.2 设计意义本课题根据住宅智能化的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的基于单片机的住宅防盗防火报警系统系统。该智能报警系统主要包括用户端探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化思想，从而使系统整体更简洁、完善。住宅智能化是我国未来智能住宅建筑的重点发展方向，而智能防盗、防火报警系统又是当前智能报警领域的技术热点，虽然这方面的资料比较多，但是只是单纯含防盗或防火功能，并且这些报警器的误报率比较高，即使有部分产品的性能较好，但是价格又比较昂贵，并且受距离和容量的限制。因此，开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的高性价比的新型报警系统具有重要的现实意义。二、设计方案2.1方案的比较及确定方案1：根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块:各前端探测器和传感器、自动报警主机、各输入输出设备等。防盗探测器：选择红外探测器，价格低，性能稳定；防火探测器：选择一氧化碳探测器，温度探测器；系统微处理器：选择8031。需外接程序存储器；输入输出设备：包括键盘、报警蜂鸣器、按钮或开关、各类指示灯等。方案2：系统总体构成包括用户端探测器、用户端报警器、密码电路等几个模块。防盗探测器：本方案选择的防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器，较以往的微波或红外单信号探测器，其误报率明显下降；防火探测器：防火探测器是由光电感烟探测、温度探测和一氧化碳探测构成的复合型火灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。根据本次设计的要求，以及两个方案的元器件对比，选择方案2。系统组成框如图2-1所示。图2-1 住宅防盗防火系统总体框图2.2系统的工作过程用户端的防范现场，一旦有人入室盗窃或发生火灾等紧急情况时，与之相应的报警探测器(各种防火、防盗及手动报警按钮等)则立即向用户端自动报警器发出报警信号。接到警情事件后，自动报警器立即进行确认(多次巡检中断信号)，若50s后无人解除警情同时警情确认无误后，进行事件的现场声(蜂鸣器)、光(LED )报警。在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及三色警灯(LED)，三色警灯分别指示火灾或红外/微波双鉴的防火防盗报警、正常工作及系统出现故障的状态，即报警灯(红)、工作灯(绿)和故障灯(黄)。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;如果判断探头掉线或被剪断，则声光报警。如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间(50s定时器)去解除，另外用户端自动报警器还具备状态信息(如有无交流电、备用电池电量是否不足等)检测的功能。三、用户端自动报警器设计3.1 自动报警器总体电路设计自动报警器组成框图如图3-1所示，主要包括探测器模块、键盘/密码显示模块以及电源模块。本节着重介绍与报警器电路相关的硬件电路设计。图3-1用户端自动报警器组成框图自动报警器电路如图3-2所示。时钟电路由两个30P的电容和12MHz的晶振构成。复位电路由电阻、电容、二极管和按键开关构成，具有上电复位和手动复位的功能。单片机的、分别与盗警、火警传感器相连，实现各种警情的采集。图3-2 自动报警器电路3.2 系统电源设计本系统主电源采用直流电源5V和+12V供电，原理图如图3-3所示。电源部分由MC7805/MC7905/MC7812构成，变压器输出经桥路整流，电容滤波，送入MC7805/MC7905/MC7812输入端，最后输出5V/+12V直流电。备用电源作为主电源对单片机系统供电的补充，可以使单片机系统在工作期间，不致因电网突然断电，导致计算机系统RAM中的数据丢失而中断工作，更主要的是它可以避免因电源中断造成整个计算机系统的瘫痪。电网正常工作时给充电电池充电，电网断电时给稳压块供电。图3-3 电源原理图四、用户探测器的设计探测器电路部分包括防盗探测器电路与防火探测器电路两大部分，其中详细设计了热释电红外探测器电路和光电感烟探测电路。由多种类型传感器实现多元信号综合检测是本系统中探测电路部分的基本设计思想，多元信号检测一方面可以有效完成盗情与火情的实时监测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误报率，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。4.1防盗探测器设计防盗探测器是由热释电红外探测器与微波探测器组成的双鉴探测器，较之以往的红外或微波单信号探测器，其误报率明显下降，原理示意图如图4-1所示。图4-1 双鉴探测器原理示意图1、热释电红外探测器热释电红外探测器电路采用的器件包括红外探测器专用芯片红外传感信号处理器BISS0001、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。它的正常工作电压是+4.5V(工作范围可在3V到5V之间)。图4-2所示为热释电红外探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，经过内部转换，输出一个微弱的低频电信号到BISS0001芯片的第一级运算放大器IC1的同相输入端(14脚)，对信号进行放大预处理，然后由电容耦合给第二级运算放大器IC2，对信号再次放大，同时将直流电位抬高到VM。再经内部的两个电压比较器(IC3, IC4)构成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器(只要有触发信号VS的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。IC6是一个条件比较器，当输入电压VC<VR时，IC6输出为低电平，封锁了与门IC7,禁止触发信号向下级传递;当VC>VR时，IC6输出为高电平，则打开与门IC7，此时，如果有触发信号VS的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时V0脚(2脚)输出高电平信号，经与门后送单片机进行报警处理，此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间为几秒钟。该设计输出为脉冲信号，当有移动物体进入探测范围以内时，输出端电平由低电平跳变至高电平，可实现检测并报警。图4-2热释电红外探测器电路图2、微波探测器微波探测器是继超声波，激光，红外和核辐射等传感器之后的一种新型的非接触式的传感器，用于探测在防范空间内的任何运动物体。微波探测器可靠性强，无光亮和热源的要求，探测环境要求低。3、微波探测器电路设计微波探测器电路使用的主要元件是运算放大器OP07、微波振荡管C3355、天线及一些外围元器件，外接+12V电源，其中电路图如图4-3所示。图4-3 微波探测器电路图4.2 防火探测器设计本次设计中的防火探测器是由光电感烟探测、温度探测和CO探测构成的复合型火灾探测器。多传感器设计思想解决了传统防火探测器一直存在的误报率高的问题，增强了火灾探测的可靠性。1、光电感烟探测器红外发射电路中的555电路用于产生频率可调的脉冲波形，使用555电路的一个主要优点是输出脉冲的占空比可调，便于设计不同要求的驱动输出。 图4-4散光型光电感烟探测器电路图2、温度探测器本系统选用了美国DALLAS公司推出的DS18B20本系统选用了美国DALLAS公司推出的DS18B20一线式数字式温度传感器。 DS18B20与单片机的连接 ，图4-5温度探测器电路，DS18B20采用外接电源供电方式，工作电源由VDD引脚接入，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。图4-5温度探测器电路五、 用户端自动报警器软件部分自动报警器软件设计采用模块化设计，分为主控模块，键盘模块，密码模块等。5.1控制模块程序设计主控流程图如下图5-1主程序流程图由于单片机的P3.2和P3.3脚分别和防盗、防火传感器相连，因此，一旦发生险情，转密码子程序，若解码正确则取消报警，否则将产生中断，在中断服务子程序里，位地址7FH被置1，证明发生险情，然后根据险情类别，将7EH或7DH置1，其中，7EH为盗警标志位，7DH为火警标志位。主程序在运行期间首先检测探头与电源状态，一切正常后等待中断的发生。当检测到7FH（中断标志）被置1后，调密码显示子程序，密码正确系统重新检测中断信号，密码有误则主程序首先判断7EH的情况，如果被置1，则调用控制模块声光报警，处理完成后记录报警信息，再检测是否同时发生了火险，即7DH是否被置1，如果被置1，则同样调用控制模块PROCESS完成后续处理。如果没有发生盗情，即7EH没有被置1，则直接检测7DH，认为发生了火警，则直接调用控制模块声光报警。5.2 子程序设计子程序设计包括键盘子程序设计与密码子程序设计。为了保证正确检测哪个键按下，当按键按下后延时lOms再判断键号，就可以消除键盘机械抖动的影响。设K1-K10为数字0, 1, 2，9, K11-K16为功能键分别实现6种功能。在程序中先识别键码，然后根据键码值跳到相应的功能键子程序的入口执行。键盘扫描子程序流程图如图5-2所示。图5-2键盘扫描子程序流程图密码子程序流程图如图5-3所示，用于控制报警器外部输入。当发生险情时调用密码子程序，N的初值为0，如果密码错误，N加1，判断N是否大于6，大于6返回，小于6，判断50s定时到没，定时到返回。图5-3密码及显示子程序流程图结 束 语经过几个多月的努力，在老师的耐心指导下，从设计、论证、修改到编程、调试，我的毕业设计终于完成了。使我无论在理论基础知识还是在实际的操作能力上都有了较大的提高。论文的完成使我体会到了成功的喜悦，也懂得了一分耕耘一分收获的道理。住宅防盗防火报警系统主要设计了用户端探测器和用户端自动报警器。在用户端自动报警器中，由微波探测器和热释电红外探测器构成的防盗探测器与由温度探测器，光电感烟探测器构成的防火探测器及手动报警按钮向用户端自动报警器发出报警信号，自动报警器确认警情后，进行现场声、光报警，在用户端自动报警器的面板上设有LCD显示器、键盘以及指示防盗防火报警及系统出现故障的状态，同时具有探头故障报警功能，系统开关机采用密码控制且允许修改密码。系统还提供了备用电源确保系统在停电时能继续工作。 通过这次设计，将我所学过的课程联系到一起，使我对所学课程有了更深的体会，对所学的知识进一步巩固，对应用电子技术专业有了更深刻的认识。在设计中所云用到的理论，使我对它们的使用更加熟练，而且发现其中强大的功能，从中又学到了很多知识。最后，由于本人水平有限，设计中存在不足，错误之处，请各位老师多多批评指正。参 考 文 献1 冯庆祥，毕平.智能化小区和智能住宅.低温建筑技术，2002；2 来清民.传感器与单片机接口及实例.北京航空航天大学出版社，2008；3 王芳，马幼军，智能化住宅防盗防火报警系统设计.传感器技术，2002；4 李冰，姜波.汪滨琦.BISS0001在热释电红外开关上的应用.应用科技2001；5 尹长松.光散射在烟尘探测中的应用.光散射学报，1996；6 赵海兰.智能温度传感器DS18B20.电子世界，2003； 7 李全利.单片机原理及应用技术M.2版.北京:高等教育出版社.2005；8 郑定明. 单片机应用技术.北京:人民邮电出版社1988；致 谢在论文即将完成之际，我首先向关心帮助和指导我的导师高锐老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意! 在论文工作中，一直得到高老师的悉心指导。高老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和她敏捷的思维、饱满的工作热情以及对我的耐心指导和严格要求给我留下了深刻的印象，使我在理论和实际应用两方面的能力都得到了很大的提高，使我受益匪浅。高老师治学严谨、待人诚恳，她高屋建瓴的学术眼光、对事业孜孜不倦地追求和勤奋不辍的精神将使我终生受益，是我终生学习的榜样，在此向恩师致以最诚挚的谢意。我还要感谢我的同学们，他们在毕业设计期间给我了莫大的支持与帮助，为我提供了一个良好的学习和生活环境，并且对于我提出的任何难题都给予热心、耐心的解答，使我受益颇深。感谢应用电子技术专业的全体老师对我的谆谆教导，你们的教诲将使我受益终生。感谢全体同学，你们的关心和友爱使我很感动！感谢我的父母对我的养育之恩!感谢所有帮助过我的人们!最后，再次感谢高锐老师对我的鼓励、支持与关怀，这些我将永生难忘！附录：程序清单1、主程序清单：ALARM:ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP T0INTORG 0030HMAIN:MOV SP, #60HMOV P1,#0F0HMOV TOMD,#01HMOV TH0,#15HMOV TL0,#0A0HSETB ET0SETB EASETB TR0MOV R7,#250LM0: AJMP LM02、定时器T0中断服务子程序清单：ORG 0200HTOINT: MOV TH0,#15H ；重置T0时间常数MOV TL0,#0A0HDJNZ R7,TOR ；判30s到否，未到返回MOV R7,#250 ；重置30s计数器初值LCALL TREF ；调用温度设定值检测子程序LCALL TADC ；调用温度检测子程序LCALL ADCBCD ；调用码值转换子程序LCALL PIMAIN ；调用PID子程序LCALL DIR ；调用刷新显示子程序LCALL TC ；调用温度控制子程序LCALL ALARM ；调用报警子程序TOR: RET1 ；中断返回3、温度采样子程序清单：SAMP：MOV R0， #2CH ；采样值首址 MOV R1， #03H ；计数器赋值SAM1：MOV DPTR，#7FFFH ；指向ADC地址MOVX DPTR，A ；启动ADCMOV R2，#20H ；延时DLY： DJNZ R2，DLY ；结束？HERE：JB P3.3，HERE ；等待ADC结束MOVX A，DPTR MOV R0，A ；存放采样值INC R0DJNZ R1，SAM1 MOV 50H,R0RET4、数字滤波子程序清单：FILTER： MOV A，2CH CJNE A，2DH，CMP1 ；不相等跳转 AJMP CMP2 CMP1： JNC CMP2 ；（2CH）>（2DH）？ XCH A，2DH ； 交换 XCH A，2CHCMP2： MOV A，2DH CMP3 ；（2DH）（2EH）转 MOV 2AH，A RETCMP3： JC CMP4 ；（2DH）<（2EH）转 MOV 2AH，A RETCMP4： MOV A，2EH CJNE A，2CH，CMP5 ；（2EH）（2CH）转CMP5： JC CMP6 ；（2EH）<（2CH）转 CMP6： MOV 2AH，A RET5、PID算法子程序清单PIMAIN ：MOV R5，31H ；取WMOV R4，32H MOV R3，2AH ；取Yi MOV R2，#00H ACALL CPL1 ；取Yi的补码 ACALL DSOM ；计算ei MOV 39H，R7 ；存ei MOV 3AH，R6 MOV R5，35H ；取I MOV R4，36H MOV R0，#4AH ACALL MULT1 ；计算Pi=I乘ei MOV R5，39H ；取ei MOV R4，3AH MOV R3，3BH ；取ei-1 MOV R2，3CH ACALL CPL1 ACALL DSUB ；求0er=ei-er-1 MOV R5,33H ；取Kp MOV R4,34H MOV R0,#46H ACALL MULT1 ；求Pp=Kp乘(ei-er-1) MOV R5，47H MOV 54，46H MOV R3，4BH MOV R2，4AH ACALL DSUM ；求Pi-Pp低十六位数 MOV 4BH，R7 MOV 4CH，R6 ；保存和低十六位数 MOV R5，49H MOV R4，48H MOV R3，4DH MOV A，4CH ADDC A,#00H MOV R2,A ACALL DSUM ；求Pi+Pp高十六位数 MOV 4DH，R7 MOV 4CH，R6 ；保存和数高十六位数 MOV R5，39H MOV R4，3AH MOV R3，3DH MOV R3，3EH ACALL DSOM ；计算ei+ei-2 MOV R5,R7 MOV R4,R6 MOV R3,3BH MOV R2,3CH ACALL R2,3CH ACALL DSUM ；计算ei+ei-2-ei-1 MOV R5，R7 MOV R4，R6 MOV R3，3BH MOV R2，3CH ACALL CPL1 ACALL DSUM ；求Pi+ Pp+Pd MOV R3，R7 MOV R2，R6 MOV R5，2FH MOV R4，30H ACALL DSUM ；求出Ui MOV 2FH，R7 ；UiUr-1 MOV 30H，R6 MOV 3DH, 3BH ；ei-1ei-2 MOV 3EH ,3CH MOV 3BH ,39H ；ei-1ei-1 MOV 3CH , 3AH RET6、温度控制子程序清单：TC: MOV A, 2FHSUBB A, #8000HJNC KAIAJMPKAI1:JB P1.0,KAI2SETB P1.0RETKAI2:JB P1.1,KAI3SETB P1.1RETKAI3:SETB P1.2RETGUAN3:JNB P1.2,GAUN2CLR P1.2RETGUAN2:JNB P1.1,GUAN1CLR P1.1RETGUAN1:CLR P1.0RET7、温度给定子程序清单：TIN： MOV A， P1 ；读入拨盘值ANL A，#0F0H ；屏蔽低8位SWAP A， ；给定值交换到低半子节JZ ERR ；给定值为另转到CJNE A，#04H，BP1 ；给定值04H转ERRBP1： JNC ERRSETB EA ；给定值合法，允许系统中断CJNE A，#01H，BP2 ；（A）01转BP2MOV 51H，#50H ；（A）=01将室温设定值50H 51HRETBP2： CJNE A，#03H，BP3 ；（A）02转到BP3MOV 51H，#0A0H ；（A）=02，将30设定值A0H 51HRETBP3： CJNE A，#03H，BP4 ；（A）03转BP4MOV 51H，#0C8H ；（A）=03，将设定值C8H51HBP4： RETERR： MOV 5FH，#0AH ；显示“、”MOV 5EH， #0AHMOV 5DH， #OAHACALL SDIRANL P1， #F8H ；关闭两个电炉CLR EARET8、温度显示子程序清单：DIR: SETB P3.3 ；P3.3=1，允许TXD引脚同步移位脉冲输出MOV R7, #08H ；送入的段码个数计数器MOV R0, #7FH ；7FH-78H为显示数据缓冲区DL0: MOV A,R0 ；取出要显示的数送AADD A, #0DH ；加上偏移量MOVC A, 0DH ；查段码表SEGMENT，取出段码MOV SBUF, A ；将段码送SBUFDL1: JNB TI,DL1 ；输出段码，查询TI状态，1B的段码输出CLR TI ；1B的段码输出完，清TI标志DEC R0 ；指向下一个显示数据单元DJNZ R7,DL0 ；段码个数计数器R7是否为0，如不为0，继续送段码CLR P3.3 ；8个段码输出完毕，关闭显示器输出返回RET ；返回SEGMENT: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H ；共阳极段码表，0，1，2，3，4DB 92H,82H,0F8H,80H,90H ；5，6，7，8，9DB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H ；A,B,C,D,EDB 8EH,0BFH,0FFH,0FFH,0DEH 9、温度转换子程序清单：ADCBCD: MOV A,50H ANL A,#03H ；温度值小数部分 ADD A，#04H ；加上偏移量 MOVC A，A+PC ；查表 MOV 50H，A ；BCD小数值送缓冲器 AJMP ADC1BCDTAB： DB 00H ；BCD小数表 DB 03H DB 05H DB 08HADC1： MOV A，50H ；温度整数部分 ANL A，#FCH ；屏蔽低2位 RR A RR A MOV B，#100 ；转换成BCD程序 DIV A，B ；自位值定位为0，不用 MOV A，#10 XCH A，B DIV AB MOV 5FH，A ；计数送缓冲区5FH MOV 5EH，B RET10、报警子程序清单：MOV A, 21HCJNE A, 35HJB CY,MMSETB 01HSETB P1.0SETB P1.3HERE: JB P1.5,HERECLR P1.5MOV 43H,#64HMM: CJNE A,36HJB CY,NNSETB P1.1RETNN: JNB 01H,ZZSETB P1.2SETB P1.3MOV43H,#00HS: JB P1.5,SCLR P1.5RET
