智能小区防盗报警系统设计.doc

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1、/智能小区防盗报警系统设计 目录 摘 要1引 言2正文3一.系统构成及原理3二.单片机控制红外线防盗报警系统总图框3三.红外防盗报警系统的电路设计41.微处理器及其任务42.被动式热释电红外电路的设计53.主动热释红外电路的设计74.报警电路的设计95.数据通信的设计10四.部分程序代码12五.结束语16六.至谢16七.参考文献16 摘 要 本课件基于单片机控制红外线防盗报警系统的设计。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，本系统采用了热释电红外传感器，防盗性能比较稳定，抗干扰能力强，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和机通信，便于多用户统一管理。该系统主要用于家庭防盗

2、现场系统，整楼控制，通讯系统及小区总控报警通讯系统组成，本设计包括硬件和软件设计两个部分，硬件部分包括单片机控制电路、热释红外电路、报警电路、数据通信等部分组成。系统程序可以划分为以下几个模块：被动式红外感应电路的识别程序、红外编码程序、红接收程序、报警程序、串行通信程序等几个部分。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。关键词 红外光；热释电；声光报警；监控系统AbstractThis courseware based MCU infrared burglar alarm system. Advanced infrared technology has be

3、come an important part of science and technology, the system uses a pyroelectric infrared sensor, anti-theft performance is relatively stable, anti-interference ability, thieves can not easily be found, while its signal is easily treated with SCM System and PC- communication, to facilitate the unifi

4、ed management of multiple users. The system is mainly used for domestic security on-site system, the entire floor, control, communications systems and cell composition of the total control of alarm communication system, the design includes two parts, hardware and software design, hardware part consi

5、sts of MCU control circuit of pyroelectric infrared circuit, alarm circuit and data communications components. System program can be divided into the following modules: passive infrared sensor circuit identification procedures, infrared coding procedures, red receiving procedures, alarm program, ser

6、ial communication program, and several other parts. Processor with 51 series AT89C51, the whole system is under the control of the system software to work.Keywords Infrared brightness Supervisory control system 引 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

7、要而设计的家庭式小区电子防盗系统。正文一.系统构成及原理防盗报警系统分别由探测器、区域控制器和报警控制中心三部分构成。其原理如以下系统图：二.单片机控制红外线防盗报警系统总图框系统以微处理器进行智能控制，随时检查是否有红外物体在所属区域活动，一但发现，立即进行声光报警，并将这一结果通知主监控系统，同时我们的红外感模块还能判别白天或黑夜进行工作。本系统框图如图1。三.红外防盗报警系统的电路设计下面我们就结合系统，进行各单元电路的设计：1.微处理器及其任务该系统我们选用51系列单机，AT89C51作为主CPU进行各项工作的处理。主要性能： 和MCS51产品兼容。 2KB可重编程Flash存储器。

8、耐久性：1000次写/擦除。 2.76V的操作范围。 全静态操作：0Hz24MHz. 2极加密程序存储器。 1288位内部RAM。 15条可编程I/O引线。 2个16位定时器/计数器。 6个中断源。 可编程串行UART通道。 直接LED驱动输出。 片内模拟比较器。 低功耗空载和掉电方式。AT89C51有2K FLASH；128字节RAM；15条I/O引线；2个16位定时器/计数器；一个5向量2级中断结构；一个全双工串行口；一个精密模拟比较器以及片内震荡器和时钟电路。此外，AT89C51是用可降到0频率的静态逻辑操作设计的，并支持两种可选的软件节能工作方式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM、

9、定时器/计数器、串行口和中断系统继续工作。掉点方式保持RAM内容，但振荡器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一个硬件复位。本设计红外的检测，CPU采用中断的方式进工作。当检测到所属区域发生变化时，中断口有信号变化，从面达到监测目的。用单片机的P3.2、P3.3两个端口。声光报警用P1.0口。串口通信用P3.0、P3.1和总控系统通信。系统硬件如图2。图2微处理器硬件图2.被动式热释电红外电路的设计此电路由热释电传感器(带菲涅尔透镜)，带通放大器，比较电路，光控电路和输出电路组成，组成框图如图3。图3被动式电路框图菲涅尔透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦、集中，以提高探测灵敏度。热释电传感

10、器的功能是将人体辐射出为的特定波长的红外线检测到，并产生微的电信号。如果没有透镜，探测距离只有13米，使用菲涅尔透镜后一般能达到10米以上，因此菲涅尔透镜的作用相当重要。带通放大器，由于热释电传感器输出的电脉冲信号幅度很小，其频率约在0.310Hz左右，是属于超低频信号，因而，需要高增益低噪声、低频带通放大，进行高增益放大处理，才能送到下一级电路。放大增益约为7075dB。比较器，为了有效抑制噪声干扰，是提高模块的工作可靠性，降低误动作的概率，感应模块内设置了电压比较器。电压比较器一般采用双限窗口比较器，它有一个门限电，此值越大，抗干扰能力强，但灵敏度降度随之下降，此值小，易受干扰而产生误动作

11、。当放大器的输出信号到比较器，其幅值达到比较器的门限值时，比较器输出脉冲信号。光控电路，该电路主要是利用光敏电阻对光敏感的特性，对输入到比较器的信号进控制，可灵活的让其工作在白天或者晚上，这样就很好的起到了光控的目的。输出电路，经过上述电路的处理后，在输了端就会满足，当有红外生物经过所属区域时，输出端就是表现为高电平；反之，就输出低电平，利用这一点，就可以很好的和微处理器接口。下图4为本设计的电路图:图4 热释红外电感应原理图 如图所示，左端D为热释电红外传感器，3 脚为电源连接端，2脚为接地端，1脚为输出端。经1脚输出后，首先需要一匹配电阻，约为47K。再通过C147UF的电容耦合到放大器U

12、1反相输入端，U1、U2组成带通滤波器和增益放大器，带通滤波器的下限截止频率由R4、C1决定，上限截止频率由R3、C5决定，放大的U1的增益由R5，R4决定（R5/R4），U2的增益由R9、R8决定（R9/R8），放大器的电压增益可以用放大倍数取对数得到（20LgAv），两级放大电路的总增益为70dB。电阻R3、R4、R6、R7组成偏置电路，将两能运放偏置电压设在1/2VCC上。R10、R11、R12、R13、W、D1、D2、U3、U4组成双限比较电路，比较的基准电压由R10、R11、R12、R13决定。U3的反相输入端设置为大于1/2VCC，耍U4的同相输入端设置小于1/2VCC，U2静态时

13、输出为1/2VCC。此时，当红外传感器没有感到红外线时，放大器U2输出为1/2VCC，可推断，U3同相端小于反相端，输出低电平，同理可得U4输出也为低电平；当有红外线时，U2将会输出一个相对于1/2VCC的脉冲信号。当U2为正脉冲时，可分析，U3将会输出高电平，U4将会输出低电平；当U2输出为负脉冲时，U3将会输出低电平，而U4将会输出高电平，也就是说只有感应到红外线输出端都会有正脉冲输出，图中，D1、D2主要起隔立作用，防止当一个出现高电平时，被另一个短路掉。图C7、C8为电源退耦电容。电阻R23为光敏电阻，阻值是随着光的增强而减小的，此电路中，当晚上光线比较暗，阻值较大，U3、U4的门限值

14、较高，检测到的红外线不容易得到输出，白天，光线较强，门限值减小，按正常设定报警，进而达到光控的目的。最后输出和单片机相接，实现智能控制。3.主动热释红外电路的设计主动式红外电路包含两个部分：一部分为红外发射电路；另一部分为红外接收电路。电路由红外发射部发出一束红外光，由红外接收电路检测出发出的红外光，正常情况对发对收不会发出报警，当有移动物体遮挡住红外光线时，接收电路不能接收到红外光，电路发出声光报警。从而达到防盗目的。发射电路，我们采用采普通红外发射管，试应用场合的不同，还可以采用大功率的红外发射管，以提高检测距离，由单片机C51来进行编码，硬件电路如图5。图中由P1.0口输出外电路接三极管

15、配合红外发射管，进行红外线的发射。图5主动式红外发射电路 红外发射也采用编码方式发射，以脉宽调制的串码作为红外信号传输。通常以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms，周期为1.125ms的组合表示二进“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms，周期为2.25ms的组合表示二进制“1”，其“0”、“1”的波形图如图6。图6红外编码格式就这样发单独发射，采用调制的方式。将上图的编码格式调制在高频载波上面，这样不仅仅节省频带资源，同时利于远距离传送，提高抗干扰能力。我们的接收采用HS0038，它要求我们把发射码调制在38KHz的载波上面发射，所以我们在软件编程时要作一个38KHz的方波信号，

16、同时要设计0.565ms、0.56ms、1.68ms的时间控制电路。 接收电路用HS0038作接收。因为此电路内部已集成了滤波、AGC、解调电路，其输出就能判别逻辑 “0” 、 “1”。内部结构图如图7。1脚为信号输出端，2脚为接地端，3脚为电源连接端。图7HS0038内部结构图 在本设计中，硬件采用图8所示： 图8红外接收部分硬件图 如图所示，红外接收头，接收到红外光，然后在内部滤波解调还原出编码信号，在本设计中，我们要求发射电路始终发射一逻辑“1”，那么经解调后，在1脚输出端输出脉宽为“1”的信号，一旦当检测不到“1”，说明电路中可能有物体或者其它什么挡住了，我们发射的红外光，此时，立即通

17、知主CPU要求发出报警信号，并通过串口向总控系统发出报警信号。4.报警电路的设计当红外探测设备检测到有异常情况发生时，立即发出一段报警信息从单片机P1.0输出，让扬声器发出报警声，同时发光管发光，如图9所示：图9报警电路 如图所示，单片机的P1.0口输出后加到三极管Q2的基极，Q2集电极接一继电器，发射极接地。当基极为高电平时，经倒相后集电极输出为低电平，继电器K线圈中有电流流过产生磁场，使开关K吸合，电源一方面通过R20加到蜂鸣器或扬声器相端，使之发声；另一方面通过R22加到发光二极管两端，使之发光。当单片机端口输出高电平时，三极管Q2截止，集电极输出高电平，继电器不被吸合，因此，蜂鸣器，发

18、光管自然也不会发声，发光。电路中，二极管D2主要起一个隔立作用，使电流不要倒流。 在程序中，我们只要让P1.0口输出不同频率的信号，在蜂鸣器中就会发不同的声音，发光管也不停的闪烁，进而达到声光报警的目的。5.数据通信的设计数据通信主要是利用单片机已有的串行口进行，本设计中主要是向主监控传信号，所以采用RS-232转RS-485形成一小型局域网，这样既简单，又经济的网络，达到整个系统智能化。我们用C51单片机内部提的串行通信模块进行数据传输。该串口可以工作于同步和异步通信方式，当工作于异步时，它具有全双工的操作功能，也就是说，它可以同时进行数据的发送与接收，串行口内的接收器采用的是双缓冲结构，能

19、够在接收到的第一个字节从接收寄存读走之前就开始接收第二个字节，串口的发送和接收操作都是通过特殊功能寄存器中的数据缓冲寄存器SBUF进行的，但在SBUF的内部，接收寄存器和发送寄存器在物理结构上是完全独立的。如果将数据写入SBUF，数据会被送入发送寄存器准备发送。如果执行SBUF指令，测读出的数据一定来自接收缓冲器，因此，CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问2个不同是寄存器。它有四种不同的工作方式，我们在应用时，针对不同的需求，选择不同的方式。RS-232原是基于公用电话网的一种串行通信标准，推的最大电缆长度为15米，即传输距离一般不超过15M，也就是上面我们提到的RS-485这个概念，比如

20、说，我们要在一个小区内建立多个防盗监控设备，要求各个端口都要入网，那么我们就不用简单的用RS-323这个标准了，因为距离太近了，用RS-485则可解决。它的逻辑电平以公地为对称，其逻辑“0”电平规定在+3+25V之间，逻辑“1”电平则在-3-25V之间，因而它不仅要使用下负极性的双电源，而且传统的TTL等数字电路的逻辑电平不兼容，两者之间必须使用电平转换。这个电平转换可采用MAXIM公司的Max232、Max220、Max232A等芯片来完成，它的结构如图10所示。图10Max232结构图本设计的串行通信硬件电路如图11图11串行通信硬件电路如图所示，单片机的串口P3.0、P3.1分别为RXD

21、、TXD，串行数据接收端，串行数据发送端。这两个端口不能直接和其它微处接口，必需通过中间的电平变换电路才行，也就是上述所示的Max23作为接口芯片，再通过9针的连接口传输，达到双向通信的目的。四.部分程序代码整个系统的程序也分成四个部分，被动式红外感应电路的识别程序、红外编码程序、红接收程序、报警程序、串行通信程序等几个部分，如下为程序框图12和程序代码。图12 a主程序框图b热释电红外报警程序框图C红外光发码程序d红外线解码程序框图如下为解码程序：说明：如下为红外线解码程序，解码主要是判断“0”“1”，我们在发码电路中，让其始终发“1”，这样在解码电路采用中断方式，用INT1下降沿中断，只要

22、发生了中断，说明0.56ms的低电平已来到，我们在调1ms的延时，再检测是否为高电平，如果是说明已收到对方发射的红外光，如果不是，说明没收到红外光，可能发生险情，立即作出相应的处理(在程序处里时，我们连续检测三次，以确宝可靠性)。IN1 EQU P3.1TMP EQU 30HCOUNT EQU 31HFLAG EQU 32HIN： CLR EA PUSH ACC LCALL DEL /调1ms的延时 MOV A，P3 MOV R0，#02 ANL A，R0 CLR C SUBB A，#02 MOV A，C ADD A，FLAG MOV FLAG，A ADD A，#1 MOV COUNT，A /

23、判三次，都相同说明无异常情况 MOV A，#03 SUBB A，COUNT JNB C，YY YY： JZ FLAG， XX /接收码如果为1，说明收到红外光则退出。 LCALL BAOJIN /否则，收的编不为1，说明有情况发生，XX： POP ACC RETDEL: MOV R7,#20 /产生1ms的延时 DEL1: MOV R6#,50DEL2: DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL RET下面串口通信程序：晶体为12M，波特率为1200位/S，工作于方式1，当出现异常情况，向上级上01H。计数初值为：E8。START：MOV TMD，#20 /设置定时器T1工作在方式2M

24、OV PCON，#00 /使SMOD=0MOV SCON，#40 /串行工作方式1MOV TH1，#0E8 /设定时器初值，使波特率为1200MOV TL1，#0E8 /CLR ET1 /关闭T1中断CLR ES /关串口中断CLR EA /关全局中断SETB TR1 /打开定时器T1MOV A，#01 /写要发送的数据MOV SBUF，A /将发送的数据写入缓冲器发送JNB T1，$ /发关过程，当数据发送完，T1中断标志为 /1，判T1，如果为1，就表示已完成，如/果为0，表示还在发送中，直到T1为1才/能进行下面的工作。CLR TI /数据发送完，清中断标志位。END /发送数据结束。五

25、.结束语 本电路红外监控距离为8m-15m左右。通常在防盗系统中希望增大红外监控范围和无线报警距离，因此，增大红外监控距离可使用大功率红外发光二极管并增大驱动电流；加聚光透镜。增大无线报警的距离可采用大功率远距离无线发射/接收模块。另外可加红色有机玻璃或红色胶片，装在接收窗口上，可以滤掉日光灯等可见光的干扰。本电路没有进行无线数据传输，在具体场合使用是，不可以改换成无线数据传。 本电路实用、工作可靠、电路经济，可进一步开发应用于各种红外监控场所。六.至谢本毕业设计，在设计过程中，从理论到实践，从画框图，到具体电路，从学习认识元器件，到最后完成一个系统，从中学习了许新的专业知识，同是也学会了许多社会人文知识。在此，对我毕业设计提拱指导帮助的所有老师，表示是忠心的感谢！七.参考文献 谢瑞和 清华大不出版社 余永权 北航出版社 周航慈 北航出版社