基于单片机人体感应防盗报警系统的设计本科论文.doc
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1、摘 要随着科学技术的迅猛发展,安全问题已经成为了一个普遍的人们迫切需要解决的问题。本文设计的是一种性能稳定、灵敏度高的人体红外报警系统。该报警系统电路简单、安装使用方便,且具有报警功能,可用于家庭、企业、工厂等场合。该系统以MSP430F149单片机为核心,采用了相应人体感应模块PIR模块及红外模块,运用定时器、外部中断、一体化红外接收头等来实现。用户可通过遥控器无线遥控报警系统的打开和关闭,该报警系统主要由LED和扬声器组成,通过LED闪烁和扬声器发声来实现报警。在报警系统开启的情况下,一旦有人在人体感应模块的探测范围内活动,报警系统就会报警。报警系统报警后,如若人一直在探测区域活动,则报警
2、系统一直报警,直到人在探测区域静止,从静止状态开始计时,若人一直保持静止,则3S后报警系统自动关闭,若人保持静止的时间小于3S,则又从下次人保持静止的时候开始计时。当然,若人离开了探测区域,且无任何生物进入探测区域,则3S后报警系统自动关闭。若用户通过遥控器关闭掉报警系统,则无论是否有人经过,报警系统都不会报警。关键词:安全问题;报警系统;MSP430F149;PIR模块;IAbstractWith the rapid development of science and technology, the security problem has become a common problem
3、that people want to solve urgently. This topic describe the design of a stable performance, high sensitivity of the human body infrared alarm system. The alarm system has the advantages of simple circuit, convenient installation and use, and has the function of alarming, it can be used in the occasi
4、ons of families, enterprises, factories, etc. The system uses MSP430F149 micro-controller as the core, using the corresponding human body induction module PIR module and infrared module, using the timer, external interrupt, integrated infrared receiver first to achieve. The user can control wireless
5、 alarm system to open and close through the remote-control, the alarm system mainly consists of LED and the speaker, through the LED flashing and speaker sound to realize the alarm. In the case of the alarm system opened, once someone activates in the human body sensing module detection scope , the
6、alarm system will alarm. After the alarm system alarming, if the person activate in the detection of regional , the alarm system will alarm, until the person inactive in the detection of regional, after10s the alarm system shut down automatically, if a man keep quiet less than 3s, Of course, if the
7、person left the detection area, and without any biological access to the detection area, the alarm system closed automatically after 3s. If the user closes the alarm system by remote-control, whether there is someone passed, the alarm system will not alarm.Key words:Human body detector module; PIR m
8、odule; warning system; MSP430F149; II目 录1绪 论11.1 课题研究背景11.2 课题研究意义11.3 课题研究国内外现状11.4 课题研究的内容22系统硬件框图及整体电路图的设计32.1 系统硬件框图的设计32.2 系统的整体电路图的设计33整体硬件电路的方案设计63.1 单片机的选择63.2 热释电红外传感器的介绍83.2.1 热释电红外传感器优缺点83.2.2 热释电红外传感器安装注意事项83.3 PM-7人体感应模块93.3.1 模块简介93.3.2产品特点93.3.3应用范围93.3.4技术参数103.4 TC9012红外遥控模块103.4.1
9、TC9012红外遥控模块简介103.4.2 TC9012主要特点103.4.3 TC9012结构框图103.4.4 TC9012管脚图113.4.5 TC9012编码方式113.4.6红外一体化接收头(NB0038)概述123.4.7 NB0038特性123.4.8 NB0038原理框图124系统软件设计134.1 软件开发环境134.2 系统程序流程135系统硬件测试156结论与展望166.1 结论166.2 展望16参考文献17致 谢18附 录19长江师范学院本科毕业设计基于单片机人体感应防盗报警系统设计1绪 论1.1 课题研究背景随着经济社会的快速发展和科学技术的空前进步,人们的物质生活
10、条件得到了极大的提高,对私人财产的保护意识也在不断的增强,因而对防盗系统提出了新要求。本作品就是为了满足这些要求而设计的人体红外防盗报警系统。目前市面上的报警器主要有遮光触发式防盗报警器、开关电子报警器以及压力触发式报警器等报警器,但这些报警器存在着一些问题已然不能满足人们的需求1。而本作品所使用的红外线为不可见光,具有很强的隐蔽性,因而在防盗、警戒等方面具有突出的优势。这种热释电红外传感器通过探测周围环境的温度变化达到探测是否有人经过的目的,并经过后续电路的转化将其转化为电信号可供主控芯片检测。1.2 课题研究意义随着科学技术的巨大进步与社会经济的不断发展,人们对居家环境安全、社会公共安全提
11、出了更高的要求。同时政府开展的“平安城市”建设,对各种安防产品提出了更高的技术要求同时也给安防产业带来了巨大的商机。由热释电红外传感器为探测元件的防盗系统具有功耗低、体积小、成本低、寿命长、灵敏度高等优点,能够很好的维护公共安全及私人物品安全。1.3 课题研究国内外现状在国内,热释电红外传感器这一新型的高灵敏度的探测元件是在20世纪80年代发展起来的。这种热释电红外传感器能以非接触形式探测出周围温度的变化,并将其转换成相应的电压信号用于输出2。虽然对基于热释电红外传感器报警系统的研究已达二十多年,但大多时候都无法兼顾探测器探测的灵敏度和精确性,在宠物、冷空气等的干扰下,信号识别的准确率会有所下
12、降,误报率增高3。这使得基于热释电红外传感器的报警系统在住宅小区的安防应用中遇到了问题。探测器之所以产生如此高的误报,主要是由于缺乏对PIR传感器输出的红外信号进行充分的有效的分析,对信号中所含有的特征信息没有进行有效的充分的数据挖掘4。在国外,许多国家都很重视这方面的研究。随着计算技术和微电子技术的快速发展,出现了智能化算法与先进的微处理技术结合进行实时信号处理判别的探测器。这些智能化的PIR入侵探测器不仅在结构上采用了新颖独特且非常有效的设计来防止误报、漏报,而且更多的是采用了先进的数字化信号处理技术与智能化算法相结合的方法,能有效监测其所监测范围内的人体移动情况,具有良好的抗干扰误报特性
13、,且各方面性能稳定可靠,在防误报漏报方面取得了很大进步5。1.4 课题研究的内容 采用热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路,设计实物。实物可实现当有人靠近时,自动报警。另外可实现按下紧急键随时进行时紧急报警。2系统硬件框图及整体电路图的设计2.1 系统硬件框图的设计本系统主要运用了人体感应模块、红外遥控模块、MSP430F149单片机、扬声器和LED。系统具体结构框图见图2.1。 MCUMSP430F149人体感应模块PM-7红外遥控模块LED模块扬声器模块 图2.1 系统硬件框图2.2 系统的整体电路图的设计整个电路图包括时钟电路、定时器电路、复位电路、电源电路、语音报警电路、人体红外报
14、警模块接口电路。时钟选择电路如图2.2所示。 图2.2 时钟选择电路例如:主时钟(MCLK)选择为8M unsigned int x=600; BCSCTL2 |= SELM_2; BCSCTL1 &= XT2OFF; do IFG1 = IFG1 &( OFIFG); While(x-); while(IFG1 & OFIFG)x=600; 定时器电路如图2.3所示。图2.3 定时器电路例如:定时1s参考c程序 TACTL |= TASSEL_1+MC_1; TACCTL1 |= CCIE+CCIFG;/开启定时器中断 TACCR0 = 0X8000;/定时器的时源频率为32.768KHZ,
15、故初值设为0x8000 _EINT();/开全局中断复位电路如图2.4所示。 图2.4 复位电路语音报警电路、红外模块接口电路分别如图2.5和2.6所示。 图2.5 语音报警电路 图2.6 红外模块接口电路3整体硬件电路的方案设计3.1 单片机的选择单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支,简称单片机,它的强大生命力不言而喻。目前,单片机正朝着低功耗、低价格、大内存、高性能等方向发展。单片机特别适用于控制领域,所以又被称为嵌入式控制器或微控制器。单片机是由单块集成电路芯片构成,内部包含了计算机的基本功能部件:中央处理器、RAM、ROM、定时/计数器、中断和 I/O 接口电路等。所以单片机只需要
16、与相应的软件和外部设备相配合,就可以组成为一个以单片机为核心的智能控制系统。本设计使用的是MSP430F149单片机。该单片机是德州仪器旗下的一款16位超低功耗的单片机, 德州仪器MSP430系列包括了各种应用程序来针对有不同外围设备的单片机。体系结构结合了五种低功耗模式优化达到延长电池寿命在便携式测量中的应用,该设备具有16位精简指令集 CPU、16位寄存器,数控振荡器(digitally controlled oscillator简称DCO)能够实现从低功耗模式到唤醒模式的时间少于 6us,MSP430F149单片机具有两个内置的16位定时器,一个快速的12位AD转换器,两个通用串行同步/
17、异步通信接口(USART)以及48个I/O引脚(P1-P6)。.MSP430F149单片机引脚如图3.1。 图3.1 MSP430F149引脚图MSP430F149单片机管脚说明:MSP430F149单片机共有6个数字I/O口:P1-P6。每一个I/O口都有8个独立的I/O引脚,每一个I/O引脚可独立的被设置为输入或者输出即每个引脚可独立的读或者写。只有P1口和P2口有中断功能,其他口均无中断功能。P1口和P2口能够被独立的设置为上升沿中断或者下降沿中断,所有的P1口引脚仅有一个中断向量,P2口与之类似。P1或者P2口作为外部中断源时必须设置管脚功能为I/O功能即PxSELx相应位为0,同时开
18、启相应的引脚中断使能(PxIE位)和总中断使能位,且在中断服务函数中必须用指令清除中断标志位。例如:P1.5中断初始化c程序 P1DIR &= BIT5;/设置为输入 /P1SEL &= BIT5;/设置为基本输入输出功能 P1IES |= BIT5;/设置为下降沿触发 P1IE |= BIT5;/打开P1.5中断 _EINT();/开全局中断 P3-P6口除没有中断功能以外,与P1、P2口用法基本类似,仅第二功能不同。因此使用这些口时可参照P1、P2口。如表3.1所示。表3.1 MSP430F149的主要特性低工作电压1.8V-3.6V60K +256B Flash ROM48个双向I/O口
19、2KB RAM2个16位定时/计数器一个16位的看门狗定时器16个外部中断源(P1和P2口)支持在线编程支持IIC、SPI等通信协议超低功耗5种低功耗工作模式唤醒时间不超过6us16位的精简指令集、128ns的指令周期12位A/D转换器MSP430F149单片机选择原因:1) 低功耗(工作电压1.8V-3.6V)适用于电池供电2) 指令集丰富,编程灵活且指令周期短,运行速度快3) 支持在线编程4) 体积小,隐蔽性好3.2 热释电红外传感器的介绍热释电红外传感器是一种基于周围环境温度变化而产生相应变化的一种传感器6。它由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三个部分组成(如图3.2)7。其中,传
20、感器探测元是由一种高热电材料制成,在每个探测器内装有两个反极性串联的探测元,用来抑制高温产生的干扰8;场效应管主要用于完成阻抗变换。由于热电元输出的信号是电荷信号,不能直接使用,因此需要用电阻将其转换为电压信号,故引入共漏形式的N沟道结型场效应管来完成阻抗变换9。通常,热释电红外传感器需与菲涅尔透镜相搭配,用于提高热释电红外传感器探测的灵敏度和探测的距离。菲涅尔透镜一般安装在探测器前方,利用其特殊的光学原理,在热释电红外传感器器前方产生一个交替的变化的“高灵敏区”和“盲区”,当人经过时,人体发出的红外线就交替的从“盲区”进入“高灵敏区”,这使得输入的信号以脉冲形式输入,提高了其能量幅度10。
21、图3.2 热释电红外传感器实物图3.2.1 热释电红外传感器优缺点热释电红外传感器具有价格低廉、隐蔽性好、体积小、工作电压低以及本身不会发出任何类型的能量辐射等优点,但当外部环境温度和人体温度相近时,探测器灵敏度就会下降且易受各种光源、热源的影响。 3.2.2 热释电红外传感器安装注意事项1) 避开光源的直接照射,如:日光、白炽灯等2) 避开热源,如:空调、加热器等3) 避开空气流速较快的地方4) 传感器表面禁止用手摸5) 菲涅尔透镜外表面要定期用棉花擦净6) 安装高度应于2m左右3.3 PM-7人体感应模块3.3.1 模块简介PM-7人体感应模块主要是用于探测周围环境温度变化的产品,当人进入
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