毕业论文设计--智能无线安防报警器设计课程设计.doc

学 号 学校名字单片机原理及应用A课程设计设计说明书智能无线安防报警器设计起止日期： 2014 年 01 月 06 日至 2014 年 01 月 10 日学生姓名班级11级电气1班成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院2014年 01月11 日天津城建大学课程设计任务书2013 2014 学年第 1 学期 学院 专业 班级课程设计名称： 单片机原理及应用A课程设计 设计题目： 智能无线安防报警器设计 完成期限：自 2014 年 1 月 6 日至 2014 年 1 月 10 日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：一、课程设计的目的1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3、通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术。4、通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。二、课程设计的基本要求1、认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2、提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3、提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4、课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。5、课程设计说明书封面格式要求见天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表1。三、课程设计具体要求1、要求每位同学独立完成设计任务。2、原理图设计。 1）原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。 2）图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。 3）原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。3、程序调计 1）根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。 2）根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设直出完整的程序流程图。4、设计说明书 1）原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工作过程及顺序。 2）程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。 3）画出工作原理图，程序流程图如并给出相应的程序清单。四、设计任务以MCS-51系列单片机AT89C52为核心，结合外围无线编码接收电路、DTMF发送接收电路、数字语音录放电路、通话电路，以及其他的外围辅 助电路，构成了一款高性能的智能无线安防报警器。配合各种无线传感器，可实现防盗、防火等安防功能。它能智能地区分各种警情、自动数字语音电话报警，可接收远端的电话遥控指令，有大功率继电输出口。五、参考资料1 2 www.datasheets.org.uk/search.php?q=At89s5&sType=part&ExactDS=Starts指导教师（签字）： 系（教研室）主任（签字）： 批准日期：2014 年 1 月 10 日目录绪论1第一章 基于单片机的无线防盗报警器总体方案设计21.1无线智能控制报警系统的总体框图21.2方案模块及功能说明21.2.1 信号检测处理电路功能说明21.2.2 接收与发射模块功能说明31.2.3 DTMF收发电路模块功能说明3第二章 硬件电路设计32.1 外围电路的设计32.1.1 时钟和时钟电路3 2.1.2 看门狗及串行存储电路的设计42.2 信号检测处理电路52.2.1 信号检测处理电路图52.3 无线编码与发射模块52.3.1 无线编码与发射电路52.4 无线解码与接收模块62.4.1 接收与解码电路原理图62.5 DTMF收发电路72.5.1 DTMF收发信号的电路72.6 语音电路72.6.1 语音电路72.7 断线检测及振铃检测和自动摘挂机电路图设计82.7.1 断线检测电路设计82.7.2 振铃检测和自动摘挂机电路图设计9第三章 软件设计实现103.1主程序设计103.2 拨号子模块说明及流程图11总结14参考文献15附录16绪论随着科技信息的发展，无线智能防盗器是智能化小区建设必不可少的部分并为小区住户的安全提供可靠的保障。在传统的防盗措施中，人们安装防盗门、防盗窗，小区物业公司雇佣了大量的保安人员，但非法进入社区作案的事件仍时有发生，这些案情的发生非常隐蔽，等到发现时已经造成严重的财产损失。这些都显示出传统的安防方式存在着很大的疏漏。报警器防盗的现状随着国家智能化小区建设的推广，防盗器已成为智能小区的必需设备。一个完整的智能化安防系统主要包括门禁、报警、监控三大部分。防盗系统的主控制器就是利用单片机对各种传感器、探测器所采集的信号进行存储与分析，以达到智能控制的目的。本系统基于电话网络但是与电话互相独立不会影响电话的正常使用，并通过语音提示操作，人机交互友好。智能化防盗技术的发展与进入二十一世纪信息技术的腾飞正迈入一个全新的领域，智能化安防技术与计算机之间的界限正逐步消失。目前，智能化防盗技术的发展己取得了瞩目的成就，随着企业和住宅小区需求的凸现，数字化智能报警当前面临新的发展契机。1第一章 基于单片机的无线防盗报警器总体方案设计1.1 无线智能控制报警系统的总体框图基于单片机的无线智能防盗器由传感器、电话智能报警器，及相关的控制软件组成，智能无线电话报警器硬件总体结构如图所示，主要包括单片机中央控制器、传感器探测与信号处理电路、声光报警电路、DTMF（双音多频）拨号电路、语音电路、看门狗串行存储电路等。CPUAT89C52DTMF拨号电路语音电路铃流忙音检测电路看门狗及串行存储电路电路EEPROM声光报叫警示电路电话机市内电话接入线热释电红外探测器信号放大处理电路带编码无线发射模块带编码的无线接收模块无线智能报警器硬件总体结构图1.2方案模块及功能说明1.2.1 信号检测处理电路功能说明报警器使用被动式红外热释电传感器作为检测报警信号的传感器。被动红外热释电传感器具体原理是人体都有恒定的体温，会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的l0um左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。此信号经过用于传感信号处理的集成芯片BISS0001的信号处理，再输出给编码无线发射电路。1.2.2 接收与发射模块功能说明PT2262及PT2272的工作原理：当PT2262接收由传感器发来的报警信息，编码芯片PT2262发出的编码信号，信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。通过无线传输到PT2272，解码器(PT2272)解码后得到报警传感器的地址和数据类型。只有主机和传感器地址相同时才能被主机接收解码输出的数字代表传感器的类型。由于本设计传感器只用到红外热释电传感器，即单对单的编码与解码，只需将PT2262、PT2272的地址脚设定一致，就能到达报警效果，如果有多个报警点，可以通过设定数据管脚，来达到多点报警功能。1.2.3 DTMF收发电路模块功能说明系统采用MT8880来用于DTMF的收发电路。能够实现电话线远程通信，并实现自动拨号。选用MT8880双音多频（DTMF）收发电路，与单片机及音频放大电路组合，实现各种信号音的检测及DTMF信号的产生，并将DTMF信号送到电话线上向远处发送。第二章 硬件电路设计系统硬件由人体信号检测电路、编译发射电路、编译接收电路、DTMF收发电路、语音电路、以及作为主要核心的单片机控制电路六大部分构成组成。2.1 外围电路的设计2.1.1 时钟和时钟电路电容器C1，C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MHz，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多，本设计用到时钟的内部震荡方式。 内部振荡方式的外部电路图2.1.2 看门狗及串行存储电路的设计看门狗定时器电路通过监测WDI输入来监测微处理器是否激活。微处理器必须周期性地触发CS/WDI引脚一避免信号，CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高到低信号触发，在状态寄存器中的两个非易失性控制位可以决定看门狗的超时周期。微处理器可以改变这些看门狗控制位，没有微处理器的作用，看门狗定时器的控制位保持不变，即使是当全部电源故障时。图2-2 看门狗及串行存储电路原理图看门狗及串行存储电路原理图2.2 信号检测处理电路2.2.1 信号检测处理电路图 信号检测电路主要由热释电红外检测探头SD02和BISS0001信号处理电路组成。配以滤波镜片和阻抗匹配用场效应管组成的热释电经外传感器，以非接触方式检测来自人体的红外辐射并将其转换成电信号，经BISS0001中的运放N1的前置放大、运算放大器N2的第二级放大，将直流电位抬高为内置电压Um。后送到由比较器N4、N5组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Us。由于内置电压Uh=0.7UDD、UL=0.3UDD，当UDD=5V时，可有效地抑制1V的噪声干扰。N3作为条件比较器，当输入电压Uc小于内置电压Ur（=0.2UDD）时，N3输出为低电平封住了Us向下级递送。而当UcUr，N3输出为高电平，打开与门N7，此时若有触发信号Us的上跳变前沿到来，则可启动延时定时器，同时Uo输出为高电平。在定时期间BISS0001的输出端2为高电平，则晶体管VT则饱和导通，其集电极为低电平，将这一信号输出给由PH2262组成的编码发射电路。信号检测处理电路图2.3 无线编码与发射模块2.3.1 无线编码与发射电路射频发射模块，工作频率为315MHz。最大传输距离可达100米。芯片PT2262地址管脚选择悬空（PT2272地址管脚也选择悬空），TE为编码启动端，接信号处理电路传过来的信号；Dour为编码输出端，输出编码信号，通过编码发射电路发射出去，由PT2272解码接收电路接收。图中PT2262的处于发送状态下17脚输出的一段波形，为一组一组的字码。PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，PT2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会输出有效数据。射频发射模块原理图2.4 无线解码与接收模块2.4.1 接收与解码电路原理图 DIN为数据信号输入端，VT为解码有效确认输出端。以PT2272构成的接受电路，为了同发射地址匹配以保证其正常工作，PT2262的A0-A7 8位地址均悬空，图中电路已经包括选频网络、放大、整形的电路。因此在信号接受端不依赖于1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线 射频接收模块原理图2.5 DTMF收发电路2.5.1 DTMF收发信号的电路单片机通过DTMF收发电路拨出电话号码进行电话报警，DTMF电路的输入输出信号都会经过信号放大电路(以TEA1062为核心)进行增益调整。运用单片机的P2口完成对MT8880芯片的控制，单片机P2.0-P2.3接MT8880的D3-D0即可以通过软件编程实行对MT8880的模式控制，单片机P2.6、P2.4接MT8880的和RS0，即能对MT8880进行寄存器的选择和操作。而MT8880的TONE端口为DTMF发送端，DTMF信号（来自MT8880）通过DTMF引脚输入，经过TEA1062放大后从LN引脚一起送到电话外线上。DTMF收发信号电路原理图2.6 语音电路2.6.1 语音电路所用的数字语音芯片ISD1420，采用先进的模拟数字语音存储技术，音质好，无须A/D转换，可录制20秒的语音信息，可分段存储信息，采用总线技术，适宜与单片机接口。另外它是零功率信息存储方式，断电情况下，信息可保留10年以上；易于使用，可随意改变录音内容，录放次数达10万次以上。在本设计中，用户通过电话机将各种警情语音和用户的地址语音（便于与110联网）分段录入到ISD1420中。在使用ISD1400系列的语音芯片时，应注意在REC和VCC之间接一个0.1mF的电容，以防止在上电时出现录音操作而破坏原来录制的信息。端口功能为电平触发放音，单片机P1.4口接控制语音芯片放音，SP+端口为喇叭接口即接到电话机专用通话集成电路TEA1062MIC端口。受话时，信号通过消侧音网络，从TEA1062芯片IR引脚输入，放大后从引脚QR输出，送到ISD1420的ANA-IN端供语音录制用。语音电路原理图2.7 断线检测及振铃检测和自动摘挂机电路图设计 2.7.1 断线检测电路设计 为防止电话线路故障或人为损坏而导致不能电话报警，作为一种补救措施，本系统中加入了断线检测电路。断线检测电路有两个，一个是由整流桥和9018构成的高输入阻抗检测电路，用于平时检测电话外线的线路电压，是主机自检的一部分。此电路应满足电话机入网要求，保证外线泄露电流在15mA以下。另一个是由光耦4N33 构成，外线电压送到4N33的B端，若电话报警时外线突然被剪断，则C端跳变为高电平，此时单片机将由电话报警方式自动转换为警号报警方式，起到双重保护的目的。断线检测电路图2.7.2 振铃检测和自动摘挂机电路图设计自动摘机：自动摘机接收电话的前提。监控电话交换机判断电话线路是否摘机的根据是回路电流突然增大到30A左右则认为电话已经摘机。当有报警信号或者外界有电话打入，需要系统摘机接通电话时，单片机P1.5口变高电平，使NPN三极管5551导通，继而5041接通，从而电话回路被接通，实现了自动摘机。当P1.5口变低电平时系统实现挂机。振铃检测电路：当有电话打入时，系统判断振铃的次数，达到预定的次数而电话仍没有摘机则系统将自动摘机。将电话振铃信号通过光电耦合器输入到AT89C51的T0脚，进行计数，接到振铃信号时，若连续振铃超过次数，用户还没有摘机，则自动转到报警器，CPU的P1.5脚置“l”实现自动摘机功能。若在这几次振铃过程中，主人接通了电话，则控制器不响应，这样，使得控制器与电话不互相干扰。电话模拟摘机电路图第三章 软件设计实现3.1主程序设计主程序部分程序采用查询工作方式，系统初始化包括中断设置和X5045存储区赋值等。主程序流程图如图所示：主程序设计流程图主程序： MAIN： MOV SP，#60H SETB P1.0 ；点亮电源指示灯 JB P0.3，$ ；电话线路故障，等待修复FUND： JNB P1.7，$ ；检测有无入侵信号 LCALL DL1S JNB P1.7，FUND ；确认入侵信号 LCALL DIAL ；调用自动拨号子程序WARNG：STEB P1.1 ；点亮报警指示灯 STEB P1.3 ；触发声音警报器 LCALL DL30S JB P1.7，WARNG CLR P1.1 CLR P1.3 AJMP MAIN3.2 拨号子模块说明及流程图 在判断呼叫是否有效时，需要对电话信号进行判别，电话信号有3种格式： 忙音：450Hz，350ms有、350ms无； 拨号音：450Hz，持续信号 回铃音：450Hz，1s有、4s无 判断方式是采用单片机T0进行5s计数。当计数值在1041（0411H）-1212（04BCH）范围内时，为忙音；当当计数值在425（01A9H）-475（01DBH）范围内时，为回铃音。拨号子程序设计流程图拨号子程序：DAIL： STEB P1.5 ；摘机 MOV A，#0C6H ；允许信号音输出，写控制寄存器CRA MOV P2，A MOV A，#0C6H ；设置MT8880呼叫模式 MOV P2，A MOV DPTR，#0FECH ；置电话号码地址初始值LOOP1： MOV R0，#07H ；设置电号码位数 MOV A， #00H ；清零累加器 MOVC A，A+DPTR MOV P2，A DEC DPTR DJNZ R0，LOOP1 ；是否拨完7位号码 LCALL JUDGE ；调用信号音判别子程序 MOV A，TH0 CJNE A，#01H，LOOP1 ；呼叫无效，返回呼叫下个号码 MOV R1，#00HLOOP2： LCALL JUDGE MOV A，TH0 CJNE A，#01H，PLAY INC R1 CJNE R1，#06H，LOOP2 AJMP LOOP1 ；超过等待时间，呼叫下个号码PLAY： STEB P1.4 ；启动语音报警 LCALL DL15S CLR P1.4 ；停止语音 CLR P1.5 ；挂断电话 RET信号音判别子程序：JUDGE： MOV TMOD，#04H MOV TH0，#00H MOV TL0，#00H STEB TR0 MOV R3，#05HDL5S： LCALL DL1S DJNE R3，DL5S CLR TR0 RET 总结 该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外置热释电红传感探头，通过信号处理电路，由射频发射与接收电路实现与单片机的无线通讯，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并自动拨打主人电话号码进行语音提示。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，并结合电话网形式实现报警，使报警更加快速可靠。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。此次课设加深了我对单片机系统的认识，同时我也从中学到了许多的知识。要完成一个基于单片机的无线报警器设计，需要方方面面的知识，而且要形成完整的体系。在今后的生活中，我要时时学习不断的充实自己，以使自己能赶上时代发展的步伐。参考文献1何立民.单片机应用技术选编.北京:北京航空航天大学出版社, 19992陈小忠.单片机接口技术实用子程序.北京:人民邮电出版社, 20053王宗和.单片机实验与综合训练.北京:高等教育出版社, 20054黄贤武.传感器原理与应用.成都:电子科技大学出版社,19995郭云志.智能无线防盗报警器的设计.安防科技, 2008,(5):67-686范风强,兰婵丽.单片机语言C51应用实战集锦.北京:电子工业出版社,20037丁元杰.单片微机原理与应用.北京:机械工业出版社,2000附录信号检测处理与编码发射及电话模拟摘机电路图无线防盗报警主电路图汇编程序：ORG 0000HSTART： LJMP MAIN ORG 0100HMAIN： MOV SP，#60H SETB P1.0 ；点亮电源指示灯 JB P0.3，$ ；电话线路故障，等待修复FUND： JNB P1.7，$ ；检测有无入侵信号 LCALL DL1S JNB P1.7，FUND ；确认入侵信号 LCALL DIAL ；调用自动拨号子程序WARNG：STEB P1.1 ；点亮报警指示灯 STEB P1.3 ；触发声音警报器 LCALL DL30S JB P1.7，WARNG CLR P1.1 CLR P1.3 AJMP MAIN拨号子程序：DAIL： STEB P1.5 ；摘机 MOV A，#0C6H ；允许信号音输出，写控制寄存器CRA MOV P2，A MOV A，#0C6H ；设置MT8880呼叫模式 MOV P2，A MOV DPTR，#0FECH ；置电话号码地址初始值LOOP1： MOV R0，#07H ；设置电号码位数 MOV A， #00H ；清零累加器 MOVC A，A+DPTR MOV P2，A DEC DPTR DJNZ R0，LOOP1 ；是否拨完7位号码 LCALL JUDGE ；调用信号音判别子程序 MOV A，TH0 CJNE A，#01H，LOOP1 ；呼叫无效，返回呼叫下个号码 MOV R1，#00HLOOP2： LCALL JUDGE MOV A，TH0 CJNE A，#01H，PLAY INC R1 CJNE R1，#06H，LOOP2 AJMP LOOP1 ；超过等待时间，呼叫下个号码PLAY： STEB P1,4 ；启动语音报警 LCALL DL15S CLR P1.4 ；停止语音 CLR P1.5 ；挂断电话 RET信号音判别子程序：JUDGE： MOV TMOD，#04H MOV TH0，#00H MOV TL0，#00H STEB TR0 MOV R3，#05HDL5S： LCALL DL1S DJNE R3，DL5S CLR TR0 RET延时1S： DL1S： MOV R7，#2DEL1： MOV R6，#200DEL2： MOV R5，#123 DJNZ R5，$ DJNZ R6，DEL2 DJNZ R7，DEL1 RET延时30S：DL30S： MOV R4，#30DL： LCALL DL1S DJNZ R4，DL RET延时15S：DL15S： MOV R1，#15DL： LCALL DL1S DJNZ R4，DL RET18