基于物联网家庭防盗系统设计实现.doc

目 录第1章 绪 论11.1 前言11.2 防盗报警系统在国内外的发展11.3 防盗报警器的发展前景与趋势21.4 设计任务与要求3第2章 系统方案设计42.1 系统总体设计思路42.2 系统方案设计52.3 传感器简介62.3.1 常见的几种红外传感器介绍62.3.2 热释电红外传感器简介72.3.3 热释电红外传感器的原理82.4 51系列单片机的内部组成92.4.1 STC89C52单片机的内部组成112.4.2 STC89C52单片机引脚及功能122.5 RS-232C接口142.6 TC35短信模块简介15第3章 硬件电路设计173.1 电源电路设计173.2 红外探测信号输入电路183.3 时钟电路的设计213.4 复位电路的设计223.5 发光二极管报警电路的设计213.6 声音报警电路的设计213.7 RS-232 通信的设计233.7.1 RS-232芯片选型233.7.2 MAX232简介23第4章 软件设计254.1 软件的程序实现254.2 主程序工作流程图264.3 中断服务程序工作流程图274.4 报警电路流程图284.5 信号采集电路流程图29第5章 结论与展望30致 谢31参考文献32附录A 主要源程序代码33附录B GSM模块电路图37附录C 电路总体原理图38 红外防盗报警器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。1.2 防盗报警系统在国内外的发展从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。1.3 防盗报警器的发展前景与趋势随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。1.4 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、单片机控制、GSM短信报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、单片机控制电路、GSM短信模块及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、报警信息告知用户等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块等部分组成。(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89C52单片机，经单片机处理运算后驱动执行短信报警电路使GSM模块，向用户发送短信息实现远程防盗报警功能。(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。 第2章 系统方案设计2.1 系统总体设计思路基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统组成如图2-1所示。该系统结构组成为前端探测器（热释电红外探测器）、单片机控制器、GSM短信模块、用户终端。用户终端GSM短信模块单片机控制器前端探测器 图2-1 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统本系统由五路热释电红外探测器采集五路（门、窗、阳台等报警监测点）报警信号，将报警信号送入89C52控制芯片，控制触发GSM短信模块向用户发送防盗报警信息，从而实现家庭用防盗报警系统的功能。基本工作原理如下:利用被动式热释电型红外传感器检测人体辐射的红外线，当检测到红外信号变化时，将其转化为微弱的电信号，经过信号处理电路对电信号进行滤波、放大、比较、输出高电平作为告警信息送给MCU，MCU判断是否报警，如果满足报警条件，就会发出控制信号，通过串行通信接口RS232，控制GSM短信模块给用户发短信息，实现防盗报警。2.2 系统方案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、单片机控制、GSM短信模块报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、单片机控制电路、GSM短信模块及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、短信报警等功能。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、GSM短信模块及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2-2总体设计框图所示：复位电路信号处理电路传感器189C52单片机 用户终端（移动电话）. . . . . .GSM网络串口通信GSM短信模块传感器5时钟电路图2-2 总体设计框图 处理器采用51系列单片机89C52。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51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GSM模块向事先设定好的用户发送报警信息，从而实现相应报警功能。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。2.3 传感器简介2.3.1 常见的几种红外传感器介绍（1）红外探测器：红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。（2）红外测温产品：HEITRONICS 拥有40多年非接触红外测温经验，50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。HEITRONICS 系列产品已广泛应用于冶金，玻璃,造纸, 纺织, 橡胶, 木材, 制陶,塑料 涂层, 沥青 建筑, 电子, 食品,石化，水泥等工业制造、科学研究和实验领域。 HEITRONICS红外测温仪部分产品KT19系列-50C - 3000C 智能型红外测温仪 智能测温系统 19种光谱范围 实时数字处理 5 ms响应时间 光学瞄准 ,带激光瞄准 LCD显示 可编程 ,RS232串行接口KT15D系列-50C - 3000C 通用型红外测温仪 通用测温专家 19种光谱范围 实时数字处理 响应时间50ms 可编程 RS232串行接口 紧凑型结构KTX系列0C - 2000C 集成型红外测温仪 响应时间50ms 全金属外壳 抗电磁干扰 HD版适合在180C恶劣环境下工作 LS12系列-50C - 3000C 线性扫描式测温仪 19种光谱范围 实时数字处理 可编程 RS232串行接口 独立使用远端软件遥控 KT18S50C - 2500C 光谱式红外测温仪 响应时间10ms 距离目标系数为400:1 光学瞄准 硅探测器(3)压电传感器压电传感器(Piezoelectric sensor)是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的.压电传感器的应用:可分为单向力,双向力和三向力传感器.压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向.由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力 位移 振动加速度等.(4)磁电传感器磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器磁敏管的应用:不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性;而且体积小 功耗低,因而具有广泛的应用前景.(5)光电传感器光电传感器(Photoelectric sensor)是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单,性能可靠,精度高,反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器.(6)人体热释电红外传感器介绍和应用:在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。（7）无线红外传感器无线红外传感器又名无线红外探测器无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿，微电流省耗，无误报，无漏报，探测距离远，工作稳定，性能可靠，外形精巧，美观大方。机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。 它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面（S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。工作原理：红外广角型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发120度，长12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。 幕帘型探头工作原理：红外幕帘型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发120度，长12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收2.3.2 热释电红外传感器简介被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P(zT)等)的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出。热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为814um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。由于被动式红外技术具有监测距离较远，灵敏度较高，节能价廉等优点，本课题采用红外探测器作为报警探测器，并在设计中增加了自动声光报警的功能，使报警系统更加趋于完善。2.3.3热释电红外传感器的原理热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。如下图所示为热释电红外传感器的内部电路框图。热释电红外传感器的内部电路框图本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图所示, 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。热释电红外传感器原理图热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 ，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 ，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式 ，该电阻阻抗高达104M，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片， 并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。2.4 51系列单片机的内部组成STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。主要特性如下：1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K字节5. 片上集成512字节RAM6. 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM功能9. 具有看门狗功能10. 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）14. PDIP封装STC89C52RC单片机的工作模式l 掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序l 空闲模式：典型功耗2mAl 正常工作模式：典型功耗4Ma7mAl 掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备2.4.1 STC89C52单片机的内部组成图2-4画出了STC89C52单片机的内部系统组成的基本框图： 外时钟源 外部事件计数2X16位定时/计数器时钟电路4KB ROM 256B RAM89C51 单片机64KB 总线控制器中断控制并行接口串行接口 INT0 INT1 内中断 控制 并行口 串行通讯 图2-4 STC89C52 单片机系统组成基本框图由图2-4可以看出，MCS51系列单片机89C52是由中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出（I/O）口电路、定时器/计数器等若干部件组成，再配置一定的外围电路，如时钟电路、复位电路等，即可构成一个基本的微型计算机系统。2.4.2 STC89C52单片机引脚及功能共40条引脚，分为端口、控制、电源三类：(1) 端口线：4个8位端口共32条引脚，用于传输数据、地址、控制、状态等信息。P0口（P0.0P0.7）：多功能端口，用于传输数据、地址。P0口在传输数据信息时，输入带缓冲、输出带锁存，使用非常方便。P1口（P1.0P1.7）：单功能端口，用于数据输入/输出传输。P2口（P2.0P2.7）：多功能端口，用于传输地址信息或作为普通I/O端口。P3口（P3.0P3.7）：多功能端口，用于传输控制信息或作为普通I/O端口。传输控制信息时：P3.0：RXD，串口输入P3.1：TXD，串口数出P3.2：INT0，外部中断0输入P3.3：INT1，外部中断1输入P3.4：T0，计数器0输入P3.5：T1，计数器1输入P3.6：WR，“写”控制信号线P3.7：RD，“读”控制信号线(2) 电源线：共2条，VCC、VSS(GND)。(3) 控制线：共6条，传送控制信号。ALE：地址锁存，用于区分在多功能端口传送的数据/地址信息，ALE=0/1：数据/地址。EA：允许访问外程序存储器。EA=0/1：片外/片内存储器有效。PSEN：片外ROM选通。RST：芯片复位线。XTAL1、XTAL2：外接石英晶体输入线。图2-5为STC89C52单片机的引脚图：图2-5 STC89C52单片机引脚结构2.5 RS-232C接口RS-232C通信接口是一种标准的串行接口，其通信标准在国际上得到了广泛的应用。在电气特性上RS-232C采用负逻辑，要求高、低两信号间有较大的幅度，标准规定如下：逻辑“1” ：-5 -15V。逻辑“0” ：+5 +15V。 RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根 ，他们的管脚分配如图2-6，接口定义说明如下表2-1所示。图2-6 RS-232 (DB9)的引脚图表2-1 RS-232 (DB9)的接口定义编号名称功 能 说 明1DCD载波检测2RXD接收数据3TXD发送数据4DTR数据终端准备好5GND信号地6DSR数据准备好7RTS请求发送8CTS允许发送9RI振铃提示通常的应用系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，比如PC和色温计，PC和单片机之间的通信，双方都能发送和接收，它们的连接只需要使用三根线即可，即RXD,TXD和GND，连接方式见图2-7。图2-7 “三线连接法”2.6 TC35短信模块简介 西门子公司TC35型GSM收发模块是比较常用的GSM模块，可工作在GSM900 MHz和GSM1800MHz 两个频段。TC35模块体积小、安装方便，可以根据具 体需要很方便地嵌入应用系统中，通过40脚ZIF(零插拔力)连接器与应用电路连接，通过一个串行接口与应用电路实现信息交换。TC35结构如图1所示。 TC35模块可以传送语音、数据、sMs和传真，单电源供电(3.3V5.5V)，工作温度范围为-20C +55C ，串口可以工作于多种波特率：1.2kbit/s、2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s、19.2kbit/s、38.4kbit/s、57.6 kbit/s和115.2 kbit/s，使用AT命令集对串口进行操作，并对TC35进行编程，TC35可以工作于降功耗方式、休眠方式、软件激活方式、通话方式等多种方式，具体应用如图2-8所示。图2-8 TC35结构图 第3章 硬件电路设计.1 电源电路设计电源电路的功能介绍：此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。此电源为直流稳压电源包括降压、整流、滤波、稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后面的工作电路。在整个电路中电源部分起到重要的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成较低的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。变压器副边与原边的功率比为P2/ P1=，式中是变压器的效率。在本电源电路中取的数值为22，故降压后副边电压值为10V。（2）整流电路：利用D1D4 4个二极管组成的一个桥式整流电路，将50Hz的正弦交流电转化成脉动的直流电。整流后的电压约为9V。（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分通过C101加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：芯片7805稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压波动和负载电阻的变化而变化。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输也三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。 LM7805简介：LM7805是常用的三段稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。图3-1 直流稳压电源电路3.2 红外探测信号输入电路红外探测信号输入部分由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、数字信号输入电路组成。当工作中的红外线传感器J1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由J1的S端引脚输出微弱的电信号（110Hz）,经三极管Q1等组成第一级放大电路放大（见图3-2），再通过C2输入到运算放大器U1A中进行高增益、低噪声放大（见图3-3），此时由U1A输出的信号已足够强。如图3-4所示，U1B是电压比较器，二级放大信号OUT2由运放芯片U1B中5脚输入，R6、R7、R9、D1组成基准电压电路，输入信号与反向输入端基准电压比较，一旦有盗贼闯入监控的范围内，热释红外线传感器监测到信号后，发出一个微弱的交变信号，经两级交流放大后，与基准电压进行比较，此时，经过放大的信号大于基准电压。通过U1B的比较，其输出电平为运放工作电压高电平5V，三极管Q2导通，J2输出为低电平；当OUT2端输入没有信号时，输出为0V，所以三极管Q2截止，J2引脚输出为高电平。调试时，在红外线传感器前人走动，调整R9，直到J2引脚输出为低电平。各电路如图3-2到图3-5所示。图3-2 第一级放大电路图图3-2中，R1是源极电阻，其阻值可以根据实际情况进行调整；产生的微弱信号由S9014进行放大。S9014是NPN型三极管，其IC静态工作电流达100mA，放大倍数最大可达1000倍。R3给S9014提供静态基极电压。放大后的信号由C2耦合到下一级。图3-3 二级放大电路图图3-4 电压比较器电路图图3-5中，用三极管S9013把OUT3的信号转换成单片机的入口电平信号。其主要原因是，当产生报警信号后，OUT3输出约为5V的工作电压，需要用三极管将其转换成低电平。这样，当有报警信号时，J2引脚输出低电平，将给单片机一个低电平，而这样一个低电平信号将使单片机退出低功耗状态，同时唤醒整个电路；而没有报警时，将输出持续的高电平。图3-5 数字信号输入电路3.3 时钟电路的设计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。图3-6为时钟电路。图3-6 时钟电路图3.4 复位电路的设计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。本设计采用的是外部手动按键复位电路。图3-7为复位电路。图3-7 复位电路图3.5 发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。下图所示为发光二极管报警电路。发光二极管报警电路图3.6 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如下图所示为声音报警电路。声音报警电路图3.7 RS-232 通信的设计3.7.1 RS-232芯片选型由于PC机是系统的主控机，主机PC和单片机之间采用的是RS-232总线标准进行通信，所以在电路设计时采用RS-232通信收发器芯片为MAX232，它是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。 3.7.2 MAX232简介 由于电脑串口RS232电平是-10V +10V，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 +5V,MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。 该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。 图3-8是MAX232的内部电路构造图。 图3-8 MAX232的内部电路构造图下面是MAX232的引脚介绍： 第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5V）。 第4章 软件设计4.1 软件的程序实现整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的，当硬件基本定型后，软件的相应子程序模块就大体定下来了。从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系。二是执行软件（子程序），它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。下面分别说明各个子程序的编写原理：短信报警子程序：当搜索到报警要求的信号后，调用报警子程序即可完成报警功能。其报警原理：控制三极管的导通和关断时间来驱动GSM模块向用户发送报警短信，输出高电平信号使发光二极管发光。串行口通信子程序：单片机和微机进行通信时，首先要设置串行口的波特率为9600,1位停止位，无奇偶校验。串口通信程序可以采用查询和中断方式，由于单片机发送子程序的查询和中断方式的资源占用是一样的，故发送采用查询，接收子程序采用中断。4.2 主程序工作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下图4-1所示：启动短信报警电路开始报警开始检测有无信号输入系统初始化 否 是短信报警是否持续10秒 否 是 短信报警结束是否还有检测信号等待下次报警 是结束 图4-1 主程序工作流程图4.3 中断服务程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动短信模块报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止短信报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图4-2所示；中断源发出中断请求中断返回恢复现场、开中断INT0端有输入信号关闭短信报警关中断、保护现场图4-2 中断服务程序工作流程图4.4 报警电路流程图报警电路控制端由单片机的P2.0端来完成，高电平有效。当P2.0输出高电平时，NPN三极管导通，驱动GSM模块发送防盗报警短信。短信报警电路流程图如下图4-3所示：开始初始化