防盗报警系统详细文档分解.doc

西藏大学单片机应用基础课程设计题目：基于单片机防盗报警系统设计 学 院：工学院专 业：09电子信息工程姓 名：江彪学 号：22040940108指导老师：肖伟、陈延利目 录第1章 绪 论31.1选题背景31.2课题介绍41.3本文主要工作41.4防盗报警传感器的选择5第2章 系统的硬件设计62.1硬件系统总体设计62.2 检测信号放大电路设计62.2.1热释红外线传感器典型电路72.2.2红外光敏二极管警灯电路82.2.3红外线探测信号放大电路设计92.3 SPCE061A特性简介11第3章 软件设计12 3.1 主程序流程图123.2 主程序的设计13结论13参考文献14致谢14 第1章 绪 论随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。本章节主要介绍了本设计的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。1.1选题背景 单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护1。通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点2。当我们考虑的范围广一点：若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警。周界报警系统：在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全。有的防盗报警系统还连有上位机。将探测器发回的现场信号按防区的类型与主机的工作状态（布防、撤防）作出逻辑判断，进而发出报警5,6。一个防盗系统的功能主要体现在报警主机的功能上。1.2课题介绍本设计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对16个以上的监测点进行自动监测。是以单片机为核心构成防盗报警系统，以完成用户键盘输入，数码（可汉字液晶）显示、故障状态指示为主，完成报警检测，若有报警事故发生，可向外界发出声光报警信号。系统基本框图如下所示:图1.1 系统基本框图报警电路显示电路单片机SPCE061A检测电路警语播放电路键盘输入单片机防盗报警系统主要用于宾馆、仓库、居民楼等场所，它能对受监测点进行自动监测。一旦出现盗情，由单片机接收有效信号，并发出报警命令，即进行声光报警，并指示被盗地点，提醒有关人员进行有关措施。该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警。1.3本文主要工作在设计之前首先工对本课题作广大的市场调研工作，进行分析、对比、总结，再进行方案选择论证。具体到设计时,又分硬件设计和软件设计，硬件设计主要分两大部分：单片机部分和检测部分。软件设计分主程序设计和中断子程序设计。在完成正文部分后，主要工作就是要进行调试，为了实现设计预计现象，软件和硬件都要作必要的修改。1.4防盗报警传感器的选择目前，用于防盗报警的传感器,市场上大多为红外线或微波类产品，分为主动式和被动式二种。由于误报等原因本设计采用被动式探头。它的工作原理比较简单：发射器按一定的频率发射出脉冲式的红外波束和微波，对方的接收器则按相同的频率接收红外波束或微波。当一发一收的频率经中心控制器判别一致时，表明波束行进的方向没有物体存在。反之，光束行进路径上有异物遮挡，光束被反射、散射，接收器接受的信号就会丢失，从而发出报警信号。 而本设计输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为，如人体的移动、物体的震动、玻璃的破碎和门窗的开关等，系统将所得的信号进行逻辑判断，发出警报。常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门磁）、震动开关、被动红外探测器（PIR）、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。这些传感器不仅可以对室内的门、窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监测，而且还能对家中的火警进行监测。在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动的功能，以发现家中是否有偷窃等异常情况。这些器件有效地各施其则，为控制单元传送现场的资料，提供报警控制。本设计采用热释红外线传感器，通过探测人体特有的红外线来检测盗情。第2章 系统的硬件设计由于该系统主要用于多点集中检测报警，故应能对受监测点进行巡回检测，为防止误报警，当检测到某点有盗请时该系统应延时再进行检测一次，若确有盗情方可报警，并用数字指示出被盗地点。该系统的传感器可选用接触式、断开式等开关量传感器；系统终端部分选用音响报警电路及数码显示电路；其中数码显示由译码驱动器译码驱动。本章节主要介绍单片机系统的硬件设计及其相关芯片的概述和各部分的接口电路。2.1硬件系统总体设计硬件结构图如图2.1所示，主机选用SPCE061A单片机，地址锁存器选用74LS373，数码显示部分选用共阴极数码管，放大器、扬声器及多点检测电路选用并行I/O口。 图2.1 系统结构硬件总图2.2 检测信号放大电路设计红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。而本设计输入部分主要是各种各样的传感器，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警。本章节主要介绍几种不同的利用红外线检测报警的电路，并由此得出检测信号放大电路。2.2.1 热释红外线传感器典型电路热释红外线传感器由于具有独特的优异功能，被广泛应用在国防和民用领域，作遥控、遥测、防盗、警戒、放火及自动化设施，其原理及典型应用电路如图2.2所示。 热释红外线传感器主要由高热系数的锆钛酸铅系陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘钛等配合滤光镜片窗口组成，它能以非接触形式，检测出物体放射出来的红外能量变化，并将其转换成电信号输出。金属、塑料封装热释红外传感器，内装有变换阻抗用的场效应晶体管，输出阻抗一般为1047k，顶端或侧面装有滤光镜片，用来选择接收不同波长的热释红外线。人体辐射的红外线中心波长为910m,而这种探测元件的波长灵敏度特性在0.220m,范围几乎是稳定不变的.在硅片表面上截止波长710m,的滤光片,使波长超过710m的红外线通过,而小于7m的红外线被吸收,于是就得到只对人体敏感的热释红外线。如果用菲涅耳透镜配合放大电路，将检测出来的红外信号放大6070dB，则可检测出1020m处人的行动，。热释红外线传感器的文字符号为AT。图2.4为热释红外线传感器典型应用电路。AT为双元件热释红外线传感器，内部电路见图3.1，其接收波长为6.514m，适用于防盗报警系统，输出阻抗为10k;AT为单元件热释红外线传感器，接收波长为120m，适用于温度遥测，但同样亦可用于防盗及自动控制系统，其内部电路如图2.3所示。 在这例电路中，当AT接收到人体信号时，输出一个微弱的低频信号，其频率约为0.33Hz。经晶体管VT1和运算放大器A1组成的两级放大器将信号放大至7075dB。由A2等组成的电压比较器，设定一参考电压。在无目标进入时，末级无输出；一旦有目标进入探测范围，AT则有信号输出，经放大后，电压高于比较器设定电压时，A2输出高电位，VT2导通，继电器K吸合，其触点接通报警电路或控制电路，实现热释红外线探测之目的。 2.2双元件热释红外线传感器 2.3 单元件热释红外线传感器2.4 热释红外线传感器典型电路2.2.2 红外光敏二极管警灯电路 图2.5中，VDP是红外光敏二极管，在电路中反向连接。当把它置于红外光照强度很弱的环境中时，VDP内部仅有极少的载流子流过，表现为高阻值；当它接收到一定强度的红外光时，其内部的PN结载流子受红外光激发而增多，VDP反向电流增大，表现为低阻值。 图2.5 红外光敏二极管电路图2.5主要由运算放大器IC1和四与非门（D1aD1d）等组成。在VDP无光照时，调节RP使IC1的脚为1.5V左右，D1b的脚输出高电平。在这里，D1a与D1d构成单稳态触发电路，D1d第11脚输出高电平，D1C的第10脚输出抵电平，发光二极管VL不亮。 我们将本装置安装在走廊的一侧，其对面安装一只白炽灯（灯光中含有红外光），VL不亮。当有不速之客闯入光源与光敏二极管之间的警戒域时，VDP接收的光强瞬时减小，等效电阻值增大，在M点产生一个脉冲信号，经C1耦合到IC1的输入端，IC1的第6脚变为高电平，D1b的第10脚输出高电平，VL发亮，向主人报警。2.2.3红外线探测信号放大电路设计红外线探测信号放大电路设计中红外线探测器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 该设计电路原理见图2.6。由红外线传感器、晶体三极管、运算放大器、电压比较器、V/I转换器等组成。图2.6 微弱信号放大电路(1) 检测部分：传感器采用带菲涅耳透镜的热释电红外线传感器。U2-热释电红外线传感器U3-低功耗双运算放大电路LM358U4-电压比较器LM393U5-低漂移高增益运算放大器OP27U6-V/I转换器芯片INA105红外线探测传感器IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由U2的脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器U3中进行高增益、低噪声放大，此时由U3的7脚输出的信号已足够强。U3作电压比较器，它的第脚由R9、VD2提供基准电压，当U3的1脚输出的信号电压到达U3的5脚时，两个输入端的电压进行比较，此时U4的1脚由原来的高电平变为低电平。此时LM393的1脚输出的是一个方波信号，然后将之输入到一个V/I转换器INA105,它的输出将是一个420mA的电流信号，以便于远距离传输。U2采用进口器件Q74，波长为910um。U3采用运放LM358，具有高增益、低功耗。U4为双电压比较器LM393，低功耗、低失调电压。其中C2、C5一定要用漏电极小的钽电容，否则调试会受到影响。RP1是调整灵敏度的关键元件，应选用线性高精度密封型。制作时，在U2传感器的端面前安装菲涅尔透镜，因为人体的活动频率范围为0.110Hz，需要用菲涅尔透镜对人体活动频率倍增。(2) 单片机系统部分检测信号入单片机接口图如图2.7所示。红外线探测放大电路与单片机的具体连接见附录总图。8255的每一个输入输出口都将接一个检测来的信号信号，也就是每一路输入都有一个检测电路，它传过来的是一个420mA的电流信号，接一个250欧姆的电阻使其转换成1V5V的电压信号，此电路中只可能为1V和5V两种情况，再通过一个电压比较器LM393,当LM393（U7）的2脚为5V时，输出为高电平，光电耦合器导通，8255的输入口将为低电平（其余时刻为高电平），表示检测到有人。 图2.7 检测信号与单片机接口图2.3 SPCE061A特性简介SPCE061A是一款性价比很高的十六位单片机，使用它可以非常方便灵活的实现语音的录放，该芯片拥有8路10位精度的 ADC，其中一路为音频转换通道，并且内置有自动增益电路。这为实现语音录入提供了方便的硬件条件。两路10位精度的DAC，只需要外接功放（SPY0030A）即可完成语音的播放。该单片机具有一套易学易用的指令系统和集成开发环境，在此环境中，它支持标准 C 语言编程，也支持 C 语言与汇编语言的互相调用。另外还提供了语音录放的库函数，只要了解库函数的使用，就可以很容易的完成语音的录放、识别等功能，这些都为软件开发提供了方便的条件。 SPCE061A特性： 16位nSP微处理器； 工作电压：内核工作电压VDD为 3.0V3.6V(CPU)，I/O口工作电压VDDH为VDD5.5V(I/O)； CPU时钟：0.32MHz49.152MHz； 内置2K 字 SRAM； 内置32K 闪存 ROM； 可编程音频处理； 晶体振荡器； 系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电小于 2A3.6V； 2 个 16 位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； 2 个 10 位 DAC(数-模转换)输出通道； 32 位通用可编程输入/输出端口； 14 个中断源可来自定时器 A / B，时基，2 个外部时钟源输入，键唤醒； 具备触键唤醒的功能； 使用音频编码 SACM_S240 方式(2.4K 位/秒)，能容纳 210 秒的语音数据； 锁相环 PLL 振荡器提供系统时钟信号； 32768Hz 实时时钟； 7 通道 10 位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器； 声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能； 具备串行设备接口； 低电压复位(LVR)功和低电压监测(LVD)功能； 内置在线仿真板(IC E，In-C ircuitEm ulator)接口。第3章 软件设计软件设计是设计中最为重要的部分。它关系到一个系统能否实现其预定的要求。本设计分主程序设计和中断子程序的设计，其中主程序的功能是对输入信号的检测，确有警情时发出报警命令。中断子程序是对完成其报警功能。3.1 主程序流程图本设计是利用SPCE061A单片机对防盗报警系统进行控制，系统要求能对16以上个点进行自动监测。利用SPCE061A扩展I/O口，依次进行循环检测。因8255A每个位并行口又有8个输入输出口，程序对24个I/O口进行巡回监测。一旦有盗情，调用中断子程序发出报警信号。主程序流程图如图3.1所示。 图3.1 主程序流程图3.2 主程序的设计主函数#define P_watch_dog 07x002int main()int message; /定义变量Set_System();/系统初始化while(1)message = jiance(); /判断IO口是否有信号输入if(message = 1)baojing(); /启动报警电路xianshi(); /启动显示电路else jiance();/重新检测 *P_WatchDog_Clear = 0x0001子函数void Set_System() int jiance() void baojing() void xianshi() 结论随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。针对上述情况，本设计采用单片机控制技术，将AT89C51单片机，红外线检测信号放大电路、数码显示电路等有机地结合在一起，研制成一种功能先进、实用、成本低廉的智能防盗报警器。为广大的市民提供了良好的保障，具有很大的市场应用潜力和广阔的发展前景。由于该系统主要用于多点集中检测报警，故应能对受监测点进行巡回检测，为防止误报警，当检测到某点有盗请时该系统应延时2秒钟后再进行检测一次，若确有盗情方可报警，并用数字指示出被盗地点。单片机防盗报警系统主要用于宾馆、仓库、居民楼等场所，它能对受监测点进行自动监测。一旦出现盗情，能立即报警，并指示被盗地点。该防盗报警系统具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。若更换其他的传感器，该系统还可以用于火灾报警、煤气泄漏等报警。参考文献1李虎山,潘牟.防盗报警系统的设计与实现J.电子工程师.2002,28(4):462谭克俊,栾秀珍,房丽萍,范劲玻.基于单片机的数字视频监控系统键盘及报警控制卡设计J.电子技术.2004.7:80813鲁青胶.新颖实用的红外探测防盗报警器J.电子技术.1994.2:78804鲁青胶.15路人体遥感无线防盗报警器J.电子技术.1995.3:33355吴英才,林华清.热释红外传感器在防盗系统中的应用J.传感技术2002.21(7):47486刘辉.智能小区防盗报警系统的可靠性设计J.电器时代.2002.7:74757蒸燕春.智能化住宅小区安防电子系统的常用手段J.现代电子技术.2002.9:39418雷旭,何万强.新型家用防盗报警系统J.现代电子技术.2003.4:82839郑长风,程光伟,郭军.一种基于探测无线报警监控系统J.现代电子技术.2003.4:848610于长军,张秀珍,杨向明,杨魁,王辉.多路红外防盗报警器J.传感技术.1993年.增刊:3436致谢通过撰写项目文档我学到了很多，不但掌握了论文书写规范，还对项目的制作流程有了更加清晰的认识：使我懂得了项目要在不断的重复与对原先认知的否定上完成的。我之所以能完成此课程设计离不开老师和同学的帮助。在此特别感谢老师在教学中传授我的专业知识和做人的道理及作为对我的关心和爱护，同时感谢各位同学在学习与生活中给予我的帮助与关心，谢谢大家 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