基于單片機(jī)的家用防盜警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 畢業(yè)綜合實(shí)踐說(shuō)明書（2013屆）題 目 基于單片機(jī)的家用防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院信息學(xué)院 專 業(yè)應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí)10應(yīng)電學(xué) 號(hào)103030500 學(xué)生XXX 指導(dǎo)教師 蘭建花完成日期 2013年5月8日 摘 要本設(shè)計(jì)主要是闡述住宅智能化中的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)益單片機(jī)AT89C51為核心，由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD控制電路與相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)

2、，當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到人的動(dòng)作，那時(shí)設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出TTL電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)出聲音。關(guān)鍵詞：防盜報(bào)警，紅外探測(cè)，RS-485通信，聲光報(bào)警12 / 15目錄引言11設(shè)計(jì)分析11.1防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì)11.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求12方案選擇12.1傳感器的方案選擇12.2主控芯片的方案選擇23方案詳細(xì)設(shè)計(jì)23.1總體設(shè)計(jì)思路23.2電路模塊設(shè)計(jì)33.2.1熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹43.2.2放大電路的設(shè)計(jì)43.2.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)43

3、.2.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)43.2.5發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)53.2.6聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)54軟件設(shè)計(jì)64.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn)64.2主程序工作流程圖64.3中斷服務(wù)程序工作流程圖85設(shè)計(jì)總結(jié)12參考文獻(xiàn)12引 言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到了很大的提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)也不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市場(chǎng)上的報(bào)警器主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽

4、性和性，且被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用紅外探測(cè)器作為報(bào)警探測(cè)器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。1設(shè)計(jì)分析1.1防盜報(bào)警器的發(fā)展前景與趨勢(shì)隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動(dòng)性增大，社會(huì)治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會(huì)的基本單元“安全防問(wèn)題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實(shí)際使用中暴露出一些明顯的問(wèn)題。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用

5、的紅外線是不可見(jiàn)光，有很強(qiáng)的隱蔽性和性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。具體可以劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等。(2)此次設(shè)計(jì)的紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LCD控制電路與相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分

6、組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到人的動(dòng)作，那時(shí)設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出TTL電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)出聲音。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。2方案選擇2.1傳感器的方案選擇方案一：紅外線傳感器模塊-紅外線傳感器電路使用最廣泛的是紅外線二極管和集成式紅外線二極管。紅外二極管又稱紅外光敏二極管，而紅外光敏二極管與普通光敏二極管一樣，它的PN結(jié)都具有單向?qū)щ娦?。因此在光敏二極管工作時(shí)應(yīng)加

7、上反向電壓。該探測(cè)器分為紅外線發(fā)射二極管和紅外線接收二極管兩部分，發(fā)射管與接收管配對(duì)使用。功能和特點(diǎn)：紅外傳感器模塊的特點(diǎn)主要是是體積小、重量輕、工作時(shí)間長(zhǎng)、功耗小、晶體管、集成電路均可以使其正常工作。方案二：熱釋電紅外傳感器-熱釋電紅外傳感器通過(guò)接收移動(dòng)人體輻射出的特定波長(zhǎng)的紅外線，可以將其轉(zhuǎn)化為與人體運(yùn)動(dòng)速度，距離，方向有關(guān)的低頻電信號(hào)。特點(diǎn)：由于被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，本課題采用紅外探測(cè)器作為報(bào)警探測(cè)器，并在設(shè)計(jì)中增加了自動(dòng)聲光報(bào)警的功能，使報(bào)警系統(tǒng)更加趨于完善。考慮到方案二是屬于空間控制型探測(cè)器，其警戒圍在不同方向呈多個(gè)單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，

8、構(gòu)成立體警戒。而且被動(dòng)式紅外技術(shù)具有監(jiān)測(cè)距離較遠(yuǎn)，靈敏度較高，節(jié)能價(jià)廉，所以選用方案二。2.2主控芯片的方案選擇方案一：以ARM處理器（ARM處理器是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集RISC處理器架構(gòu),其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)）為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)外設(shè)豐富，可以節(jié)省大量的外圍設(shè)備與布線面積。缺點(diǎn)是只能采用貼片的封裝，但是由于工藝的原因，需要花費(fèi)大量的時(shí)間在硬件電路的制作上。方案二：以51系列單片機(jī)為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。缺點(diǎn)是功能較少，如需要增加其它功能需要加入相應(yīng)的硬件，但根據(jù)本系統(tǒng)的要求，以51單片機(jī)為核心，再加上熱釋電紅外線傳感器

9、等信息轉(zhuǎn)換模塊就可以很好完成系統(tǒng)要求的功能綜合以上兩個(gè)方案，最終選擇以51單片機(jī)為控制核心，熱釋電紅外線傳感器來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)信息的采集。3方案詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)路本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路與相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。對(duì)此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以與外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是

10、各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。該設(shè)計(jì)包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路與相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3.1總體設(shè)計(jì)框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號(hào)檢測(cè)電路報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)圖3.1總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)。在單片機(jī)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控

11、制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。3.2電路模塊設(shè)計(jì)3.2.1熱釋電紅外傳感器簡(jiǎn)單介紹本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理與設(shè)計(jì)電路如圖3.2所示,在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過(guò)NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖3.2熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2放大

12、電路的設(shè)計(jì)如圖3.3所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。圖3.3放大電路圖3.2.3時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖3.4所示為時(shí)鐘電路。圖3.4時(shí)鐘電路圖3.2.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，

13、單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。圖3.5所示為復(fù)位電路。圖3.5復(fù)位電路圖3.2.5發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。圖3.6所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。圖3.6發(fā)光二極管報(bào)警電路圖3.2.6聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖3.7所示，報(bào)警電路控制端由單片機(jī)的P2.4端來(lái)完成，高電平有效。當(dāng)P2.4輸出高電平時(shí)，NPN三極管導(dǎo)通，

14、驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器產(chǎn)生聲音報(bào)警信號(hào)，同時(shí)電路中的LED導(dǎo)通，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，進(jìn)行發(fā)光報(bào)警。圖3.7聲光報(bào)警電路圖圖3.8防盜報(bào)警系統(tǒng)電路總圖4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件的程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的相應(yīng)子程序模塊就大體定下來(lái)了。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。下面分別說(shuō)明各個(gè)子程序的編寫原理：聲光報(bào)警子程序：當(dāng)搜索到報(bào)警要求的信號(hào)后，調(diào)用報(bào)警子程序即可完成報(bào)警功能。其報(bào)警原理：控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲，輸出高電平信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光。4.2主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖4.1所示：系統(tǒng)初始

15、化聲光報(bào)警結(jié)束檢測(cè)外部有無(wú)信號(hào)輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開(kāi)始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束有無(wú)否是是否圖4.1主程序工作流程圖主程序代碼設(shè)計(jì)： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開(kāi)放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;

16、監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，是否有輸入信號(hào) LA: ACALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，若有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)入報(bào)警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;開(kāi)始報(bào)警使運(yùn)行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報(bào)警啟動(dòng)CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時(shí): MOV 51H,#14H ;10S循環(huán)次數(shù) MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器T0定時(shí)方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時(shí)初值 MOV TH0,

17、#3CH SETB TR0 ;啟動(dòng)T0 L2:C TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報(bào)警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報(bào)警結(jié)束，正常運(yùn)行綠指示燈亮 LJMP LP ;循環(huán),繼續(xù)工作4.3中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開(kāi)始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)

18、警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖。如下圖4.2所示；關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)中斷INT0端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警INT0端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警INTO端有輸入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警時(shí)鐘電路圖4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務(wù)程序開(kāi)始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;監(jiān)測(cè)是否有中斷輸入 LN: LCALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;無(wú)中斷輸入,中斷返回 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使報(bào)警結(jié)束，綠指示燈亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;開(kāi)放外部中斷0 LCALL LP ;在中斷繼續(xù)檢測(cè)是否有輸入信號(hào) LN2: RETI END本設(shè)計(jì)通過(guò)利用Proteus仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，所仿真原理圖如下圖4.3所示。另本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目標(biāo)是在接收到紅外傳感器帶來(lái)的低電平信號(hào)，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報(bào)警結(jié)