基于單片機(jī)控制的家庭智能防盜警報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于單片機(jī)控制的智能家庭 防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè): 樓宇智能化工程技術(shù) 班 級(jí): 樓宇10-1班 學(xué) 號(hào):姓 名:指導(dǎo)教師: 二一二年十二月二十日23 / 27信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué) 生姓 名肖杰學(xué)號(hào)1059009班級(jí)樓宇10-1專業(yè)樓宇智能化工程技術(shù)設(shè)計(jì)（或論文）題目基于單片機(jī)控制的智能家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師職稱工作單位與所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注教授信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院于杰工程師能士智能港科技設(shè)計(jì)（論文）容：1設(shè)計(jì)主要容：(1)設(shè)計(jì)一種家庭用、與線連接、操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠的智能防盜報(bào)警裝置。(2)防盜報(bào)警

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（3）完成單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排：第48周：查找資料選擇參考方案； 第911周：確定設(shè)計(jì)方案；第1214周：試驗(yàn)、調(diào)試，撰寫論文初稿； 第1516周：檢查定稿；第1718周：答辯。主要參考文獻(xiàn)、資料(寫清楚參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版單位)：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語(yǔ)言版），王靜霞主編，電子工業(yè)電子技術(shù)基礎(chǔ)，呂強(qiáng)主編，機(jī)械工業(yè)智能小區(qū)弱電工程設(shè)計(jì)與實(shí)施，連業(yè)、暢編著，中國(guó)電力審批意見(jiàn)教研室負(fù)責(zé)人：年月日備注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。目 錄摘 要1第1章 緒論21.1 發(fā)展概況與設(shè)計(jì)背景21.2 本設(shè)計(jì)概述2第2章 方案選擇32.1 方案選擇42

3、.2 主控芯片單片機(jī)的選擇42.2.1 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)42.2.2 AT89C51的主要性能52.3 傳感器的選擇52.3.1 傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu)52.3.2 紅外測(cè)原理62.3.3 熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)62.3.4 菲涅爾透鏡92.4 熱釋電紅外傳感器控制電路芯片的選擇10第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1 低頻帶通放大電路123.2 電壓比較整形電路133.3 聲音報(bào)警電路143.4 燈光警示電路153.5 狀態(tài)顯示電路163.6 供電電源電路163.7 單片機(jī)最小系統(tǒng)17第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 主程序流程圖184.2 中斷函數(shù)流程圖18第5章 結(jié)論20致2

4、1參考文獻(xiàn)22附錄123附錄224摘 要本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、低頻帶通放大電路、電壓比較整形電路、聲音報(bào)警電路、燈光警示電路、狀態(tài)顯示電路、供電電源電路等部分組成。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。關(guān)鍵詞 單片機(jī)；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報(bào)警電路第1章 緒論1.1 發(fā)展概況與設(shè)計(jì)背景隨著社會(huì)的

5、不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財(cái)產(chǎn)也不斷地增多，因而也對(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)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機(jī)做信號(hào)處理器，這樣有利于與計(jì)算機(jī)相連接，利用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個(gè)小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)起來(lái)，方便來(lái)訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。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

6、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)：（一）壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器由于壓力板式安裝在墊子，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動(dòng)時(shí)，都很容易失報(bào)和誤報(bào)，其可靠性低。（二）開(kāi)關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只有一個(gè)定點(diǎn)，有效圍小，而且各種開(kāi)關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報(bào)警器在受到太照射就會(huì)引起誤報(bào)，同時(shí)如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動(dòng)等遮住了光也會(huì)引起誤報(bào)，所以這種報(bào)警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價(jià)格也比較昂貴，不利于廣泛利用。1.2 本設(shè)計(jì)概述綜合以上報(bào)警器的不足，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安

7、裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后利于跟PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)遵循國(guó)家相關(guān)法規(guī)和政策和行業(yè)規(guī)。比如：GB 12663-2001防盜報(bào)警控制器通用技術(shù)條件；GB 50394-2007入侵報(bào)警系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)；GB/T 165721996防盜報(bào)警中心控制臺(tái)；GB 50348-2004安全防工程技術(shù)規(guī)；第2章 方案選擇2.1 方案選擇防盜報(bào)警系統(tǒng)一般是由入侵探測(cè)器、防盜報(bào)警控制器和接警中心（硬件加軟件）組成。它的最簡(jiǎn)單形式是本地（家庭、單位）報(bào)警系統(tǒng)，它的組成部分是入侵探測(cè)器和本地報(bào)警

8、控制器，以與聲光報(bào)警器。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有以下兩種：方案一；利用固定點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭防盜報(bào)警，該系統(tǒng)由編程主機(jī)、探測(cè)器、門磁和遙控器組成，一旦發(fā)生警情，能把報(bào)警信息通過(guò)郵電通訊網(wǎng)絡(luò)瞬間遠(yuǎn)程傳輸?shù)接脩粼O(shè)定的固定上，同時(shí)向接警中心報(bào)告，中心聯(lián)網(wǎng)電腦可通過(guò)電子地圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、電腦語(yǔ)音提示、監(jiān)聽(tīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，顯示發(fā)生警情的單位、地址、方位、發(fā)案時(shí)間、所轄派出所經(jīng)歷分布，與時(shí)調(diào)動(dòng)警力做出快速處理。方案二；通過(guò)傳感器檢測(cè)家庭安全隱患，把檢測(cè)結(jié)果送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)控制報(bào)警燈和高音報(bào)警器的啟動(dòng)。通過(guò)比較，方案二能滿足我們實(shí)時(shí)快捷的要求，更加簡(jiǎn)單有效，固本設(shè)計(jì)選擇方案二。2.2 主控芯片單片機(jī)的選擇AT

9、89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)

10、提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。故此設(shè)計(jì)采用AT89C51。2.2.1AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)如圖21所示：圖2-1 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖2.2.2AT89C51的主要性能1與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容24k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器31000次擦寫周期4全靜態(tài)操作：0HZ24HZ5三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定632個(gè)可編程I/O口線7兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8五個(gè)中斷器9可編程串行通道10低功耗空閑和掉電模式11看門狗定時(shí)器2.3傳感器的選擇2.3.1傳感器的紅外輻射與紅外探測(cè)的原理結(jié)構(gòu)熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測(cè)溫的原理來(lái)探測(cè)的,紅外測(cè)溫屬非接觸式測(cè)溫，是測(cè)

11、溫技術(shù)中的主要手段，其特點(diǎn)是測(cè)溫圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測(cè)溫有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.測(cè)量不干擾被測(cè)溫場(chǎng)，不影響溫場(chǎng)分布，從而具有較高的測(cè)溫準(zhǔn)確度。2.測(cè)溫圍寬。3.探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動(dòng)態(tài)測(cè)量。4.不必接觸被測(cè)物體，操作方便。5.可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測(cè)溫技術(shù)的意義是顯而易見(jiàn)的。隨著工農(nóng)業(yè)、國(guó)防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對(duì)溫度測(cè)量越來(lái)越迫切。在某些場(chǎng)合，溫度測(cè)量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測(cè)物體輻射

12、的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時(shí)傳感器有電信號(hào)輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場(chǎng)來(lái)改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)和BaTiO2(鈦酸鋇)等。為了使傳感器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了TGS晶體制作的雙型探測(cè)器。2.3.2紅外測(cè)原理紅外測(cè)溫是通過(guò)探測(cè)物體表面發(fā)射的能量來(lái)測(cè)量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對(duì)溫度（273.15）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量其中與溫度有關(guān)波長(zhǎng)圍的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的

13、電信號(hào)，由此測(cè)出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對(duì)黑體其溫度T于與輻射能之間的關(guān)系為：其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.6697×10-12 w/cm2 ，k4為黑體的溫度；E0為黑體輻射能。實(shí)際多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：E=E0其中：E為物體在一定溫度下的輻射能力；E0為與E在同一溫度下的黑體輻射能力；為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由上可知，任何物體只要溫度不是絕對(duì)零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射功率，則可確定它的溫度。2.3.3

14、熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)紅外探測(cè)器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類：其中，熱釋電探測(cè)器是電效應(yīng)工作的探測(cè)器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測(cè)器如：LiTaO2(鉭酸鋰)探測(cè)器、BaTiO2(鈦酸鋇) 探測(cè)器等。如圖2-1為熱釋電紅外傳感器的電路圖。傳感器的敏感元為PZT，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個(gè)在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個(gè)電容的電流發(fā)生器，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號(hào)又極其微弱，故在管附有JFET與厚膜電阻，

15、以達(dá)到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡。圖2-1 熱釋電紅外傳感器的電路圖熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到Tc時(shí)，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過(guò)居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來(lái)。因此不能在靜態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時(shí)間很長(zhǎng)，因晶體自發(fā)極化的弛豫時(shí)間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時(shí)其體的自由電荷和外部雜散電荷便來(lái)不與中和變化著

16、的面束縛電荷，因此可在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)量自發(fā)極化。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為：Q=APS當(dāng)紅外輻射照射時(shí)，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖2-2所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時(shí)，就有電流流過(guò)負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號(hào)。圖2-2 熱釋電傳感器的電路連接若沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個(gè)新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號(hào)。因此，熱釋電探測(cè)器與其他熱釋探測(cè)器不同，它只存在溫

17、度升降的過(guò)程中才有信號(hào)輸出。所以利用熱釋電探測(cè)器探測(cè)的紅外輻射必須經(jīng)過(guò)調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（PS）與其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時(shí)間，那么在垂直于PS的晶體的兩個(gè)端面之間就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)路電壓。如果用負(fù)載電阻Rg把兩個(gè)電極連接起來(lái)，就會(huì)有熱釋電電流Is 通過(guò)負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖2-3所示。圖2-3熱釋電傳感器等效電路電流源的電流強(qiáng)度為Is為：式中：p一自發(fā)極化強(qiáng)度對(duì)溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)。2.3.4菲涅爾透鏡目前人體驗(yàn)知系

18、統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。菲涅爾透鏡實(shí)際是一個(gè)透鏡組，每個(gè)單元一般都只有一個(gè)不大的視場(chǎng)，且相鄰的視場(chǎng)既不連續(xù)，也不交叉，都相隔一個(gè)盲區(qū)(如圖2-4所示)。這樣，當(dāng)人體在裝有菲涅爾透鏡的傳感器監(jiān)控圍運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體輻射的紅外線通過(guò)菲涅爾透鏡傳到傳感器上，形成一個(gè)不斷交替變化的盲區(qū)和亮區(qū)，使得敏感單元的溫度不斷變化，傳感器從而輸出信號(hào)，或者說(shuō)，人體在監(jiān)控圍活動(dòng)時(shí)，進(jìn)人一個(gè)視場(chǎng)后，又走出這個(gè)視場(chǎng)，再進(jìn)人另一視場(chǎng)對(duì)傳感器而言，相當(dāng)于一會(huì)兒看到人，一會(huì)兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器

19、的溫度，使之有一個(gè)又一個(gè)相應(yīng)的電信號(hào)。圖2-4菲涅爾透鏡外形圖菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說(shuō)明的是:在每次接通電源時(shí)，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時(shí)間，在這段時(shí)期該傳感器不起作用。2.4熱釋電紅外傳感器控制電路芯片的選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小。要經(jīng)過(guò)放大、比較等幾個(gè)環(huán)節(jié)才能輸出控制信號(hào)。使電路執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)和輸出信號(hào)的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。如圖2-5是控制電路的結(jié)構(gòu)框圖：低頻放大比

20、較整形ViVo圖2-5控制電路的結(jié)構(gòu)框圖LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖2-7所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示

21、運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位一樣。LM324的引腳排列見(jiàn)圖2-7。圖2-6放大器圖2-7 LM324的引腳圖LM324的特點(diǎn)：1.短路保護(hù)輸出2.真差動(dòng)輸入級(jí)3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。6.具有部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.共模圍擴(kuò)展到負(fù)電源8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 9.輸入端具有靜電保護(hù)功能第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1低頻帶通放大電路熱釋電紅外傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)很小，僅1mV左右，頻率為0.110HZ，需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進(jìn)一步處理，一般來(lái)講，要求放大器的增益為6070dB,帶寬0.37HZ。放大器的帶寬對(duì)可靠性和靈

22、敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動(dòng)作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動(dòng)作率高！ 如圖3-1所示，本系統(tǒng)采用LM324中的兩個(gè)集成運(yùn)算放大器構(gòu)成低頻帶通放大電路，LM324部集成了四個(gè)獨(dú)立的高增益運(yùn)算放大器，其電流小（典型值Is=1.0mA），且與所加電源電壓的大小無(wú)關(guān)，頻率補(bǔ)償與偏置電流均采用了溫度補(bǔ)償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。圖3-1低頻帶通放大電路放大器要求：增益：6070DB帶寬：0.37HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1+2fR12C4/(1+2fR7C4)(1+2fR12C4)一般要求放大電路的增益為65DB。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7,FL=1/R7C4在單

23、電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)圍。靜態(tài)下應(yīng)將輸出端電位設(shè)在1/2處，方法是：ICA外接R4、R10分壓器，將1/2VCC引至運(yùn)放的同相輸入端，這相當(dāng)于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態(tài)電位定在1/2VDD處。與ICA一樣，ICB為了保證運(yùn)放輸出電壓有較大的動(dòng)態(tài)圍，同樣設(shè)置了分壓器。3.2電壓比較整形電路圖3-2 門限電路電壓比較器的作用是將一個(gè)模擬電壓與一個(gè)參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生越變。本系統(tǒng)應(yīng)用LM324剩余的兩個(gè)集成運(yùn)算比較器構(gòu)成一個(gè)雙限電壓比較器。雙限電壓比較器的工作原理:如圖3-2所示：基準(zhǔn)電壓分別由(R

24、6+R14)和R14分壓提供。當(dāng)輸入電壓VO1<6引腳電壓時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)VO1>13腳電壓時(shí)，比較器也輸出高電平。而當(dāng)6引腳電壓<VO1<13腳電壓時(shí)，比較器輸出低電平。如圖3-3所示：圖3-3雙限電壓比較圖當(dāng)人體通過(guò)菲涅爾透鏡組成的傳感器現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，傳感器輸出一交變信號(hào)。其變化幅度大于13引腳電壓，小于6腳電壓，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級(jí)放大器靜態(tài)時(shí)輸出電壓基本為1/2VCC，處在6引腳和13引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2VCC，電路的靈敏度越高，但容易因噪聲干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作，若兩引腳的差值遠(yuǎn)離1/2VCC，電路

25、的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準(zhǔn)電壓可按下列式子來(lái)計(jì)算：V差值=（45）VN式子中VN為噪聲電壓。傳感器給出的噪聲電壓，是指?jìng)鞲衅髟肼曒敵龅男盘?hào)經(jīng)過(guò)70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰-峰值。本產(chǎn)品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（45）80mV=320400 mV.這樣，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.3聲音報(bào)警電路如圖3-4所示：高音報(bào)警電路選用12V的高音喇叭作為報(bào)警裝置，使用SS8050大功率三極管做驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)SPK為高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通。反之則截至。本系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)軟件設(shè)置使報(bào)警器真實(shí)模擬了聲音頻率均勻拉高，還原、再拉高的過(guò)程。形成頻率在9761945Hz之

26、間平滑遞增的聲音效果。實(shí)現(xiàn)報(bào)警器聲音非常逼真。圖3-4 報(bào)警電路3.4燈光警示電路如圖3-5所示：這里我們選用12V的炫目燈做燈光警示電路，因炫目燈在正常工作狀態(tài)下電流比較大，所以這里我們選用使用繼電器控制其開(kāi)關(guān)的方案。這里我們照樣使用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器工作。圖3-5燈光警示電路并聯(lián)在線圈的兩端的是續(xù)流二極管，線圈在通過(guò)電流時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當(dāng)流過(guò)線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。叢而保護(hù)了電路

27、中的其它原件的安全。在電路中反向并聯(lián)在繼電器或電感線圈的兩端，當(dāng)電感線圈斷電時(shí)其兩端的電動(dòng)勢(shì)并不是立即消失，此時(shí)殘余電動(dòng)勢(shì)通過(guò)一個(gè)二極管釋放，起這種作用的二極管叫續(xù)流二極管。3.5狀態(tài)顯示電路如圖3-6所示：本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路，在正常無(wú)人非法闖入室時(shí)數(shù)碼管的DP點(diǎn)閃爍，若有人闖入數(shù)碼管則顯示E來(lái)提示有人非法闖入。圖3-6 狀態(tài)顯示器在這里，串聯(lián)的幾個(gè)470歐電阻是限流電阻。因?yàn)閿?shù)碼管是由發(fā)光二極管按照一定的順序排列制成的元件，每個(gè)發(fā)光二極管的阻非常小，正常工作電流大致在1025mA,如不串入限流保護(hù)電阻，直接連接很有可能瞬間燒壞數(shù)碼管。我們可以依公式來(lái)計(jì)算出限流電阻的阻值：

28、R=U/I;其中U=5V,I=（1015）mA,可得R=330500歐。這里我們選用典型值470歐。10K電阻為上拉電阻，以保證P0口可以輸出高電平。3.6供電電源電路如圖3-7所示，本系統(tǒng)采用L7805CV來(lái)做電壓芯片，因?yàn)槠漭敵鲭娏骺蛇_(dá)1.5A,可滿足本系統(tǒng)5V供電電壓。圖3-7 供電電路在電源的兩端并聯(lián)的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率圍的濾波特性。3.7單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-8所示，單片機(jī)的電源采用5V供電，時(shí)鐘電路也就是振蕩電路采用11.0592MHZ晶振，向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號(hào)作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速

29、度。圖中的電容起穩(wěn)定作用。其復(fù)位電路采用混合復(fù)位電路，在上電的時(shí)候會(huì)自動(dòng)復(fù)位，也可手動(dòng)復(fù)位。方便在單片機(jī)死機(jī)的時(shí)候進(jìn)行重啟。圖3-8 單片機(jī)最小系統(tǒng)第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖如圖4-1所示:在開(kāi)機(jī)后，單片機(jī)首先進(jìn)行初始化，將數(shù)碼管、高音警報(bào)器、炫目燈等外設(shè)關(guān)閉，同時(shí)將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T1開(kāi)啟，關(guān)閉外部中斷1允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來(lái)觸發(fā)外部中斷0，熱釋電傳感器用來(lái)觸發(fā)外部中斷1，外部中斷1允許位的開(kāi)啟與關(guān)閉由外部中斷0來(lái)控制。方便對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防與撤防功能。定時(shí)計(jì)數(shù)器T0用來(lái)控制高音報(bào)警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報(bào)警聲；定時(shí)計(jì)數(shù)器T1

30、用作延時(shí)函數(shù)。初始化完成后，若無(wú)中斷請(qǐng)求信號(hào)，系統(tǒng)則使數(shù)碼管的DP小點(diǎn)閃爍。圖4-1主程序流程圖初始化完成后，若布防/撤防按鍵第一次按下，則觸發(fā)外部中斷0，將外部中斷1允許位打開(kāi)，也就是說(shuō)現(xiàn)在單片機(jī)可以接收傳感器的信號(hào)并作出相應(yīng)的動(dòng)作，若傳感器感受到在檢測(cè)圍有人活動(dòng)，則將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，觸發(fā)外部中斷1，使數(shù)碼管顯示E、同時(shí)炫目燈與高音報(bào)警器打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。4.2中斷函數(shù)流程圖圖4-2、圖4-3都為中斷函數(shù)流程圖圖4-2中斷流程圖圖4-3 中斷流程圖第5章 結(jié)論本設(shè)計(jì)采用KeilC51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，完成了程序模塊規(guī)劃與各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)處理過(guò)程的編程和調(diào)試。它具有電路簡(jiǎn)單、

31、功能齊全、性能齊全、性價(jià)比高等特點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)。本論文完成了軟硬件主要功能模塊的設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與功能擴(kuò)展打下了良好的基礎(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)主要由AT89C51芯片、熱釋電傳感器、聲光報(bào)警、鍵控組成。性能好，工作穩(wěn)定，非常適合防盜報(bào)警領(lǐng)域。由于時(shí)間關(guān)系和水平有限，設(shè)計(jì)中存在著一些缺陷和不足，還有待于在今后的進(jìn)一步設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷完善。為了提高靈敏度，減少誤報(bào)率，可以采用攝像頭作為探測(cè)頭，將采集到的信號(hào)進(jìn)行圖像處理與判斷后再?zèng)Q定是否報(bào)警。如果系統(tǒng)接收到報(bào)警信號(hào)后，保安人員可以通過(guò)查詢報(bào)警記錄來(lái)確定是否真有人經(jīng)過(guò)。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，智能住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)的功能

32、也將日趨完善。在新的產(chǎn)品化的管理系統(tǒng)中，人們將會(huì)越來(lái)越多的體驗(yàn)到現(xiàn)代生活的氣息。致該課題是在我導(dǎo)師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深的感染和激勵(lì)著我。從設(shè)計(jì)的開(kāi)始到最終完成，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了許多做人的道理。在我的課題開(kāi)展過(guò)程中傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師的為人師表、淵博的知識(shí)、寬廣的胸懷讓我備受教益，在此謹(jǐn)向?qū)焸冎乱哉\(chéng)摯的意和崇高的敬意！通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我增強(qiáng)了理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到各種問(wèn)題在指導(dǎo)老師的幫助下得以解決，鍛煉了我的意志，更使我增強(qiáng)了信心。衷心感在我成長(zhǎng)的路上指點(diǎn)幫助我的前輩們和

33、朋友們；衷心感在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。參考文獻(xiàn)1 毅剛.MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì).工業(yè)大學(xué),1990年2 涂時(shí)亮.單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)藝術(shù).科學(xué)文獻(xiàn)分社，19873 周航慈.單片應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).航空航天大學(xué)，19904 華主編.MCS51單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).航空航天大學(xué)，19935 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編.航空航天大學(xué)，19966 毅;上班族,如何保護(hù)自己的家家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期7 錢曉軍;家庭無(wú)線智能防盜報(bào)警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期8 宋松娥;安全防盜報(bào)警系統(tǒng)的組成與其作用J;中防產(chǎn)品信息;1993年02期9 冰彥;家庭無(wú)線智能防盜報(bào)警系統(tǒng)J;安防