項目三 入侵監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、 項目三 入侵監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)1、認識入侵監(jiān)控系統(tǒng)隨著社會的不斷進步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設(shè)計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，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出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感

2、器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。1.閉路監(jiān)控電視子系統(tǒng)閉路監(jiān)控電視子系統(tǒng)在住宅小區(qū)安防系統(tǒng)建設(shè)中占有重要的位置，屬于小區(qū)安全防范的第一道防線。一般來說閉路監(jiān)控系統(tǒng)是由發(fā)展商為整個小區(qū)建設(shè)的，很少針對業(yè)主的住宅建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)，這就需要業(yè)主自行建設(shè)該系統(tǒng)。攝像機按照主流的技術(shù)可分為模擬攝像機和網(wǎng)絡(luò)攝像機，采用模擬攝型機只能在住宅內(nèi)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)視、錄像和回防，如果需要遠程監(jiān)控則需要采用網(wǎng)絡(luò)攝像機（最少需要采用視頻服務(wù)器）。那么采用網(wǎng)絡(luò)攝像機而住宅沒有固定的真實IP地址，怎么辦呢？如果業(yè)主要通過遠程（一般是指互聯(lián)網(wǎng)）監(jiān)控自己的住宅，則首先需要申請一個ADSL寬帶上網(wǎng)服務(wù)，然后購

3、買一臺支持動態(tài)域名解析（比如內(nèi)置花生殼軟件）的路由器，再申請一個動態(tài)解析的域名（網(wǎng)上有很多免費的域名提供，比如花生殼）就可以了，業(yè)主可以通過標準瀏覽器訪問預(yù)先申請的域名就可以訪問家中的攝像機了。2.門禁子系統(tǒng)門禁系統(tǒng)一般在大型的住宅小區(qū)中都有建設(shè)，尤其是全封閉管理的小區(qū)。但是很少為每戶住宅建設(shè)門禁系統(tǒng)的，主要原因是成本高，而且一旦門禁不能開門則比較麻煩，還需要使用鑰匙開門就失去門禁本身的意義了。不過大家還是可以根據(jù)實際需要建設(shè)該系統(tǒng)。讀卡器選用卡片式的讀卡器也可以選用指紋讀卡器，如果家中有老人或者是小孩則建議不要選用指紋讀卡器。3.報警子系統(tǒng)入侵報警子系統(tǒng)由報警探測器、報警主機和接警中心構(gòu)成。

4、報警探測器可以是紅外微波雙鑒探測器、窗磁、門磁、玻璃破碎探測器、煙霧探測器、緊急按鈕和燃氣泄漏探測器等，而系統(tǒng)的關(guān)鍵是接警中心，關(guān)于接警中心的設(shè)計后文有詳述。關(guān)于入侵報警子系統(tǒng)除了上文所述的報警門鎖之外，還有兩個功能比較實用，分別是防挾持和緊急報警按鈕。建設(shè)這兩個功能的好處在于，一旦發(fā)生搶劫或者非法事件，業(yè)主可以通過緊急報警按鈕進行報警，為了排除誤報的可能性，接警中心會通過對講系統(tǒng)和業(yè)主聯(lián)系以確認報警，如果被挾持則業(yè)主輸入防挾持密碼進行系統(tǒng)撤防，接警中心可以判斷業(yè)主受到了挾持，而對于罪犯來講會一位系統(tǒng)已經(jīng)撤防。建議業(yè)主建設(shè)該系統(tǒng)時考慮該功能。4.警情處理控制系統(tǒng)當家中出現(xiàn)非法入侵或煤氣泄漏等警

5、情信息后，本地會發(fā)出聲光報警信息，同時系統(tǒng)主機會撥打電話、發(fā)送短信、彩信、抓拍現(xiàn)場圖片給多個指定的用戶手機；用戶收到警情信息可第一時間拿起手機或電腦查看家中監(jiān)控任意的畫面，并可以通過手機或電腦對家中攝像機、報警器、智能家電進行控制！該系統(tǒng)無需電腦即可獨立完成監(jiān)控錄像、防盜報警、智能家居等功能！任務(wù)2 主動式入侵探測器設(shè)計入侵探測器是安防報警系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。文中討論了入侵探測器的組成、分類、主要性能要求以及其弊端與對策。入侵探測器的組成入侵探測器（Intrusiondetector）是安防報警系統(tǒng)的輸入部分，是用來探測入侵者入侵時所發(fā)生的移動或其它動作的裝置。入侵探測器通常由傳感器(Sensor

6、)、信號處理器和輸出接口組成，簡單的入侵探測器可以沒有信號處理器和輸出接口。傳感器是一種物理量的探測、轉(zhuǎn)換裝置。它就像入侵探測器的眼睛、鼻子、耳朵一樣，入侵者在實施入侵時總是要發(fā)出聲響、振動、阻斷光路，對地面或某些物體產(chǎn)生壓力，破壞原有溫度場發(fā)出紅外光等物理現(xiàn)象，傳感器則是利用某些材料對這些物理現(xiàn)象的敏感性而將其感知并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號和電參量（電壓、電流、電阻、電容等）。處理器則對電信號放大、濾波、整形后成為有效的報警信號。輸出接口使入侵探測器的輸出呈現(xiàn)兩種輸出狀態(tài)，即警戒監(jiān)控狀態(tài)為無電位的常閉觸點或?qū)娮璨淮笥?00。報警狀態(tài)和未加電時為常閉觸點開路或開路電阻不小于1M。2.1入侵探測器

7、的分類入侵探測器有多種多樣，進行分類將有助于從總體上對入侵探測器的認識和掌握入侵探測器通?？砂磦鞲衅鞯姆N類、工作方式、警戒范圍、傳輸方式、應(yīng)用場合來區(qū)分。1. 按傳感器種類分類按傳感器的種類，即按傳感器探測的物理量來區(qū)分，通常有：磁控開關(guān)探測器、振動探測器、超聲入侵探測器、次聲入侵探測器、紅外入侵探測器、微波入侵探測器和視頻移動探測器等等探測器的名稱大多是按傳感器的種類來稱呼的。2. 按入侵探測器工作方式來分類按入侵探測器工作方式分類，有：主動式入侵探測器和被動式入侵探測器兩種。被動入侵探測器在工作時不需向探測現(xiàn)場發(fā)出信號，而依靠對被測物體自身存在的能量進行檢測。平時，在傳感器上輸出一個穩(wěn)定的

8、信號，當出現(xiàn)入侵情況時，穩(wěn)定信號被破壞，輸出帶有報警信息，經(jīng)處理發(fā)出報警信號。例如，被動紅外入侵探測器利用了熱電傳感器能檢測被測物體發(fā)射的紅外線能量的原理。當被測物體移動時，把周圍環(huán)境溫度與移動被測物體表面溫度差的變化檢測出來，從而觸發(fā)探測器的報警輸出。所以，被動紅外入侵探測器是被動式入侵探測器.主動式探測器是在工作時，探測器要向探測現(xiàn)場發(fā)出某種形式的能量，經(jīng)反射或直射在接收傳感器上形成一個穩(wěn)定信號，當出現(xiàn)入侵情況時，穩(wěn)定信號被破壞，輸出帶有報警信息，經(jīng)處理發(fā)出報警信號。例如，微波入侵探測器，由微波發(fā)射器發(fā)射微波能量，在探測現(xiàn)場形成穩(wěn)定的微波場，一旦移動的被測物體入侵時，穩(wěn)定的微波場便遭到破壞

9、，微波接收機接收這一變化后，即輸出報警信號。所以，微波入侵探測器是主動式探測器。主動式探測器其發(fā)射裝置和接收傳感器可以在同一位置，如，微波入侵探測器。也可以在不同位置，如，對射式主動紅外入侵探測器2.2主動紅外入侵探測器（Active Infrared Intrsion Detector）：是由發(fā)射機與接收機配對組成，發(fā)射機發(fā)出紅外光束，同時接收機接收發(fā)射機發(fā)出的紅外光束。當發(fā)射機發(fā)出的紅外光束被完全遮斷或按給定的百分比部分被遮斷時，則接收機因接收不到紅外光束即會產(chǎn)生報警信號。 主動紅外入侵探測器分類 按光束數(shù)分類：單光束、雙光束、四光束、光束反射型柵式、多光束柵式；按安裝環(huán)境分類：室內(nèi)型、室

10、外型；按工作方式分類：調(diào)制型、非調(diào)制型。 主動紅外入侵探測器的探測距離各個品牌都有不同型號，一般會有10米、20米、30米、40米、60米、80米、100米、150米、200米、300米等。探測距離要求 室外型主動紅外探測器的最大探測距離按探測器技術(shù)要求規(guī)定一般應(yīng)是其標稱探測距離的6倍。室外型探測器需要考慮到室外環(huán)境及天氣因素，也就是指在室外遇到風、雪、雨、風沙等情況也要能正常工作。所以在實際使用時，按照行規(guī)和公安技防規(guī)范要求還常常再增加余量，現(xiàn)在約定的共識是：“實際探測使用距離廠方標稱值的70%”。例如：標稱值300米的探測器，在理想環(huán)境條件下能探測的距離應(yīng)是1800米（即標稱值的六倍），但

11、在實際使用時只能用于保護240米的圍墻（欄柵）。 光束選擇要求 關(guān)于單光束、雙光束、四光束探測器的選用，常規(guī)情況都選用雙光束主動紅外入侵探測器。因為一般來說，正常人體截面積大致在為500mm（身寬）x200mm（身厚）左右，如選用四光束主動紅外入侵探測器可能會發(fā)生不能遮擋上部某條紅外射線，而漏報警，當然選用四光束主動紅外入侵探測器則誤報較少。但一般仍建議在周界圍墻上選用雙光束主動入侵探測器為宜。（從經(jīng)濟角度考慮也選用雙光束主動紅外探測器為好），不過某些特殊應(yīng)用場合還會選用四光束主動紅外入侵探測器。 任務(wù)3 被動式入侵探測器近幾年來，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人們對安防產(chǎn)品性能要求也越來越高，常規(guī)通用單

12、一被動紅外檢測的報警器或單一微波檢測的報警器，應(yīng)用性能、可靠性、靈敏度等方面已不能滿足于社會安防需要的發(fā)展了，于是近年來又研發(fā)了被動紅外與微波復(fù)合型探測器。這種被動紅外與微波復(fù)合型探測器，結(jié)合被動紅外與微波的優(yōu)點，在性能方面互相補償，大大減低了誤報率，從而提高了安防應(yīng)用的可靠性。 被動紅外探測技術(shù)是一種應(yīng)用比較廣泛的探測系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是專門用來檢測物體輻射紅外線的方式進行工作的。在自然界中，任何高于絕對零度(-273.15)的物體都可以輻射出紅外線,而且輻射能量的大小與物體表面溫度有關(guān).被動紅外探測器采用熱釋電人體紅外傳感器(PIR)作為信號撿取裝置，熱釋電人體紅外傳感器(PIR)單元對紅外線

13、感受表現(xiàn)在敏感單元的溫度,而溫度變化導(dǎo)致電信號的變化,因熱釋電人體紅外傳感器(PIR)的特定結(jié)構(gòu)(PIR由敏感單元、阻抗變換管、濾光窗、等組成，詳細介紹見另一篇文章)決定了它具有二維識別的特性，也就是說滿足于這種探測器的條件有兩個：第一、必須是生物體，第二、物體必須要運動。又用熱釋電人體紅外傳感器(PIR)加裝了濾光窗，能有效地讓人體輻射的紅外光（波長為7-14m）通過。所以對人體有較高的靈敏度，而對于小動物則靈敏度大大下降?？梢杂行У胤乐剐游锶肭址绤^(qū)而引起誤報警，熱釋電人體紅外傳感器(PIR)配合菲涅爾透鏡可以將作用發(fā)揮到最大，菲涅爾透鏡根據(jù)菲涅爾原理制成，把紅外光線分成可見區(qū)跟盲區(qū)，同時

14、又具有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器(PIR)的靈敏度大大增加。加裝菲涅爾透鏡后，探測器可以達到20*20M，如我司DT-73系列的被動紅外與微波復(fù)合智能型探測器，探測距離均可以達到18*18M。被動紅外探測器的主要檢測的運動方向為橫向運動方向，對徑向方向運動的物體檢測能力比較差。被動紅外探測器的缺點是環(huán)境溫度影響比較大。它在相對溫度（即環(huán)境溫度與人體溫度的差值）小的夏季，環(huán)境溫度高，差值很小，靈敏度有所下降；在冬季，環(huán)境溫度低，而人體的溫度基本保持不變，固其差值大，從而靈敏度高，應(yīng)用效果好。 微波探測器是以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)。（多普勒效應(yīng)內(nèi)容為：由于波源和接收者之間有存在相互運動而造成接收

15、者接收到的頻率與波源發(fā)出的頻率之間發(fā)生變化。高頻多普勒效應(yīng)原理公式為：F收=(CV)=F發(fā)V/=F發(fā)F移）。由發(fā)射機發(fā)出高頻電磁波，在監(jiān)視空間范圍建立起三維的交變電磁場。接收機與發(fā)射機安裝在同一機殼內(nèi)，用于接收從監(jiān)視區(qū)內(nèi)反射回來的反射波，并將反射波的頻率與發(fā)射波頻率進比較作出判斷。反應(yīng)靈敏，對溫度的變化，空氣流的擾動和噪聲等的干擾均不敏感，能穿透墻，玻璃等物體。微波探測器檢測運動方向為徑向運動方向，對橫向方向運動的物體檢測能力則比較差。缺點是必須安裝在完全沒振動的墻、柱上等，對金屬表面或堅硬的混凝土?xí)r特別容易反射。 綜合上述分析被動紅外的缺點剛好微波可以彌補，微波的缺點剛好紅外可以彌補。被動紅

16、外檢測方向為橫向，而微波檢測方向為徑向，構(gòu)成一個相當完善的三維空間，大大減少了監(jiān)視死角。 美安公司生被動紅外與微波復(fù)合探測器主要運用了上述的紅外與微波作為探測手段，采用數(shù)字式自動脈沖處理，濾除非物體活動信號和RFI/EMI信號。在被動紅外方面采用進口的熱釋電紅外傳感器單元，在性能方面遠勝于國產(chǎn)管，光學(xué)通路采用了透光率極高的透光材料制作的精密的折射式菲涅爾透鏡，探測范圍廣，同時又采用全范圍的自動雙路溫度補償電路。 微波方面采用最新先進的平面式天線，可以有效的抑制信號的高次諧波及其他的干擾噪波，在電路上運用了高阻抗、低噪音的場效應(yīng)管作振蕩管，頻率高達10.525G或10.587G，波長更短，解析力

17、更強，分辨率更高，而且采用多級的巴特沃思有源濾波，信號通帶有很理想的平坦度，同時又采用了雙重屏蔽系統(tǒng)技術(shù)，幾乎完全濾除了干擾信號噪聲，使性能達到最佳狀態(tài)，誤報率極低。2.3.2熱釋電紅外傳感器的基本結(jié)構(gòu)與類型熱釋電紅外傳感器由傳感探測5元、干涉濾波片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。按照探測元的數(shù)目來分，熱釋電紅外傳感器有單元、雙元和四元等幾種，用于人體探測的紅外傳感器采用雙元或四元式結(jié)構(gòu)。按照熱釋電紅外傳感器的用途分，有以下幾種：用于測量溫度的傳感器，它的工作波長為120um；用于火焰的探測的傳感器，它的工作波長為4.350.15um；用于人體探測的傳感器，它的工作波長為715um。將高熱電材料制

18、成一定厚度的薄片并在其兩面鍍上金屬電極，然后加電進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。2.3.3菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡是人體熱釋電紅外傳感器不可缺少的6組成部分，其作用有二：一是將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外元上7；二是產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應(yīng)熱釋電探測元要求不斷變化的要求。菲涅爾透鏡一般用塑料制造，先將塑料加工成薄鏡片8，然后對鏡片進行棱狀或梳狀處理，使鏡片成為高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的透鏡。在使用時，將熱釋電傳感器安裝于透鏡的焦點區(qū)，這樣當有人在鏡前移動時，其輻射的紅外線就會通過透鏡形成高靈敏區(qū)和盲區(qū)交替出現(xiàn)的紅外輻射并傳到傳感器的探測元上，使探測元產(chǎn)生時弱時強的或時有時

19、無的電脈沖信號9，并通過阻抗變換器的變換由輸出端輸出。圖2菲涅爾透鏡的外形和視場圖菲涅爾透鏡的主要技術(shù)指標有：外形尺寸，根據(jù)傳感器和探測需要來設(shè)計和產(chǎn)生不同尺寸的透鏡。水平視角和垂直視角，它表明透鏡的可監(jiān)視范圍。焦距，它表明鏡片與傳感器的安裝距離。2.3.4 紅外傳感器的應(yīng)用熱釋電紅外傳感器可在入侵警報器、移動偵測器10、自動照明以及自動門控制等方面的設(shè)計電路中應(yīng)用。任務(wù)4 控制主機電路設(shè)計4.1功能需求分析(1)該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、報警等模塊。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。(3)系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。

20、當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進入；其二是盡可能大地增加防護范圍。當然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標。至于報警可采用聲光信號。2.安全防盜系統(tǒng)設(shè)計原理圖1 AT89C51 單片機引腳圖3.硬

21、件系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設(shè)計框圖所示。圖3系統(tǒng)框圖處理器采用

22、51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。3.1 時鐘電路的設(shè)計時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。MCS-51單片機允許的時鐘頻率是因型號而異的典型值

23、為12MHZ。MCS-51內(nèi)部都有一個反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機。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內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機

24、器周期為1us。如圖4所示為時鐘電路。圖4晶振電路3.2復(fù)位電路的設(shè)計計算機在啟動運行時都需要復(fù)位11，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是史密特觸發(fā)輸入(對于CHMOS單片機，RST引腳的內(nèi)部有一個拉低電阻)，當振蕩器起振后該引腳上出現(xiàn)2個機器周期(即24個時鐘周期)以上的高電平，使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、PSEN、P0、P1、P2、P3口都 輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，

25、單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計采用的是自動復(fù)位電路。如圖5示為復(fù)位電路。圖5復(fù)位電路3.3 電源模塊設(shè)計電源模塊為系統(tǒng)板上其它模塊提供5V電源以及15V電源12。電源的設(shè)計有分立元件和集成穩(wěn)壓器幾種方法，目前較常用的是用集成穩(wěn)壓器來設(shè)計穩(wěn)壓電源。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。常用可調(diào)式集成穩(wěn)壓器有LM317系列，它們的輸出電壓從1.25V37伏可調(diào)，負端則為LM337等。最簡的電路外接元件只需一個固定電阻和一只電位器。其芯片內(nèi)有過熱和安全

26、工作區(qū)保護，最大輸出電流為1.5A。系統(tǒng)需要設(shè)計兩個電源，其中5V電源采用7805，電路原理圖如圖6所示。原理：9V的交流電壓輸入后經(jīng)橋堆整流，通過1000F的電解電容進行濾波，再經(jīng)過集成穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，C17、C19等電容對其進行濾波后，最后輸出+5V電壓。供系統(tǒng)板上的其它模塊使用。圖6電源模塊原理圖3.4紅外信號采集及其處理本設(shè)計所用的熱釋感器采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖7所示, 在VCC電源端利用C1和R2來穩(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。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的

27、轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。紅外傳感器把低電平通過單片機的12引腳輸入單片機，單片機通過紅外傳感器輸入的低電平，控制發(fā)光二極管報警電路和聲音報警電路的工作狀態(tài)。從而可以起到防盜報警的目的。RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccVCC3v12vOUT圖7 熱釋電紅外傳感器原理圖3.5 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計本文設(shè)計的基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)光二極管報警電路由1個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的P1.0的引腳13，外接VCC，當紅外傳感器檢測到有人進入后，它把檢測的信號變成高低電平輸入單片機。當單片機的P1.0引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到

28、報警作用。圖8所示為發(fā)光二極管報警電路。圖8發(fā)光二極管報警電路3.6 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，本文設(shè)計的系統(tǒng)的聲音報警電路時用一個Sounder接到單片機的P1.0引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，當紅外傳感器檢測到有人進入后，它把檢測的信號變成高低電平輸入單片機。單片機用高低電平通過P1.3端口控制蜂鳴器的工作與否。如圖9示為聲音報警電路。圖9聲音報警電路4.7硬件電路的選擇及說明從下圖的硬件電路圖，分析可知在本設(shè)計中要用到如下模塊：51單片機 AT89C51、由熱釋電紅外傳感器組成的檢測模塊、由LED組成的發(fā)光二極管報警模塊、由蜂鳴器組成的聲音報警模塊等一些單片機外圍應(yīng)用模塊，以及單片機的自

29、動復(fù)位電路和晶振電路等。在Protues軟件中沒有紅外傳感器模塊，所以本設(shè)計是用程序加以實現(xiàn)的。本設(shè)計中用的是被動型紅外傳感器。本文設(shè)計的題目是基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)的工作原理是當有人進入紅外傳感器的檢測范圍，紅外傳感器把檢測到的信號輸入單片機。單片機通過紅外傳感器輸入的高低電平去控制報警電路，以來通知主人有人進入，從而起到防盜的目的。在Protues軟件中沒有紅外傳感器模塊，所以本設(shè)計是用程序加以實現(xiàn)的。本設(shè)計中用的是被動型紅外傳感器。圖10系統(tǒng)硬件電路任務(wù)5 控制程序設(shè)計5.1軟件設(shè)計5.1.1程序設(shè)計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圖11所示。圖

30、11程序流程圖5.2中斷子程序設(shè)計（1）要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的周期（1/頻率）14，然后將此周期除以2，即為半周期的時間。利用定時器計時這個半周期時間，每當計時到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O腳上得到此頻率的脈沖。定時時間為1s 報警蜂鳴聲音為1KHZ=(1/(500us*2)。所以中斷為500us，中斷一次21H加1，直到256*500us，22H加1，到22H.3為1，即256*500us*8=1.024s。約1秒間隔會使LED反轉(zhuǎn)一次，而蜂鳴則一秒鳴一次，得到“嘀.嘀.”的報警聲，同時LED閃爍，聲光報警。（2）利用89C51

31、的內(nèi)部定時器使其工作在計數(shù)模式MODE2下15。中斷子程序流程圖如圖12所示。圖12 中斷程序流程圖5.3系統(tǒng)仿真本設(shè)計通過利用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所示。圖13系統(tǒng)原理圖本設(shè)計所要求達到的目標是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使圖中的紅燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的，同時蜂鳴器發(fā)出鳴叫聲。項目四 樓宇對講門禁系統(tǒng)任務(wù)1、認識樓宇對講門禁系統(tǒng)1.1門禁管理系統(tǒng)概述 與傳統(tǒng)鑰匙門鎖相比，門禁系統(tǒng)在攜帶，遺失等情況時的處理更加方便，無須更換大量門鎖和鑰匙，僅需要在軟件中做出相應(yīng)的操作即可。與監(jiān)控、報警等安防方式相比，門禁系統(tǒng)

32、化被動為主動，將安全隱患直接排除在管制通道之外。1.2 門禁管理系統(tǒng)功能 靈活豐富的權(quán)限管制：通過時區(qū)、周計劃、假期信息、管制群組的自由設(shè)置可以控制任何一個持卡人在任何一個房門的任意時刻的開門權(quán)限和開門方式。 通道管制、脅迫報警：系統(tǒng)允許對某些房門進行管制，實行手動或自動布防和撤防，布防時間內(nèi)僅系統(tǒng)卡和警衛(wèi)卡才具有開門權(quán)限。脅迫報警是指發(fā)生不法分子挾持合法用戶強迫開門事件時具備報警機制。 強大的報警設(shè)置功能：系統(tǒng)具有脅迫報警、防撬報警、強行進入報警、超時報警和反潛回功能。 電子公告功能：在具備液晶的讀卡器上具有立方獨特的電子公告功能，通過軟件編輯后可向讀卡機發(fā)布自定義的電子公告，用戶刷卡后即可

33、顯示該短信息。 強大的系統(tǒng)聯(lián)動：用戶可以對系統(tǒng)的各個I/O口進行功能設(shè)置，實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)或一卡通其他子系統(tǒng)進行聯(lián)動。 多種開門方式：系統(tǒng)支持多種開門方式，如刷卡開門、密碼開門、刷卡+密碼開門、刷卡+密碼+觸發(fā)開門、刷多卡開門方式等，可根據(jù)不同的安全需求進行靈活的選擇。 動態(tài)電子地圖顯示：系統(tǒng)具有電子地圖，在電子地圖上實時的以圖形和文字的形式顯示事件，如刷卡事件、進出房門、門狀態(tài)變化、系統(tǒng)報警和各種緊急事件等?？梢暂斎攵喾貓D，從不同角度監(jiān)控現(xiàn)場出入情況。 具備多種發(fā)卡方式：系統(tǒng)可以用連接電腦的發(fā)卡器或連接控制器的讀卡器發(fā)卡、也可以先由控制器發(fā)卡后上傳到數(shù)據(jù)庫再指定用戶。 互鎖通道、反潛回：系

34、統(tǒng)允許管理員對指定的通道或房門實行互鎖，互鎖組的房門在同一時間只能開啟其中的一扇。反潛回指在合法卡刷卡進入后，必須再規(guī)定時間內(nèi)外出。 自動與手動的布防/撤防：系統(tǒng)支持對指定房門的自動布防和撤防功能，可以在有權(quán)限的情況下指定某些房門在到達指定的時間段內(nèi)處于布防狀態(tài)，過了這段時間之后，系統(tǒng)會自動撤防；也允許在有限的條件下，隨時對房門進行布防和撤防操作。 1.3門禁管理系統(tǒng)優(yōu)勢 安全：圣坤科技門禁系統(tǒng)本身具備了企業(yè)級的密鑰認證體系、嚴格的通信協(xié)議加密體系、完善的數(shù)據(jù)庫安全管理體系,具有極高的系統(tǒng)安全性能；產(chǎn)品外殼堅固耐用，具備防水、防撬設(shè)計；在業(yè)務(wù)上從專業(yè)的安防角度出發(fā)，設(shè)計了最完善全面的安全功能，

35、包括多卡認證、自動布防/撤防、反脅迫、反潛回、通道互鎖、強行進入、防撬報警等，可以實現(xiàn)客戶對系統(tǒng)安全性最細微的需求。 美觀：圣坤科技門禁系統(tǒng)的讀卡器采用全新的造型設(shè)計，時尚典雅、精致尊貴，具有多個不同風格的系列，可匹配各種裝修環(huán)境。 柔性：系統(tǒng)家夠豐富，支持TCP/IP與RS485的兩種通訊方式，具有多種拓拔實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，可根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇；同時讀卡器和控制器上提供了大量可自定義的I/O功能口，可實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)（如樓宇對講、火警檢測等）或一卡通其他子系統(tǒng)（如消費、巡更）等進行聯(lián)動；讀卡器提供多種通訊接口，包括W26/W34/RS232/RS48/USB傳輸。其中RS485的通訊距離可達120

36、0米，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。 便捷：讀卡器尺寸符合美國/歐洲/亞洲等標準被盒設(shè)計，安裝時無須額外開孔；設(shè)備排線部分采用接插件設(shè)計，極大的方便工程安裝與維護排查；部分款式的讀卡器具有液晶顯示屏、生物觸摸按鍵設(shè)計，具備人性化的門禁短信提示、密碼開門等功能。1.4 門禁系統(tǒng)的分類隨著科技的發(fā)展電子類的科技的更新日新月異，門控系統(tǒng)的應(yīng)用已不局限在單一的出入口控制。它不僅可以應(yīng)用于智能大廈或智能小區(qū)的門禁系統(tǒng)，還可以應(yīng)用在遠程控制、停車場控制、電梯控制、交通管理或與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制等多種控制場合。所以經(jīng)過多年的發(fā)展，門禁系統(tǒng)發(fā)展很快。門禁系統(tǒng)可分為三類： （1）密碼門禁系統(tǒng)電子密碼鎖是一種通過密碼輸入來控制電路

37、或是芯片工作，從而控制機械開關(guān)的閉合，完成開鎖、閉鎖任務(wù)的電子產(chǎn)品。它的種類很多，有簡易的電路產(chǎn)品，也有基于芯片的性價比較高的產(chǎn)品?，F(xiàn)在應(yīng)用較廣的電子密碼鎖是以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)的。其性能和安全性已大大超過了機械鎖。（2）刷卡門禁系統(tǒng)顧名思義此系統(tǒng)需要刷卡,通過刷入射頻卡，對射頻卡的辨別來實現(xiàn)開門和關(guān)門任務(wù)的功能，目前市面上的卡有很多種類：條碼、磁卡、接觸式IC卡，非接觸式IC卡等，條碼和磁卡，在超市和銀行方面應(yīng)用的比較多，接觸式IC卡，以前在公共電話中用的比較多，但接觸式IC卡，芯片外露易壞、易折，而非接觸式IC卡既射頻卡，它把芯片和線圈封裝卡片內(nèi)，不容易損壞、不怕惡劣的環(huán)境，現(xiàn)在社

38、會上很流行，可靠性也高。（3）生物識別門禁系統(tǒng)采用生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)在安防行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)越來越多,包括銀行、監(jiān)獄、部隊等單位已經(jīng)采用生物識別的門禁系統(tǒng)來加強其管理的安全性和使用的方便性。生物識別系統(tǒng)按照識別對象來分主要有：1.指紋：是目前較成熟和適合于大規(guī)模應(yīng)用的生物識別特征。2.掌形：技術(shù)和產(chǎn)品也比較成熟，但是由于其體積大和價格較貴，限制了應(yīng)用。3.虹膜：是目前誤識率最低的產(chǎn)品之一，可以達到百萬分之一的精度，但是由于其使用的不方便和價格昂貴及體積較大受到較多的使用限制。4.面相：由于其使用的方便性，這也是一種可以大規(guī)模推廣應(yīng)用的生物特征，但是由于目前的誤識率比較高和受到周圍環(huán)境的影響（如燈

39、光、氣候等）任務(wù)2、門禁管理系統(tǒng)功能需求分析與方案設(shè)計門控電路的硬件部分主要由主要供電電源電路、備用電源電路、單片機外圍電路、鍵盤電路、LED顯示電路、報警電路、通話電路等電路模塊組成。分為三塊電路設(shè)計，一塊電路實現(xiàn)電源電路，第二塊電路是與單片機直接控制相關(guān)的電路，第三塊是對講電路，采用這種設(shè)計是根據(jù)各個電路模塊之間的距離和功能來劃分的，說明起來也更加合理。2.1 基于單片機的單元門禁系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖和基本工作原理智能控制器由主要供電充電鋰電池電路、蜂鳴報警電路、單片機及其外圍電路、（鍵盤電路、 LED顯示電路）通話門鈴電路的等電路模塊組成。主框圖如圖2.1 所示。通話電路鍵盤矩陣4*4AT89

40、C52單片機LED顯示供電充電鋰電池電路錯誤報警電路單片機開鎖電路AT24C02開鎖密碼存儲密碼門禁系統(tǒng)PAS5001-N如上圖所表示，電源由主要供電充電鋰電池電路和變壓電路組成，主要供電電路是由市電通過變壓濾波整流穩(wěn)壓后直接向各部分電路供12V和5V電壓。當斷電時有鋰電池供電。51單片機是整個電路的核心部分，其中單片機IO口的輸入有 4x4矩陣鍵盤、AT24C02 E2ROM的儲存器等，輸出LED顯示、報警電路、門鈴?fù)ㄔ掚娐?.2 各模塊的功能變壓電路：將市電壓濾波整流穩(wěn)壓后對鋰電池充電。充電鋰電池電路：在斷電的情況下能夠繼續(xù)想門控系統(tǒng)供電。4x4矩陣鍵盤：實現(xiàn)住戶輸入密碼開門，訪客輸入門號

41、進行通話。AT24C02 E2ROM：實現(xiàn)對用戶密碼的儲存。LED顯示：顯示相關(guān)的信息。報警電路：當用戶密碼輸入錯誤時報警提示。通話電路：訪客通過輸入門號，對住戶進行通話。任務(wù)三 門禁管理系統(tǒng)電路設(shè)計3.1 門禁系統(tǒng)的硬件電路原理硬件總體電路原理圖如下所示，其中包括LED顯示模塊，蜂鳴器報警模塊，鍵盤模塊和存儲模塊等，包括晶振電路復(fù)位電路、電源電路和鋰電池充電電路。圖3.1 電路原理圖 3.2 各分電路設(shè)計3.2.1 供電電源電路設(shè)計和鋰電池充電電路設(shè)計 如圖3.2.1.1所示電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1D4，濾波電容C1、C3，防止自激

42、電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。圖3.2.1.1Proteus仿真：仿真圖220V交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性

43、高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件鋰電池充電電路設(shè)計：如圖3.2.1.2采用恒定電壓給電池充電，確保不會過充。輸入直流電壓高于所充電池電壓3伏即可。R1、Q1、W1、TL431組成精密可調(diào)穩(wěn)壓電路，Q2、W2、R2構(gòu)成可調(diào)恒流電路，Q3、R3、R4、R5、LED為充電指示電路。隨著被充電池電壓的上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿后R4上的壓降將降低，從而使Q3截止，LED將熄滅，為保證電池能夠充足，請在指示燈熄滅后繼續(xù)充12小時。使用時請給Q2、Q3裝上合適的散熱器。本電路的優(yōu)點是：制作簡單，元器件易購，充電安全，顯示直觀，并且不會損壞電池通過改變

44、W1可以對多節(jié)串聯(lián)鋰電池充電，改變W可以對充電電流進行大范圍調(diào)節(jié)。圖3.2.1.23.2.2 報警電路的設(shè)計此電路設(shè)計相當簡單可以實現(xiàn)簡單的提示及報警功能，由單片機輸出一開關(guān)信號使報警燈和蜂鳴器工作。如下圖2.2.2所示。開鎖電路設(shè)計 當正確開啟門禁時，開鎖電路工作：引腳24變?yōu)榈碗娖剑琎2導(dǎo)通，Q3導(dǎo)通，此時繼電器線圈導(dǎo)通，繼電器工作，開關(guān)被拉下，實現(xiàn)開鎖功能，而D5是用來保護電路的。 3.2.3 門號選擇電路的設(shè)計本設(shè)計假想了本單元有7層樓，每層樓有一位住戶，從下到上依次是101、201、301、401、501、601、701。在設(shè)計門號選擇電路時考慮到了使用3線8線譯碼器。當呼叫的為10

45、1用戶時單片機輸出三位編碼提供給譯碼器譯碼，在通過譯碼器呼叫該用戶。3線8線譯碼器工作原理： 引腳圖 真值表如當呼叫101住戶時，單片機端口輸001，而譯碼器輸出端輸出10111111，從而控制101用戶進行通話功能。仿真圖如下圖3.2.3.1圖3.2.3.13.2.4 矩陣鍵盤的設(shè)計本設(shè)計是用AT89S52的并行口P1接44矩陣鍵盤，如圖2.2.4a所示，矩陣鍵盤的每個按鍵有它的行值和列值 ，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。對鍵盤的處理程序功能：確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行

46、口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能及其鍵值。設(shè)計中方案中的鍵值及其功能如圖中下標所示，其中鍵值15為訪客、鍵值16為住戶，鍵值11為確認，鍵值12為取消，鍵值14為呼叫，0-9為相應(yīng)數(shù)字。矩陣鍵盤Proteus仿真圖3.2.5 LED顯示電路的設(shè)計 本設(shè)計采用了共陰極的LED數(shù)碼管來實現(xiàn)顯示，此LED數(shù)碼管是有一個共陰極端，然后有a,b,c,d,e,f,g,DP為控制數(shù)碼管的顯示，顯示原理如下表：數(shù)碼管編碼顯示數(shù)碼管編碼顯示數(shù)碼管編碼顯示0x3fO0x73P0x79E0x37N0x40-

47、0x76H0x3f00x0610x5B20x4F30x6640x6D50x7D60x0770x7F80x679仿真圖：3.2.6 斷電保護電路 本電路主要是對用戶密碼的一種儲存防止斷電后密碼丟失的作用，采用了AT24C02芯片。該芯片是美國Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM，內(nèi)含256x8位儲存空間，具有工作電壓寬（2.5-5.5V）、擦寫次數(shù)多（大于10000次）、寫入速度快、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點。該芯片采用I2C總線式進行數(shù)據(jù)讀寫的串行器件，占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，進行數(shù)據(jù)實時的存取十分方便。AT24C02中帶有的片內(nèi)地址寄存器。每寫入或者讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加1，以實現(xiàn)對下一個存儲單元的讀寫。所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。通過SDA及SCL兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。而因為用了I2C規(guī)程，使用主從機雙向通信，主機和從機均可工作于接收器和發(fā)送器狀態(tài)。主機產(chǎn)生串行時鐘信號并發(fā)出控制字，控制總線的傳送方向，并產(chǎn)生開始和停止的條件。其電路圖如下圖3.2.6.1圖3.2.6.1圖中AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。在AT89C52試驗開發(fā)板上它們都接地，第8腳和第4腳分別為正負電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入和輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2