智能门窗防盗设计.docx
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智能门窗防盗设计
SuZhouUniversity
Year2012BachelorGraduationassignmentDesign
Title:
Designofintelligentanti-theftdoorsandwindowsSystem
Author：
ZhangManJun
StudentID：
2010080120
Department：
MechanicalandElectronicEngineering
Major:
ElectricalInformationEngineering
Instructor：
HanJun
ProfessionalTitle：
LecturerInstructor
Jun.21th.2012
摘要
相关资料显示，我国已成为防盗产品的消费大国尤其在门窗防盗这方面。
特别是近几年来房地产市场的火爆，越来越多的房子需要安装门窗防盗系统，这为门窗防盗系统提供了越来越多的市场需求。
而市场上许多防盗产品不是智能系统，笨重，安装不方便或者有的价格太高，并且在这个追求个性化的年代里，许多人想拥有自己的个性化报警系统，急需一款智能，能自己设置的报警声音的个性化防盗系统。
本课题是智能防盗门窗的设计，主要是设计防盗系统的实用性和廉价性。
本系统以AT89C51单片机芯片为主体外加激光传感器感应外物再通过语音播报系统发出警报，其中播报模块有WT588语音芯片和报警器，最终达到有大型物体挡住激光就能发出报警的功能，还能根据个人喜好设计它发出不同的声音。
关键词：
智能防盗门窗;单片机;语音芯片;激光传感器;
ABSTRACT
Relevantinformation,Chinahasbecomethelargestconsumersecurityproducts,securitydoorsandwindows,especiallyincountriesinthisregard.Especiallyinrecentyearshotrealestatemarketgrowingnumberofhousesneedtoinstallwindowssecuritysystem,whichprovidesanti-theftsystemforthedoorsandwindowsmoreandmoremarketdemand.Manysecurityproductsonthemarketsystemisnotsmart,heavy,andsomeinstallationinconvenientortooexpensive,andinthepursuitofindividualyears,manypeoplewanttohavetheirownpersonalalarmsysteminurgentneedofanintelligent,abletoownsetpersonalizedvoicealarmanti-theftsystem.
Thistopicisintelligentanti-theftdoorsandwindowsinthedesignisthedesignofanti-theftsystem,practicalandcheap.ThissystembasedontheAT89C51singlechipmicrocomputerasmainbodywithlasersensorforsensingobjectsthroughthevoicebroadcastsystemalerts,whichbroadcastmodulehasWT588voicechipandanalarm,eventuallyreachingalargeobjectblockingthelasercanemitalarmfunction,canaccordingtopersonalpreferencesdesignitadifferentsound.
Keywords：
intelligentanti-theftdoorsandwindows;singlechipmicrocomputer;voicechip;lasersensor
前言
随着人们的安全意识不断的加强，对家居安全的需求是越来越迫切，如何看好门户，对自身的生命财产进行有效的保护，是一个严峻的问题。
普通的门窗已经不能满足现代人对安全的需要，大到国家重要基地小到个人居家，门窗的安全系数越来越引起人们的重视。
安全的门户就需要安全的防盗系统，于是门窗防盗系统给人们带来了家去生活的安全感。
我国房产业目前仍持发展趋势，拉动了门窗业的需求，我国防盗门窗的需求正以每年13.9%的速度增长，门窗业的需求量每年为1.7亿平方米，目前仍呈现良好的增长态势，防盗门窗市场仍有大可发展的空间。
从90年代首批防盗门窗问世以来，就深受市场的欢迎，其市场也不断推陈出新，以适应消费者的需求，材质上从木门、铁门、钢质门、铝合金门发展到不锈钢门、铜门，木窗，普通玻璃窗、铝合金窗、钢化玻璃窗。
在外观上，从第一代的普通门窗到第六代的装饰门，从线条、表面、整体上不断的创新。
然而这些门窗的安全保证都不敬人意，都是用物理的方法在加强门的安全度，而门窗防盗系统是突破局限用科学的方法实现了安全防盗的功能。
现在市场上也出现各式各样的防盗门窗，有的便宜但性能不好，性能优良的但价格不菲，消费者和经销商在选择防盗门窗的时候，都会倾向于选择性价比高的，而本课题的智能防盗系统以低廉的成本就能实现防盗的效果，所以本课题有其市场发展前景。
在现实生活中，大城市也开始普及防盗系统但中小城市的居家安全还是很有隐患的，随着人们对生活品质追求的不断提高，安全的家居生活无疑是最迫切的，本设计的目的在于实现各个城市家具生活的零危险。
利用单片机技术来实现智能防盗系统的设计，具有稳定性好、实用性强、成本低、操作简单、耐用和以维护等特点。
1设计任务
1.1系统基本要求
1）设计双激光传感器检测电路，监测有没人或物体同时挡住两束激光。
2）再设计出单片机最小系统，用来接收信号、计数处理和发出指令；
3）最后设计出语音播报（带稳压的）电路，接收单片机指令，当两束激光同时被挡住时，发出设定的报警声音。
4）设计的系统要耐用，不易损坏，所用元件容易采购，坏了容易检修。
1.2系统的扩展要求
1）系统能外接其他传感器，以实现特定功能。
2）可以根据用户需求选择工作模块，做到节能。
3）能根据数据特点选择显示元件，系统各模块工作具有较好的兼容性，互不干扰又紧密联系！
2方案论证与比较
2.1单片机的选择
方案1:
选择8031单片机芯片
8031芯片内部无ROM,需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难,况且使用8031还需要另外购买其他的芯片,从而造成成本较高,性价比低。
方案2:
选择89系列单片机
89系列单片机内部有ROM,且片内ROM全部采用FlashROM,它能于3的超低压工作,与MCS-51系列单片机完全兼容。
其芯片包括：
1）一个8位的微处理器（CPU）；
2）片内256字节数据存储器RAM/SFR,用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等；
3）片内4KB程序存储器FlashROM,用以存放程序、一些原始数据和表格；
4）4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出；
5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数方式或定时的结果实现计算机控制；
6）具有5个中断源、两个中断优先级的终端控制系统；
7）一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O,用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信；
8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz；
9）89系列单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式；
结合实际，选择AT89系列单片机来设计。
2.2语音芯片的选择
方案1：
采用APR9600语音芯片
台湾公司最新推出的APR9600语音录放芯片，是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。
它较ISD系列语音芯片易于控制且价格也较便宜。
方案2：
采用WT588语音芯片
WT588系列语音芯片是中国广州唯创科技有限公司中国台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路与一体的可编辑语音芯片。
可控制的语音地址位能达到220个，每个地址位里能加载可组合语音为128段，总共28160段语音。
其特点：
1）支持2M~32M的SPI-Flash内存，播放时长较大；
2）内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快；
3）内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM输出，音质好；
4）可通过专业上位机操作软件，随意组合语音；
5）USB下载方式，支持在线下载/脱机下载，即便在WT588通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash；
6）抗干扰能力强，可用于公共或者工业场合。
由于本系统要求很多的语音段、高速处理和抗干扰能力强等要求，以选择WT588作为语音播报的主控芯片。
3系统描述
3.1概述
本智能门窗防盗系统可以用于家庭或企业单位防盗使用，在门或窗上布两道激光，激光间距适当，一旦有人或者较大体积的东西从窗口或门入侵时，两道激光就会同时被挡住，此刻系统会按照设置的警报声音，自动发出警报。
3.1.1系统总框图：
本系统包括主机电路和从机电路。
其中主机电路包括供电电路单元，串口通信电路单元（MAX232芯片），复位时钟电路单元（11.0592MHz），语音播报电路单元；从机电路包括供电电路单元，多路激光传感器接收单元，报警器单元，串口通信电路单元（MAX232芯片）。
本系统通过KeilC5软件并利用C语言进行编程，调试编译好的程序通过ISP下载软件写入单片机从而实现本系统的功能。
3.1.2软件方案
（主板原理图如下：
）最小系统原理图：
图3-1-2
3.2单片机硬件简介
本系统采用以AT89系列单片机为控制中心，以及外围供电、复位、晶振、MAX232构成电频转换电路组成单片机最小系统电路，用AMS1117构成的稳压模块、WT588构成的语音模块以及双激光组成的检测模块共同组成驱动系统电路，激光检测信号传送给单片机，单片机作出计数与判断，给语音模块发出播报相应语音指令。
3.3单片机最小系统
3.3.1单片机接口电路原理图如下：
图3-3-1
3.3.2驱动部分：
图3-3-2（原理图）
3.3.3WT588语音播报电路
以AMS1117芯片为主控，C1、C2电容，R5电阻和LED组成的稳压供电模块；以WT588芯片为核心，J5信号输入双孔排座和J4语音信号输出双孔排座。
图3-3-3
3.4软件平台简介
1.KeilC51软件KEILC51标准的C编译器为微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。
一个单片机应用系统，它的硬件电路设计完成后，接着便可以用此软件进行程序的编写及仿真调试。
2.Protel99se软件此软件是一款常用的PCB板设计软件，包括以下模块，原理图设计模块，PCB设计系统，自动布线模块，可编程逻辑器件设计，高级数模混合电路信号仿真组件。
利用此软件完成了主系统板和扩展板PCB板的设计。
3.89系列单片机ISP下载软件通过Keil编译软件编译过的程序，会生成一个hex文件，通过这个软件能把把这个hex文件通过串口下载到单片机西进行调试。
第四章电路板焊接
4.1焊接方法与注意事项
4.1.1正确使用电烙铁
1）电烙铁使用前要上锡，具体方法是：
将电烙铁烧热，待刚刚能熔化焊锡时，涂上助焊剂，再用焊锡均匀地涂在烙铁头上，使烙铁头均匀的吃上一层锡。
2）焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。
3）焊接完成后，要用酒精把线路板上残余的助焊剂清洗干净，以防炭化后的助焊剂影响电路正常工作。
4）电烙铁应放在烙铁架上。
4.1.2元件焊接顺序
1）先难后易，先低后高，先贴片后插装。
2）宗旨：
焊接方便，节省时间。
3）先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片。
如果把这些难度大的放于最后焊接，一旦焊接失败把焊盘搞坏，那就会前功尽弃。
4）先低后高，先贴片后插装。
这样焊接起来方便。
如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集众多的时候。
如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接心情。
4.1.3手工焊接贴片元件方法经验
首先在干净的焊盘上涂上一层助焊剂，再用干净的恒温电烙铁往焊盘上薄薄一层焊锡（一般电路板制作的时候都已上好锡，不过有时手工上锡还是非常必要的），把元件放置上去对准，上锡固定好对角，然后随意挑一边用烙铁垂直引脚出线方向较缓滑过，同时稍用力下压元件这条边；然后就同样方法焊对边；然后就另外两边。
最后检查，不好的地方重新焊过。
焊接时电烙铁温度要适中，一般400度左右为好。
检查方法：
首先目测，然后用尖细的东西检查每个引脚是否松动，最后可用万用表测量。
如果两管脚之间短路可涂上些助焊剂，趁酒精尚未挥发之际拿烙铁再烫一次（烙铁头一定得弄干净了）。
4.2本系统的焊接顺序：
4.2.1焊接供电部分（power和power<+5V>）
A首先焊接供电部分的power:
1）该部分原理图如下：
图4-2-1-a
2）用于给整板供电。
B焊接供电部分的power<+5V>：
1）该部分原理图如下：
2）主要是给光电耦合器6N137供电的。
图4-2-1-b
4.2.2焊接串口电路部分
1）该部分原理图如下：
图4-2-2
2）用于单片机串口ISP程序下载，注意各个芯片方向。
4.2.3焊接单片机最小系统
A先焊接晶振电路
1）该部分原理图如下：
2）为系统提供时钟信号。
图4-2-3-a
B再焊接复位电路：
1）该部分原理图如下：
2）按键系统复位。
图4-2-3-b
C最后焊接单片机接口电路
1）该部分原理图如图XX所示；
2）引出单片机引脚，方便扩展接线。
图4-2-3-a
4.2.4焊接报警器与接光耦部分
1）原理图如下：
图4-2-4
2）通过光耦与其他电路隔离，防止干扰。
4.2.5激光传感器模块
图4-2-5
有激光传感器接口电路，独立供电。
第五章系统调试
5.1硬件调试
硬件我们焊接完一个部分就要用万用表测一个部分，保证这个部分是通的我们再往下焊，要不然你焊接多少都是废的，因为你前部分会影响后面（比如你连程序都下不进去，你焊后面的驱动电路，焊的再多也没有用），所以我们要保证焊一个部分，就调好一个部分，保证我们焊好后我们的板子就能下程序用了。
5.2主机程序
主机源程序C代码如下：
#include
#include"tongxin.h"
#include"voice.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharsigna2;
uchardate[3];
uchardate1[3];
uchardate2[3];
ucharmen1[3],men2[3],men3[3];
bitflg1=0,flg2,flg3;
sbitanjian=P3^2;
voidmain（）
{
init（）;
date1[0]=2;
Read_Voice
（1）;
delay_Voice（200）;
while
（1）
{
if（date[0]+date[1]==date[2]）
{
date1[0]=date[0];
date1[1]=date[1];
date1[2]=date[2];
switch（date1[0]）
{
case0x01:
{
men1[0]=date1[0];
men1[1]=date1[1];
men1[2]=date1[2];
};break;
case0x02:
{
men2[0]=date1[0];
men2[1]=date1[1];
men2[2]=date1[2];
};break;
case0x03:
{
men3[0]=date1[0];
men3[1]=date1[1];
men3[2]=date1[2];
};break;
default:
break;
}
if（men1[1]==0x01）
{
flg1=1;
Read_Voice
（1）;
delay_Voice（400）;
Read_Voice（17）;
delay_Voice（2500）;
if（flg1==0）
{
date2[0]=0x01;
date2[1]=0;
date2[2]=date2[0]+date2[1];
send（0x01）;
send（0）;
send（0x01）;
delay_Voice（40）;
send（0x01）;
send（0）;
send（0x01）;
men1[1]=0;
}
}
if（men2[1]==0x01）
{
flg2=1;
Read_Voice
（2）;
delay_Voice（400）;
Read_Voice（17）;
delay_Voice（2500）;
if（flg2==0）
{
date2[0]=0x02;
date2[1]=0;
date2[2]=date2[0]+date2[1];
send（date2[0]）;
send（date2[1]）;
send（date2[2]）;
men2[1]=0;
}
}
if（men3[1]==0x01）
{
flg3=1;
Read_Voice（3）;
delay_Voice（400）;
Read_Voice（42）;
delay_Voice（400）;
if（flg3==0）
{
date2[0]=0x03;
date2[1]=0;
date2[2]=date2[0]+date2[1];
send（date2[0]）;
send（date2[1]）;
send（date2[2]）;
men3[1]=0;
}
}
/*if（anjian==0）
{
date1[0]=0;
send（0x01）;
while（anjian==0）;
delay_Voice（10）;
men1[1]=0;
men2[1]=0;
}*/
date[0]=date[1]=date[2]=0;
delay_Voice（20）;
}
}
}
voidint0（）interrupt0
{
send（0x01）;
delay_Voice（10）;
men1[1]=0;
men2[1]=0;
delay_Voice（20）;
}
5.3从机程序
从机源程序C代码如下：
#include
#include"tongxin.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#definenember0x01
uchardate2[3]={0};
ucharsigna2;
sbitJG1=P1^0;//激光接口//
sbitJG2=P1^1;
sbitJB=P1^3;//报警器
sbitled2=P1^2;
voidmain（）
{
init（）;
while
（1）
{
uchari;
if（JG1==0&&JG2==0）
{
JB=0;
date2[0]=nember;
date2[1]=0x01;
date2[2]=date2[0]+date2[1];
for（i=0;i<3;i++）
{
send（date2[i]）;
}
}
if（date1[0]==0x01）
{
JB=1;
date1[0]=0;
}
}
}
voidint0（）interrupt0
{
if（JB==0）
{
JB=1;
}
}
5.4运行结果
当有人闯入时，同时阻挡两根激光，使得激光与光电传感器断开，这时语音电路就会接通，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，打开门限阀门送出电平，电平至AT89系列单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。
结论
通过这次论文智能防盗门窗的设计，使我对单片机有了更多的认识，特别是对单片机个个引脚的使用和单片机的外围电路的设计和C语言程序的编辑，经过数周时间的奋战，在指导老师的帮助下，我们进行了准备性基础与原理的学习、设计方案与元器件选择、系统各个模块的框架设计、电路Protel绘图、PCB布线排版、焊接与硬件测试、程序编写与烧录、模拟测试，终于将此设计完成。
虽然在制作的过程中有过很多次的失败，但给我们留下了深刻的印象。
特别是焊接电路板和程序的调试。
每个过程都需要我们一丝不苟，耐心的去做。
同时我还学会了利用网络搜索本课题所需硬件资源，这次的毕业论文的设计不仅使我学到了不少理论知识，还学会了如何理论结合实际，加强了对
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