智能红外线防盗报警系统.docx
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智能红外线防盗报警系统
摘要
目前市而上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但凡这种比较常见的报警器都存在一些缺点。
本论文设计的智能红外线防盗报警系统，系统采用了热释电红外传感器，包括硬件和软件设计两个部分。
硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED显示控制电路、无线收发电路等部分组成,处理器采用51系列单片机AT89C51。
整个系统是在系统软件控制下上作的,系统程序可以划分为以下几个模块:
主程序、显示电路子程序、编码电路子程序、解码电路子程序、报警电路子程序。
此系统的特点是制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。
同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。
关键词单片机/红外传感器/无线收发/报警电路
INTELLIGENTINFRAREDANTI-THEFTALARMSYSTEM
ABSTRACT
Atpresentinthemarketconditionequipsmainlyhasthepressuretotouchthehairstyleburglaralarm,theswitchelectronicburglaralarmandthepressureshieldlight,thehairstyleburglaralarmandsooneachkindofalamapparatus,butthesekindofquitecommonalarmapparatusallhavesomeshortcomings.Thissystemusedhashotlyreleasedtheelectricityinfraredsensor,itsmanufacturesimple,costlow,installeasily,theantijammingabilitystrong,thesensitivityhigh,safewasreliable.Thiskindofsecurityinstallmenthidingwasnoteasilydiscoveredbythebanditsandthieves.SimultancouslyitssignalaftermonolithicintegratedcircuitsystemprocessingtheconvenienceandPCmachinecorrespondence,isadvantagcousforthemultiuserunificationmanagement.
Thisdesigndesignstwopartsincludingthehardwareandsoftware.Thehardwarepartiallyincludingthemonolithicintegratedcircuit,infraredpokesheadintheelectriccircuit,theactuationexecutionalarmcircuit，theLEDcontrolcircuit,thewairelesstransceivercircuitandsoonthepartialcompositions.Theprocessoruses51seriesmonolithicintegratedcircuitsAT89C51，theoverallsystemisworksunderthesystemsoftwarecontrol.Thesystemprogrammaydivideintofollowingseveralmodules:
mainprogram,Thedisplaycircuit,Codingcircuitsubroutine,Codingcircuitsubroutine,DecodingcircuitsubroutineandThealarmcircuitandsoon.
KEYWORDSSTC89C52,monolithicintegratedcircuit,infraredsensor,thewairelesstransceiver,alarmcircuit
1绪论
1.1无线红外防盗报警电路的发展状况
红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之下，所以首先要谈谈红外传感器的发展状况。
而传感器技术是21世纪人们在高科技发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将有传感器技术视为现代高新技术发展的关键。
从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家一也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点，而在中国传感器的发展也取得了飞速的发展。
从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。
热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器，他能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电信号输出。
近儿年来，伴随这集成电路技术的飞速发展，以及该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路的处理技术也迅速发展。
热释电传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。
1.2无线红外防盗报警器的分类及其介绍
1）被动式红外传感技术
被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大，处理，它能可靠的将运动着的生物体和飘落的物体加以区别。
同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。
被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。
2）主动红外探测器
主动红外探测器由红外发射机，红外接收机和报警控制器。
分别置于收发，发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。
红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。
接收端输出的电信号的强度会因此发生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。
主动式红外探测器遇到小动物，树叶，沙尘，雨，雪遮挡则不应报警，人或相当体积遮挡物将发生报警。
1.3无线红外报警器工作的原理
无论是基于哪种方式的无线红外防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，经传感器信号处理芯片放大输出，并将报警信号通过单片机编程控制通过编码经无线发射电路发射出，再用接收电路接收信号，解码电路解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是杏发送报警信号给报警电路，从而达到防盗的效果。
1.4设计无线红外防盗报警器的内容和意义
本设计是一套防盗报警系统，其主要功能是人体探测器检测到异常状况时采用无线的形式把信号传递给主机，主机通过处理将警情信号传给报警器发出报警声，同时能显示出出现警情的具体位置。
系统总体设计方案可以划分为四大模块:
第一部分是红外检测电路，第二部分是无线编码发射电路，第三部分是无线解码接受电路，第四部分是控制报警电路。
如今市场上有很多无线防盗报警产品，随着科技的发展报警装置在生活工作上的运用越来越多，主要有被动式，主动式和多技术复合式的。
在这几种中复合式的防盗器的误报率很低，是未来发展的主要方向。
对于我们而言设计无线红外防盗报警器的意义主要在于设计的过程，在设计过程中我们可以将所学的到的理论知识运用到实践中，并让门己明白自己的不足，在以后的学习中能让自己具有更好的专业素养。
2硬件设计
2.1总体设计思路
图2.1总体设计图
2.2主要器件介绍
STC89C52:
24MHzCOMS,32位I/O控制器，6个中断，8KB的闪存，128B的芯片RAM，3个定时/计数器。
HC-SR501人体红外感应模块是基于红外线技术的自动控制模块，工作电压：
DC4.5V至20V，静态功耗：
65微安，电平输出：
高3.3V，低0V，当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。
输出低电平。
NRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHzISM频段。
内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。
nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA;接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。
2.3单元模块设计
2.3.1电源电路
图2.2电源电路原理图
1）电源电路的工作原理[1]:
用己有的电源芯片将220V的电压转化成9V和12V，在单片机集后续电路中都用5V作为工作电压，所以经整流和滤波电路后再有那个三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的SV直流电源。
直流电源是维持电路中形成稳恒电流的装置。
如干电池、蓄电池、直流发电机等。
直流电源有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。
单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流，而借助于直流电源，就可以利用非静电作用（简称为“非静电力”）使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。
因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。
直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。
当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。
而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。
三端稳压集成电路采用LM7805.具体电路图
如3—l所示。
2）电源电路的功能介绍[2]：
此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。
此电源为直流稳压电源包括整流，滤波，稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后而的工作电路。
在整个电路中电源部分起到首脑的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。
（1）直流稳压电源工频变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压U1。
变压器副边与原边的功率比为p2/P1=n，式中n是变压器的效率。
（2）整流滤波电路;整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
冉经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
2.3.2单片机最小系统
图2.3单片机最小系统
1）单片机系统的工作原理[3]:
当接收到传感器处理芯片传来的信号后经单片机判断是否为异常信号，若是就控制编码发射，并显示发生异常情况的地方，然后再接收解码后又经单片机控制，最后通过中断定时系统控制声光报警器报警。
这里的硬件要求非常重要，所以采用40个引脚的STC89C52芯片就能够完全满足要求，并且价格便宜。
在辅助电路方面主要有复位电路和晶振电路。
能保证单片机的有效运行。
P1.0和Pl.1用来进行程序存储器的扩展，与AT24C512的SCL和SDA相连可以在编程的时候实现程序存储器的外扩。
P3.2口与红外传感芯片的V0输出端相连，通过中断来判断是否有异常信号。
从而来控制后续电路的编码等。
P0口用来控制显示电路的显示，P2口用来实现编码和解码的地址同步，在整个电路中单片机是核心控制部分。
2）复位电路:
复位时单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位。
本设计中采用的是手动复位电路，复位电路可以在程序出错或系统处于死锁状态时，按下复位键可使单片机重新启动。
3）晶振电路:
单片机个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性[4]。
4）程序存储器扩展电路的工作原理：
在设计片外程序存储器之前，首先要决定EA引脚的电平。
EA=0单片机只访问外部程序存储器，对于8031单片机此引脚必须地.EA=l，单片机访问内部程序存储器，对于内部有程序存储器的8xx51单片机，此引脚应接高电平，但若地址值超过4kb范围，单片机将自动访问外部程序存储器。
设定好EA后，单片机自动按程序所设定的次序执行。
STC89C52单片机的内部集成'CPU、RAM、程序存储器、定时/计数器、I/O接口以及串行通信接口等、使用非常方便，对于简单的控制及检测系统利用一片单片机就够了，但对于一些较大的复杂应用系统，往往还需要扩展一些外围芯片，如存储器、A/D,D/A以及各种接口芯片等以补充片内硬件资源的不足。
2.3.3无线收发电路
图2.4无限收发电路
图2.5收发模块的射频接口
1）无线收发电路的工作原理[5]：
在进行防盗设计时如果采用无线收发模式可以实现远距防盗，并且操作比较方便，而且在收发信号时，精度比较高。
跟只用编码电路发射电辟相比而言误报率比较低，电路原理如图3-4。
2）如图3.5所示，为NRF24L01的集成芯片的接口，她用来接插集成芯片PTR2000，它是一种无线收发模块的集成芯片。
PTR2000无线数据传输模块是一种超小型，低功耗，高速率的无线收发数据传输模块。
PTR2000的通信速率最高为20bit/s，也可以在其他速率，如4800bit/s,9600bit/s。
为了更加方便说明和单片机的连接，首先介绍PTR2000无线数传模块的，其引脚说明如图所示。
2.3.4红外检测电路
图2.6红外检测电路
1）红外检测电路的工作原理[6]：
首先通过热释电传感器感受人体体温发出电压信号经过芯片处理芯片由V0输出放大的数字信号传给单片机由中断控制。
热释电传感器是一种非常有应用潜力的传感器，它能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电压信号输出。
传感器处理芯片是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释红外开关和报警用人体热释电传感器等。
热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器。
一般在热释电传感器的前面应放置一个菲涅耳透镜，它是根据菲涅耳原理制成的，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器的灵敏度大大增加。
2）红外检测电路的功能介绍：
本设计采用带有菲涅尔透镜的热释电传感器，并附有传感器处理芯片，这样可以实现信号的过滤传送，然后进行放大输出，在本电路中传感器处理芯片可以将传感器转换的模拟信号转变成数字信号经电路放大输出给单片机，由于是集成芯片的模式可以减少人为的误操作，使设计方案更可靠误报率更低。
在此芯片及附加电路中的电阻电容都采用贴片的形式由厂家直接加工处理，精准性更高，比直接由传感器传输模拟信号再由模数转换电路转换后所得到的信号更准确，信号传输的器件越少，效果越精准。
2.3.5显示电路
图2.7显示电路
1）显示电路的工作原理[7]：
LED显示在单片机系统中应用广泛，它能够直观地向人报告系统运行状态与结果。
论述单片机应用系统中LED显示译码驱动电路的几种实现方案，比较每种方案各自的优缺点.用MAX7219驱动LED显示电路显示的方案最佳，一个MAX7219就可以驱动8位的LED显示，并且在芯片功能上集成了位选和段的功能，运用很方便。
当异常信号发生后通过单片机的处理可以经过P0口控制MAX7219来使LED显示发生异常信号的具体地点。
2）显示电路的功能介绍：
在本次设计中只有一处异常信号的来源，但在实际生活中可以检测多路异常信号，然后通过LED显示，当没有警情发生时LED上电显示0000，当有一路警情发生时LED显示0001，当又两路警情发生时LED显示0002。
以此类推可以实现多路警情的显示。
而且用MAX7219来驱动显示电路操作方便，编程方便，使用更方便，DIG0-DIG7与LED的COM口相连可以实现LED的段选，可以通过控制DIG0-DIG7的高低电平就可以实现段选，SEGA-SEGP与LED的a-dp相连，通过控制SEGA-SEGP的高低电平来实现LED的位选。
2.3.6声光报警电路
图2.8声光报警电路
1）声光报警电路的工作原理[8]：
本次设计是尤线防盗报警器的设计，最后将产生的异常信号经单片机处理后传送给报警电路进行声光报警，声音报警采用蜂鸣器报警，在将高电平传送给蜂鸣器之前先通过音频放大器进行音频放大，这样可以使设计简便同时使发出的声音逼真LM386是一款不错的音频功放电路。
发光报警采用LED发光二极管进行发光报警，可以同时达到视觉和听觉的效果。
2）声光报警电路的功能介绍:
首先在接收到异常信号后，只有通过报警电路才能达到报警的效果，其次报警电路有声音报警电路和发光报警电路。
在本设计中将两者综合在一起有史好的实用性，不仅可以在正常情况下使用，而且也适用于聋哑人或听力有问题的人，而且采用两种方式报警可以减少故障率。
2.3.7接口电路
1）接口电路的工作原理[9]：
在使用单片机的设计中一定会涉及到编程的部分，而编程是在计算机上进行的，要讲程序传送到单片机中就一定要用到接口电路，用接口电路将程序下载到单片机中进行程序控制后续电路。
当发射电路将信号发射出去后传给无线接收模块然后可以将无线接收模块与RS232相连接可以将接收到的异常信号传给计算机，可以通过计算机显示异常信号。
2）接口电路的功能介绍：
RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500PF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150PF/M的通信电缆时，最大通信距离为15m若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。
传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
图2.9接口电路
2.4电路参数的计算及元器件的选择
2.4.1发射部分
1）电阻阻值
表2.1电阻
标号
阻值
封装
R14
2M
RES3
R29
1.2M
RES3
R8，R11，R12
1M
RES3
R9
200K
RES3
R1，R6，R13，R31，R32，R33，R30
10K
RES2
R2，R3
4.7K
RES3
R34，R35，R36，R37
2.7K
RES2
R10，R23
1K
RES3
R4，R5，R15
47K
RES3
R16，R17，R18，R19
510
RES3
2）电容的值
表2.2电容
标号
数值
封装
C7,C8，C9，C15
0.01uf
RAD1
C5
4.7uf
RB1
C6
10uf
RAD1
C10
47uf
RAD1
C27
470uf
RB1
C2
2200uf
RB1
C25，C26
30pf
RAD1
C1,C28，C29，C30
104
RAD1
2.4.2接收部分
1）电阻的阻值
表2.3电阻
标号
阻值
封装
R22
1.2M
RES3
R3，R9，R10，R12，R13，R14，R15
1K
RES3
R19，R20
4.7K
RES3
R16
10K
RES3
R20
330
RES3
2）电容的值
表2.4电容
标号
数值
封装
C31
10uf
RAD1
C15，C17
30pf
RAD1
C32
100uf
RAD1
C6，C7,C12，C13，C18，C19，C20，C21
104
RAD1
C22
10uf
RB1
C8
470uf
RB1
C4
2200uf
RB1
C14
4.7uf
RB1
2.4.3主要芯片的选择
1）晶振电路：
在单片机的晶振电路中选用11.0592MHZ的晶振就符合设计的要求[9]。
2）LED显示数码管：
选用共阴极的四位数码管，因为MAX7219可以驱动8位的LED数码管显示。
MAX7219可以同时实现段选和位选。
3）外扩存储器：
选用AT24C512，因为用两片芯片就可以达到扩展，采用I2C的方式进行存储器的扩展，只占用单片机的P0口的两个引脚，占用的空间比较少而且很容易通过编程实现程序存储器的扩展。
4）整流电源：
选用LM7805来进行的直流电源的整流，78XX[10]系列集成稳压器的典型应用电路，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，在输入端和输出端加滤波电容，当输出电较大时，7805应配上散热板。
在组成电源的时候需要电容。
5）单片机芯片：
选用STC89C52芯片，较一般51单片机而一言，存储器的空间比较大，而且运用比较方便，在购买方而价格便宜，采购方便。
6）无线收发模块：
无线收发模块采用NRF24L01芯片，可以实现远距离的发射和接受，这样发射和接收可以安装在不同的地方。
也可以采用集成芯片PTR2000，占用面积比较小，而且适用性比较强。
7）音频放大器：
选用LM386，为使设计简便同时发出的音效逼真，音频信号发生器采用集成的语音电路，LM386是款不错的音频放大器，其工作电压为5-18V，功率为1.25频率响应的上限为300KHZ增益可达50Db，而且外围电路简单，易于设计。
2.5特殊器件的介绍
2.5.1MAX7219
图2.10MAX7219的管脚图
MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器；它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。
只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。
一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。
每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。
MAX7219同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。
存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。
表2.5MAX7219的管脚说明
管脚
名称
功能
1
DIN
串行数据输入端口，在时钟上升沿时数据载入内部的16位寄存器
2,3,5-8,10,11
DIGO-DIG7
八个驱动线路置显示器共阴极为低电平，关闭时7219此引脚输出高电平
4,9
GND
地线（两脚必须同时接地）
12
LOAD
载入数据。
连续数据后16位在LOAD端的上升沿被锁定
13
CLK
时钟序列输入端
14-17，20-23
SEGA-SEGDP
7段和小数点驱动，为显示器提供电流
18
SET
通过一个电阻来连接VCC提高段电流
19
V+
正极电压输入,+5V
24
DOUT
串行数据输出端
2.5.2NRF24L01
图2.11NRF24L01的管脚图
NRF24L01是一个无线收发的模块，控制引脚的属性不同就可以转换工作模式，接收和发射都是采用无线的模式，无线数据传输模块在无法使用有线传输的场合，或者是为了保证安全，采用无线数据传输模块和单片机配合进行数据传输的.方案较为理想。
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