基于单片机的家庭防盗报警系统设计毕业设计论文.docx

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基于单片机的家庭防盗报警系统设计毕业设计论文

呼伦贝尔学院

本科生毕业论文（设计）

题目基于单片机的家庭防盗报警系统设计

专业电子信息工程

2012

年

3

月

28

日

基于单片机家庭防盗报警系统

作者：

王贺贺

指导老师：

朴海光

摘要:

盗窃、入室抢劫等刑事案件的多发使得人们越来越渴望有一个安全生活的空间。

传统的防盗门窗越来越不能满足人们日常防范的要求，因此人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统。

对市场上出现的各种报警装置进行了研究之后，发现利用单片机实现报警具有体积小、价格低、集成度高等突出优点,利用单片机来开发防盗系统能使系统易于操作，且花费较小，因而具有广泛的应用性。

该设计以单片机AT89C51为核心，作为控制器件。

采用喇叭发声作为报警装置。

并辅之一些外围器件，用汇编语言控制单片机来完成报警系统的设计。

整个报警系统由电源、单片机控制部分、命令控制部分以及报警装置等四部分组成。

并且采取了一些硬件及软件的抗干扰措施，提高了系统的可靠性

关键词：

报警控制 单片机 汇编语言

Abstract:

Theft,burglaryandcriminalcasesofmultiplepeopleareincreasinglyeagertohaveasafelivingspace.Thetraditionalanti-theftdoorsandwindowsisincreasinglyunabletomeetpeople'sdailypreventionrequirements,sopeopleneedurgentlyaintelligenthomesecurityalarmsystem.Forappearingonthemarketthevariousalarmdevicewasstudied,foundthattheuseofMCUalarmhastheadvantagesofsmallvolume,lowprice,highintegrationadvantages,theuseofsingle-chipmicrocomputertothedevelopmentofanti-theftsystemcanmakethesystemeasytooperate,andmuchsmaller,soithasawideapplicationof.ThedesignonAT89C51single-chipmicrocomputerasthecore,asacontroldevice.Usingthehorntosoundasawarningdevice.Combiningsomeoftheperipheraldevices,usingassemblylanguagetocontrolMCUtocompletethedesignofalarmsystem.Thealarmsystemiscomposedofapowersupply,asinglechipcontrolpart,commandcontrolpartandthealarmdeviceiscomposedoffourparts.Andtakesomehardwareandsoftwareanti-interferencemeasures,improvethereliabilityofthesystem

Keywords:

alarmcontrolMCUassemblylanguage

一、绪论

在一些电影、电视剧中我们常可以看到，有些博物馆等安全性要求比较高的场所，在安防电脑系统的屏幕上面，显示着一根根红线，如果有人进入不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。

这就是红外线报警器。

1、课题研究的意义

红外线报警器分主动式和被动式两种。

主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。

如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。

当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

　　被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。

物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。

而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。

红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。

主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成。

发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。

通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。

振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。

接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成[4]。

光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放大后推动执行机构启动报警设备。

主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。

主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。

单光路由一个发射器和一个接收器组成。

双光路由两对发射器和接收器组成。

两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警

2、课题研究的目的

近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。

各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。

然而一些不法分子也是越来越多。

这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。

因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。

由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。

其中包括被动式热释电型红外报警器。

还有红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器,触摸式防盗报警器,红外报警器,红外线声先报警器……

防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。

探测器检测到意外情况就产生报警信号，通过传输系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号[7]。

探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为无线传输和有线传输两种方式[8]。

由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题。

但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂，一般人们难以接受，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将为大多数需求者所利用，在人们的防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。

本课题尝试用价格低廉、应用普遍的AT89C51单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。

3、设计任务与要求

（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。

（2）本红外线防盗报警系统由红外线发射与感光二极管的信号发生器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。

终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。

（3）系统可实现功能。

当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，当门或窗被没有打开时感官二极管一直处在感光状态此时的电路处于稳定状态。

当有人闯入时即门或窗打开时二极管没有感光，那么电路得到信号，至此电路会处于不稳定状态，电路会产生给单片机一个信号。

单片机得到信号会产生相应的动作，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。

（4）红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。

此类装置设计的要点：

其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。

至于报警可采用声光信号。

二、AT89C51单片机简单概述

1、AT89C51单片机的结构

AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。

AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

图2为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。

由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

外时钟源外部事件计数

外部中断控制并行口串行通信

图2AT89C51功能方块图

2、AT89C51管脚说明

ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。

采用40引脚双列直插封装形式。

AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第516B位。

在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址1时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

P3口管脚备选功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2INT0（外部中断0）

P3.3INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/

：

当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号端。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/VP：

当

保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。

三、总体方案设计

1、总体设计思路

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。

电路结构可划分为：

红外线发射电路和红外线接受电路、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。

单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

红外线发射电路和红外线接受电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示：

图3总体设计框图

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工作的。

首先将多个红外线发射器均匀的放置在门和床的一侧，然后在对应的一侧放置感光二极管。

然后会通过设计好的电路给单片机输入一个触发信号。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。

驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。

2、系统硬件电路部分

（1）、单片机控制部分电路

如图所示为单片机组成的控制电路，其中晶振与其相连构成时钟电路，而复位开关与其相连构成单片机小系统。

如图4所示。

图4单片机控制电路电路图

（2）、红外线发射电路

红外线发射电路主要由D7~D12六个红外线发射管组成。

红外发射管的负极依次接到单片机P1.2~P1.7口，当电源接通时，单片机的P1口设为输出状态，当P1口输出均为“0”时，各个二极管均成导通状态，发出红外光，覆盖包括了接收电路的一定的区域。

正常情况下没有遮挡时P1口输出为00H。

红外线发射二极管在使用时，须由电流驱动， 在进行设计时，最重要的是在IF电流的控制，设计出的驱动电流IF不能太大，若大于IF（max）则元件有烧毁之虑，IF若太小，则其发射束就会变小。

通过查阅资料可知IF（max）在20mA左右，通过计算可得限流电阻的最小值为200欧，本电路选取470欧如图5所示。

图5红外线发射电路图

（3）、红外线接收电路

红外线接收电路主要由D1~D6六个红外线接收二极管组成，主要功能是用来接收D7~D12发射的红外线，正常情况下能够成功接收，如果有人闯入，中断红外线，将接受不到红外线，此时判断为应当报警，由单片机控制报警。

具体电路连接如下图，D1~D6六个红外线接收管的负极与反相器芯片74LS14D的A1～A6脚，当没有遮挡时接收管正常接收到红外线时并导通，+5V电源通过D1~D6的正极加到反相器74LS14D的输入端，进行反相为低电平机，输出管脚Y1~Y6接单片的P3.0到P3.5脚，这时的P3.0~P3.5口为低电平：

而当有人闯入使红外线被遮挡时，接收管截止，反相器输入端为低电平，反相后输出高电平，这时的单片机的P3.0~P3.5口为高电平。

当在一定得时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出高低电平间隔为1S的脉冲报警信号。

此脉冲信号驱动声光报警电路，直至断开开关SW2。

如图6所示。

图6红外线接收电路图

（4）、时钟电路的设计

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。

如图7所示为时钟电路。

图7时钟电路图

（5）、复位电路的设计

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图8示为复位电路。

图8复位电路图

（6）、声光报警电路

声光报警电路与单片机P3.7口相连，当单片机的P3.7口输出一系列脉冲方波，开始驱动报警电路报警。

声光报警部分主要由发光二极管和蜂鸣器组成，当报警开始时，发光二极管闪烁，蜂鸣器发出声响，声光并用，同时报警。

声光报警部分电路图如图9所示。

图9声光报警部分电路图

（7）、电源电路

电源开关SW1送入220V经过保险丝后送入变压器，保险丝起保护电路的作用。

变压器L1将220V的交流电源经磁场耦合转换成12V的交流电源，四个全波整流二极管将12V交流源整流为直流12V电源提供给后面电路。

由电容组成的滤波电路将整流后的电源进行纹波滤除，滤除频率较高的干扰纹波。

再经直流开关电源，转换出5V电源为后端供电，具体工作过程：

经整流、滤波的12V电源，经直流开关电源U1第6脚

供给电源，1、7、8脚为电源芯片的比较输入端RA为大功率限流电阻，电源经芯片的2脚输出，TL1为功率电感，电源经TL1的2脚输出。

D2为快速开关二极管。

C1/BC3组成电容滤波电路。

如图10所示。

3、软件的程序实现

系统的软件设计，主要集中在单片机功能流程的设计上，要监视是否有人闯入，红外线接收是否中断、如何控制声光报警等。

软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量，在编写软件之前，对系统的流程进行设计是十分必要的，这样可以保证在编写软件时思路清晰，不易出错，修改也变得容易。

程序流程图的设计遵循自顶向下的原则，即从主体逐步细分到每一个模块的流程

（1）、系统主程序流程图

主程序、脉冲信号产生程序、中断服务程序存放在AT89S5单片机中，整个程序设计思想是当检测到有人闯入时，就由P3.7口输出高低电平间隔为1秒的脉冲信号去驱动声光报警电路。

这可以通过使P3.7口每隔1秒取反一次实现。

而1秒时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。

用寄存器R1做循环计数器初值为10。

采用中断方式编程，整个程序由主程序和中断服务程序两部分组成。

主程序的功能:

起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线的接收是否中断.

主程序的流程图如11所示.程序开始后，系统初始化结束后判断是否有人闯入，

若有则报警，若无则回到上一级继续判断是否有人闯入。

图11主程序流程图

（2）、脉冲信号产生程序流程

主要功能：

通过定时100ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号，重复此过程，最终得到一列1s周期的方波脉冲信号，最终此列脉冲信号由单片机P3.7口输出与报警电路连接驱动发光二极管以1s频率闪动和蜂鸣器鸣叫报警。

其主要流程如图12所示

图12方波脉冲信号产生流程图、

（3）、中断服务程序

主要功能：

判断定时1秒是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。

中断子程序流程图如图13所示

图13中断服务程序流程

四、软件仿真

（1）在Keilc51环境中进行软件调试．再利用编程器将调试好的程序固化到89S52单片机中。

（2）检查线路应焊接无误。

（3）电源电路调试。

断开负载．用万用表测量78L05的3脚应有+5v电压。

（4）先不装入单片机．用短路线把U1插座的12脚接地．调整VD1和VD7的安装位置和角度，测量U1插座的2脚电压。

当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏，有遮挡时为+5伏。

用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度。

使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求。

（5）将固化好程序的AT89C51插入电路中的U1插座上．接上电源即可工作。

五、总结

本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。

该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，对射级红外线发射接收器，通过红外线的直线传播经过接受器接受信号，并将其转化为相应的电信号输出，同时输出了报警信号。

平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。

该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。

随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

参考文献：

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重庆大学出版社，1998

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致谢

在本次论文的设计过程中，参考了各方面的相关文献资料，使本人对单片机的使用和设计有了更深刻的认识。

为了完成这份论文，指导老师付出了很多心血，给予了我很大的帮助，设计过程中，他从多方面进行指导，不断对文章提出建议，要求密切地把理论用于实验加以论证，使设计更具有可靠性，在此，深表感谢。

其次，本人要感谢物理系的所有老师，感谢他们在大学四年里的关心和培养，并使本人掌握了高深的专业知识和熟练的专业技能。

最后，要感谢对这次论文有所帮助的所有老师和同学，感谢08级电子信息科学与技术本科班的全体同学,感谢参考文献中著作