多路防盗报警器的设计说明.docx
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多路防盗报警器的设计说明
四川师范大学成都学院课程设计
多路防盗报警器的设计
学生姓名
徐飞
学号
2014224013
所在学院
电子工程学院
专业名称
汽车电子技术
班级
2014级
指导教师
郑丽娟
四川师范大学成都学院
二○一七年五月
多路防盗报警器的设计
学生：
徐飞指导教师：
郑丽娟
内容摘要：
随着改革开放的深入，社会治安已成为人们极为关注的焦点，防盗意识也逐步深入人心，防盗报警器的可靠性理所当然地成为人们关心的问题。
本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性能较高的多路防盗报警器。
该报警器具有误报率较低、安装和配置容易等特点。
该报警器由AT89C2051、报警系统、无线遥控器等组成，设计简单用途广泛。
该防盗报警器适用于仓库、住宅、机关办公楼等地的防盗报警。
在没有人在的情况下它可自动完成报警任务，防止盗窃的发生。
自动报警器的设计在一定情况下解决了无人看护仓库、住宅等地物品的保护，使厂家的资产和个人的财产免受损失。
本报警器在同一地点可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示相应的地点，并通过扬声器发出报警声响。
关键词：
多路防盗AT89C2051无线报警系统
Designofmultichannelburglaralarm
Abstract:
Withthedeepeningofreformandopening-up,socialsecurityhasbecomethefocusofpeople,anti-theftconsciousnessalsogradually,thereliabilityofthealarmsystemforpeopleconcern.Thedesignaimstodesignapractical,highperformanceofmulti-channelandalarmsystem.Thisalarmwithlowrate,easyinstallationandconfiguration,etc.ThealarmiscomposedofAT89C2051,alarmsystem,wirelessremotecontrolandsoon.Thisalarmsystemappliestowarehouse,residential,officebuildings,anti-theftalarm.Nopersoninthecircumstancesinwhichcanautomaticallycompletethetask,topreventtheftalarm.Thedesignofautomaticalarmincertaincircumstancestosolvethewarehouseandresidentialcaretoprotectthegoodsmanufacturersofassetsandpersonalbelongingsagainstloss.Onceappear,stealing,usingindicatorshowsthelocation,andthecorrespondingalarmsoundthroughthespeaker.
Keywords:
MultiplesecurityAT89C2051WirelessAlarmsystem
多路防盗报警器的设计
前言
随着科学技术和生活水平的逐渐提高,许多人住进了现代化的住宅小区,家中的贵重物品也增多。
人为因素引起的盗窃与抢劫等给居民的生命财产带来了巨大的威胁。
因此,人们需要一种有效措施来解决存在的不安全因素的防范。
目前，许多家庭使用了较为安全的防盗门，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器用于居民家中，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
此外，一些仓库的防盗工作也日益严峻，仅用人来值守的年代已经不复存在，需要一种无人值守全自动的防盗方式。
为此，提出“多路声控防盗报警器”的设计任务。
1多路防盗报警器介绍
1.1无线防盗报警器的发展状况
红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之上,所以有必要先谈谈红外传感器的发展状况.而传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将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，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。
从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。
1.1.1无线防盗报警器的分类及其介绍
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（人）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。
目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。
其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60m;透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10m;折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。
反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘、防水、抗击、隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。
而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。
其工作原理为:
由多元组合菲涅尔透镜构成一定视场和距离的警戒区，监视警戒区内红外辐射量的变化。
当警戒区内无盗贼出现时，红外辐射场处于稳定状态，红外传感器无信号输出。
当盗贼出现在警戒区时，红外辐射场发生变化，这种变化立即被经过巧妙设计的多视场组合菲涅尔透镜会聚，敏感的红外传感器接收后迅速将这种变化转为电信号，这种信号经信息处理部分放大、处理后立即输出报警信号，然后通过传输送达监控器，于是发出报警，示出事发地区。
主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。
分别置于收、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产生变化，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、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。
由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。
因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。
其特点是探测可靠性非常高。
但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。
主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。
主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。
以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。
当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。
1.1.2无线防盗报警器工作的原理
无论是基于那种方式的无线防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，通过编码，经电路放大，输出并将报警信号通过天线发射出，再用接收电路接收信号,解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路,从而达到防盗的效果。
1.2设计的主要内容和意义
1.2.1设计无线防盗报警器的内容
首先是为系统总体设计方案划分功能模块.第一部分是红外探测发射器（可以是多个探测发射器分别安装在需要防护的地方,本文以六路为例）；第二部分是主机（含接收器,处理器,报警器等）。
其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、编码与发射电路、接收与解码电路等等。
1.2.2设计无线防盗报警器的意义
如今市场上成熟的无线防盗报警产品有被动式的、主动式的和多技术复合式的。
但前两者都有致命的缺点就是误报率很高，而多技术复合式的防盗报警器误报率很低，也是未来发展的主要方向。
即使如此，我依旧设计的是被动式防盗报警器，因为我以目前的水准很难对已成熟的产品有所突破而设计出一流的产品。
个人认为设计无线防盗报警器的意义在于设计的过程，在设计的过程中我们才会把这几年在学校里学到的融合，同时也让自己明白我们的学习道路还很遥远。
1.3设计目的与要求
1.3.1设计目的
报警器适用于仓库、住宅等地防盗报警。
在没有人在的情况下它可自动完成报警任务，防止盗窃的发生。
自动报警器的设计在一定情况下解决了无人看护仓库、住宅等地物品的保护，使厂家的资产和个人的财产免受损失。
本报警器可用于医院住院病人的有线呼叫，设置不间断电源，当电网停电时，备有直流稳压电源在同一地点可监视多处的安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示相应的地点，并通过扬声器发出报警声响。
1.3.2设计的任务及要求
（1）防盗数可根据需要任意扩展；
（2）值班室可监视多处安全情况，一旦出现偷盗，用指示灯显示报警地点，并发出音响；
（3）可用于医院住院病人的有线呼叫；
（4）设置不间断电源，当电网停电时，备用直流电源自动转换供电。
1.3.3天线接收信号原理
电磁波从发射天线辐射出来以后，向四面传播出去，若电磁波传播的方向上放一对称振子，则在电磁波的作用下，天线振子上就会产生感应电动势。
如此时天线与接收设备相连，则在接收设备输入端就会产生高频电流，这样天线就起着接收作用并将电磁波转化为高频电流，也就是说此时天线起着接收信号的作用，接收效果的好坏除了电磁波的强弱外还取决于天线的方向性和对称振子与接收设备的匹配。
2系统总体设计
2.1多路无线防盗报警器的组成
多路无线防盗报警器主要是由无线人体探测器（红外探测信号发射电路）、无线接收电路、数据解码电路、中央控制单元、数字显示单元、报警电路和电源电路等部分组成。
其框图如图2.1-1。
现在基本的模块是清晰明了,但最为重要的是每一模块的设计.先从无线人体探测器开始,我们需要一个热释电红外处理芯片来处理所探测的信号.通过查阅资料我选用典型的红外处理芯片BISS0001,其详细的引脚功能下面会有叙述。
再就是主机中的中央处理器采用AT89C2051，集成电路LX2272-L4作为数据解码，无线接收采用现成的SH9902模块，编码为LX2262-R4.以下会对每一芯片有详叙。
`
图2.1-1多路无线防盗报警器的组成框图
2.2各芯片引脚图与功能
2.2.1芯片AT89C2051的20个引脚图与功能
当接收到信号后要有处理芯片来判断是否为异常信号，若是则发报警信号给报警电路。
这里的硬件电路要求很简单，有20个引脚的AT89C2051芯片完全能够满足要求，并且价格便宜。
图2.2.1-1为AT89C2051芯片的引脚图，具体功能如下
图2.2.1-1AT89C2051引脚
Vcc：
电源电压
GND：
地
P1口：
1口是一8位双向I/O口。
口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（TTL）。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
P3口：
P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）。
RST：
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
XTAL1：
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
XTAL2：
作为振荡器反相放大器的输出。
2.2.2编码芯片LX2262引脚图与功能
由于无线信号容易受外界环境的影响，因此从系统的的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由LX2262集成电路完成。
具体的引脚如图2.2.2-1所示
图2.2.2-1LX2262引脚
表2.2.2-1为LX2262的引脚功能的详述。
从功能上看，需要用到的是数据输入端，用来设定这个探测器发现警情所要发射的固定的编码，当然发射是通过DOUT来输出。
表2.2.2-1LX2262引脚功能
管脚名称
I/O
说明
A0～Ax
I
地址管脚，用于进行地址编码，可置“0”，“1”，“f”（悬），三种状态
D0～Dx
I
数据输入端，有一个“1”，即有编码发出，内置下拉
VCC
I
电源（+）端
VSS
I
电源（-）端
TE-
I
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
I
双端电阻振荡器输入端
OSC2
O
双端电阻振荡器输出端
DOUT
O
编码输出端
NC
--
空脚
2.2.3解码芯片LX2272引脚图与功能
LX2272是一款与LX2260/LX2262配对使用的无线、红外线遥控解码专用集成电路。
采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址码管脚，可支持多达531441（或312）个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。
2272的所有型号均能封装成DIP18和SOP20两种形式，只是SOP20多了10和11两个管脚，图4为LX2272引脚图，先了解的是每个引脚的功能，再确定具体的电路设计。
图2.2.3-1为LX2272引脚图
在设计中用到的是DIN（数据输入端），用来接收数据编码，这时候VT（有效传输确认）会变为高电平，单片机通过它的电平变化就确认有编码从D0～D3（数据输出端）输出。
表2.2.3-1LX2272引脚功能
管脚号
管脚名称
I/O
说明
1～6
A0～A5
I
A0～A5码地址管脚,LX2272通过检测这六条三状态的管脚来确定bit0～bit5的编码波形.每个管脚可分别置“0”,“1”,“f”（悬）
7～8
10～13
A6/D5
A11/D0
I/O
A6～A11码地址管脚或D5～D0数据输出管脚.当作为码地址管时,每个管脚可分别置“0”,“1”,“f”（悬）.当作为数据输出管脚时且满足以下两个要求
（1）所接收的地址编码波形与码地址输入端的设置匹配;
（2）相应位接收到的数据输出置为“1”,输出为“1”否则为“0”
14
DIN
I
数据输入管脚,接收到的编码信号由此管脚串行输入
15
OSC1
I
振荡器第一外点
此二端外接一个电阻,以确定LX2272的基本振荡频率
16
OSC2
O
振荡器第二外点
17
VT
O
有效传输确认,高电平有效.当LX2272收到有效信号时,VT变高电平
18
VCC
--
电源正端
9
VSS
--
电源负端
2.2.4NE555引脚图与功能
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
图2.2.4-1为NE555引脚图
Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（输出）-当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
3硬件电路的设计
3.1系统硬件结构图
3.1.1系统硬件结构图主要分两个部分
图3.1.1-1红外探测信号发射电路硬件结构图；图3.1.1-2主机电路硬件结构图。
图3.1.1-1红外探测信号发射电路硬件结构图
图3.1.1-2主机电路硬件结构图
3.1.2各结构的工作方式
红外探测信号发射电路的基本组成是红外探测器、信号处理器、编码模块、发射模块。
工作方式是通过红外探测器把探测信号传给信号处理芯片，信号处理芯片再判断是否有异常，若无则不用编码不用发送，若有则通过发射电路把代表有异常的编码发送出去。
主机电路是由接收模块、解码模块、处理模块、显示模块、报警模块组成。
工作方式是通过接收模块接收到信号，再由解码电路解码并把已解码信号通过处理器处理，处理器处理探测器的异常信号，若是异常信号则开启报警电路与显示电路。
3.2电源设计
电源电路设计原理:
考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。
由于单片机及后续的无线接收电路等都用5V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。
具体电路图如图3.2-1
图3.2-1电源电路图
电源通过变压会使输入、输出电压不同，从而达到升压或降压的目的。
在我的设计中是要求降压，如图3.2-2中U1到U2的振幅的变化就是通过降压来实现的；其中U2到U3的波形图的变化就是通过整流电路实现的；再就是通过滤波电路得到的波信图如UI所示；最后为满足电路所要求的稳定的直流电压，再通过稳压芯片就可得到如UO所示。
u1u2u3uIU0
图3.2-2电源电路的波形图
3.3编码与发射电路设计
3.3.1编码发射电路介绍
由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由LX2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作；数据对高频载波的调制方式采用ASK方式，即当发送数据信号为1时，接通高频振荡器电源，发送高频无线信号，当发送数据为0时，断开其电源，停止工作，这种设计在静态时工作电流几乎为零。
其原理图如图3.3.1-1
图3.3.1-1编码与发射电路图
3.3.2工作方式
LX2262的电源VCC端是由可控开关控制且受制于探测处理芯片，一旦发现异常就会开启LX2262芯片的电源，一但LX2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去。
具体的编码是由D3、D2、D1、D0的接法决定，上图中都接地，那么所固定的编码为1000。
3.4数据解码与接收电路设计
3.4.1无线接收电路
接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：
当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315MHZ的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。
经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路LX2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。
LX2272就担任了这个解码任务。
2262和2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位，控制开关的开与关。
电路图如3.4.1-1
图3.4.1-1数据解码与接收电路
3.5报警电路设计
防盗报警器的关键部分是报警器的控制电路，由报警器信号的产生。
控制电路可采取运算放大器、双稳态触发器或者逻辑门等部件进行控制。
简单的办法是采用三极管控制，无诱导情况时，使三极管处于截止状态，则被控制的声、光信号产生电路不工作；一旦有盗窃情况，立即是三极管导通，被控制的声、光产生声、光报警信号，呼叫值班人员采取响应的措施。
（本设计方案采用555定时器和三极管构成的报警电路）
当A～F中任何一端接收到信号，使发光管LED显示。
这时，BG1～BG4导通，C1充电，音响部分（IC1、IC2等）开始工作。
IC1等产生约1Hz锯齿波经BG5缓冲再加到IC2调制端，IC1产生由低到高的振荡频率，扬声器发出类似公安报警车的警报声。
调节R6可以改变音色。
3.5-1原理图
4软件的设计
4.1本系统程序设计思路流程图如图4.1-1所示：
图4.1-1程序流程图
通过红外传感器检测通过物体，获取控制信号，并在单片机中进行数据处理，数据处理完毕以后，单片机将控制信号输出到报警电路进行报警，将显示数据输出到显示电路进行显示。
从而实现系统的基本功能。
系统电路设计总图见附录二：
多路智能报警器原理图。
4.2系统初始化模块
在主程序执行之前，必须进行初始化设置，本系统数据处理主要用到20个数据空间，并考虑到避开单片机原有的地址资源分配，因此，把地址从40H开始以后的20个空间进行清零处理，用来做信号的控制处理单元。
又因为需要用到位寻址，因此把可位寻址的20H地址清零，作为位寻址单元用。
初始化程序如下：
ORG0000H
LJMPMAIN
MAIN:
MOVR0，#40H;清40H—53H共20个内存单元
MOVR1,#14H;
CLEAR:
MOV@R0，#00H
INCR0
DJNZ R1， CLEAR
MO
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