基于单片机的家庭防盗系统的设计.docx

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基于单片机的家庭防盗系统的设计

毕业论文

题目：

基于51单片机的家庭防盗系统的设计

学院：

物理与电子工程学院

专业：

电子信息工程

毕业年限：

2015.06

学生姓名：

李保康

学号：

201172020214

指导教师：

白晓娟

摘要

随着社会经济的快速发展,科学技术水平的日益提高,特别是生活节奏的加快,人们对防盗设备的需求量大大增加,对偷盗等事故进行监测和报警系统的要求也愈高。

我国的防盗报警系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程,其智能化程度也越来越高。

目前许多厂家多偏重用于大型仓库、商场、高档写字楼、宾馆等场所大型防盗报警系统的研发,采用集中区域报警控制方式,其系统复杂、成本较高。

而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位,需要设置一种单一区域联网、廉价实用的防火防盗探测报警器,因此,研制一种结构简单、价格低廉的防火防盗报警器是非常必要的。

本论文研究的是以STC89C52单片机为核心的防盗报警器,不但可以报警,而且还可以布防和直接报警功能,选用热释电红外传感器为检测元件,利用此传感器信息融合技术设计的可用于小型家庭偷盗的报警器。

本论文所设计的运行可靠、操作简单的防盗报警器,具备防偷盗作用。

包括对非法闯入报警。

采用传感器电路检测非法闯入，一旦发现盗贼潜入,传感器电路检测到信号后,送至单片机主机提出申请,待单片机响应后,驱动蜂鸣器报警装置报警。

从硬件和软件两方面介绍了该报警器的主要功能及特点,详细阐述该报警器的工作原理、设计思想及其实现过程,可进行抗干扰设计,使其具有较好的抗干扰能力。

本报警设备成本低、可靠实用、功能形式灵活,一般用在农业生产、仓库和家庭等简洁场所。

经过理论分析及现场运行时的考验,证明此设计方案合理,产品性能可靠,可取代部分昂贵产品。

关键词：

单片机；热释电红外传感器；报警电路

Abstract

Withtherapiddevelopmentofthesocio-economic,scientificandtechnologicallevelincreasing,especiallytheacceleratedpaceoflife,peopledemandtofire,theftdevicegreatlyincreasedmonitoringandalarmsystem,theft,fireandotheraccidentsrequirementsisalsohigher.FireburglaralarmsysteminChinahasexperiencedfromscratch,fromthesimpletothecomplexdevelopmentprocess,moreandmorehighdegreeofintelligence.Atpresent,manymanufacturersmoreemphasisonresearchanddevelopmentforlargewarehouses,shoppingmalls,officebuildings,hotelsandotherplaceslargefireburglaralarmsystem,acentralizedregionalpolicecontrolmode,thesystemcomplexity,highcost.Smallfireunitsinresidentialareas,room,office,needtosetupasingleregionalnetworking,cheapandpracticalfirealarmdetectionalarm,therefore,developedasimple,inexpensivefireburglaralarmisnecessary.

ThisthesisisbasedonAT89S52microcontrollerasthecoreofthefireburglaralarm,notonlythepolicebutalsothecategoryofalarminformationisdisplayed,thechoiceofthesmokesensorpyroelectricinfraredsensorforthedetectionofcomponents,theuseofmulti-sensorinformationfusiontechnologydesigncanbeusedforsmall-scaleagriculturalproduction,suchasfire,theftalarm.Inthisthesis,thedesignandreliableoperation,easy-to-fireburglaralarmwithanti-theft,anti-fire.Includingfirealarmandillegalintrusionalarmtwoalarmtype.Sensorcircuitdetectstrespassingandfirestheeventofanaccident,thesensorcircuitdetectsthesignalsenttothemicrocontrollerhostapplicationismadeuntilthemicrocontrollerresponse,drivingsoundandlightalarmdevicealarm.Mainfunctionsandfeaturesofthealarmfrombothhardwareandsoftware,elaboratealarmworkingprinciple,designideasandimplementationprocess,anti-jammingdesign,ithasagoodanti-jammingcapability.Thealarmdeviceislowcost,reliable,practical,flexiblefunctionalform,isgenerallyusedinagriculturalproduction,warehouseandfamilysimpleplace.Afterthetheoreticalanalysisandfieldoperationtesttoprovethatthisdesignisreasonable,reliableproductscanreplacesomeoftheexpensiveproducts.

Keywords:

Microcontroller;smokesensor;pyroelectricinfraredsensor;alarmcircuit;

目　录

2.7PT2262/PT2272无线发射接收

2.8数码管显示电路

第一章绪论

1.1防盗报警系统的概述

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子放火防盗系统。

就目前市面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，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。

而本设计中所使用的红外线是不可见光，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。

这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域，当有人非法闯入或者是检测到有烟雾时，单片机驱动蜂鸣器报警器报警。

1.2国内外防盗控制系统的历史、现状与发展

防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并辅助提示值班人员或其主人发生报警的区域部位，显示可能采取的对策的系统。

防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。

一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号，使于迅速采取应急措施。

防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了入侵防范系统。

防盗报警系统通常由探测器（又称防盗报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。

报警探测器是由传感器和信号处理组成的用来探测入侵者入侵行为的电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的核心，而传感器又是报警探测器的核心元件。

采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。

中国防盗控制技术的发展大致起源于上世纪60年代初北京故宫博物院的安防报警系统。

当年，中国老一辈的安防技术工作者在完全隐蔽、可靠报警、绝对防火的全木质结构环境下完成了该系统的安装与调试，该系统就发挥了很好的作用。

之后的若干年，中国安防技术一直是以防盗报警系统为主，其应用场合也主要限于金融与文博系统。

由于当时基于光电导摄像管的摄像机体积大且价格昂贵，因而在安防技术市场中可视化的闭路电视监控系统的应用案例极少。

随着时代的变迁，智能防盗技术有了较大的发展，1994年秋在北京全国农业展览馆举办的展览会上，展出了部分关于防盗控制系统产品；1995年夏在天津国际展览中心的消防安防设备展览会上，展出了更多的安防技术相关产品，气氛火热。

紧接着到1996年，由中国安防产品行业协会等单位主办了全国首届“国际社会公共安全产品博览会”，一下子吸引了国内外300多厂商参展，由此标志了中国防盗及安防技术市场的形成。

在国内安防防盗市场开始蓬勃发展的同时，2001年11月，中国安防界在深圳成功举办了首届中国安防论坛，全国人大副委员长、中国科协主席周光召院士题词。

中国科学院和中国工程院的5位院士以及国内30多位安防领域的知名专家、教授发表了演说，较全面地展示了中国安全防范领域的技术动态和发展方向，促进了学术界和企业界的交流与合作，探讨了中国公共安全行业如何应对WTO，以及行业发展、管理、动作更加科学化、规范化的有关问题。

首届安防论坛的举办，为架构中国安防的理论体系，研讨中国安防的发展战略，开创良好的学术氛围，为举办更大规模的学术论坛积累了经验，创造了条件。

到2008奥运项目——首都国际机场捷运系统监控项目就是在先进的数字化、网络化视频监控系统中进一步整合了无人驾驶车辆自动传感监控系统、无线移动网络系统以及多系统的智能网管系统，一改传统电视监控系统仅仅是画面监视及简单报警联动的实现方式，而安防系统整体解决方案（TotalSolution）概念必将成为现代电视监控系统的发展方向。

目前，在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。

这种新的系统采用多媒体技术同时处理多种信息，并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系，集成为一个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能。

1.3研究的目的和意义

随着微电子技术与网络技术的飞速发展，人们对于居住环境的安全、方便、舒适提出了越来越高的要求，因此智能化住宅随之出现，也随着改革开放的深入和市场经济的迅速发展、提高，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室盗窃、抢劫居高不下，因此家庭智能安全防范系统是智能化社区建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗报警系统也就应运而生。

目前家庭住宅的主要防范措施是利用防盗门，商店的防盗措施主要是监控器和出门口的红外报警器。

随着人们认识的深入，利用智能防盗、防火、防煤气将成为人们的首要选择，智能安防也是安防行业的发展趋势。

1.4设计任务与要求

（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。

（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。

（3）系统可实现功能。

探测器工作时,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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TTL电平至STC89C52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。

（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。

至于报警可采蜂鸣器报警。

1.5方案选择论证

防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。

它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。

该系统设计方案有以下两种：

方案一：

利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。

方案二：

通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。

通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案二。

第二章系统设计

2.1系统功能

本系统是放火防盗功能，烟雾传感器能检测烟雾浓度，浓度超标后单片机驱动声光报警，当热释电红外传感器检测到有人的时候，单片机引脚电平转换，从而也驱动声光报警电路进行报警。

2.2系统框图

图2-1总体设计方框图

2.3单片机的介绍

40个引脚，4kbytesflash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（ram），32个外部双向输入/输出（i/o）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（wdt）电路，片内时钟振荡器。

AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。

该器件采用Atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。

片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。

通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，STC89C52便成为一个高效的微型计算机。

它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。

其结构框图如图2-2所示。

图2-2STC89C52结构框图

图2-3STC89C52

此外，STC89C52设计和配置了震荡频率可为12MHZ并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，cpu暂停工作，而ram定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存ram的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有pdip、tqfp和plcc等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

主要功能特性：

·兼容mcs-51指令系统

·4k可反复擦写（>1000次）ispflashrom

·32个双向i/o口

·4.5-5.5v工作电压

·2个16位可编程定时/计数器

·时钟频率0-33mhz

·全双工uart串行中断口线

·128x8bit内部ram

·2个外部中断源

·低功耗空闲和省电模式

·中断唤醒省电模式

·3级加密位

·看门狗（wdt）电路

·软件设置空闲和省电功能

·灵活的isp字节和分页编程

·双数据寄存器指针

按照功能，STC89C52的引脚可分为主电源、外接晶体振荡或振荡器、多功能I/O口、控制和复位等。

1.多功能I/O口

AT89S52共有四个8位的并行I/O口：

P0、P1、P2、P3端口，对应的引脚分别是P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7，共32根I/O线。

每根线可以单独用作输入或输出。

①P0端口，该口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

在作为输出口时，每根引脚可以带动8个TTL输入负载。

当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。

当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口拥有内部上拉电阻。

在对Flash存储器进行编程时，P0用于接收代码字节；在校验时，则输出代码字节；此时需要外加上拉电阻。

②P1端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在对Flash编程和程序校验时，P1口接收低8位地址。

③P2端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P2口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址，在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。

在对Flash编程和程序校验期间，P2口也接收高位地址或一些控制信号。

④P3端口，该口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P3口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可用作输入口。

P3口作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能，如表3.2所列。

在对Flash编程和程序校验期间，P3口还接收一些控制信号。

表2-2P3端口引脚与复用功能表

复用功能

P3.0

RXD（串行输入口）

P3.1

TXD（串行输出口）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT1（外部中断1）

P3.4

T0（定时器0的外部输入）

P3.5

T1（定时器1的外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器读选通）

2.RST 复位输入端。

在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位。

看门狗定时器（Watchdog）溢出后，该引脚会保持98个振荡周期的高电平。

在SFRAUXR（地址8EH）寄存器中的DISRTO位可以用于屏蔽这种功能。

DISRTO位的默认状态，是复位高电平输出功能使能。

3.ALE/PROG 地址锁存允许信号。

在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。

在对Flash存储器编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。

一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。

但是，在对外部数据存储器每次存取中，会跳过一个ALE脉冲。

在需要时，可以把地址8EH中的SFR寄存器的0位置为“1”，从而屏蔽ALE的工作；而只有在MOVX或MOVC指令执行时ALE才被激活。

在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。

4.PSEN 程序存储器允许信号。

它用于读外部程序存储器。

当AT89S52在执行来自外部存储器的指令时，每一个机器周期PSEN被激活2次。

在对外部数据存储器的每次存取中，PSEN的2次激活会被跳过。

5.EA/Vpp 外部存取允许信号。

为了确保单片机从地址为0000H～FFFFH的外部程序存储器中读取代码，故要把EA接到GND端，即地端。

但是，如果锁定位1被编程，则EA在复位时被锁存。

当执行内部程序时，EA应接到Vcc。

在对Flash存储器编程时，这条引脚接收12V编程电压Vpp。

6.XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作电路的输入。

7.XTAL2 振荡器的反相放大器输出。

2.4传感器的选择

2.4.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构

热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。

非接触红外测温有以下几点优点：

（1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。

（2）测温范围宽。

（3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。

（4）不必接触被测物体，操作方便。

（5）可以确定微小目标的温度。

非接触测温技术的意义是显而易见的。

随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。

在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。

通常将电磁波谱间隔在0.76～1000μm的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红外线。

热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化ΔP的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。

有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电——铁电体。

例如：

LiTaO2（钽酸锂）、BaTiO2（钛酸钡）和TGS（硫酸三甘酞）等。

为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了TGS晶体制作的双型探测器

2.4.2红外测温原理

红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝对温度（－273.15℃）以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其转换与温度成比例的电信号，由此测出其温度。

据斯蒂芬－波兹曼常数，绝对黑体其温度T于与辐射能之间的关系为：

其中：

σ为蒂芬－波兹曼常数，其值为5.6697×10-12w/cm2，k4为黑体的温度；E0为黑体辐射能。

实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为：

E=εE0

其中：

E为物体在一定温度下的辐射能力；E0为与E在同一温度下的黑体辐射能力;ε为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在0～1之间。

由上可知，任何物体只要温度不是绝对零度都不断地发射红外辐射，