基于单片机的远程监控报警系统毕业设计.docx

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基于单片机的远程监控报警系统毕业设计

基于单片机的远程监控报警系统（毕业设计）

毕业论文（设计）

福建工程学院本科毕业论文作者承诺保证书

本人郑重承诺：

本篇毕业论文的内容真实、可靠。

如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。

学生签名：

年　　月　　日

福建工程学院本科毕业论文指导教师承诺保证书

本人郑重承诺：

我已按有关规定对本篇毕业论文的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业论文中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。

指导教师签名：

年　　月　　日

摘要

二十一世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。

随着现代科学技术的发展，利用电话机进行远程控制的技术也日益用于生活中。

现代电话网络是由交换机和电话传输线共同组成，它的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。

本设计正是利用程控交换网络来实现远程电话设防，当报警主机收到所配探测器的报警信号后会立即鸣响警笛、拨出预先设置好的几组报警电话号码。

当主人进门前用遥控器或其他方式给报警主机撤防后，探测器发射报警信号，主机收到后不会报警，方便用户进门。

设计方法主要采用了PIC单片机最小系统，使电路设计变的简单。

该系统主要由电源模块、控制模块、信号采集模块、远程布控和撤防模块、自动拨号模块和语音电路模块组成。

它以PIC16F877A单片机为核心，将检测到的人体红外信号转换成电压信号，经调理电路整形处理为TTL电平送入单片机，单片机对送入信号进行判别，发出鸣响警笛、拨出预先设置好的几组报警电话号码。

关键词：

原理图设计、红外线报警、传感技术、PIC单片机

Abstract

The21stcenturyistheinformationage,avarietyofnewtelecommunicationtechnologiestopromotetheprogressofhumancivilization.Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnology,theuseofthetelephoneremotecontroltechnologyisalsoincreasinglyusedforlife.Themoderntelephonenetworkismadeupofswitchesandtelephonetransmissionline,whichhasbeenmadegreatprogressinitsperformance,anditsreliabilityisveryhigh.Thedesignusesprogram-controlledexchangenetworktoachieveremotetelephonefortification,whenthealarmhostreceivesthealarmsignalfromthedetectorwillringingsirenandsetasidepre-setgroupsofalarmphonenumberimmediately.Themasterusesremotecontrolorothermeanstodisarmthealarmhostwhenhecomesback,thenthedetectorstransmitanalarmsignaltothehost,soownercaneasilycome.

ThedesignmethodmainlyusesPICsinglechipmicrocomputerminimumsystemsothatthecircuitdesignbecomessimple.Thesystemconsistsofpowersupplymodule,controlmodule,signalacquisitionmodule,remotemonitorandremovalmodule,themoduleofautomaticdialingandvoicecircuitmodules.PIC16f877Amicrocontrollerasthecore,switchingthehumanbodyinfraredsignalintoavoltagesignal.ByadjustingcircuithandleforTTLlevelintothemicrocontroller.Microcontrollerdiscriminatetheincomingsignal,ringingsirenandsetasidepre-setgroupsofalarmphonenumber.

Keywords:

schematicdesign,infraredalarm,sensortechnology,PICmicrocontroller

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

现代化居住格局使家庭生活的安全问题显得尤为重要。

当前，安全的防范及报警系统是确保住宅、住户安全的重要保障。

防盗的最好方法就是在不法分子有入侵企图时就发出语音警告，增加其心理压力，使其主动离开，并且及时通知主人。

家庭的安全，是每个人都重点关心的话题。

尤其是有婴儿独处时,在以往监护人忙家务总是担惊受怕，都希望能时时刻刻照看。

而如今报警监控系统，在忙家务的监护人收到报警后，实时掌握独处现场的情况，为脆弱的婴儿增添了一份安全。

本设计正是利用程控交换网络来实现远程电话设防，当报警主机收到所配探测器的报警信号后会立即鸣响警笛、拨出预先设置好的几组报警电话号码。

当主人进门前用遥控器或其他方式给报警主机撤防后，探测器发射报警信号，主机收到后不会报警，方便用户进门。

1.2本课题所涉及的问题在国内（外）的研究现状综述

远程监控是本地计算机通过网络系统如internet/intranet，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。

远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。

1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。

会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。

由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。

之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。

Testbed用嵌入式Web组网、用实时 JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。

国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。

目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果，如西安交通大学研制的“大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD”、华中科技大学开发的“汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD”、哈尔滨工业大学的“微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES”等。

随着生活水平的提高，通信技术的发展，智能家居的概念走入人们的生活并被重视。

智能家居其中很重要的一部分是家庭的安全防范。

智能电话报警系统利用现在普及面很广的程控电话网络、传感等技术实现的安防报警装置。

报警系统可配用各种无线传感探测器对现场进行检测，报警主机可以很方便地增减各种无线探测器和遥控器。

2系统的总体设计

本装置并联于电话机的两端，不会影响到电话机的正常使用。

一方面，用户通过异地的电话机拨通本装置所连接外线的电话号码，通过市局交换机向电话机发出振铃信号，振铃检测电路将检测到的振铃信号送至系统的中央控制单元，如果本装置检测到振铃五次，即五次响铃后无人接，自动摘机，进入密码检测，输入正确后，则进行相关操作；另一方面，热释红外传感器收集信息，当报警主机收到所配探测器的报警信号后会立即鸣响警笛、拨出预先设置好的几组报警电话号码，通知主人。

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、远程布控和撤防、报警等子模块。

电路结构可划分为：

热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LCD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。

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[8]、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：

热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图2-1总体设计框图所示：

图2-1系统方案框图

报警的具体过程：

（1）报警电话号码设置、存储。

通过电话机的按键，可以设置并存储若干组报警电话号码。

当有警情发生时，由传感器触发单片机，能按照预先存储的报警电话或传呼机号码逐个轮流发出。

（2）存储号码的检查。

通过电话机的按键，可以检查所预存的报警电话号码是否正确，所被检查的号码能显示在LCD显示器上。

（3）布防、撤防功能。

使用本机电话键盘，按照规定的步骤输入密码等，可以撤防或布防。

（4）普通电话报警。

报警装置在警情触发下，自动呼叫所预先设置存储的报警电话。

在报警电话机上通过按键可以进入监听、退出监听等操作。

单片机外接晶振和复位电路，RA、RB、RC、RD4个口全部用作外接电路的输入/输出。

其中，RC0、RC1和RC2用于振铃检测和模拟摘机，RA0~RA3及RA5用于DTMF检测；RC3和RC4用于密码存储，RD0和RD1用于与传感器相连。

本单元可以在系统初始化的时候，在单片机内部的存储器的内部开辟一块空间放置密码和预拨号码。

当用户输入密码的时候，单片机把输入的密码写入另外的一块空间，然后利用减法运算比较两者是否相等，这样就可以实现密码检测的功能；当传感器收集信息时，单片机把预拨号码写入MT8880，MT8880编解码以后，通过电话向主人通知。

3系统的硬件设计

3.1信号采集模块

3.1.1热释电红外传感器的结构原理

目前常用的热释电红外传感器型号主要有P228、LHl958、LHI954、RE200B、KDS209、PIS209、LHI878、PD632等。

热释电红外传感器通常采用3引脚金属封装，其引脚图如下图所示.各引脚功能分别为:

电源供电端（内部开关管D极DRAIN）、信号输出端（内部开关管S极SOURCE）、接地端（GROUND）。

图3-1热释电红外传感器引脚图

被动式热释电红外探头的工作原理及特性：

一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。

这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。

为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。

菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。

3.1.2红外热释电处理芯片BISS0001简介

BISS0001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构成被动式的热释电红外开关。

它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

优点是本身不发任何类型的辐射、器件功耗很小、隐蔽性好。

价格低廉。

图3-2BISS0001管脚图

图3-3BISS0001内部框图

BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。

上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。

图3-4信号采集与处理电路图

3.2PIC16F877A微控制模块

1.PIC16F877A的引脚图如下：

图3-5PIC16F877A的引脚图

2.输出与输入接口

PIC16F877A除了上述基本电路所占用的7支接脚外，其余的33支接脚都可当成输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。

PIC是8位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满8支接脚，并将I/O命名为PORTA（RA0~RA5）、PORTB（RB0~RB7）、PORTC（RC0~RC7）、PORTD（RD0~RD7）、PORTE（RE0~RE2）等，各分组接口特性说明如下：

PORTA368838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

PIC16F877A的PORTA总共有6个位（RA0~RA5），PORTA的接脚可作为数字输出输入端口，而系统重置后，PORTA自动成为模拟输入状态，可读取模拟输入讯号。

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PORTB368838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

PORTB总共有8个位（RB0~RB7），可以撰写程序规划输入输出方向、状态，其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是Pin36（RB3/PGM）、Pin39（RB6/PGC）与Pin40（RB7/PGD）。

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PORTC368838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

PORTC总共有8个位（RC0~RC7），除了可作为数位I/O外，还和一些特殊功能的周边电路共享接脚，例如CCP（直流马达控制）、I2C、SPI（同步串行通讯电路）、UART（异步串行传输电路）等等。

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PORTD368838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

PORTD总共有8个位（RD0~RD7），可作一般数字I/O，并与PSP（ParallelSlavePort）并列传输接口共享。

当整体系统需要多单片机时，彼此可以经由并列传输接口来快速传输资料。

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PORTE368838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸

PORTE总共有3个位（RE0~RE2），PORTE的Pin8、9、10有三种功能，除了基本I/O功能，也有模拟输入功能，而上述PORTD的并列传输接口设定所需的控制接脚，如

、

、

等，也是属于PORTE接脚。

3.PIC16F877A的优点

PIC系列单片机具有以下特点：

（1）采用哈佛结构。

在国内最常见的单片机中，PIC系列单片机是唯一一种在芯片内部采用哈佛结构的机型。

这里所说的“哈佛结构”就是，在芯片内部将数据总线和指令总线分离，并且采用不同的宽度。

这样做的好处是便于实现“流水作业”也就是在执行一条指令的同时对下一条指令进行取指操作，而在一般的单片机中，指令总线和数据总线是共用的。

（2）指令的“单字节化”。

因为数据总线和指令总线是分离的，并且采用了不同的宽度，所以程序存储器ROM和数据存储器RAM的寻址空间是互相独立的，而且两种存储器宽度也不同。

这样设计不仅可以确保数据的安全性，还能提高运行速度和实现全部指令的“单字节化”。

在此所说的“字节”，特指PIC单片机的指令字节而不是常说的8比特字节。

选用PIC16F877A单片机为系统核心微处理器，PIC16F877A拥有PIC系列单片机的众多优点,且I/O口数及性能满足设计需要。

该单片机配置有看门狗定时器、5组端口、合计33个引脚、带有8K×14位flash程序存储器、512×8位RAM数据存储器、256×8位EEPROM存储器模块、3个定时器模块、多种串行数据传送方式（SSP和通用同步/异步收发器US-ART）2个功能较强、颇具特色的CCP1和CCP2功能模块，具有8个模拟量输入通道的10位分辨率模/数转换器。

3.3自动拨号模块

3.3.1MT8880模块

1.MT8880功能概述:

MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。

他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。

DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行D／A转换发送高精度、低畸变的DTMF信号。

内部寄存器提供一个群模式。

在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送出去。

可选择呼叫处理滤波器让一个微处理器处理呼叫音频信号。

MT8880C还具有标准的微处理器总路线与6800系列的微处理器直接连接。

2.MT8880内结构图及主要引脚功能

整合了收发功能的MT8880C单片机的结构包括一个带有可变增益的内部放大器的高性能接收器和一个带有脉冲计数器的发射器。

一个可以访问MT8880内部的寄存器的标准的微处理器接口。

MT8880的内部寄存器包括1个状态寄存器、2个数据寄存器和2个控制寄存器，如图3-6所示。

图3-6MT8880内部结构图

MT8880具有与微控制器（单片机）相连的接口，必须与单片机配合使用，其双列直插式20脚封装引脚，其引脚功能如下：

图3-7MT8880的引脚图

IN+、IN-：

分别为内部放大器的同相输入端和反相输入端，即接收DTMF信号的输入端；GS：

内部放大器的输出端，外接一个负反馈电阻至IN_端；UREF：

内部参考电压输出端，该参考电压等于UDD／2；UDD、USS：

分别为电源的正、负端，供电电压为5V；OSCl、OSC2：

外接一个4MHz晶体，形成晶体振荡器；TONE：

双音频信号输出端；R／W:

读／写控制端，该端施以高电平时读MT8880，施以低电平时写MT8880；RS0：

用于选择内部各寄存器的控制端，该端施以高电平时选中控制寄存器或状态寄存器，施以低电平时选中发送数据寄存器或接收数据寄存器。

更具体的对应关系必须根据R／W端的状态共同确定，详见下表；

表3-1寄存器状态选择表

RS0

R/W

内部寄存器及功能

0

0

写数据发送寄存器

0

1

读数据接收寄存器

1

0

控制寄存器CRA或CRB

1

1

读状态寄存器

IRQ：

在双音频模式并且在中断模式时，当收到有效DTMF信号或准备发送DTMF信号时该端由高电平变到低电平；在呼叫处理模式且检测到有效信号音时，该端输出方波；D0～D3：

写入命令或读出状态的数据线。

3.3.2MT8880与单片机的接口电路

图3-8MT8880与单片机的接口电路

DTMF信号由TONE脚输出IN-脚输入R2/R1的值决定内部接收运放的放大倍数，比值越大接收灵敏度越高，电阻R4和电容C2的值影响接收数据的稳定性，D0-D3数据口输出锁存器的更新时间与（R4.C2）的值成正比，若（R4.C2）的值偏小会导致DTMF信号解码后数据抖动造成接收错误。

DTMF的编解码表如下：

表3-2DTMF的编解码表

3.3.3振铃检测和模拟摘机电路

自动摘机电路是由振铃检测和模拟摘机两部分电路组成，电路如下图所示，按照国标GB3380中的规定，电话线信号分析在电话线路未来铃流前，电话线路由电话交换机提供大约48V的直流电压。

当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号。

振铃信号为25±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。

振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

铃流经过隔直电容C5进入电桥B1经全波整流后由VD3、VD4进行两级稳压，最终整流成12V直流电平驱动光耦U2工作，单片机通过记录U2的工作次数来检测振铃次数，当到达预设的摘机振铃次数时，单片机控制光耦U3工作，将摘机电阻R10接入电话回路实现自动摘机。

因为程控电话交换机对电话摘机的响应是电话线回路电流突然变大为约30mA的电流，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。

当用户摘机时，电话机通过叉簧接上约200Ω的负载，使整个电话线回路流过约30mA的电流。

交换机检测到该电流后便停止铃流发送，并将线路电压变为十几伏的直流，完成接续。

图3-9振铃检测与模拟摘机电路

3.3.4复位电路

单片机在启动运行时都需要复位，复位使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的工作状态，并从这个状态开始工作。

在系统中，有时也会出现显示不正常，也为了调试方便，需要设计一个复位电路，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。

在此系统中单片机的复位靠外部电路实现的PIC16F877A单片机有一个复位引脚Vpp，高电平有效。

只要Vpp保持高电平，单片机便保持复位状态。

此时，RA0、RD0、RD1、RD2、RD3口都输出高电平。

Vpp变成低电平后，退出复位状态，CPU开始正常工作。

需要注意的是，复位操作不影响片内RAM的内容。

复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。

图3-10为基本RC复位电路，其电路为高电平复位有效，SW1为手动复位开关，可以实现上述基本功能。

图3-10复位电路

复位电路应该具有上电复位和手动复位的功能。

VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机