本科毕业论文基于STC89C52RC单片机的简易防盗报警装置设计.docx

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本科毕业论文基于STC89C52RC单片机的简易防盗报警装置设计

基于STC89C52RC单片机的简易防盗报警装置设计

摘要

传感器技术和单片机技术不断发展与成熟使得智能化、自动化的体系帮助人们完成复杂、繁重的工作，极大地节省了劳动力。

本系统主要应用于工地设备的防盗和报警。

本报警系统主要利用红外传感器作为检测器件，将感测到的人体红外辐射信号转换成电压信号，再经过滤波、放大等信号的处理以及数据采集后，将最终信号传递给单片机处理,实现智能化的报警。

传感器采用的是热释电红外传感器，热释电红外传感器有成本低、制作简单、安装方便的优点，有效实现了用户的远程维护和统一管理。

本系统的硬件功能主要是用STC89C52RC单片机控制各个电路实现的，主要电路有热释电红外探测电路，声光报警电路，数码管显示电路。

软件部分主要由Pro/E软件绘制原理图以及PCB板的封装，利用Proteus仿真实现声光报警。

关键词：

热释电红外；单片机控制；防盗报警；

Abstract

Sensortechnologyandsingle-chipmicrocomputertechnologydevelopmentandmatureofintelligent,automatedsystemtohelppeopleaccomplishcomplex,heavywork,greatlysavethelabor.Thissystemismainlyusedintheconstructionsiteofguardagainsttheftandalarmequipment.

Papersystemmainlyasthedetectiondevicesusinginfraredsensor,thesensortothehumanbodyinfraredradiationsignalintoavoltagesignal,thesignalprocessingsuchasfiltering,amplification,andagainafterdatacollection,willeventuallysignalstosinglechipprocessing,realizestheintelligentalarm.SensorUSEStheelectrolyticinfraredsensor,electrolyticinfraredsensor（RE200B）hastheadvantagesoflowcost,simpleproduction,easyinstallation,effectivelyimplementtheremotemaintenanceandmanagementofusers.Systemantiinterferenceability,highsensitivity,installhidden,notfoundbythieves,toensuresecurityintheprocessofsafeandreliable.Thissystemconsistsofhardwarepartandsoftwarepartandhardwarepartismainlycomposedofmicro-controllerSTC89C52,electrolyticinfrareddetectioncircuit,alarmcircuit,displaycircuit,softwarepartmainlybythePro/EsoftwarerenderingprinciplediagramandPCBpackaging,useofProteussimulationtorealizesoundandlightalarm.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;Infraredsensor;Hydroelectricity;Guardagainsttheft.Callthepolice;

1绪论

1.1防盗报警研究背景

科术的迅猛发展给人们经济和生活水平带来提高的同时，也给社会带来了一些不良后果，其中不可避免的就有被拉大的城乡、区域收入差距，迅速增加的流动人口。

短时间内难以消除的贫富差距使得盗窃、抢劫的违法事件出现了快速增长的趋势，人们希望自己的财产安全得到保障，渴望生活在一个安全的空间。

但犯罪分子作案的手法越发的先进，出现了一些高科技的作案工具，使得安装防盗门窗、靠人防等的防盗方式很难达到效果。

电子通讯技术快速的发展，让单片机这一体积小、价格低廉、集成度高、性价比高的芯片被广受关注，现在在各个领域都有很广泛的应用，例如数控机床、智能仪表、工业控制、数据采集和各种家用电器等等。

此外，有关家庭、办公室、仓库、工地等处的安全防范和防盗报警系统和装置的也开始不断地被科研单位和厂家开发和重视。

这种低成本、高可靠性的智能化防盗报警系统刮起了一场旋风。

目前市面上常见的报警器仍然存在一些缺陷，可靠性相对较差、功能比较单一或成本高而难于得到普及。

众所周知，红外线具有隐蔽性和保密性的突出优点，因而在防盗、安保系统中得到了比较广泛的应用。

其中常见的有被动式（热释电型）红外报警器，也是本篇论文涉及的对象，除此之外还有红外线无线报警器、红外线声光报警器、触摸式防盗报警器、超声波防盗报警器、高灵敏红外报警器等等。

热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件，它的工作原理是热释电效应原理，它通过探测对象与环境的温差来探测目标，具有制作简单，成本低廉，性能比较稳定，灵敏度高，安全可靠等优点。

在实际应用中，它也存在着防盗性能减弱，抗干扰的能力减弱等常见问题。

根据这种情况，本文设计加入了如单片机最小系统，使红外传感器检测的信号进一步由单片机加工处理，并与计算机通信，从而保证防盗报警系统的实时性、可靠性、准确性，便于多用户统一管理。

1.2防盗报警国内外研究现状

20世纪初，报警系统就开始在北美出现。

在北美接头，报警呼救箱随处可见，当系统呼救时就发出声音报警，附近警察便可以知道报警信息。

同时，呼救箱也可以直接连接到附近的警察局，使得报警信息可以传达更远的距离。

后来随着通信技术的发展，电报公司也加入这个行业，他们提供远程通信服务，因而使报警信息能传到更加远的地方。

但电报方式很难普及，取而代之的电话则成了主要的报警通讯手段。

报警行业的发展是以工业技术以及电子通信技术发展为基础的，随着通信技术和微电子技术的快速发展，逐渐出现了智能化算法与先进的微处理技术结合进行实时信号处理判别的探测器，国外很多国家都很注重这方面的开发研究，其中智能监控防盗技术发展领先的要数北美。

热释电红外报警器尤其受到关注，因为它特有的隐蔽性，它基于热释电效应原理，以非接触形式检测出人体辐射，它不仅适用于防盗报警场所，同时在对人体伤害极为严重的γ、X射线等场所的自动报警也有应用。

20世纪30年代。

曾有人提出利用热释电效应原理探测红外辐射的想法，到20世纪60年代，随着红外、激光技术的进步，热释电效应的研究和对热释电晶体的应用才得到了发展。

欧美曾经是热释电红外传感器的主要生产者和主要销售市场。

到2006年，韩国釜山国立大学研发出了基于热释电红外传感器阵列的室内位置检测系统。

日本的很多企业也在致力研究和开发各种热释电红外传感器。

近年来，美国SUREN公司在原来透镜、电路、信号处理方面做了改进，申请了两项专利，推出一款高性能探测器。

这些日异月新的国外产品技术和产品对国内防盗探测领域无疑是一个巨大的挑战。

在国内，我们使用的防盗报警装置大都是以超声波、主动式红外发射/接收或者微波等技术为基础的，但这些装置有很多缺陷，比如他们成本相对较高且隐蔽性差，准确性也不高。

在一般家庭、办公室以及小型场所无法普及。

20世纪80年代，国内的被动式报警系统才开始发展起来了。

被动式报警系统即是我们所知道的热释电红外传感器，它以非接触形式探测到人体辐射，并将其转换为电压信号，再将电压信号通过单片机等进行处理来驱动各种控制电路，达到想要实现的效果。

1.3研究目的与意义

在当今社会人们普遍关心的话题无疑是安全、生产、健康等，其中如何保证建筑工地的人身安全、财产安全问题是施工单位和领导关心的重中之重，高性能的防盗报警系统在维护国家、机构、工厂仓库以及工地设备的财产安全上发挥着越来越重要的作用。

加之目前市场上报警器存在一些缺陷。

本设计中采用的防盗报警装置是利用热释电效应的热释电红外传感器，它可以通过非接触的形式探测到人体辐射的红外线波长，再将其转换成电压信号输出。

热释电红外传感器具有安装简单，实时性强，隐蔽性好，灵敏度高等优点，且价格低廉，容易普及。

1.4本章小结

本章主要说明了随着科学技术的快速发展使得人们经济水平很大的提高，经济增长带来的贫富差距短时间内难以消除的现状，使得盗窃、抢劫等违法事件不断增多，家庭，企业，超市等都出现了盗窃事件。

本论文研究的系统是关于保障建筑工地材料、大型设备等的安全的。

在众多防盗报警装置中，热释电红外传感器以其低成本，高性能，隐蔽性强，实时性好等优点脱颖而出，称为当下炙手可热的防盗系统。

2系统总体设计

2.1设计内容及要求

（1）本系统设计包括软件电路设计和硬件功能实现两个部分。

利用软件做出原理图，进行仿真，再根据可实现度完成实物的焊接。

（2）本系统电路组成主要有热释电红外探测电路、单片机最小系统电路、声光报警电路、数码管显示电路。

相应完成信号采集、处理、报警、显示等功能。

（3）系统要求实现的功能：

当有人进入布防区域内时，人体发射的红外辐射信号被热式电元接收，红外探头将人体辐射的红外信号转换为电信号，红外探头输出的是低电平信号，低电平被送至STC89C52单片机，经由单片机处理运算后驱动电路执行声光报警功能。

（4）热释电红外报警系统抗干扰能力强、隐蔽性好、灵敏度高、安装方便、传输距离远、实用性。

设计要点：

一是能准确判断是否有人进入；二是尽量加大防盗报警范围；三是报警系统设置布防状态外。

2.2设计方案

本系统是由系统软件控制硬件电路实现工作的的。

在布防状态下，数码管显示“b”，布防时间是30秒，这段时间可以用来让我们控制人员离开布防区域。

具体时间可根据具体情况设计，当然也可以通过外接线使控制区域和探测区域分开。

让探测更精确。

红外传感器把检测到的人体红外辐射信号转换成电信号输出，送至STC89C52单片机。

单片机经软件查询、处理等过程，发出执行信号，驱动电路接收到信号是，执行相应动作，完成声光报警。

报警信号也可通过撤防键停止，撤防键按下，数码管显示字母“c”。

也可以通过单片机复位按钮终止报警。

同时，系统还有紧急报警按钮（测试键），当在布防状态下，此时传感器没有检测到外来信号，可以手动进行报警。

2.2.1硬件设计

本系统硬件电路部分主要有单片机最小系统控制电路、探测电路、声光报警电路、显示电路。

本系统选用的单片机为STC89C52，传感器选择的是热释电红外传感器，显示电路采用的是LED数码管显示，声光报警电路采用的是二极管以及蜂鸣器进行声光报警。

硬件框图如下：

图2-1硬件设计框图

（1）单片机简介

STC89C52是STC公司生产的一种高性能、低功耗、CMOS八位微控制器，它具有8K系统在线可重复编程、快速擦除快速Flash存储器，能使数据保存十年之久。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，与MCS-51系列单片机在引脚和指令系统上完全的兼容，完全可以代替传统51单片机，同时在原来基础上做了很多的改进，功能更多、更优越。

STC89C52芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。

P0口是三态双向口,通称数据总线口,因为只有该口能直接用于对外部存储器的读/写操作。

引脚图如下：

图2-2STC89C52引脚图

具有如下标准功能：

8K字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

（2）热释电红外传感器简介

热释电红外线传感器相对于之前的红外传感器来说是一种被动式的自动调整器件，自身不需要发射红外辐射，而是通过检测外界的红外热量变化来进行探测的。

它具有价格低，性能稳定，靠靠性高的优点，是一种新型高灵敏度探测器件，备受广大用户的喜爱和追捧。

常用的热释电红外传感器型号主要有KDS209、LHI958、LHI954、LHI878、RE200B等。

如图2-2所示为热释电传感器内部电路结构。

图2-2热释电传感器内部电路结构

2.2.2软件设计

软件设计主要现由Proteus仿真软件观察电路设计是否能实现，在经过Kiel进行软件编程来控制电路实现相应的功能，经过多次调试和改编，最终完成了仿真过程。

系统程序实现功能：

当有人进入布防区域时，热释电传感器立马探测到辐射信号，经过加工处理输出电信号给单片机控制系统，昌盛驱动信号声光报警电路执行报警功能，当发现报警后可以按下撤防键解除报警，同时可按下布防，检测下一次报警。

系统也可以进行手动报警，当传感器出现故障或者特殊情况时，可以手动按下测试键进行紧急报警吗，但是这种报警必须在系统处于布防状态才有效。

2.3本章小结

本章主要介绍了系统的设计内容和实现的功能，简要概述了系统的硬件组成部分，介绍了所选取的单片机STC89C52的结构、功能以及优点，热释电红外出传感器工作的原理和所具有的优点等等。

本报警系统是利用单片机软件程序控制硬件电路来执行功能的。

3热释电防盗报警系统硬件设计

本设计的控制主体是单片机STC89C52，其他实现的功能电路都是利用单片机进行设计的。

单片机最小系统电路是与单片机XTAL1、XTAL2以及RST引脚相接；红外检测电路与单片机P1.0引脚相接；声光报警电路是通过与单片机的P1.3引脚实现的；按键控制电路是通过与单片机P1.0、P1.1、P1.2相连接实现的，显示电路是通过与单片机的P2口相连接实现的。

3.1STC89C52最小系统电路

STC89C52单片机是系统的“大脑”，用来处理信号，安排任务，实现任务的。

单片机的完整性离不开最小系统，单片机的最小系统由复位电路、时钟电路组成的。

3.1.1时钟电路设计

单片机的时钟电路可以说是单片机的源泉，因为它时钟振荡产生的序列脉冲驱动单片机的CPU等单元进行工作。

晶体振荡器、晶振控制芯片和电容组成了时钟电路。

XTAL1是反向放大器的输入，XTAL2为输出。

本系统的采用的是片内振荡器，因此石晶振荡和陶瓷振荡都需要接采用。

如果采用的是外部时钟源驱动，则不接XTAL2。

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，一个振荡周为1/12us，因此一个机器周期为1us。

如下图3-4所示为时钟电路图。

图3-2时钟电路

3.1.2复位电路设计

时钟电路开始工作以后,单片机的RESET端只要连续给出2个机器周期的高电平就可以完成单片机的复位操作。

复位方法一般有上复位和外部手动复位两种方式。

上电复位原理：

在单片机刚通上电，这一瞬间电容的充电电流最大，电容相当于短路，此时RST端为高电平，单片机即可自动复位；电容两端的电压等于电源电压时，充电电流为零，这时候电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常运行。

因此上电复位所需的最短时间是在振荡器振荡建立时间再加2个机器周期。

图3-1上电复位

手动复位原理：

单片机首先会有一个上电复位，当按下按键时，RST端直接与VCC相连变成高电平，完成复位，同时电解电容被路，进行放电；当按键松开时，电容开始充电，RST依然为高电平，还是复位，充电完成后，电容相当于开路，RST为低电平，程序正常工作。

图3-2手动复位

本篇设计采用的是手动复位。

当外部需要复位时，按下复位按钮S1即可实现复位目的。

如下图3-3为系统最小系统电路。

图3-3本系统最小系统电路

3.2热释电红外检测电路

3.2.1热释电传感器原理

热释电红外传感器探测的是人体辐射的红外线，探测到的红外热辐射通过菲涅尔透镜增强后被传到热释电元件，利用热释电元件在接收到人体的红外辐射后会电荷失衡向外释放电荷实物原理，让接下来的比较放大电路以及后续电路可以检测到电荷变化后，对信号进行加工处理，输出一个电压信号。

热释电元件是红外感应的探头。

热释电元件对波长为1Oμm左右的红外热辐射很敏感，而人体的体恒定温度一般为37度，可以发射出波长为1Oμm左右的红外热辐射，所以热释电对于人体的探测很敏感。

热释电红外传感器主要由传感探测元、场效应管、光学滤镜、偏置电阻和EMI电容等器件组成。

它利用热释电材料极化会随温度变化的特性来探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法来抑制干扰，以提高传感器的工作温度。

D端（DRAIN）接电源正极，G端（GROUND）接电源负极，S端（SOURCE）为信号输出。

热释电红外传感器的三个引脚如图3-3所示。

图3-3外接引脚

3.2.2电路设计

由于红外传感电路不是本设计重点部分，所以本设计传感器部分采用的是热释电集成模块，引出三个引脚与单片机相应的引脚相连，完成功能。

如下图所示为热释电红外检测电路。

图3-4热释电红外检测电路

3.3按键控制电路

按键电路由“测试按钮”、“布防按钮”、“撤防按钮”组成，测试按钮是在布防状态下需要紧急报警时，按下测试键即可报警，增加了系统的安全可靠性；布防按钮是整个系统的枢纽，当布防按钮按下时，数码管显示字母“b”，布防时间是30S，可以重复按布防按钮，不累计。

系统进入检测状态，对于检测到的报警信号才进行处理。

撤防按钮按下后，数码管显示字母“c”，声光报警结束，当需要报警时需再次按下布防按钮。

图3-5按键控制电路

3.4LED数码管显示电路

数码管按段数可以分为七段数码管和八段数码管，八段数码管与七段数码管区别在于，前者多一个发光二极管显示小数点；按照一个八段或者七段数码管算一位的话。

数码管可分为1位、2位、4位等；按发光二极管单元连接方式来分类，有共阳极数码管和共阴极数码管两种。

前者的所有发光二极管的阳极接在一起形成公共端（COM），后者的所有发光二极管的阴极接到一起形成公共极端（COM）。

在应用时，若要显示某一字段，共阳数码管的公共端（COM）接高电平（+5V），就使相应字段发光二极管的阴极接低电平，高电平不显示；而共阴数码管的公共极COM接地线（GND），使相应字段发光二极管的阴极接高电平即可，低电平不显示。

本设计用的是八段共阳数码管接单片机P2引脚实现功能，不使用小数点，将小数点DP接地。

图3-5LED数码管显示电路

3.5声光报警电路设计

本设计的声光报警电路是有发光二极管和蜂鸣器加驱动组合电路组成。

发光报警利用发光二极管接上一个电阻，然后再与单片机的P1.3引脚相连，外接VCC。

当单片机的P1.0引脚被置为低电平后，图中发光二极管被点亮，蜂鸣器报警。

发光二极管的原理是化合物中带负电的电子与与带正电的空穴复合时可以辐射出可见光，简写为LED。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，利用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、定时器等电子产品中。

蜂鸣器的分类有有源蜂鸣器和无源蜂鸣器之分。

这里的“源”指的是震荡源，有源蜂鸣器内部带有震荡源，只要一通电就会发声；无源内部则不带震荡源，直流信号不能使他发声，必须使用2K-5K的方波去驱动。

有源蜂鸣器的程序控制比较方便，所以本设计采用的则是有源蜂鸣器。

如下图3-7所示，用一个蜂鸣器、三极管和电阻接到单片机的P3.1引脚上，外接VCC组成声音报警电路。

当TXD引脚被置高电平后，蜂鸣器立刻发声报警。

如下图所示为声光报警电路。

图3-5蜂鸣器报警电路

3.6本章小结

本章主要介绍了系统的硬件设计部分，包括系统的外围电路的设计以及功能的实现。

分别介绍了各电路中的元件以及使用原理，每个电路是如何与单片机连接来实现功能的。

硬件设计是一个系统最基本、首要的环节。

同时硬件电路的设计也是和软件密不可分的。

下面介绍系统软件设计部分。

4软件设计

4.1主程序流程图

程序实现功能：

传感器检测是否有信号，当在布防状态下是，传感器将检测到的红外信号转化成电信号输入到单片机，经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，当发现报警后，可以通过手动撤防按键来解除报警,之后控制人员可根据报警情况来处理之后的事情。

此外本系统也可以进行紧急报警，在布防状态下，按下测试键，系统也会相应产生声光报警。

这也提高了本系统设计的可靠性和人性化的特点。

图4-1程序流程图

4.2

紧急报警流程图

当在布防状态下时，若系统没有检测到有报警信号，但急需报警时，可手动按下“测试按钮”进行紧急报警。

当需要停止报警时，按下撤防按钮即可。

紧急报警流程图如下：

图4-2紧急报警流程图

4.3本章小结

本章主要介绍了系统软件设计流程，可以简而易懂的了解系统的工作原理，更好地帮助编程，让读者更容易理解设计的原理和过程。

5联调与测试

5.1软件仿真

本次硬件设计过程是经过制作原理图、导入PCB、焊制电路板以及烧写程序等一一完成的。

设计原理是：

开机等待布防键按下，数码管不显示；按下布防键后数码管显示字母“b”，大约30秒，之后数码管显示熄灭，进入布防状态（从按下按键到30秒计时到，可以重复按下布防键延长计时时间，不累计，指示重新计时30秒。

也可按下撤防键取消布防）；数码管“b”熄灭，进入布防状态；感应模块感应到信号时，数码管显示数字“-”蜂鸣器和小灯声光报警；按下撤防键，数码管显示字母“c”，蜂鸣器停止鸣响，系统进入等待布防状态；当系统处于布防状态时，可以按下测试键（紧急报警）开启报警，此时蜂鸣器和小灯声光报警，数码管显示数字“-”。

由于在仿真电路中，protues中没有传感器件，但根据其原理，传感器传送给单片机的信号是低电平，所以采用按钮来代替也是可以的。

如下图5-1所示是未工作状态下的仿真图。

图5-1防盗报警仿真图

当按下布防按钮后，数码管显示字母‘b’，进入布防状态。

从按下按键到30秒计时到，可以重复按下布防键延长计时时间（不累计），指示重新计时30秒。

也可按下撤销键取消布防。

如下图5-2所示是系统布防状态下的仿真图。

图5-2布防状态仿真图

当测试键按下后，单片机P1.0引脚接收到低电平信号，进行加工处理，从而控制蜂鸣器和发光二极管进行声光报警，此时数码管一直显示‘-’符号，知道报警被停止。

此时可以通过撤防按钮解除报警，也可以通过复位按钮，将系统状态初始化。

如下图5-3所示，声光报警图。

如图5-3报警状态仿真图

当按下撤防按钮后，