智能家庭安防系统设计毕业设计Word文档格式.doc
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Homesecuritysystemistodetectandcontrolandalarmhandlingsystems.Inordertodetectfires,illegalinvasionandpotentialgasleakandthepolice,thefamilyhasbeenadoptedforresidentialhomesecurityalarmsystem.WiththedevelopmentofChina'
seconomicconstruction,residentialfirealarmontheillegalinvasionandgasleakalarmsystemputforwardhigherrequirements.HomeSecuritySystemshasbecomeanindispensablehouseholdsecuritydevices.Therefore,thedesignissimpleandpracticalhomesecuritysystemtopreventandreduceaburglary,firehazards,toprotectthepersonalsafetyandpropertysecuritysignificance.
Alarmingdistrictinformationmanagementwillbefocusedonthefuturedevelopmenttrendofresidentialarea,officeareawithinthecontrolcomputerwillreceiveanaccuratedisplayofalarminformation,suchasoccurredinthesituationofhouseholdspolicename,address,andtheinvasionsufferedbythemodeof,suggestingthatthepoliceconfirmedthatthesecuritysituationquicklyandpromptlytothescenetoensurethatpersonalandhouseholdproperty.Single-chipcontrolofthesystemhavewiththehostcomputerserialcommunicationlines,inordertoupgradeatalatertimetocompletetheinterconnectionofvariousalarminformationtoacentralalarmconsoleforcentralizedmanagement.
KeyWords:
SecuritySystems;
detection;
protection;
alarm
东华理工大学长江学院毕业设计（论文）目录
目录
1．绪论 1
1.1课题来源及背景 1
1.2国内外安防系统的现状及发展情况 1
1.2.1家用安防系统的发展历程 1
1.2.2家用安防系统在国外的发展情况 2
1.2.3家用安防统在国内的发展情况 2
1.3课题研究内容及意义 4
1.3.1课题研究内容 4
1.3.2课题研究意义 4
2．系统方案论证 5
2.1概述 5
2.2系统方案分析 5
2.3系统方案确定 6
3．家用安防系统硬件简介 7
3.1探测模块设计 7
3.1.1火灾及煤气泄漏探测电路设计 7
3.1.2非法入侵电路 9
3.2A/D转换电路模块设计 10
3.3显示模块设计 11
3.4声音报警电路 12
3.4.1键盘电路 13
4．家用安防系统软件设计 14
4.1探测模块设计 14
4.1.1火灾探测程序设计 14
4.1.2非法入侵程序设计 16
4.2A/D转换模块设计 18
4.3系统监视模块设计 20
4.3.1显示程序 20
4.3.2声音报警程序 22
3.3.3不足与展望部分 24
结论与展望 25
致谢 26
参考文献 27
附录A1软件总流程图 28
附录A2系统监视流程图 29
附录B电路原理总图 30
东华理工大学长江学院毕业设计（论文）绪论
1．绪论
1.1课题来源及背景
随着居民经济收入的提高、生活条件和质量的改善，再加上家中老年人和孩子的增多，居民的安全防范已普遍为大家所关注。
以前，传统的家庭安全防范的概念，就是装上坚固而又笨重的防盗门、栏、锁，把自己关在一个"
笼"
内，以这个"
的坚固来抵御外来入侵者。
道高一尺、魔高一丈。
随着犯罪分子作案手段的多样化、智能化和狡诈性、先进性，传统的实体防护手段已难以适应现代家庭安全防范的需要。
而且，一旦发生诸如煤气泄漏、火灾等意外事故，"
牢"
门"
兽"
窗反而成了居民逃生的屏障。
因而现代家庭迫切需要高科技的家庭安全防范系统，来"
保护"
我们生命和财产的安全。
1.2国内外安防系统的现状及发展情况
1.2.1家用安防系统的发展历程
家用安防系统，从发展过程来看，大体可分为三个阶段:
第一阶段为多线型安防系统，每个探测电路除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，探测电路电源由报警系统提供，探测电路的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。
此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能（也为多线制），如驱动警铃等，其报警器队外围探测电路，无故障检测功能，只会对电源线的断线作出故障反应，安装此类系统比较繁锁，特别是校线工作量较大。
第二阶段为总线型安防系统，已采用微处理器控制。
其线制一般为四线制、三线制、二线制。
探测电路和模块通过总线与控制器实现信号传送。
其探测电路的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。
此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。
此类系统已具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。
目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。
由于此类产品具有先进的报警和控制功能施工、安装较为方便，且价格较低，己被大量使用。
第三阶段为智能型安防系统，由于采用了先进的计算机控制技术，传感器输出信号的调理具有智能性，其智能化程度大大提高。
探测电路的输出形采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。
对探测电路的使用环境参数变化较大的所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。
1.2.2家用安防系统在国外的发展情况
自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。
智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。
1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。
它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等，这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。
目前在新加坡也有近30个社区（住宅小区）近5000户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品目前美国有一种占据市场主流的产品X一10，销售己超过1亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过400万个家庭在使用，但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。
三星公司从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。
根据美国该行业的专业顾问公司PARKS的统计资料显示，1995年美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。
1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33%，看来市场真正启动尚需时日。
预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8%。
PARKs公司的资料亦显示，到2004年家庭网络市场总额可达57亿美元。
由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。
虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的信念:
山那边遍地是金。
IBM公司的迈克尔凯罗斯克说:
“这是个不容IBM公司忽视的市场机会“，在网络经济时代的大潮中，智能社区的安防建设显得越来越重要，国外的许多大公司已进入到该领域中。
IBM公司与建筑商合作，为用户提供装备先进的安防系统的智能化住宅。
美国联邦政府和以IBM，AT&
T等大型IT企业为首，投资4000亿美元，为全国500万个小区和9000万个家庭提供全面的小区和家庭的安全防护和信息服务。
1.2.3家用安防统在国内的发展情况
近两年来，安防行业又有了进一步的发展。
在我国已加入WTO的形势一下，积极探讨安防行业的发展问题，对于维护社会治安稳定，促进经济的繁荣，保障人民生活的幸福，具有非常重要而深远的意义。
最近几年统计数字显示:
中国安防产品行业平均以15%一30%的年增长率迅速成长。
目前，安防产品在市场结构方面呈现三个特点:
第一是地区分布不均衡。
北京、上海、江苏、浙江、广东和山东六个省市的安防企业占43%左右。
第二是安防产品差别程度不大，国内安防产品企业，生产同类产品的差异性不大。
这意味着产品容易替代，垄断程度低。
第三是在市场进入障碍上呈现弱势。
安防产品是境外企业争相进入的热点，进入障碍的高低，影响着市场内已有企业优势的大小。
境外安防产品的成熟程度比中国至少早20一30年，就电视监控设备而言，在中国市场上日本产品占有率为45%，美国产品25%，台湾产品20%。
安防产品在市场方面特点:
第一是价格竞争不力。
由于卖方众多犷市场透明度较差，价格定位使企业间相互受到制约，形成了国外产品价位高出国内产品的l一3倍的局面。
第二是产品开发不平衡。
在1900多家企业生户的7类产品中，防盗类的企业占65%，而入侵探测器企业只占0.5%。
第三是产品销售不畅。
销售组织在围绕扩大市场份额，增加利润，为企业开辟渠道，建立大规模的销售及其信息网络方面，受到现有企业规模、外来经营产品和企业类型等因素的多方面影响。
30
1.3课题研究内容及意义
1.3.1课题研究内容
本文设计的家用安防系统是以AT89C51单片机作为控制中心，接受、处理火灾、非法入侵和煤气泄露探测电路输出的报警信号并进行声音报警，同时执行相应的辅助控制等任务。
本论文一共分为四部分介绍。
第一部分是绪论；
第二部分是系统简介；
第三部分是家用安防系统软设计，分别介绍传感器电路、A/D转换电路、单片机机控制电路、声音报警控制电路、排气控制电路，显示电路以及小区联动等；
最后是结论与展望。
1.3.2课题研究意义
家庭智能安防系统的意义，就是让你有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保您的生命财产的安全。
东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统方案论证
2．系统方案论证
本次设计的内容是基于单片机的家用安防系统，根据硬件系统绘出流程图写出汇编程序。
系统方案论证如下：
2.1概述
使用家用智能安防系统的目的就是及早报告火灾、非法入侵及煤气泄漏的发生，从而迅速有效的提醒主人，控制火灾及煤气泄漏，把损失降到最低。
所以本课题的目标是：
设计一套简单实用、抗干扰能力强、性价比高的家用智能安防系统。
2.2系统方案分析
根据设计要求，设计的家用安防系统包括探测程序、A/D转换程序、显示程序、声音报警程序等，下面将对各部分程序进行简单分析。
一、探测程序
探测程序分为火灾探测和非法入侵探测。
因为对于普通可燃烧物质的表现形式，首先是产生烟雾，在氧气供应充分的条件下，才能达到全部燃烧，产生火焰，并散发出大量的热，使环境温度升高（起火过程曲线如图2-1所示）。
图2-1起火过程曲线
t
全燃阶段
温、烟浓度
起初
阴燃
火焰燃烧
1起火过程曲线
如图2-1所示，起火过程中，总是前两个阶段所占有的时间比较长，这是燃烧的开始阶段。
如果要把火灾损失控制在最小限度，保证人身不受伤亡，那么火灾的探测元件就应该从此阶段开始进行探测为宜。
因为防止非法入侵的话要准确和速度。
因为要是没有这两项的话是无法防止非法入侵的。
再加上成本的关系，就采用热释电红外传感器进行探测。
二、A/D转换程序
因为要让程序运行的准确，那么数字信号要比模拟信号方便。
但是探测电路的信号是模拟的，所以要有A/D转换程序将它换成数字信号。
三、显示程序
光程序运行的话，我们不清楚程序运行的程度。
所以还要有显示程序。
让我们直观的了解程序运行的状态。
四、声音报警
声音报警的功能是当室内灾情时，系统就会启动扬声器发出声音来提醒人们采取相应措施来解决灾情。
2.3系统方案确定
方案选择的好坏，影响系统的性能、成本、可靠性等多方面因素。
根据上述方案的分析，添加小区联动，以AT89C51为控制核心实现所要求功能的小型智能家用安防系统的总体设计框图如图2-2所示：
单片机控制系统
声音报警模块
红外探测模块
煤气泄漏探测烟雾测控模块
非法入侵
侵
气体烟雾
显示模块
排气模块
小区控制（上位机）
A/D转换模块
键盘模块
图2-2系统总体设计框图
东华理工大学长江学院毕业设计（论文）家用安防系统硬件简介
3．家用安防系统硬件简介
家用安防系统的硬件由探测电路模块、A/D转换电路模块、单片机控制模块和系统监视模块组成。
探测模块用于对住宅空间内各区域的非法入侵信号、火灾信号及煤气泄漏信号进行探测，A/D转换电路模块将探测的电压信号进行模数转换，得到数字信号输入单片机。
单片机控制模块完成火灾非法入侵及煤气泄漏信号查询、处理。
监视模块完成对危险的报警、现场处理、通讯等功能。
下面对这些电路的设计分别进行介绍。
3.1探测模块设计
在一个基本的报警系统中，作为探测报警信号的探测电路必不可少的部分，其性能的可靠性直接关系到整个系统的技术指标、可靠性及能否安全工作，对系统设计的成败起关键作用。
因此，设计一个高效、可靠、稳定的探测电路是一项重要的设计工作。
本系统的探测电路包括三部分，一是火灾探测电路，这部分主要是通过探测烟雾气体信号来完成对火灾信号的探测；
二是煤气泄漏探测电路，主要是通过探测气体信号来实现其探测；
三是对非法入侵探测，这部分则主要由红外探测电路来探测。
3.1.1火灾及煤气泄漏探测电路设计
火灾及煤气泄漏探测电路采用QM-N5型气敏传感器来探测气体的泄露。
探测电路中的气敏传感器以QM-N5的输出经A1电压跟随器加到差动放大器A2的同相输入端，A2输出是放大同相输入端和反相输入端的差动放大信号。
A3位同相放大器，通过电阻R可调A3的增益，也就是调节A1~A4比较器的同相输入端的电压控制其输出，进而与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口一同控制其报警等级，从而完成对火灾及煤气泄露的报警。
电路如图3-1所示。
图3-1火灾及煤气泄漏探测电路
3.1.2非法入侵电路
热释电红外传感器是利用红外辐射的热辐射作用引起元件本身的温度变化检测信号，其探测率、响应速度都不如光子型传感器。
但由于热释电型传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。
通用性好的热型传感器有热电堆、热敏电阻、高莱管等。
其中，利用铁电体热释电效应的热释电型红外传感器灵敏度高，可以广泛地用于民用领域。
图3-2红外探测电路
3.2A/D转换电路模块设计
系统A/D转换电路由ADC0809转换器、74LS373地址锁存器和双D触发器4013构成，实现对采集的模拟信号的转换。
因此，只要使用ADC0809转换器的输入通道IN-0即可。
并用低3位数据线通过74LS373地址锁存器控制采集通道，同时使用AT89C51单片机的P2.7口控制ADC0809转换器的读写控制。
设计中采用延时方式模数转换，单片机AT89C51控制ADC0809的开始转换、延时等待A／D转换结束以及读出转换好的8位数字量至单片机进行处理。
其电路如图3-3所示。
图3-3A/D转换电路
3.3显示模块设计
显示电路，可以对系统所采集的红外信号以电压的形式进行显示，以便住宅内的人员可以准确的设定入侵上限值，而当键盘设定烟雾浓度等级报警值或煤气泄露等级报警值时，数码管显示当前的设定值。
显示电路作为单片机系统中最简单的输出设备，用以显示单片机系统的运行结果与运行状态等。
常用的显示器主要有LED数码显示器、LCD液晶显示器和CRT显示器。
在本系统中，选用LED数码显示器显示数字或符号。
由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。
图3-4显示电路
3.4声音报警电路
当系统判断有火灾、非法入侵及煤气泄漏后，单片机从P1.7引脚输出高电平信号，输入给报警电路，进而扬声器发出声音报警。
本系统设计的报警电路采用单频音报警，实现单频音报警的接口电路比较简单，其发音元件采用压电蜂鸣器，当在蜂鸣器两引脚上加3～15V直流工作电压，就能产生3kHZ左右的蜂鸣振荡音响。
压电式蜂鸣器结构简单、耗电少，更适于在单片机系统中应用。
压电式蜂鸣器，约需10mA的驱动电流，可在P1.7端口接上一只三极管9013和电阻组成的驱动电路来驱动，设计的声音报警电路如图3-15所示。
在图3-5中，P1.7接三极管基极输入端，当P1.7输出高电平“1”时，三极管导通，蜂鸣器的通电而发音，当P1.7输出低电平“0”时，三极管截止，蜂鸣器停止发音。
图3-5声音报警电路
3.4.1键盘电路
一个系统中，键盘是不可缺少的部分，它是系统的输入设备，是人机对话不可缺少的方式之一，用于设置系统的相关参数值。
键盘是本系统的输入设备，用于设置入侵上限报警和室内煤气或烟雾浓度报警等级。
实际应用中，有单按键组成的键盘和矩阵按键组成的键盘，它们各有优缺点，单按键电路简单，但不便于人们使用，而矩阵按键比较直观易懂，特别适合民用。
因此，本系统设计的键盘采用3×
4矩阵键盘，它有12个按键，分别是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、*、#。
数字键用于设定入侵上限报警值和煤气或烟雾浓度报警等级，*和#键分别为入侵和煤气或烟雾浓度等级设定选择键，当按下*时，即可输入入侵的上限报警值；
当按下#时，即可设定煤气或烟雾浓度的报警等级。
求键值的方法采用逐行和逐列扫描的方法，设计的键盘电路如图3-6所示。
图3-6键盘电路
东华理工大学长江学院毕业设计（论文）家用安防系统软件设计
4．家用安防系统软件设计
家用安防系统由探测模块、A/D转换模块、显示模块和报警模块组成。
显示模块完成火灾非法入侵及煤气泄漏信号查询、处理。
报警模块完成对危险的
升级会员 