小区智能安保系统模型的设计与实现毕业论文Word文档格式.doc

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2.8CAN总线协议 19

2.9传感器模块 20

3硬件单元电路设计 22

3.1ADC0809和三个报警传感器的接口电路设计 22

3.2AT89C51与ADC0809接口电路 23

3.3AT89C51与光报警接口电路 24

3.4键盘显示接口电路 24

3.5AT89C51与CAN总线接口电路 25

4系统可靠性设计 27

4.1硬件抗干扰措施 27

4.2提高元器件的可靠性 27

5系统调试 28

5.1整体调试分析 28

5.2硬件单元电路调试 28

5.2.1最小系统板调试 28

5.2.2A/D转换电路调试 28

5.2.3光报警电路调试 29

5.2.4键盘显示电路调试 29

5.2.5传感器电路调试 30

6系统使用说明 31

结论 31

参考文献 32

附录系统原理图 33

小区智能安保系统模型的设计与实现

摘要

中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势，需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系。

如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统，是当前急需解决的课题。

本方案是在考虑以上因素的基础上，所设计的可行实施方案。

小区安全防范报警系统是智能小区实现安全管理的重要系统,主要包括防盗报警、煤气泄漏报警、消防报警等。

小区管理极为重要的内容是确保住宅,住户安全,生活中,人人都可能出现一些意想不到的求助情况,现代居住的格局,邻里常年不来往已是常事,家庭生活稳密性、封闭性越来越强。

因此,小区安全防范及报警系统是具有先进的设计和设备,并为小区住户的安全提供保障的必要系统。

我国的安防自动报警控制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。

在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助、烟雾/煤气探头、瓦斯探头等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑连接，进行安防信息管理。

如果发生盗贼闯入、抢劫、火灾、燃汽泄露等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发光警报以有效地恫吓企图行窃的盗贼；

系统还会迅速向报警中心传送报警信息；

报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别判定警报类型、地点、用户，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；

系统具备24小时防破坏等并自我监视，一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。

总之，无论白天黑夜，你离家在外还是在家休息，电子保安时时刻刻保护家庭安全，这正是能为家人、家庭、财产所做的最有效的安全防盗保护措施。

Villageintelligencesecuritysystem

modelofdesignandimplementation

Abstract

HowtodevelopChinaprojectsafecivilizedvillageconstruction,severesocialsecuritysituation,needtoestablishandperfectthesafecivilizedvillagesecurityalarmsystemnetworksystem,Howtosolvethecurrenteachfamilyeconomysupportabilityislimited,constructionmeetthedemandoftheguardfunctionandreliabilitysafecivilizedvillageguardagainstsecurityalarmnetworksystem,isthecurrenturgentproblemtobesolved.Theschemeisinonthebasisoftheabove-mentionedfactors,thedesignisfeasibleimplementationplan.

Communitysafetyalarmsystemisintelligentvillagerealizetheimportantsafetymanagementsystem,mainlyincludingsecurityalarm,gasleakagealarm,firealarm,etc.Averyimportantpartofcommunitymanagementistoensurethattheresidential,residentsafety,life,everyonemayappearsomeunexpectedturn,modernresidentialpattern,theneighborhoodisnevergoingalreadyiscommonplace,familylifesteadytightness,closureismoreandmorestrong.Therefore,thesafetyguardandalarmsystemiswithadvanceddesignandequipment,andforthesafetyofthevillageresidenttoprovidethenecessarysecuritysystem.

China'

ssecuritytobeautomaticalarmcontrolsystemfromtheexperience,andfromsimpletocomplexdevelopmentprocess,anditsintelligencemoreandmoreisalsohigh.Inthecommunityresidentsineachunitisinstalledathemainframe,residentscanchoosetoinstallinresidentthedoor,windowplacesoundinstallationinspection,emergency,smoke/gasdetector,gasdetectoralarmequipmentsuchasperception,themainframethroughthebusandmanagementcenterofcomputerconnection,informationsecuritymanagement.Ifthereisathiefbrokeinto,robbery,fire,gasleakaccidentemergency,suchas,thesensorwillimmediatelylearnedandthealarmsystemimmediatelytriggerlightalerttoeffectivelyintimidationattemptstostealthethief,Thesystemwillquicklytoalarmcentersentalarminformation;

Alarmcenterimmediatelyafterreceivingwarningautomaticresolutionprocessing,quicklyidentifytypes,theplace,thejudgealarmuser,centeronmotorpowersenttotakecorrespondingmeasurestosave;

Systemhas24hoursthedestructionandself-monitoring,oncehaveanysignsofdestructionwillimmediatelyreporttothepolice.Inshort,dayornight,youhaveleftathomeorrest,electronicsecurityeverymomentfamilysafetyprotection,itisfamily,familyandpropertycandothemosteffectivesecurityprotectionmeasures.

1总体设计

1.1设计背景

在当今高速发展的社会中，人们对自身所处的环境越来越关心，居家安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。

当上班家中无人，或者仅有老人孩子在家，或晚上在家熟睡，都必须确保家庭成员和财产的绝对安全。

本方案是在考虑以上因素的基础上，所设计的可行性实施方案。

在当前，随着经济的发展，人民的生活日益改善，人们对家庭生命财产安全越来越重视，采取了许多措施来保护家庭的安全。

以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观，不符合防火要求，不能有效地防止坏人的入侵。

现在，全国各地都在如火如荼地开展建设安全文明小区的活动，而且很多地方都提出取消防盗网的口号，家庭电子防盗报警系统也就应运而生。

因为大多数家庭都是双职工，白天家里通常没有人，发生报警后，必须要有专人来处理，因此，必须设立报警中心。

而且因为国内住宅区大多数是密集型分布，一个住宅区往往有几百上千户，并且都有自身的保安队伍，因此当用户防盗报警系统报警时，除了在现场报警外，还需要向当地派出所或公安分局进行报警联网外，也需要向住宅小区的保安中心进行联网报警，以便警情得到迅速处理。

另外，考虑到国内普遍收入水平较低，对于每一户家庭的防盗报警系统成本不可太高，但因为用户数量多，也不能采用质量差的产品，以免误报频繁造成不良影响。

根据以上分析，住宅小区对防盗报警系统的要求如下：

1.广泛性——即要求小区内每个家庭都能得到保护。

2.实用性——即要求每个家庭的防范系统能在实际可能发生受侵害的情况下及时报警，并要求操作简便，环节少，易学。

3.系统性——即要求每个家庭的防范系统在案情发生时，除能自身报警外，必须及时传到保卫部门，并同时上报当地公安报警中心。

4.可靠性——即要求系统所设计的结构合理产品经久耐用、系统是可靠。

5.投资可行性------即要求系统投资或造价能控制在小区家庭能承受的范围之内。

1.2设计思想

在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助，烟雾/煤气探头、瓦斯探头，防盗报警器等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑想连接，进行安防信息管理，本系统具有远程报警功能。

如果发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃汽泄露等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发光警报以有效恫吓企图行窃的盗贼；

1.3系统功能

设计具有防盗并且兼有防火，防煤气等功能的小区防盗报警系统，无疑可以使家庭保安自动化。

系统采用体积小巧，功能强大，价格便宜的单片微型计算机作为居民家庭第一监视端，与单片机连接各种用于家庭安保的传感器作为收集信号并送给单片机初步处理，单片机实时与远方主监控计算机通信，将从传感器接收来的信号实时传给主机，主机端就可以知道小区各个居民家庭的异常情况，从而进行实时处理。

系统利用CAN总线传输信息。

本系统设计提高了安全可靠性，操作更方便，在工程实际中有广泛的应用，因而具有良好的应用前景和工程推广价值。

该系统运用了AT89C51单片机和CAN总线的主要特性和功能，将主从式微机通信运用于今天的生活，体现了自动化的发展前景一片光明。

对于应用区域，每个家庭可实现：

家中无人时，如上班了，可把家庭报警系统设置在外出布防状态，使所有的传感器都工作起来。

当窃贼试图破门而入或从阳台闯入，热电释红外传感器器探测到动作，警号发声，并且保安中心立刻接收到警情，接着在数秒后公安局报警中心也会收到报警信号。

家中有人时，如睡觉时，把系统设置在留守布防状态，当窃贼企图从大门闯入时，立刻发出警报；

如果主人有紧急情况，如急病或受到挟持时，可按动键盘上的紧急按钮发出警报[1]。

1.4系统设计框图

图1.1系统组成结构图

1.5系统实现方法

（1）利用各种传感器接收需要防备外界的异常信号。

（2）单片机接收传感器检测信号，进行初步处理，如记录发生情况的位置，何种报警等等，也可以单片机进行现场报警。

（3）利用CAN总线实现单片机与主控计算机的通讯。

（4）在主控计算机上接收单片机送来的报警信号，发出报警信息。

2系统硬件模块可行性分析

报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、煤气信号采集模块、防盗报警模块、光报警模块，键盘显示模块以及单片机与CAN总线模块组成。

2.1CPU最小系统设计与选择

CPU最小系统在本设计的报警器中是中枢部分，所有要完成的命令和控制都是在此进行的。

所以CPU最小系统的好坏直接影响本设计的前端探头和其他电路之间的配合问题，同样没有CPU最小系统，本设计也就失去了设计目的。

经过比较，本次设计决定使用由ATMEL公司生产的常用、廉价的单片机AT89C51作为主控制器。

2.1.1AT89C51的引脚图及功能介绍

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案[2]。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本[3]。

AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

AT89C51的引脚图如下图所示：

图2.1AT89C51芯片的引脚图

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高[5]。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收[5]。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号[4]。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故[5]。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1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）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效[8]。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现[8]。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；

当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）[6]。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

此单片机主要用于控制，包括响应中断、延时、判断、发送对方号码等等。

2.1.2振荡器和时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。

时钟信号可以由两种方式产生：

内部时钟方式和外部时钟方式。

考虑到成本和电路的简洁等方面，我们选用内部时钟方式。

在单片机XTAL1和XTAL2两端跨接晶振就构成了稳定的自激振荡器，振荡电路的频率是晶体振荡频率。

晶体频率可在1.2MHZ到12MHZ之间选择，频率越高，单片机速度越快。

本设计选用的晶体频率为12MHZ。

外接电容C1和C2，与晶体一起构成了本设计的晶振电路。

C1和C2会影响振荡器的稳定性和起振的快速性，它还可以对振荡频率起微调作用。

振荡电路如图下所示：

图2.2振荡器和时钟电路

2.1.3复位电路

复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，计算机在启动时都需要复位，使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

在振荡器正在运行的情况下，复位是靠在RST引脚处保持至少2个机器周期（24个振荡器周期）的高电平而实现的[7]。

图2.3按键电平复位电路图

为了保证系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使RST引脚保持10ms以上的高电平，单片机可以循环复位。

当RST从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开始执行程序。

在复位有效期间，ALE和PSEN引脚输出高电平。

本设计如上图所示的复位电路。

当加电时，电容C充电，电路有电流流过，构成回路，在电阻R上产生压降，RST引脚为高电平；

当电容C充满电后，电路相当于断开，RST的电位与地相同，复位结束。

可见复位的时间与充电时间有关，充电时间越长复位时间越长。

增加电容或增大电阻都可以增加复位时间。

它还可以通过按键实现复位，按下键后，通过R1和R2形成回路，使RST端产生高电平。

按键的时间决定了复位时间。

2.2温度烟雾信号采集模块

火灾是发生频率较高的灾害，无论是电气设备、吸烟不慎、人为等原因都可能引发楼宇火灾。

所以火灾报警宜早不宜迟，在火灾发生初始阶段及时报警，及时采取灭火措施最好。

火灾发生大多是由局部物体的燃烧开始的，燃烧会产生烟雾、热量及火焰。

因此，通过检测烟雾、温度异常，就可以判断火情，及时发出火灾报警，以便能有效的扑灭火源，免于成灾。

准确的进行火灾报警，选择合适的温度传感器和烟雾传感器是准确报警的前提。

综合考虑各种因素，本设计选择集成数字温度传感器DS18B20和烟雾传感器NIS-09C用作采集系统的敏感元件[8]。

2.2.1DS18B20的简介

DS1820是美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器,它将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上，传感器直接输出的是温度信号数字值。

与其它温度传感器相比,DS1820具有以下特性:

1）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯。

2）大容量的特性使得温度感知的需求可以简便的实现。

3）可通过数据线供电，适用电压为3.0V——5.5V。

4）零待机功耗。

5）测温范围为-55℃——+125℃

6）-10℃—+85℃范围内，精度为±

0.5℃。

7）程序设定9—12位分辨率。

8）转变12位的温度数字量最多需要750ms。

10）用户可定义的非易失性的温度报警装置。

11）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。

12）应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。

DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。

用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源[8