毕业设计论文红外防盗报警器的设计Word文档下载推荐.docx
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第一章绪论
1.1选题背景
随着社会科学的不断进步和发展，人们生活水平得到很大的提高，对个人私有财产的保护越来越重视，因而对于防盗的措施提出了更高的要求。
本设计就是为了满足现代生活防盗的需要而设计的应用于家庭、车库、仓库和保险柜等处进行防盗监控的无线防盗报警装置。
目前市面上防盗装备主要有开关式电子防盗报警器、压力触发式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或多或少的存在着一些缺点。
本设计的红外线探测防盗报警器是基于红外光的不可见性而设计的，具有报警精确度高、误报率低、设备安装隐蔽等特点，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可以通过非接触形式的检测接收人体辐射的红外线，并且将其转变为电信号，通过各部分电路进行报警。
同时，热释电红外传感器不仅可用于防盗报警装置，也可用于接近开关、制动控制、遥测等各个领域。
1.2报警系统发展的历史和现状
从上世纪初开始，报警系统就已经开始在北美形成雏形。
在北美，报警求救箱放置在各个街头巷尾，在求救时发出声响提示，用来寻求附近警察的帮助；
这种呼救箱同时直接连接到附近的警察局，使得一些更远的警察也可以接收到求救信息。
随后，由于通信技术的发展，提供远程通信技术服务的电报公司开始加入到了这个行业中，使得报警信息可以传送到更远的地方；
不过，由于这种电报方式难以普及，所以稍后出现的电话就理所应当的成为报警通信的主要方式。
而此后出现的自动拨号系统以及电话迅速的普及，更加使得通过电话报警的方式得到了更加前所未有的发展。
从上面的过程来看，报警行业的出现、发展离不开工业技术发展，只有通过良好的通信手段，才能把个不同地区的报警信息汇聚到不同的相关部门，然后由各个部门负责分配极其有限的警力来帮助所有需要帮助的个体。
目前，对于北美的安全防范产业来说，最成功的经营模式无疑就是联网报警服务模式，联网报警可以将整个北美的安防产业进行从横向到纵向的整合串并，并且形成了一个集多种高科技技术和产业化管理于一体化的综合性产业。
比如2011年世界排名第一的北美最大的安防跨国公司一泰科安防（ADTSECURITY）公司，泰科安防已经为全球740多万民用、商业、工业、以及政府部门客户提供安防服务，其中就包括90%的世界财富500强公司。
泰科安防的年销售收入高达70多亿美元，经营覆盖了全球40多个国家和地区，提供全面的安防和安全解决方案。
现在全世界90%的世界财富500强公司美国50家最大的全国性及区域性银行控股公司中的半数美国72家大中型机场。
美国30座最繁忙的机场中，19家使用ADT的服务全球最大的100家零售商中，80%使用ADT的服务。
我国从1979年开始公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议上提出要大力开展安全技术防范工作，技防工作作为公安业务的组成部分就从这里开始被正式提出来了。
事实上我国的技防工作早在60年代就已经开始出现了，那时候由于形势所迫，银行，博物馆都开始自发的采用各种各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。
当时采用的手段主要是声控报警。
当罪犯撬玻璃和砸展柜时所产生的声音传到值班室时。
值班室的人员判断出罪犯正在行窃，并及时报告给领导和有关部门，组织布置保卫人员和警力将犯罪分子包围后并将其抓获。
1982年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术为故宫许多的展厅安装了各种主动红外式、被动红外式、超声波式、微波式、声控式等防盗探测器，形成了多种探测手段于一体的防盗报警系统，此时我国的防盗报警技术已经提高到了一个新水平。
1984年以后是安防事业在我国进入了普及和提高的阶段，而且发展迅速。
此时各个银行、博物馆、商场、超市、居民小区等都陆续开始建立了各种安全防范系统。
进入90年代以后，人们越加注意到周边安全防范的重要性，慢慢开始利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立了周界防范，如果没有条件形成完整的周界防范，也要建立相应的防范区。
在防护区和禁区内采用多种不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器已经问世，进一步促进了入侵探测器技术的发展。
目前，我国的安防技术已经基本上和国际接轨。
在现代通信技术、自动控制技术和现代计算机技术的支持下，安防系统已经形成了一个十分完善的计算机控制系统，防盗报警系统，声音系统，电视监控系统，门禁系统和巡更系统等统一由同一台计算机进行调控管理，标志我国的安防事业有迈进了一个新的阶段。
1.3家庭防盗报警系统未来发展趋势
随着个人安全防范意识的提高，以及各种智能楼宇建筑的蓬勃发展，现在防盗报警系统的容量也在迅速增大，报警探测器由一开始的几个、十几个增加到了上百、数百个。
防范区域面积的扩大、施工布线的复杂、探测器分布位置的后期调整和扩容等等，都对整个防盗报警系统的控制管理方式乃至整个系统设计架构又提出了新的要求。
防盗报警系统中的通讯方式一般包括报警探测器和报警控制器之间的联网，以及报警控制器和控制中心之间的联网。
在实际的施工部署过程当中，为了能够更加灵活的搭配探测器的布线和数量，探测器和报警控制器之间大多数仍然采用了传统的开关量信号传输，而报警控制器和控制中心之间的联网则是整个系统是否能够稳定灵活扩展的关键所在。
使用电话线联网的方式运营费用较高、联网速度较慢，为解决多用户同时报警造成线路堵塞的问题，此时接警中心就需要配置多台接警控制器和多路通讯链路。
而专用总线联网的方式运营成本较低、联网速度较快，但是覆盖面积范围很小、线路铺设可靠性比较差、传输很容易受干扰。
防范区域的不断加大使得报警系统的监控范围不断延展，这样使得分布在各个不同地区的报警控制器必须要有更完善、更先进的通讯网络来支撑，控制中心的安保监测人员才有能力对整个系统内的所有探测器的报警状态进行全面了解，传统的联网方式在面对这类情况的变化时已经难以为继，此时以联网报警技术的出现则使得这一要求的实现成为了可能。
防盗联网报警是一种“人防、技防、物防”三防相结合的安全防范体系，是目前安防界公认的最为有效的安全防范措施。
联网报警的应用广泛，用户花非常低的投入就可以获得全方位、全天候的安全防范措施。
为用户提供全天24小时值班，同时提供巡防、接警、出警等服务，最大程度保障用户的安全。
若期间产生相关财产损失，损失的部分将按照联网报警服务中心为用户赠送的保险取得相应赔偿。
在我国很多城市，联网报警已经成为了社会安全防范的重要举措。
其技术发展的主要方向主要有以下几点。
（1）联动集成化
多系统多平台的集成已经成为安防系统发展的一个主要方向，防盗报警系统也不例外。
其中，对报警信息进行视频复核的强烈市场需求使得防盗报警系统与视频监控系统之间实现集成联动最具必要性。
如果监控区域内出现警情，安保人员一般不可能迅速出现在现场，如果同时出现多处警情，也无法分身去多个地方。
如果防盗报警系统能够联动视频监控系统，就可以在控制中心即时观察报警现场的实时情况，准确识别复核是否有入侵行为还是误报，自动记录报警时间和位置信息、自动进行视频抓拍和录像以及通知相关执法部门。
有赖于科技强警和平安城市建设的显著成效，许多一线中心城市已经做出了部署20万甚至30万摄像头的构想和规划，部分社区和区域已初步建立起“覆盖到面、监测到线、控制到点”的全天候、多功能科技防范网络体系。
在已建成的图像信息采集设备中，政府投资建设的仅占很小比例，大部分都是金融单位、学校、商场楼宇、宾馆酒店、企业内部和居民社区等社会力量投资建设的监控系统，大量的业主可支配控制的摄像机的安装使用使得视频复核的难度大幅降低，而矩阵、DVR、第三方综合管理软件等各类主控设备和平台，在智能化联动处理方面的功能完善也简化了集成管理的复杂度。
（2）传输IP化
此外，由于目前大多数中小型防盗报警系统的业主尚未接受报警服务收费的消费观念，接警中心的主要服务客户便集中在银行、文博、学校等重点防范单位。
普通用户只能自行管理使用防盗报警系统，而诸如即时报警、延时报警、24小时防区等专业报警主机的复杂功能设置很难全面掌握，更不用说快速应用，通过与视频监控系统的绑定，则可以简化系统使用难度，让使用者通过直观简便的图像观察与报警探测结合起来进行日常安保工作。
报警信息数字化，不仅可以解决报警信息数据的多系统多平台共享问题，还可以减少数据传输过程中受到的误报干扰。
误报警是指在没有出现危险情况时，报警系统发出了报警信号，引起误报的原因包括报警技术是否先进、报警探测器是否合格、系统设计是否周全、施工环节是否合理、用户使用是否正确等。
而在报警信息传输过程中的环境影响（比如报警通讯线路与动力线/照明线等强电间距过小时且未采取防电磁干扰措施），通过IP化处理就可以大幅削弱。
目前大多数平台系统的数据接口还是传统的RS-232/485/422格式，在实时性、准确性、可靠性、交互性等方面上均有不足，而以太网通讯技术对于串口通讯是一种比较彻底的技术革新。
以太网的优势在于不仅传输距离不限、数据传输速率高、采用标准的通讯协议，网络底层具有CRC校验、重发机制，协议上层增加了可靠的握手协议，保证了数据的可靠性。
在网络上传输时，通讯数据采用了加密传输，同时对发送数据端进行身份识别，隔离了外界的干扰，保障了通信的稳定。
将报警信息用标准的TCP/IP协议封装后，由于指令规范，与监控、消防、楼控、门禁等平台的集成融合更灵活更先进。
基于TCP/IP方式的网络通讯，还可以通过在线检测缩短故障范围，快速排查问题节点。
IP化的技术风潮已经席卷安防各子系统，百万像素摄像机、网络视频编解码器、智能网络矩阵、网络门禁、智能视频分析等，防盗报警系统也要应需而变，将通过光电生物探测技术获知的入侵行为转化为数字信息，提供给其它子系统进行综合处理。
1.4设计任务与要求
（1）该设计包括硬件设计和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、中断控制、报警等模块组成。
（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、单片机控制电路、LED控制电路、报警器及相关的控制管理软件组成。
（3）系统可实现功能。
当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,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AT89C51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是能有效判断是否有人员进入。
至于报警可采用声光信号。
第二章主要元器件选择与介绍
2.1传感器介绍
现在有关家庭防盗的传感器种类非常多，有门磁传感器、红外线反射开关无线探头、振动位移传感器、人体热释电传感器、雷达波人体检测无线探头等等。
本系统考虑到不仅要满足可靠性探测的需求，同时还需要考虑安装操作简便和经济实用，所以本设计选用了人体热释电红外传感器完成防盗监测。
当盗贼企图从门窗进入室内进行盗窃时，人体热释电传感器可以检测到人体移动的红外信号，从而进行报警。
2.1.1热释电红外线传感器简单介绍
热释电红外线（PIR）传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。
2.1.2热释电红外传感器结构
热释电红外传感器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波和放大、信号处理电路等几部分组成。
其组成框图如图2-1所示：
图2-1热释电红外传感器系统组成框图
2.1.3热释电效应
由于温度的变化,热释电晶体和压电陶瓷等会出现结构上的电荷中心相对位移,使它们的自发极化强度发生变化，从而在它们的两端产生异号的束缚电荷,这种现象称为热释电效应。
具有这种性质的材料称为热释电体。
压电陶瓷属于热释电体。
若不考虑温度的不均匀性,热释电体一般具有一级和二级热释电效应。
其中二级热释电效应是由于温度变化引起材料形变,再由压电效应产生电荷的二级效应。
一般情况下,若温度变化率相同,升降温过程中产生的热释电电荷大小相等,但符号相反。
2.1.4菲涅尔透镜及其基本原理
菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。
菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。
菲涅尔透镜可按照光学设计或结构进行分类。
菲涅尔透镜作用有两个：
一是聚焦作用；
二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。
菲涅尔透镜的工作原理十分简单：
假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面（如：
透镜表面），拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度，如图2-2。
图2-2传统透镜到菲涅尔透镜结构的变化
另外一种理解就是，透镜连续表面部分“坍陷”到一个平面上。
如图2-3。
图2-3塌陷到平面
从剖面看，其表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。
每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。
每个凹槽都可以看做一个独立的小透镜，把光线调整成平行光或聚光。
这种透镜还能够消除部分球形像差。
简单地说，菲涅尔透镜一面是平坦的，另一面是凸起的。
人们首次使用菲涅尔透镜是在18世纪初，当时它被用在灯塔的探照灯上，聚焦射出来的光束。
当人们需要一面又薄又轻的透镜时，塑料菲涅尔透镜便派上了用场。
尽管成像质量不如玻璃透镜，但是在很多应用中我们并不需要完美的图像质量。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入从而强其能量幅度。
人体辐射的红外线中心波长为9~10um而探测元件的波长灵敏度在0.2~20um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口这个滤光片可通过光的波长范围为7~10um正好适合于人体红外辐射的探测而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
2.1.5热释电红外传感器工作原理
本设计所用的热释感器就采用的是双探测元的结构。
其工作电路原理及设计电路如图2-4所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。
当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
图2-4热释电红外传感器原理图
2.1.6热释电红外传感器引脚图介绍
本系统采用的热释电红外传感器成品的引脚示意图如图2-5所示，引脚功能如下：
数字1脚：
电源负极
数字2脚：
信号输出，高电平有效，4～6V和工作电压有关
数字3脚：
电源正极DC6～9V
W1：
灵敏度调整
W2：
输出延时调整5～120秒
图2-5热释电红外传感器的引脚示意图
它的技术参数如下：
1、工作电压：
DC6～9V
2、电平输出：
和电源电压相同
3、感应角度：
水平：
90～140度；
垂直：
15～30度
4、静态电流：
小于750μA
5、无信号输出：
0V
6、感应距离：
0.5～15米
7、外形尺寸：
28mm×
38mm高25毫米（最高点）
8、输出电平：
4～6V与工作电压有关
9、工作时间：
可调5-120秒范围
当探测器检测到异常的情况，由2脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。
2.2AT89C51单片机简单概述
2.2.1AT89C51单片机的结构
AT89C51单片机是美国Atmel公司生产的一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。
AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，同时也为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图2-6为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。
由图可知，在这一块芯片中，集成了一台微型计算机的各个主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。
外时钟源外部事件计数
外中断控制并行口串行通信
图2-6AT89C51功能方块图
2.2.2AT89C51管脚说明
ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装形式。
AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。
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FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
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。
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。
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。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
P3口管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2INT0（外部中断0）
P3.3INT1（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
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（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/
：
当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
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。
PSEN：
外部程序存储器的选通信号端。
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。
/VP：
当
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，
将内部锁定为RESET；
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。
XTAL1：
反向振荡放大器
升级会员 