基于单片机的红外防盗报警器的设计.docx

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基于单片机的红外防盗报警器的设计

家庭红外防盗报警器

摘要：

本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。

处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。

关键词：

单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

Abstract:

ThissystemusedPyroelectricinfraredsensor.Itsmanufactureissimple,anditscostislow,andfixingisconvenient.Besides,thesystemhasmanymerits,suchassteadyguardagainsttheft,andstrongantijammingability,andhighthesensitivity,andhighreliability.Thefixxingofthisalarmiscovert,whichisdiscoveredeasilybycracksman.AfterhasbeenprocessedbySCM,thesignalofalarmcommunicateswithPC,whichisconvenientforuniformmanagement.Thisdesignincludeshardwarepartandsoftwarepart.ThehardwarepartincludesthecontrolcircuitofSCM,andtheinfraredprobecircuit,andthealarmcircuit,andLEDcontrolcircuit.TheSCMusesAT89C51,theoverallsystemworksunderthecontrolofthesystemsoftware.

Keywords:

SCM;infraredsensor;datacollection;alarmcircuit

目录

绪论:

3

1.1发展概况与设计背景3

1.2本设计概述4

1.3设计任务与要求4

2方案设计5

2.1总体设计思路5

2.2具体电路模块设计6

2.2.1热释电红外传感器原理6

2.2.2放大电路的设计7

2.2.3时钟电路的设计7

2.2.4复位电路的设计8

2.2.5发光二极管报警电路的设计9

2.2.6声音报警电路的设计9

3系统硬件电路的选择及说明9

4软件的程序实现10

4.1主程序工作流程图10

4.2中断服务程序工作流程图11

5总结11

参考文献12

附录113

附录215

绪论:

1.1发展概况与设计背景

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。

从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。

它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。

不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。

目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子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存在一些缺点：

（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。

（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。

（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。

再者，就闭路监控电路防盗系统而言：

它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。

1.2本设计概述

综合以上报警器的不足，本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。

同时它的信号经过单片机系统处理后利于跟PC机通信，便于多用户统一管理。

1.3设计任务与要求

（1）该设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。

（2）本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED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。

终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。

（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[1]。

（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：

其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。

当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。

至于报警可采用声光信号。

2方案设计

2.1总体设计思路

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、键盘控制、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、LED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、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、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示：

图3总体设计框图

处理器采用51系列单片机AT89C51。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

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。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。

驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。

当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警[4]。

AT89C51的主要性能

1.与MCS-51单片机产品兼容

2.4k字节在系统可编程Flash存储器

3.1000次擦写周期

4.全静态操作：

0HZ~24HZ

5.三级程序存储器锁定

6.32个可编程I/O口线

7.两个16位定时器/计数器

8.五个中断器

9.可编程串行通道

10.低功耗空闲和掉电模式

11.看门狗定时器

2.2具体电路模块设计

2.2.1热释电红外传感器原理

本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。

其工作电路原理及设计电路如图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4热释电红外传感器原理图

2.2.2放大电路的设计

如图5所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。

图5放大电路图

2.2.3时钟电路的设计

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有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，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5]。

如图6所示为时钟电路。

图6时钟电路图

2.2.4复位电路的设计

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[6]。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us[7]。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图7示为复位电路。

图7复位电路图

2.2.5发光二极管报警电路的设计

由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用[8]。

图8所示为发光二极管报警电路。

图8发光二极管报警电路图

2.2.6声音报警电路的设计

如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图9示为声音报警电路。

图9声音报警电路图

3系统硬件电路的选择及说明

硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：

AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。

其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3—D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3—D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。

电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键,S2键作为作为电路复位键。

4软件的程序实现

4.1主程序工作流程图

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；

图10主程序工作流程图

4.2中断服务程序工作流程图

本主程序实现的功能是：

当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。

同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。

手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图11所示；

图11中断服务程序工作流程图

5总结

本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。

该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。

平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。

该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。

随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

参考文献

[1]张毅刚等.MCS－51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，1990

[2]涂时亮等.单片机软件设计艺术.重庆：

科学文献出版社重庆分社，1987

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[4]李华主编.MCS－51单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社，1993

[5]IntelMicrocontrollerHandbook.1985

[6]何立民.单片机应用技术选编.北京航空航天大学出版社，1996

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[8]钱晓军;家庭无线智能防盗报警系统[J];安防科技;2003年07期

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[10]范冰彦;家庭无线智能防盗报警系统[J];安防科技;2003年03期

[11]王洪建;;AT89C2051在小区防盗报警系统中的应用[A];第七届青年学术会议论文集[C];2005年

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[13]青年学术年会论文集（上册）[C];2004年

[14]王洪;智能住宅防盗报警系统的研制与设计[A];湖南省电工技术学会第七次会员代表大会暨2004学术年会论文集[C];2004年

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THEX86PCASSEMBLYLANGUAGE,DESIGN,ANDINTERFACINGFIFTHEDITION电子工业出版社2009.11

[18]RandallHyde著.THEARTOFASSEMBLYLANGUAGE.清华大学出版社.2005.03.

[19]（美）PATRICKJUOLA著.PRINCIPLESOFCOMPUTERORGANIZATIONANDASSEMBLYLANGUAGE：

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[20]（美）KipR.lrvine（著）AssemblyLanguageforIntel-BasedComputersFivethEdition.清华大学出版社2009.05

附录1

仿真图

原理图

PCB图

3D效果预览图

附录2

1.主程序清单如下：

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPPINT0

ORG0200H

MAIN:

MOVIE,#81H;CPU开放中断，INT0允许中断

SETBIT0;外部中断为边沿触发方式

MOVSP,#30H;指针入口地址

SETBP3.0

CLRP3.1

MOVP1,#0FFH;使P1口全部置1

MOVP2,#00H;P2口清零

CLRP1.2

LP:

JNBP1.0,LA;监测输入信号，是否有输入信号

LA:

ACALLDELAY;延时消抖

JNBP1.0,ALARM;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序

AJMPLP

DELAY:

MOVR1,0AAH

LD2:

MOVR2,0BBH

LD1:

NOP

DJNZR2,LD1

DJNZR1,LD2

RET

ALARM:

SETBP1.2;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动

CPLP3.0

CPLP3.1;

10S钟定时:

MOV51H,#14H;10S循环次数

MOVTMOD,#01H;定时器T0定时方式1

MOVTL0,#0B0H;置50ms定时初值

MOVTH0,#3CH

SETBTR0;启动T0

L2:

JBCTF0,L1;查询记数溢出

SJMPL2

L1:

MOVTL0#0B0H

MOVTH0#3CH

DJNZ51H,L2;未到10S继续循环

SETBP3.0;10s到关闭报警

CLRP3.1

CLRP1.2;报警结束，正常运行绿指示灯亮

LJMPLP;循环,继续工作

2.外部中断INTO服务程序：

PINT0:

CLREX0;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断

PUSHPSW

PUSHACC

JNBP3.2,LN;监测是否有中断输入

LN:

LCALLDELAY;延时消抖

JNBP3.2,LN1

AJMPLN2;无中断输入,中断返回

LN1:

SETBP3.0

CLRP3.1

CLRP1.2;使报警结束，绿指示灯亮

POPACC

POPPSW

SETBEX0;开放外部中断0

LCALLLP;在中断继续检测是否有输入信号

LN2:

RETI

END