基于at89c52单片机的防盗报警系统设计

基于at89c52单片机的防盗报警系统设计内容摘要：

n Ceramic 公司的 SCA02 RS02D 等。 虽然它们的型号不一样，但其结构、外型和特性参数大致相同，大 图 1 热释电传感器实物图部分可以彼此互换使用。 热释电红外线传感器由探测元、滤光窗和场效应管阻抗变换器等三大部分组成，如图 01 所示。 对不同的传感器来说，探测元的制造材料有所不同。 如 SD02的敏感单元由锆钛酸铅制成； P2288 由 LiTaO3 制成。 将这些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相对的两面各引出一根电极，在电极两端则形成一个等效的小电容。 因为这两个小电容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小电容能自身产生极化，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。 传感器中两个电容是极性相 反串联的。 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： （ 1） 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。 （ 2） 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。 （ 3） 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，7 价格也比较昂贵，不利于广泛利用。 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和用户操作。 红外线 作为一种 不 可 见光 ，有 很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。 红外报警器大多数采用国外的先进技术 ,其功能也非常 先进。 其中包括被动式热释电型红外报警器 ,也即是本文将研究的产品。 还有红外监控无线报警器 ,超声波防盗报警器 ,红外线防盗报警器 ， 高灵敏红外报警器 ， 触摸式延时防盗报警器 , 触摸式防盗报警器 ,红外报警器 , 红外线声光报警器等。 设计背景 该报警器能探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。 农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要”。 传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在 实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。 所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。 另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。 因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。 数字化、无线化、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求，所以我们不难发现防盗报警 的技术发展趋势： （ 1）更稳定可靠：如探测器可抗 RFI/EMI（电磁干扰 /射频干扰）、防雷电等，以适应恶劣气候； （ 2）更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等； 8 （ 3）更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求； （ 4）更智能化的设计：方便地设 /撤防，人性化的操作界面； （ 5）更强大的联网功能； （ 6）更方便的扩展性。 上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。 设计任务与要求 当传感器没有检测到人体辐射出的红外线信号时，在电容两端产生极性相反、 电量相等的正、负电荷，所以，正负电荷相互抵消，回路中无电流，传感器无输出。 当人体静止在传感器的检测区域 内时，照射到两个电容上的红外线光能 能量相等，且达到平衡，极性相反、能量相等的光电流在回路中相互抵消，传感器仍然没有信号输出。 当人体在传感器的检测区域内移动时，照射到两个电容上的红外线能量不相等，光电流在回路中不能相互抵消，传感器有信号输出。 综上所述，传感器只对移动或运动的人体和体温近似人体的物体起作用。 滤光窗是由一块薄玻璃片镀上多层滤光层薄膜而成的，能够有效地滤除~14um 波长以外的红外线。 人体的正常体温为 36~℃，即 309~，其辐射的最强的红外线的波长为λ m=2989/（ 309~） =~，中心波长为 ，正好落在滤光窗的响应波长的中心。 所以，滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。 （ 1）该设计主要包括硬件和软件设计两个部分。 模块划分为 数据采集、键盘控制和报警等模块子函数。 （ 2）本红外线 防盗 报警系统 由 热释电红外传感器 、智能报警器 、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9 理、数据传送、功能设定、本地显示、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。 为了探测移动人体 ,通常使用双元件型热释电红外传感器 ,在这种传感器内部 ,两个敏感元件反相连接 ,当人体静止时两元件极化程度相同 ,互相抵消。 但人体移动时 ,两元件极化程度不同 ,净输出电压不为 0 ,从而达到了探测移动人体的目的。 因此 可把 报警系统设置在外出布防状态，使探测器工作。 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 ST89C52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。 此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员 活动 ；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。 现时社会治安问题严峻 ， 各种入室抢窃、偷盗事件时有发生 ,治安问题更加突出。 为了防护自己，越来越多的 家庭采用智能防盗报警产品。 防盗报警系统是利用探测器装置对建筑物内外重要地点和区域进行布防，探测。 当探测器探测到非法入侵，报警器工作状态变为报警状态， 产生报警声。 本论文的目的就是设计出一种符合上述要求的防盗报警系统。 本文所研制的报警器的功能要求如下 : （ 1）可实现非法入侵报警； （ 2）采用复合式防盗传感器，热释电红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性； （ 3）蜂鸣器报警，并能显示出出事地点； （ 4）采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。 防盗报警系统的构成 防盗报警系统是用物 理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的10 侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。 防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。 一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。 防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。 防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图所示。 控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报 警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时 1～ 2秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信号，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元显示具体的事发位置。 图 11 防盗报警系统构成图 防盗报警器的分类 （ 1）报警探测器按工作原理主要可分为红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外 /微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器 、声音探测器等许多种类。 （ 2）报警探测器按工作方式可分为主动式报警探测器和被动式报警探测器。 （ 3）报警探测器按探测范围的不同又可分为点控报警探测器、线控报警探测器、面控报警探测器和空间防范报警探测器。 （ 4） 防盗探测器 是否 采用电源分类可分为无源和有源两种。 （ 5） 从防盗探测器与报警主机（后端处理器）的连接方式可分有线与无线。 控制器 报警器 探测器 传感器 11 除了以上区分以外，还有其他方式的划分。 在实际应用中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警探测器，才能满足不同的安全防范要求。 报警探测器作为传感探测装置，用来探测入侵者的入侵 行为及各种异常情况。 在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。 这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。 因此，就需要各种各样的报警探测器，以满足不同的安全防范要求。 2 总体设计方案 智能住宅安防报警系统开发设计方案是参照国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅建设的实际情况，为满足新时期居民的居住要求，并充分考虑其经济性和可靠性。 方案选择 防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。 它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是 入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。 热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。 由于 探测元 输出的是电荷信号，不能直接使用，因而需要将其转换为电压形式。 场效应管输入阻抗高达 104MΩ ，接成共漏极形式 来完成阻抗变换。 使用时 D 端接电源正极， G 端接电源负极， S端为信号输出。 对于移动速度非常缓慢的物体，如阳光，两个电容上的红外线光能能量仍然可以看作是相等的，在回路中相互抵消；再加上传感器的响应频率很低 (一般为~10Hz)，即传感器对红外光的波长的敏感范围很窄 (一般为 5~15um)，因此 ，传感器对它们不敏感，因而无输出。 被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成，其结构框图如图 21 所示。 图中，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12 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，从而加强其能量幅度。 热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号 处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。 图 21 结构框图 报警器结构图 是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理示意图。 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 ~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。 BISS0001 是一款高性能的传感信号处理集成电路。 静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器，广泛用于 人体通过传感器产生的信号 安防、自控等领域能。 该系统设计方案有以下两种： 方案一； 通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。 方案二； 利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上 ，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情待 测目 标 光学系统 （菲涅尔透镜） 热释电红外传感器 信号处理 报警电路 13 的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。 通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案二。 系统 总体 设计 现在市场上有各种各样的报警器，通过对它们进行分析比较，根据产品的功能要求和性价比，决定采取以单片机为主要技术的总体方案设计。 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。