基于单片机的微波防盗报警器设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的微波防盗报警器设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

83。 23 3 1 引言 在高新技术日新月异的今天，科学技术已经成为整个社会发展的源动力，电子领域的发展更是令人目不暇接，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，遍及 了千家万户，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 安全是一个永恒的 话题，如何保障我们的生命和财产安全成为我们不断研究的对象。 电子技术的发展为人类作出了突出贡献，随着电子技术的不断进步，各种不同的防盗报警器也相继被设计出来，在保障我们生命财产安全的工作中发挥了越来越重要的作用。 防盗报警器一般是通过检测人或其他物体的位移、移动速度、热辐射量、发出的声响、对红外信号的遮挡以及反射等，通过检测这些量中的一个或多个，然后进行信号的放大滤波以及整形送入处理电路进行报警事件的处理进而发出声光报警。 只进行一种报警事件检测的报警器称为单鉴型，进行两种事件检测的称为双鉴型，检测三种以及三种以上报警事件的称为多鉴型。 相对于单鉴型产品来说双鉴型和多鉴型产品具有很突出的优点。 防盗报警器的早期产品主要是采用纯硬件电路实现，分为机械式报警器和电子式报警器。 常见的防盗报警器类型有断线报警器、主动红外报警器、被动红外报警器、门磁报警器、震动报警器等。 断线报警器是一种将被保护物品用易断且不易察觉的导线连接，当有人挪动物品扯断导线后报警器会发出声光等报警信号。 这类报警结构简单，用简单的触发及自锁电路就能实现。 红外防盗报警器主要通过检测防区内有无物体或人移动、遮挡等信息而产生报警信号的 [1]。 这类产品又可 以分为主动型和被动型，主动型抗干扰性能好，但是安装不便，功耗大，常见的有墙头上的遮挡报警器；被动型的功耗低，安装方便，但是抗干扰性能差不适合室外环境。 震动报警器主要应用于车辆、电动车等的防盗上，它通过收集震动信号，当震动信号达到一定的强度时便会报警，这类报警装置抗干扰性能特差。 近年来随着经济的发展，一些高端的技术渐渐地应用到了防盗报警产品上，如单片机、 DSP、嵌入式微处理器等，这些技术的应用使防盗报警器的性能大大提高。 4 报警器广泛应用于安防行业，例如公共场所的安全防盗防火、仓库的防盗防火、超市商场的防盗 防火等。 近年来随着各类报警器性能的提高以及成本的降低，报警器逐渐走入寻常百姓家，成为家庭必备的小产品。 这些都不断刺激着安防行业不断向前发展各种高性能低价格的防盗报警器不断涌向市场。 随着社会的发展，我们对防盗报警器的性能指标要求也会越来越高，防盗报警器已经开始向智能化、微型化、网络化、低功耗的方向发展。 本课题正是要设计一种集智能化、微型化、网络化于一体的报警器，即微波防盗报警器。 2 系统总体方案设计 整体电路框图 本课题有数据采集、键盘控制、报警等子模块。 电路结构部分可划分为：电源、报警探测器部分、声光报警 部分、单片机控制部分、信号放大部分及相关的驱动部分组成。 用户可以自己单独进行信号采集、发送、处理等操作，还能自己在后期添加附加功能。 AT89C52 单片机是本设计的核心模块，也就是设计的中心单元，所以本系统是单片机应用系统设计的一种应用。 硬件系统包括 AT89C52 单片机、输入设备、输出设备、电源还有外围电路等组成。 从课题的要求来看该设计需要包含以下结构部分：电源、热释电红外传感和微波探测器探头部分、声光报警部分、单片机部分及有关放大驱动模块组成。 本课题从防盗报警系统的简单、可靠和低成本方面进行设计和研究， 总体设计如下图 1 总体设计框图所示。 电源 信 号 检 测 放 大复 位 电 路A T89C52驱 动 电 路驱 动 电 路L E D 报 警声 音 报 警复 位 电 路驱 动 电 路 数 码 管 显 示 图 1 微波防盗报警器电路框图 报警器的功能及工作过程 AT89C52 单片机作为控制中心。 单片机在系统软件控制下工作进而控制整个系统正 5 常工作。 监控点上的热释电红外探测器可将人体辐射的红外线转变成电信号，微波探测器可检测人体移动转变成电信号，送至 AT89C52 单片机。 然后在单片机内，经过软件查询、判决识别等过程发出报警信号。 再经过各部分驱动电路将报警信号放大以推动扬声器和 LED 发光报警设备完成相应动作。 当报警持续一段时间后自动解除，或者也可以人工手动停止报警信号，当报警停 止后复位电路将系统复位，或者可以在报警一段指定时间后由定时器实现自动停止报警并复位报警电路。 两个报警探测器安装在使用者家里需要防范的区域，例如主门、窗户、客厅、卧室等，报警主系统必须放在家里比较隐蔽即不易发现的区域。 在正常情况下，这个系统包括探头均处在关闭状态，当使用者要出门或需要监控时，使用者可以通过键盘控制启动报警系统，单片机会控制启动探头，此时报警器处于正常的防范监控状态，如果有人在探头检测范围内出现或移动经过，报警探测器马上向单片机发送报警信号，单片机接收到报警信号后，经查询判断确认后输出信号引 发声光报警。 3 系统硬件设计 电源模块 本报警器拟采用直流供电，并且要有足够宽的输入电压范围以及稳定的电压足够的电流，经查阅相关资料决定采用 HT7550 低压差三端稳压芯片作为电源供电芯片 [2]，该芯片特性如下： (1)输出电压 5V，精度177。 5% (2)低输入输出压差 (3)超低功耗 (4)低输出电压温漂 (5)最高可承受 24V 输入电压 (6)可以提供 100mA 的输出电流 以上这些特性表明 HT7550 完全可以满足本电路的供电需求，其应用电路如图 2 所示。 J3 为电源接口； D1 为二极管，它的作用是防止电源反接时损坏器件 ； C C CC6 为滤波电容，经过滤波后便可以得到纹波很低的直流电压； HT7550 完成将外部输入的 6 至 20V 直流电压稳压到 5V 供整个电路工作，电源电路如图 2 所示。 控制模块 控制部分为整个报警器的心脏，实现数据的采集、分析、控制报警电路等功能。 6 COM1IN2OUT3U3755 0123J3C O N 3D1DC5104C6106C4226C3104V C C 图 2 电源部分电路图 单片机的选择是决定报警器性能的关键因素，本设计采用 MCS51 系列单片机，其特点是通用性强，易。 其 Flash 型如： Atmel公司的 AT89C5 AT89C5 AT89C105AT89C2051 等和台湾华帮公司的 W78E5 W78E52 等，使用十分方便。 所以本次设计选用 Atmel 公司的 AT89C52，其内部有 8KB 的程序存储器，无须外部扩展，使硬件电路简单。 AT89C52 单片机介绍 AT89C52 是美国 Atmel公司生产的低电压、高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8KB的可反复檫写的程序存储器和 256B 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 MCS51 指令系统，片内配置通用 8位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可灵活应用于各种控制领 域。 AT89C52 单片机属于 AT89C51 单片机的增强型，与 Intel公司的 80C52 在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容 [3]。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 其主要工作特性是： （ 1） 片内程序存储器内含 8KB 的 Flash 程序存储器，可擦写寿命为 1000 次； （ 2） 片内数据存储器内含 256 字节的 RAM； （ 3） 具有 32 根可编程 I/O 口线； （ 4） 具有 3 个可编程定时器； （ 5） 中断系统是具有 8 个中断源、 6 个中断矢量、 2 个优先权的中断结构； （ 6） 串行口是具有一个全 双工的可编程串行通信口； （ 7） 具有一个数据指针 DPTR； （ 8） 低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式； （ 9） 具有可编程的 3 级程序锁定位； 7 （ 10） AT89C52 工作电源电压为 5（ 1177。 ） V，且典型值为 5V； （ 11） AT89C52 最高工作频率为 24MHz。 复位、晶振电路的设计 单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。 设计 AT89C52 单片机复位、晶振电路如图 3 所示。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 /T1P 1 1 /T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 C 5 2V C CV S S4020C 1 42 0 p FC 1 52 0 p F1 2 M H Zz a n t i n gR32 2 0R44KR52 2 0C 3 11 0 u F绿L E DV C C 图 3 AT89C52 单片机控制电路 AT89C52 与时钟电路（包括晶体振荡器、电容 C1 C15），上电复位电路（包括R C3 S R R4）构成单片机的最小系统。 其中，晶体振荡器选用 12MHz 的高稳定无源晶体振荡器，它与 AT89C52 中的反向放大器构成振荡器，给 CPU 提供高稳定的时钟信号。 电容 C1 C15 可起频率微调作用，电容值在 5pF～ 30pF 之间选择，本电路选 20pF。 电容 C31 和电阻 R3 构成上电复位电路。 电源开启时，电源对电容 C31 充电，在 CPU 的复位端产生一高脉冲。 只要高电平的维持时间大于两个机器周期（ 24 个振荡周期）， CPU 就可复位，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。 探测器 模块 防盗探测器是由红外与微波探测器组成的双鉴探测器 ,较之以往的微波或红外单信 8 号探测器 ,其误报率明显下降 ,原理示意图如图 4 所示。 双鉴探测器工作时将探测到的红外和微波两种信号经过与门处理后送单片机 ,即只有同时检测到两个探测器输出端口为高电平信号时 ,自动报警器才会响应盗情报警信号 ,否则不报警。 实验发现 ,在红外探测器中 ,通过菲涅尔透镜 [4]的分割方式的改变可以降低由于小宠物引起的误报 ,从而弥补了微波探测器监视面积较大的弱点 :但红外探测器对环境温度的变化比较敏感 ,而微波探测器所检测的只是活动的目标 ,所以对于如果只 是温度变化引起的干扰并不会被自动报警器响应。 通过这样双重的检测就进一步减小了外界干扰 ,降低了报警信号误报的发生率 ,下面详细介绍本系统中红外与微波探测器电路的设计原理、特点以及实际的工作过程。 热 释 电 红 外 探测 器微 波 探 测 器74LS00与非门AT89C52 图 4 防盗探测器原理图 热释电红外线探测器 在自然界，任何高于绝对温度（ 273℃）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 （ 1）热释电效应 热释电效应是指如果使某些强介电质材料 (如钦酸钡、钦错酸铅 (PZT )等 )的表面温度发生变化，则随着温度的 上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流形式输出：在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器。 能将红外信号变化转 9 变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。 另一个是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜，它用来配合热释电红外线传感器，。