基于单片机的家庭防盗报警系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的家庭防盗报警系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美基于单片机的家庭防盗报警系统设计 4 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。 因此，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。 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：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；更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；更智能化的设计：方便地设 /撤防，人性化的操作界面；更强大的联网功能；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。 设计要求与研究内容 设计要求 现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、 偷盗事件时有发生。 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。 本文所研制的报警系统的功能要求如下 : 主控芯片： AT89C51,工作在 12MHz 时钟频率； 检测信号：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， 下降沿触发，低电平保持宽度 ≥ 1ms，监测负载 ≥ 600Ω ； 输入通道： 16 路监测信号， 220V 交流电源输入； 报警方式 ：声光报警，蜂鸣器和 LED； 显示方式： 2*16 字符液晶显示， LED 电源指示， LED 报警显示； 输入方式： 4*4 矩阵键盘和系统复位独立按键； 系统电源：工作电源 220V 交流输入， 备用电源； 相关功能：正常情况下显示当前时间，时间可调；实时对 16 路输入信号异常产生声光报警，并显示当前异常通道和产生异常时间并记录相应时间，报警时长可调（ 0— 198s， 199 不自动停止），每通道能够记录 2 次异常时间（最早和最新时间）； 具有记录查询和删除功能，能够查询每路历史异常记录，并能删除记录 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 5 系统对自身部分数据处理错误能产生提示。 研究内容 本课题需要研究的内容主要有以下几个方面： 根据系统功能要求且考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。 该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。 系统硬件设计包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。 主要内容有单片机的选择、主机电路的设计、传感器的选择、报警电路的设计。 下面分 3章从系统总体的方案设计、系统的硬件设计、系统的软件设计对本设计做详细的介绍。 2 系统总体设计方案 方案选择论证 该 系统设计方案有以下两种： 方案一：显示方式采用数码显示，占用 I/O 较多，体积较大，采用扫描显示占用机时，采用静态显示则需要更多芯片；数据存储直接利用单片机内部 RAM 存储记录数据；按键方式采用中断矩阵键盘，相同按键占用 I/O 口较少，中断方式不占用多余机时，但多占用一位中断口； 16 路信号检测方式采用扫描检测，占用机器周期，存在扫描间隔时间，而且需多出扫描子程序；时间运行方式采用单片机内部定时中断计时，存在加大误差，而且完成日的处理程序复杂。 方案二：显示方式采用 1602 液晶显示模块，仅需 8 位数据线和 3 位控制线，占用 I/O 口较少，而且能显示字符，显示位数更多，不需要其余外围芯片；数据存储利用外扩存储器；按键方式采用扫描矩阵键盘，相同按键占用 I/O 口较少，扫描键盘占用机时； 16 路信号检测方式采用中断方式，能及时发现并处理异常，主程序以及子程序省掉相关扫描子程序；时间运行方式采用外部时钟芯片，误差小，能够够自动校正日期。 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，故本设计选择方案二。 因为本系统要存储每路两次报警历史记录，每次记录占用 7 字节空间，则共需要 224B 地址空间， AT89C51 内部仅 128B 内存空间，需要外扩存储器。 此处选择外扩 AT24C02 可擦除存储器，具有 256B 存储空间，采用 I2C 总线方式，仅占用 2 位 I/O 口。 采用扫描式 4*4 扫矩阵键盘，仅当需要输入时扫描键盘。 采用中断基于单片机的家庭防盗报警系统设计 6 方式监测 16 路信号，当信号发生异常时，进入中断，扫描 16 路检测信号输入状况，并对信号进行计算处理，判断异常通道号，并记录相关数据，然后出发报警中断，进行报警提示。 采用外部时钟芯片精确计时，单片机定时中断同时计时，每过 24点自动从外部时钟芯片 DS1302 校准时间。 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、信号 放大处理、人工键盘控制、报警执行、报警显示等子模块。 系统电路结构可划分为：传感器检测 、报警执行电路、单片机控制电路、 LCD 控制显示电路及相关的控制管理软件组成。 用户终端完成信息采集、数据处理、数据传送、功能设定、本地报警、本地显示等功能。 从系统设计的要求来分析该设计 构成框图如 图 2— 1 所示： 图 2— 1 总体设计框图 整个系统由 AT89C5键盘、 LCD 显示屏、 DS1302 时钟芯片、 AT24C02 存储芯片、检测信号输入、声光报警电路组成。 通过结构框图系统 可看出：以 AT89C51为系统中心，单片机与 AT24C02 交换历史记录信息，从 DS1302 获得校准时间，通过 4*4 矩阵键盘扫描输入相关信息，通过 LCD 显示屏显示相关信息，检测信号异常时对单片机申请中断，单片机通过相关处理产生异常信息，通过声光报警（蜂鸣器，报警指示灯）。 本系统电源可采用 220V 交流电输入，也可直接提供 5V电源， DS1302 可根据需要提供备用电源（ 纽扣电池或者大电容）。 系统的单片机时钟采用 12MHz晶振； 4*4 矩阵键盘输入行线接入 — 口，列线接入 — 口； 时钟芯信号检测电路 键盘 时钟电路 外扩存储电路 单片机 AT89C51 LED 发光报警 蜂鸣器报警 LCD 显示 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 7 片 DS1302 时钟 SCLK 引脚接 MCU 口，复位 RST 引脚接 口，数据 I/O 引脚接 口； AT24C02 为 I2C 双总线传输方式，时钟信号 SCK 接 口，数据线SDA 接 口； 口接报警系统的蜂鸣器驱动，蜂鸣器采用三极管驱动，并联续流二极管防止三级管击穿； 口接报警系统的报警指示灯。 单片机的 P0 口做数据输入输出口； LCD 的数据输入、输出和 16 路检测信号的输入都经过 P0 口，LCD 三位控制线分别连接 、 、 ； 16 路监测信号经过 74LS373 锁存输入给 单片机。 主控芯片单片机的选择 所谓单片机就是一块芯片上集成了 CPU、 ROM、 RAM、定时 /计数器和多种 I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。 单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处。 单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点：体积小，成本低，运用灵活，易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化；面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更佳的性能价格比；抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作 ，这是其他机种无法比拟的；实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提高。 AT89C51 是一种带 4KB FLASH 存储器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。 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 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。 AT89C51 单片机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。 故此设计采用 AT89C51。 传感器的选择 常见的几种红外传感器介绍  红外探测器 红外探测器按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。 热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探基于单片机的家庭防盗报警系统设计 8 测器中依赖于温度的性能发生变化。 检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。 多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。 当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通 过适当的变换后测量相应的电量变化。  红外测温产品 50 多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求 ,提供最优非接触红外测温解决方案。 在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的 HEITRONICS 以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。  人体热释电红外传感器 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。  无线红外传感器 无线红外传感器又名无线红外探测 器，无线智能幕帘 /广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿、微电流省耗、无误报、无漏报、探测距离远、工作稳定、性能可靠、外形精巧、美观大方。 机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。 它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。 它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理 IC。 高频发射部分采用最新声表面（ S）稳频技术，配合成 熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。 总而言之，不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为，如人体的移动、物体的震动、玻璃的破碎和门窗的开关等，系统将所得的信号进行逻辑判断，发出警报。 常用的传感器有对射红外探测器、磁控管（门磁）、震动开关、被动红外探测器（ PIR）、双鉴探测器、烟感、温感探测头等。 这些传感器不仅可以对室内的门、窗、敞开的阳台、固定玻璃、保险箱等的异常情况进行监测，而且还能对家中的火警进行监测。 在家中无人的情况下还具有探测有无物体移动的功 能，以发现家中是否有偷窃等异常情况。 这些器件有效地为控制单元传送现场的资料，提供报警控制。 而本设计采用由热释电红外线传感器和振动位移传感器构成的复合式传感器，通过探测人体特有的红外线和人体的运动来检测盗情。 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 9 热释电红外传感器的原理 热释电红外 (PIR)传感器 是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器。 它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置， 它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出，将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。 其工作电路原理及设计电路如 图 2— 2 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。 RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT 图 2— 2 热释 电红外传感器原理图 热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器。 其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。 为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致 的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输 出。 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。 设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。 由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 热释电红外传感器的选定 基于单片机的家庭防盗报警系统设计 10 目前常用的热释电红外传感器型号主要有 P22 LHI95 LHI95 RE200B、等。 热释电红外传感器通 常采用 3 引脚金属封装，各引脚分别为电源供电端（内部开关管 D极， DRAIN)、信号输出端（内部开关管 S极， SOURCE）、接地端（ GROUND)。 本设计传感器采用双元热释电红外传感器 RE200B，该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐。