智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、湖北廣播電視大學(xué)電子專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 智能小區(qū)防盜報警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 摘 要 1 引 言 2 正文 3 一.系統(tǒng)構(gòu)成及原理 3 二.單片機(jī)控制紅外線防盜報警系統(tǒng)總圖框 3 三.紅外防盜報警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 4 1.微處理器及其任務(wù) 4 2.被動式熱釋電紅外電路的設(shè)計(jì) 5 3.主動熱釋紅外電路的設(shè)計(jì) 7 4.報警電路的設(shè)計(jì) 9 5.數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì) 10 四.部分程序代碼 12 五.結(jié)束語 16 六.至謝 16 七.參考文獻(xiàn)

2、16 摘 要 本課件基于單片機(jī)控制紅外線防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和ＰＣ機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。該系統(tǒng)主要用于家庭防盜現(xiàn)場系統(tǒng)，整樓控制，通訊系統(tǒng)及小區(qū)總控報警通訊系統(tǒng)組成，本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分，硬件部分包括單片機(jī)控制電路、熱釋紅外電路、報警電路、數(shù)據(jù)通信等部分組成。系統(tǒng)程序可以劃分為以下幾個模塊：被動式紅外感應(yīng)電路的識別程序、紅外編碼程序、紅接收程序、報警程序、串行通信程序等

3、幾個部分。處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。 關(guān)鍵詞 紅外光；熱釋電；聲光報警；監(jiān)控系統(tǒng) Abstract This courseware based MCU infrared burglar alarm system. Advanced infrared technology has become an important part of science and technology, the system uses a pyroelectric infrared sensor, anti-theft performance is rel

4、atively stable, anti-interference ability, thieves can not easily be found, while its signal is easily treated with SCM System and PC- communication, to facilitate the unified management of multiple users. The system is mainly used for domestic security on-site system, the entire floor, control, com

5、munications systems and cell composition of the total control of alarm communication system, the design includes two parts, hardware and software design, hardware part consists of MCU control circuit of pyroelectric infrared circuit, alarm circuit and data communications components. System program c

6、an be divided into the following modules: passive infrared sensor circuit identification procedures, infrared coding procedures, red receiving procedures, alarm program, serial communication program, and several other parts. Processor with 51 series AT89C51, the whole system is under the control of

7、the system software to work. Keywords Infrared brightness Supervisory control system 引 言 隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式小區(qū)電子防盜系統(tǒng)。 正文 一.系統(tǒng)構(gòu)成及原理 防盜報警系統(tǒng)分別由探測器、區(qū)域控制器和報警控制中心三部分構(gòu)成。其原理如以下系統(tǒng)圖： 二.單片機(jī)控制紅外線防盜報警系統(tǒng)總圖框 系

8、統(tǒng)以微處理器進(jìn)行智能控制，隨時檢查是否有紅外物體在所屬區(qū)域活動，一但發(fā)現(xiàn)，立即進(jìn)行聲光報警，并將這一結(jié)果通知主監(jiān)控系統(tǒng)，同時我們的紅外感模塊還能判別白天或黑夜進(jìn)行工作。本系統(tǒng)框圖如圖1。 三.紅外防盜報警系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 下面我們就結(jié)合系統(tǒng)，進(jìn)行各單元電路的設(shè)計(jì)： 1.微處理器及其任務(wù) 該系統(tǒng)我們選用51系列單機(jī)，AT89C51作為主CPU進(jìn)行各項(xiàng)工作的處理。 主要性能： ● 和MCS—51產(chǎn)品兼容。 ● 2KB可重編程Flash存儲器。 ● 耐久性：1000次寫/擦除。 ● 2.7~6V的操作范圍。 ● 全靜態(tài)操作：0Hz~24MHz. ● 2極加密程序存儲器。 ●

9、 1288位內(nèi)部RAM。 ● 15條可編程I/O引線。 ● 2個16位定時器/計(jì)數(shù)器。 ● 6個中斷源。 ● 可編程串行UART通道。 ● 直接LED驅(qū)動輸出。 ● 片內(nèi)模擬比較器。 ● 低功耗空載和掉電方式。 AT89C51有2K FLASH；128字節(jié)RAM；15條I/O引線；2個16位定時器/計(jì)數(shù)器；一個5向量2級中斷結(jié)構(gòu)；一個全雙工串行口；一個精密模擬比較器以及片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。此外，AT89C51是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的，并支持兩種可選的軟件節(jié)能工作方式?？臻e方式停止CPU工作，但允許RAM、定時器/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉點(diǎn)方式保持RAM

10、內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一個硬件復(fù)位。 本設(shè)計(jì)紅外的檢測，CPU采用中斷的方式進(jìn)工作。當(dāng)檢測到所屬區(qū)域發(fā)生變化時，中斷口有信號變化，從面達(dá)到監(jiān)測目的。用單片機(jī)的P3.2、P3.3兩個端口。聲光報警用P1.0口。串口通信用P3.0、P3.1和總控系統(tǒng)通信。系統(tǒng)硬件如圖2。 圖2微處理器硬件圖 2.被動式熱釋電紅外電路的設(shè)計(jì) 此電路由熱釋電傳感器(帶菲涅爾透鏡)，帶通放大器，比較電路，光控電路和輸出電路組成，組成框圖如圖3。 圖3被動式電路框圖 菲涅爾透鏡的作用是將人體輻射的紅外線聚焦、集中，以提高探測靈敏度。 熱釋電傳感器的功能是將人體輻射出為

11、的特定波長的紅外線檢測到，并產(chǎn)生微的電信號。如果沒有透鏡，探測距離只有1~3米，使用菲涅爾透鏡后一般能達(dá)到10米以上，因此菲涅爾透鏡的作用相當(dāng)重要。 帶通放大器，由于熱釋電傳感器輸出的電脈沖信號幅度很小，其頻率約在0.3~10Hz左右，是屬于超低頻信號，因而，需要高增益低噪聲、低頻帶通放大，進(jìn)行高增益放大處理，才能送到下一級電路。放大增益約為70~75dB。 比較器，為了有效抑制噪聲干擾，是提高模塊的工作可靠性，降低誤動作的概率，感應(yīng)模塊內(nèi)設(shè)置了電壓比較器。電壓比較器一般采用雙限窗口比較器，它有一個門限電，此值越大，抗干擾能力強(qiáng)，但靈敏度降度隨之下降，此值小，易受干擾而產(chǎn)生誤動作。當(dāng)放大器

12、的輸出信號到比較器，其幅值達(dá)到比較器的門限值時，比較器輸出脈沖信號。 光控電路，該電路主要是利用光敏電阻對光敏感的特性，對輸入到比較器的信號進(jìn)控制，可靈活的讓其工作在白天或者晚上，這樣就很好的起到了光控的目的。 輸出電路，經(jīng)過上述電路的處理后，在輸了端就會滿足，當(dāng)有紅外生物經(jīng)過所屬區(qū)域時，輸出端就是表現(xiàn)為高電平；反之，就輸出低電平，利用這一點(diǎn)，就可以很好的和微處理器接口。 下圖4為本設(shè)計(jì)的電路圖: 圖4 熱釋紅外電感應(yīng)原理圖 如圖所示，左端D為熱釋電紅外傳感器，3 腳為電源連接端，2腳為接地端，1腳為輸出端。經(jīng)1腳輸出后，首先需要一匹配電阻，約為47KΩ。再通過C147

13、UF的電容耦合到放大器U1反相輸入端，U1、U2組成帶通濾波器和增益放大器，帶通濾波器的下限截止頻率由R4、C1決定，上限截止頻率由R3、C5決定，放大的U1的增益由R5，R4決定（R5/R4），U2的增益由R9、R8決定（R9/R8），放大器的電壓增益可以用放大倍數(shù)取對數(shù)得到（20LgAv），兩級放大電路的總增益為70dB。電阻R3、R4、R6、R7組成偏置電路，將兩能運(yùn)放偏置電壓設(shè)在1/2VCC上。R10、R11、R12、R13、W、D1、D2、U3、U4組成雙限比較電路，比較的基準(zhǔn)電壓由R10、R11、R12、R13決定。U3的反相輸入端設(shè)置為大于1/2VCC，耍U4的同相輸入端設(shè)置小于

14、1/2VCC，U2靜態(tài)時輸出為1/2VCC。此時，當(dāng)紅外傳感器沒有感到紅外線時，放大器U2輸出為1/2VCC，可推斷，U3同相端小于反相端，輸出低電平，同理可得U4輸出也為低電平；當(dāng)有紅外線時，U2將會輸出一個相對于1/2VCC的脈沖信號。當(dāng)U2為正脈沖時，可分析，U3將會輸出高電平，U4將會輸出低電平；當(dāng)U2輸出為負(fù)脈沖時，U3將會輸出低電平，而U4將會輸出高電平，也就是說只有感應(yīng)到紅外線輸出端都會有正脈沖輸出，圖中，D1、D2主要起隔立作用，防止當(dāng)一個出現(xiàn)高電平時，被另一個短路掉。圖C7、C8為電源退耦電容。電阻R23為光敏電阻，阻值是隨著光的增強(qiáng)而減小的，此電路中，當(dāng)晚上光線比較暗，阻值

15、較大，U3、U4的門限值較高，檢測到的紅外線不容易得到輸出，白天，光線較強(qiáng)，門限值減小，按正常設(shè)定報警，進(jìn)而達(dá)到光控的目的。最后輸出和單片機(jī)相接，實(shí)現(xiàn)智能控制。 3.主動熱釋紅外電路的設(shè)計(jì) 主動式紅外電路包含兩個部分：一部分為紅外發(fā)射電路；另一部分為紅外接收電路。電路由紅外發(fā)射部發(fā)出一束紅外光，由紅外接收電路檢測出發(fā)出的紅外光，正常情況對發(fā)對收不會發(fā)出報警，當(dāng)有移動物體遮擋住紅外光線時，接收電路不能接收到紅外光，電路發(fā)出聲光報警。從而達(dá)到防盜目的。 發(fā)射電路，我們采用采普通紅外發(fā)射管，試應(yīng)用場合的不同，還可以采用大功率的紅外發(fā)射管，以提高檢測距離，由單片機(jī)C51來進(jìn)行編碼，硬件電路如

16、圖5。圖中由P1.0口輸出外電路接三極管配合紅外發(fā)射管，進(jìn)行紅外線的發(fā)射。 圖5主動式紅外發(fā)射電路 紅外發(fā)射也采用編碼方式發(fā)射，以脈寬調(diào)制的串碼作為紅外信號傳輸。通常以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms，周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms，周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制“1”，其“0”、“1”的波形圖如圖6。 圖6紅外編碼格式 就這樣發(fā)單獨(dú)發(fā)射，采用調(diào)制的方式。將上圖的編碼格式調(diào)制在高頻載波上面，這樣不僅僅節(jié)省頻帶資源，同時利于遠(yuǎn)距離傳送，提高抗干擾能力。我們的接收采用HS0038，它要求我們把發(fā)射碼調(diào)

17、制在38KHz的載波上面發(fā)射，所以我們在軟件編程時要作一個38KHz的方波信號，同時要設(shè)計(jì)0.565ms、0.56ms、1.68ms的時間控制電路。 接收電路用HS0038作接收。因?yàn)榇穗娐穬?nèi)部已集成了濾波、AGC、解調(diào)電路，其輸出就能判別邏輯 “0” 、 “1”。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖7。1腳為信號輸出端，2腳為接地端，3腳為電源連接端。 圖7HS0038內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 在本設(shè)計(jì)中，硬件采用圖8所示： 圖8紅外接收部分硬件圖 如圖所示，紅外接收頭，接收到紅外光，然后在內(nèi)部濾波解調(diào)還原出編碼信號，在本設(shè)計(jì)中，我們要求發(fā)射電路始終發(fā)射一邏輯“1”，那么

18、經(jīng)解調(diào)后，在1腳輸出端輸出脈寬為“1”的信號，一旦當(dāng)檢測不到“1”，說明電路中可能有物體或者其它什么擋住了，我們發(fā)射的紅外光，此時，立即通知主CPU要求發(fā)出報警信號，并通過串口向總控系統(tǒng)發(fā)出報警信號。 4.報警電路的設(shè)計(jì) 當(dāng)紅外探測設(shè)備檢測到有異常情況發(fā)生時，立即發(fā)出一段報警信息從單片機(jī)P1.0輸出，讓揚(yáng)聲器發(fā)出報警聲，同時發(fā)光管發(fā)光，如圖9所示： 圖9報警電路 如圖所示，單片機(jī)的P1.0口輸出后加到三極管Q2的基極，Q2集電極接一繼電器，發(fā)射極接地。當(dāng)基極為高電平時，經(jīng)倒相后集電極輸出為低電平，繼電器K線圈中有電流流過產(chǎn)生磁場，使開關(guān)K吸合，電源一方面通過R20加到蜂鳴器或

19、揚(yáng)聲器相端，使之發(fā)聲；另一方面通過R22加到發(fā)光二極管兩端，使之發(fā)光。當(dāng)單片機(jī)端口輸出高電平時，三極管Q2截止，集電極輸出高電平，繼電器不被吸合，因此，蜂鳴器，發(fā)光管自然也不會發(fā)聲，發(fā)光。電路中，二極管D2主要起一個隔立作用，使電流不要倒流。 在程序中，我們只要讓P1.0口輸出不同頻率的信號，在蜂鳴器中就會發(fā)不同的聲音，發(fā)光管也不停的閃爍，進(jìn)而達(dá)到聲光報警的目的。 5.數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)通信主要是利用單片機(jī)已有的串行口進(jìn)行，本設(shè)計(jì)中主要是向主監(jiān)控傳信號，所以采用RS-232轉(zhuǎn)RS-485形成一小型局域網(wǎng)，這樣既簡單，又經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到整個系統(tǒng)智能化。 我們用C51單片機(jī)內(nèi)部提

20、的串行通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該串口可以工作于同步和異步通信方式，當(dāng)工作于異步時，它具有全雙工的操作功能，也就是說，它可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，串行口內(nèi)的接收器采用的是雙緩沖結(jié)構(gòu)，能夠在接收到的第一個字節(jié)從接收寄存讀走之前就開始接收第二個字節(jié)，串口的發(fā)送和接收操作都是通過特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF進(jìn)行的，但在SBUF的內(nèi)部，接收寄存器和發(fā)送寄存器在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的。如果將數(shù)據(jù)寫入SBUF，數(shù)據(jù)會被送入發(fā)送寄存器準(zhǔn)備發(fā)送。如果執(zhí)行SBUF指令，測讀出的數(shù)據(jù)一定來自接收緩沖器，因此，CPU對SBUF的讀寫，實(shí)際上是分別訪問2個不同是寄存器。它有四種不同的工作方式，我們在應(yīng)用時

21、，針對不同的需求，選擇不同的方式。 RS-232原是基于公用電話網(wǎng)的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，推的最大電纜長度為15米，即傳輸距離一般不超過15M，也就是上面我們提到的RS-485這個概念，比如說，我們要在一個小區(qū)內(nèi)建立多個防盜監(jiān)控設(shè)備，要求各個端口都要入網(wǎng)，那么我們就不用簡單的用RS-323這個標(biāo)準(zhǔn)了，因?yàn)榫嚯x太近了，用RS-485則可解決。它的邏輯電平以公地為對稱，其邏輯“0”電平規(guī)定在+3~+25V之間，邏輯“1”電平則在-3~-25V之間，因而它不僅要使用下負(fù)極性的雙電源，而且傳統(tǒng)的TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，兩者之間必須使用電平轉(zhuǎn)換。這個電平轉(zhuǎn)換可采用MAXIM公司的Max232、M

22、ax220、Max232A等芯片來完成，它的結(jié)構(gòu)如圖10所示。 圖10Max232結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)的串行通信硬件電路如圖11 圖11串行通信硬件電路 如圖所示，單片機(jī)的串口P3.0、P3.1分別為RXD、TXD，串行數(shù)據(jù)接收端，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端。這兩個端口不能直接和其它微處接口，必需通過中間的電平變換電路才行，也就是上述所示的Max23作為接口芯片，再通過9針的連接口傳輸，達(dá)到雙向通信的目的。 四.部分程序代碼 整個系統(tǒng)的程序也分成四個部分，被動式紅外感應(yīng)電路的識別 程序、紅外編碼程序、紅接收程序、報警程序、串行通信程序等幾個部分，如下為程序框圖12和

23、程序代碼。 圖12 a主程序框圖 b熱釋電紅外報警程序框圖 C紅外光發(fā)碼程序 d紅外線解碼程序框圖 如下為解碼程序： 說明：如下為紅外線解碼程序，解碼主要是判斷“0”“1”，我們在發(fā)碼電路中，讓其始終發(fā)“1”，這樣在解碼電路采用中斷方式，用INT1下降沿中斷，只要發(fā)生了中斷，說明0.56ms的低電平已來到， 我們在調(diào)1ms的延時，再檢測是否為高電平，如果是說明已收到對方發(fā)射的紅外光，如果不是，說明沒收到紅外光，可能發(fā)生險情，立即作出相應(yīng)的處理(在程序處里時，我們連續(xù)檢測三次，以確寶可靠性)。 IN1 EQU P3.1 TMP EQU 30H

24、 COUNT EQU 31H FLAG EQU 32H IN： CLR EA PUSH ACC LCALL DEL //調(diào)1ms的延時 MOV A，P3 MOV R0，#02 ANL A，R0 CLR C SUBB A，#02 MOV A，C ADD A，F(xiàn)LAG MOV FLAG，A ADD A，#1 MOV COUNT，A //判三次，都相同說明無異常情況 MOV A，#03

25、 SUBB A，COUNT JNB C，YY YY： JZ FLAG， XX //接收碼如果為1，說明收到紅外光則退出。 LCALL BAOJIN //否則，收的編不為1，說明有情況發(fā)生， XX： POP ACC RET DEL: MOV R7,#20 //產(chǎn)生1ms的延時 DEL1: MOV R6#,50 DEL2: DJNZ R6,DEL2 DJNZ R7,DEL RET 下面串口通信程序： 晶體為12M，波特率為1200位/S，工作于方式1

26、，當(dāng)出現(xiàn)異常情況，向上級上01H。計(jì)數(shù)初值為：E8。 START： MOV TMD，#20 //設(shè)置定時器T1工作在方式2 MOV PCON，#00 //使SMOD=0 MOV SCON，#40 //串行工作方式1 MOV TH1，#0E8 //設(shè)定時器初值，使波特率為1200 MOV TL1，#0E8 // CLR ET1 //關(guān)閉T1中斷 CLR ES //關(guān)串口中斷 CLR EA //關(guān)全局中斷 SETB TR1 //打開定時器T1 MOV A，#01 //寫要發(fā)送

27、的數(shù)據(jù) MOV SBUF，A //將發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入緩沖器發(fā)送 JNB T1，$ //發(fā)關(guān)過程，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完，T1中斷標(biāo)志為 //1，判T1，如果為1，就表示已完成，如 //果為0，表示還在發(fā)送中，直到T1為1才//能進(jìn)行下面的工作。 CLR TI //數(shù)據(jù)發(fā)送完，清中斷標(biāo)志位。 END //發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束。 五.結(jié)束語 本電路紅外監(jiān)控距離為8m-15m左右。通常在防盜系統(tǒng)中希望增大紅外監(jiān)控范圍和無線報警距離，因此，增大紅外監(jiān)控距離可使用大功率紅外發(fā)光二極管并增大驅(qū)動電流；加

28、聚光透鏡。增大無線報警的距離可采用大功率遠(yuǎn)距離無線發(fā)射/接收模塊。另外可加紅色有機(jī)玻璃或紅色膠片，裝在接收窗口上，可以濾掉日光燈等可見光的干擾。 本電路沒有進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在具體場合使用是，不可以改換成無線數(shù)據(jù)傳。 本電路實(shí)用、工作可靠、電路經(jīng)濟(jì)，可進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用于各種紅外監(jiān)控場所。 六.至謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，從理論到實(shí)踐，從畫框圖，到 具體電路，從學(xué)習(xí)認(rèn)識元器件，到最后完成一個系統(tǒng)，從中學(xué)習(xí)了許新的專業(yè)知識，同是也學(xué)會了許多社會人文知識。在此，對我畢業(yè)設(shè)計(jì)提拱指導(dǎo)幫助的所有老師，表示是忠心的感謝！ 七.參考文獻(xiàn) <<串行技術(shù)大全>> 謝瑞和 清華大不出版社 <> 余永權(quán) 北航出版社 <<單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)>> 周航慈 北航出版社 第17頁 共17頁