基于51单片机的家庭热释红外防盗报警系统剖析.docx

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基于51单片机的家庭热释红外防盗报警系统剖析

齐齐哈尔大学

综合实践（论文）

题目基于51单片机的家庭热释红外防盗报警系统

学院通信与电子工程学院

专业班级电子121班

学生姓名车贵平

学生学号2012131076

指导教师题原

摘要

随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的提高，人们对住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、安逸的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了要求。

相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们也越来越渴望有一个安全的空间。

人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，即时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。

于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。

本文着重阐述热释红外防盗报警器的设计过程，了解防盗报警器的实际情况，最后提出了一些现阶段防盗报警器应用发展可采用的策略和应用前景。

关键词：

传感器单片机防盗报警器

目录

摘要I

第1章绪论1

1.1概述1

1.2研究的目的与意义1

1.3研究现状3

第2章硬件介绍4

2.1系统功能的要求4

2.2总体的设计方案4

2.3系统的传感器技术及单片机技术5

第3章报警器硬件设计11

3.1蜂鸣器电路11

3.2电热释红外探测器电路设计11

3.3清单及实物图12

第4章报警器软件设计15

4.1程序语言的分类15

4.2单片机汇编语言程序设计的基本步骤15

4.3汇编语言程序设计方法16

总结17

致谢17

参考文献18

附录1电路原理图19

附录2源程序20

第1章绪论

1.1概述

随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。

相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。

这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。

人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。

于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。

而随着电子通讯技术的飞速发展，单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。

因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统，对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。

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。

1.2研究的目的与意义

从上世纪初，报警系统就已经在北美稍具雏形。

在北美，报警呼救箱放置在街头巷尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。

随后，由于通信技术的发展，提供远程通信服务的电报公司加入到这个行业中，从而使得报警信息可以通达到更远的地方；不过，这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然地成为报警通讯的主要手段。

而此后自动拨号系统的出现以及电话普及到千家万户，更使得通过电话线报警的方式得到了前所未有的发展。

从以上过程来看，报警行业的发展是以工业技术发展为基础的，只有具备良好的通信手段，才能够把各地的报警信息汇聚到相应的权威部门，然后由权威部门负责分配有限的警力来帮助到所有的社会个体。

国外智能监控防盗技术发展已处于一个较高水平阶段，从具有代表性的北美发展过程，可以清楚的看出世界智能监控防盗技术的发展概况。

其具有以下特点，值得我们借鉴。

目前，对北美的安防产业来说，最成功的经营模式就是联网报警服务模式，联网报警将整个北美的安防产业从横向到纵向进行整合串并，形成了一个集中许多高科技手段和产业化管理水准的一体化综合性产业。

比如世界排名第一，北美最大的安防跨国公司一美国棋诺亚公司，它在世纪年代开始搞简单的防盗报警，其当时的业务范围和技术水平跟中国现在很多安防企业是相当的。

到70年代，它对其产业的整体发展方向做了很大的调整，变为联网报警服务商，建立了首家网管中心，尤其是在年代引用了大量的网管技术、系统集成技术和电子技术，现己成为十分先进的联网报警服务平台，它在美国、加拿大、英国、香港、台湾等多个国家和地区都有分公司，北美的客户数己超过600万，2003年防盗报警收入总产值达105亿美元。

1979年公安部在石家庄市召开了“全国刑事技术预防专业工作会议”，会议提出要大力开展安全技术防范工作，技防作为公安业务的组成部分就这样正式提出来。

其实我国的技防工作早在60年代就开始了，那时候由于形势所迫，博物馆，银行都自发采用各式各样的防范手段，这是我国技术防范工作的初级阶段。

当时主要采用的手段是声控报警。

罪犯撬玻璃的声音，砸展柜的声音传到了值班室。

值班人员判断出罪犯在行窃，及时报告了领导和有关部门，组织保卫人员和警力将罪犯包围后将其擒获。

82年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。

84年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。

相继各个博物馆、银行、商场、超市、居民小区都陆续建立了安全防范系统。

进入90年代，人们注意到周界防范的重要性，要利用周边的围墙，铁栅栏等屏障建立周界防范，如果没有条件形成大周界也要建立建筑物的墙体、窗户、门外和建筑物之外。

在防护区和禁区内采用3种以上不同探测原理的探测器构筑多道防线，与此同时防遮挡功能的探测器也问世了，促进了入侵探测器技术的发展。

目前，全国的安全技术基本上和国际接上了轨。

在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，安防系统也是一个很完善的计算机控制系统，防盗报警系统，电视监控系统，声音系统，门禁系统和巡更系统统一由一台计算机进行管理，标志我国的安防事业进入一个新阶段。

随着社会的发展，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；

（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。

1.3研究现状

当前无论国内国外对高精度实时时钟的需求仍十分巨大，国外各公司和研究机构对红外传感防盗的研究也一直在持续进行，而国内的技术还不是非常成熟，因此对于国内这样的一个技术很重要，我也觉得我们以后一定会盛行起来的。

第2章硬件介绍

2.1系统功能的要求

现时社会治安问题严峻，各种入室抢窃、偷盗事件时有发生,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。

根据系统功能要求并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。

2.2总体的设计方案

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。

系统组成框图如图2-1所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：

电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、警铃电路、数码管显示电路等。

图2-2系统组成框图

探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警。

2.3系统的传感器功能及单片机功能

感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。

感应器的作用：

A．信息的收集。

对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测。

B．信息数据的交换。

把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信息数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。

C．控制信息的采集。

检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。

现在有关家庭防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无线探头等等。

本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了无线人体热释电红外传感器完成防盗监测。

当盗贼企图从门窗进入室内时，无线人体热释电传感器能检测到人体移动的红外信号。

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的欢迎。

被动式热释电红外探测器的工作原理：

在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其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。

人体都有恒定的体温，一般在37℃,所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤波光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。

这种元件在接受到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电荷变化最终将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

被动式热释电红外探测器的特性：

这种探头是以探测人体辐射为目标的。

所以热释电元件对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。

为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。

被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。

而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。

一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。

抗干扰性能：

防小动物干扰：

探测器安装在推荐的使用高度，对探测范围内地面上的小动物，一般不产生报警。

抗电磁干扰：

探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408（安全防范国家标准）的要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。

正确的安装应满足下列条件:

a．红外线热释电传感器应离地面2.0-2.2米。

b．红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。

c．红外线热释电传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。

d．红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。

红外线热释电传感器也不要安装在有强

单片机的特点：

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，主要特点如下：

a．单片机中的存储器ROM和RAM是严格分工的。

ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。

而RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。

这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。

但单片机上RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（Cache）用。

b．采用面向控制的指令系统。

为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的CPU，特别是单片机具有很强的位处理能力。

单片机的运行速度也较高。

c．单片机的I/O引脚通常是多功能的。

由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。

d．系列齐全，功能扩展性强。

单片机具有内部掩膜ROM、内部EPROM和外接ROM等形式，并可方便的扩展外部的RAM、ROM及I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。

e．单片机的功能是通用的。

单片机虽然主要是作控制器用，但功能上还是通用的，可以像一般微处理器那样广泛地应用在各个方面。

单片机的应用：

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；

·可以方便地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。

单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。

①工业控制

数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工业机器人，智能传感器，离散与连续过程控制；

②仪器仪表

智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器；

③电讯技术

调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制；

④办公自动化和计算机外部设备

图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘/磁带机，智能终端机；

⑤导航与控制

导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统；

⑥汽车与节能

点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃料控制，计费器，交通控制；

⑦商用产品

自动售货机，电子收款机，电子秤，银行统计机；

⑧家用电器

微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。

AT89C51的特点：

AT89C51是ATMEL公司采用CMOS工艺生产的低功耗、高性能8位单片机，与MCS-51单片机兼容，其功能特点为：

·4K字节闪烁存储器（FLASH），可进行1000次写、擦除操作。

·静态操作，外接OHZ-24MHZ晶振。

·三层程序存储器琐。

·128字节内部数据存储器（RAM）。

·32跟可编程输/输出线。

·两个6位定时/计数器。

·六个中断源。

·一个可编程串口。

·支持低功耗模式和掉电模式。

下面我们介绍一下AT89C51的引脚，AT89C51引脚排列如图2-2所示，各引脚的功能如下：

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

PO口：

PO口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写l时，被定义为高阻输入。

PO能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FLASH编程时，PO口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。

图2-3AT89C51引脚排列图

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向1/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下为管脚的备选功能:

·P3.0RXD（串行输入口）

·P3.1TXD（串行输出口）

·P3.2/INTO（外部中断0）

·P3.3/INT1（外部中断1）

·P3.4TO（记时器0外部输入）

·P3.5T1（记时器1外部输入）

·P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

·P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

·P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

第3章报警器硬件设计

3.1蜂鸣器电路

本系统的蜂鸣器报警电路如图3-12所示,蜂鸣器用一个三极管0913来驱动。

单片机引脚P2.0接0913的基极输入端。

当P2.0输出高电平1时，三极管导通,蜂鸣器两端获得约+5V的电压而鸣叫；当P2.0输出低电平0时,三极管截止，蜂鸣器停止发声。

图3-1蜂鸣器电路

3.2电热释红外探测器电路设计

本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图3-13所示，引脚功能如下：

（1）数字1脚：

电源负极

（2）数字2脚：

信号输出，高电平有效，4～6V和工作电压有关

（3）数字3脚：

电源正极DC6～9V

（4）W1：

灵敏度调整

（5）W2：

输出延时调整5～120秒 

图3-2热释电红外传感器的引脚示意图

它的技术参数如下：

·工作电压：

DC6～9V

·电平输出：

和电源电压相同

·感应角度：

水平：

90～140度；垂直：

15～30度

·静态电流：

小于750μA

·无信号输出：

0V

·感应距离：

0.5～15米

·外形尺寸：

28mm×38mm高25毫米（最高点）

·输出电平：

4～6V与工作电压有关

·工作时间：

可调5-120秒范围

当探测器检测到异常的情况，由2脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。

3.3清单及实物图

清单：

41kR1R2R3R41K电阻

112MHZY112兆晶振

230pC1C2贴片电容

1CAPC322uf/16v电解电容

1CON3U2热式红外传感器

3KEYS1S2S3轻触按键

3LEDD1D2D3发光二极管

1PNP8550Q1PNP三极管

1R510K电阻

1SPEAKERLS2蜂鸣器

1STC89C52U151单片机

1dip40插座

导线若干

焊锡若干

如图3-3-1,3-3-2为报警器的实物图。

图3-3-1图3-3-2

第4章报警器软件设计

4.1程序语言的分类

计算机能理解和执行的语言称为计算机程序设计语言，它随计算机的诞生而诞生，随计算机的发展而发展。

程序设计语言有机器语言、汇编语言和高级语言之分，究竟选用哪一类、哪一种语言来编写程序，这要根据计算机的具体应用场合和各类语言的特点来决定

机器语言（MachineLanguage）：

机器表示计算机，机器语言是用二进制表示的、计算机能直接识别和执行的语言。

它虽然能被计算机直接识别，但在书写、阅读、记忆上都很困难，用它编写程序具有工作量大、易出错、不便查错和不便交流等缺点。

因此，人们通常不用它来进行程序设计。

汇编语言（AssemblyLanguage）：

为了解决机器语言存在的问题，人们用英文字母代替机器码，这些英文字母称为助记符。

汇编语言是用助记符、保留字和伪指令等组成的一种计算机语言，是种用来替代机器语言进行程序设计的语言，是一种特别适用于编写实时控制程序的计算机语言。

采用汇编语言编程，用户可以直接操作内部的寄存器，能把数据的处理过程表述得非常具体和翔实，可以在空间和时间上充分发掘计算机的潜力采用汇编语言编写的程序叫汇编语言源程序。

计算机不能直接识别和执行汇编语言源程序，必须通过“汇编程序”将它翻译成机器语言