基于单片机的智能防盗报警器设计毕业设计.docx
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基于单片机的智能防盗报警器设计毕业设计
基于单片机的智能防盗报警器的实现
学院名称:
电气信息工程学院
专业:
通信工程
班级:
11通信
姓名:
胡海洋
指导教师姓名:
诸一琦
指导教师职称:
讲师
二〇一五年六月
基于单片机的智能防盗报警器
摘要:
基于单片机控制的红外报警器以STC15F104E单片机和AT89S51单片机为核心,实现的原理是热释电红外传感器如果感应到入侵者的红外热辐射,就将其转换成电压信号,经电路放大、然后输出。
检测器是利用红外人体检测探头检测预先设定好的范围内的情况,一旦有危险便向单片机发出信号,再经单片机处理,然后数码管显示出信号发出的具体范围并同时控制蜂鸣器发出警告声音。
用红外线收发管进行检测,安装隐蔽,不易被发现;探测信号采用脉冲信号,节能且抗干扰。
系统可以探测到一定范围内的人的闯入,可以应用在安防范围比较确定的情况下。
采用这种方法设计的防盗报警器具有误报率较低、安装和配置容易、成本低、能量消耗少、使用方便、成本廉价和探测效果好的优点,有着广阔的市场前景。
关键词:
STC15F104E;AT89S51;红外传感器;数据采集;无线通信
Basedonsinglechipmicrocomputer
intelligentburglaralarm
Abstract:
BasedontheinfraredalarmcontrolledbysinglechipmicrocomputerAT89S51microcontrollerandSTC15F104Easthecore,realizetheprincipleofthepyroelectricinfraredsensorofinfraredradiationwhichcansensetheInfraredradiationofintruderandconvertitintoasuperlowfrequencysignal,amplifiedbythecircuitandoutput.Detectorisusinginfrareddetectionprobefordetectingaprespecifiedrange.Oncedigitaltubeshowsthesignalissuedbythespecificscopeandatthesametimecontrolbuzzerwarningsound.Thedetectionoftheinfraredtransmittingandreceivingtubeisconcealedanddifficulttobefound;thedetectionsignaladoptspulsesignal,energysavingandantijamming.Thesystemcandetecttheintrusionofpeoplewithinacertainrange,andcanbeusedinthecaseofthesecurityscopeofthecomparison.Thealarmsystemwhichusethismethodtodesignandconfiguration,lowcost,lessenergyconsumption,convenientuse,lowcostdetectionandgoodeffect,and;Wirelesscommunication
第1章.绪论1
1.1设计的主要背景和意义1
1.2防盗报警器的设计内容1
1.3章节安排2
第2章课题分析与方案论证3
2.1任务分析3
2.1.1设计任务3
2.1.2设计要求3
2.2总体设计方案3
2.3红外检测模块方案选择4
2.3.1方案设计比较5
2.4复位模块方案选择6
2.4.1方案比较7
2.5无线通信模块方案选择7
2.5.1方案比较8
2.6LCD液晶显示模块方案选择8
2.6.1方案比较9
2.7本章小结10
第3章硬件电路的设计11
3.1防盗报警器的硬件组成11
3.2防盗报警器的硬件设计11
3.2.1电源设计11
3.2.2红外检测模块电路设计12
3.2.3报警模块电路设计13
3.2.4复位电路设计14
3.2.5晶振电路设计15
3.2.6无线通信电路设计16
3.2.7LCD显示电路设计17
3.3本章小结18
第4章软件的设计19
4.1红外采集模块20
4.1.1总程序设计20
4.2采集模块设计流程20
4.2.1采集模块主程序流程21
4.3红外接收模块设计流程21
4.3.1接收主程序22
4.4Keil软件运行程序图23
4.5系统分析与调试设计流程24
4.6本章小结25
第5章测试结果与分析26
5.1硬件部分28
5.1.1仪器测试28
5.1.2测试方法28
5.1.3结果分析28
5.2软件部分29
5.2.1仪器测试29
5.2.2测试方法29
5.2.3结果分析30
5.3系统结果与分析30
5.4本章小结30
第6章总结30
参考文献31
致谢32
附录1发射模块原理图33
附录2接受模块原理图34
附录2源程序35
第1章.绪论
1.1设计的主要背景和意义
随着科学技术不断进步和社会经济的不断发展,人们生活水平得到了很大的提高,对私有财产的保护意识也在不断的增强,因而对防盗措施也有了一定的要求。
此设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的一款家庭式电子防盗报警器。
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,但是压力触发式防盗报警器压力到一定程度才能触发,局限性很大,由于压力板式安装在垫子内,当主机停止工作,很容易失报和误报,其可靠性低;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,失报和误报率也高,不可靠;遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射时就会引起误报,同时若遮住了光也会引起误报,所以这种报警器的可靠性也不高;因此,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。
1.2设计智能防盗报警器的内容
本智能防盗报警器以AT89S51单片机开发平台为基础,利用热释红外传感器、无线通信等技术,设计出一个能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射达到智能报警的红外线智能防盗报警器。
平时传感器输出低电平,当有人在探测范围内移动时输出变为高电平,此高电平输入单片机,作为单片机的外部触发信号处理,经单片机内部软件编程处理后,单片机输出控制信号使蜂鸣器发出报警声音,同时将报警信号通过无线通信模块告知主人。
1.3章节安排
本文共分为六章,第一章绪论主要介绍防盗报警器的背景和意义,以及该报警器的设计内容。
第二章主要介绍了该课题具体模块的论证方案,以及实现这些模块的具体方法。
第三章主要讲述了硬件电路的设计,具体包括防盗报警器的组成和具体电路的实现。
第四章主要写软件的实现,给出了相应的流程图和分析,主要分析了红外采集模块和接收模块的设计流程。
第五章主要给出了该报警器硬件测试和软件测试的结果与分析。
第六章是做该报警器的一些收获和感受,最后包括参考文献,致谢,以及附录。
第2章.课题分析与方案论证
2.1任务分析
2.1.1设计任务
本红外线防盗系统以AT89S51单片机和STC15F104E单片机开发平台为基础,利用外接热释电红外传感器,驱动电路等技术,设计出一个具有能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射达到红外线智能防盗报警的功能。
当有人在探测区范围内移动时能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射,将此信号输入单片机,经单片机内部软件编程处理后,单片机输出控制信号,驱动声光报警电路开始报警。
然后由报警电路把信号传送到无线通信模块使主人感应到家里有人进入,达到设计的目的。
2.1.2设计要求
1.实现室内环境的实时监测;
2.当监测范围内有人进入时报警并通知主人;
3.报警器制作工艺良好,工作稳定可靠。
2.2总体设计方案
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构:
单片机、红外检测模块、报警模块、复位模块、最小系统模块、中断模块和无线通信模块,总体设计框图如2-1所示。
图2-1总体设计框图
处理器采用STC15F104E单片机,在监测点上安装的红外探头把人体辐射的红外线转换成电信号,经过单片机处理送至AT89S51单片机。
通过单片机内部处理和软件查询、识别判决实时发送出入侵时处于报警状态控制信号,驱动电路把此信号放大接着启动声光报警器实行报警。
当警情消除后复位电路使系统复位。
2.3红外检测模块方案选择
方案一:
主动红外探测器是一种红外线光束遮挡型报警器,发射机中的红外发光二极管在电源的激发下,发出一束经过调制的红外光束,经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收,由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成电信号,经过电路处理后传给报警控制器。
红外光在人眼看不见的光谱范围,有人入侵该警戒线时红外光束被遮挡,接收端输出的电信号的强度会因此产生变化,经放大和适当处理,控制器发出的报警信号。
方案二:
被动式红外检测器是热释电红外线(PIR)传感器,它是一种能检测人体发出的红外线并将其转化为电信号而输出的传感器,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。
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件,在每个探测器内装入一个或两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
它本身不发任何类型的辐射,器件功耗很小,隐蔽性好,价格低廉。
2.3.1红外检测模块方案比较
通过比较分析可知:
主动红外入侵探测器受雾影响严重,对环境适应能力比较低,而被动式红外入侵探测器受环境的影响较小,它是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。
所以比较有优势,因此选这种被动式的红外检测。
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。
其工作电路原理及设计电路如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。
图2-2热释电红外传感器原理图
2.4报警器模块方案选择
方案一:
本红外防盗系统以STC15F104E单片机为核心,外接热释电红传感器,能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射,并将其转化为相应的电信号输出,平时传感器输出低电平,当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平,此高电平输入单片机,作为单片机的外部触发信号处理,经单片机内部软件编程处理后,单片机输出控制信号,驱动声光报警电路开始报警。
该设计包含如下结构:
热释电红外传探头电路、报警电路、单片机、复位电路、LED显示控制电路及相关的控制管理软件组成;它们之间的构成如2-3所示。
图2-3系统框图
方案二:
该系统以单片机AT89S52系列为核心,采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作。
在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。
系统原理框图如2-4所示。
图2-4系统框图
2.4.1方案比较
方案一使用的控制器为STC15F104E单片机,方案二使用的控制器为AT89S52单片机,没有数据存储功能。
与方案二的单片机相比较,STC15F104E单片机功耗低,性能高而且成本不高,而且STC的IO端口的驱动能力比AT单片机强,而且面积较小,方便安装,完全能够满足本方案的需求。
综上所述,根据对二种方案的比较以及对设计的红外报警系统成本低廉,精确度较高,驱动能力强,安装比较方便的要求,选择方案一来设计本红外报警系统。
2.5无线通信模块的选择
方案一:
数据传输主要利用PIC16F877单片机对无线射频芯片L01的控制实现的。
NRF24L01是单片射频收发芯片其中该电路由采集电路,AD转换电路,单片机转换电路,接受天线等的组成。
系统原理如2-5所示。
天线
天线
图2-5系统框图
方案二:
本设计采用一种专业的红外编码芯片,PT2272-IP和PT22622-IR以及单片机AT89S51为核心,电路包括红外感应模块,数据处理模块,无线发射模块,无线接收模块。
系统框图如2-6所示。
图2-6系统框图
2.5.1方案比较
方案一主要采用PIC16F877单片机,由系统框图可知,它需要AD转换器,USB等的接口,比较繁琐。
方案二是采用专业的红外编码芯片,PT2272-IP和PT22622-IR以及单片机AT89S51为核心。
结构简单,价格低,抗干扰性好,功耗低,外围电路简单,使用起来比较方便。
因此我选择了第二种方案。
2.6LCD液晶显示模块方案
能显示8*4个汉字,也有显示图像效果的功能,但是它一般价格昂贵,不太实用。
而1206显示屏则比价便宜很大众化,我设计的该显示不需要显示太多字符,只需要让主人知道显示屏上有字母变化就可以了,当然1206也能满足我设计的要求,因此我采用1206显示屏。
2.7本章小结
本章主要描述了课题分析与论证方案,包括该智能防盗报警器的红外检测模块、报警模块、无线通信模块和液晶显示模块的方案选择,通过分析都得到了一定的解决。
第3章.硬件电路的设计
3.1智能防盗报警器的硬件组成
智能防盗报警器的硬件设计可划分为单片机、红外检测模块、报警模块、复位模块和无线通信模块,系统结构如3-1所示。
图3-1智能防盗报警器系统框图
由图3-1可知,报警器以STC15F104E单片机和AT89S51为核心,外接热释电红外传感器,能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射,并将其转化为相应的电信号输出。
平时传感器输出低电平,当有人在探测范围内移动时输出变为高电平,此高电平输入单片机,作为单片机的外部触发信号处理,经单片机内部软件编程处理后,单片机输出控制信号使蜂鸣器发出报警声音,同时通过无线通信模块将信号发送给主人。
3.2智能防盗报警器的硬件设计
3.2.1电源设计
本设计采用5V的直流电压供电。
发射模块采用一个12V的干电池供电,因为发射模块的芯片PT2262静态时基本不耗电,所以采用这个比较方便。
具体电路图如3-2所示。
具体电路如3-2所示。
图3-2电源电路图
3.2.2红外检测模块设计
对于红外检测模块,设计了一种实用化的基于单片机STC15F104E的检测放大电路。
当有人闯入时,热释电红外传感器上安装的热敏电阻受到感应,对其热释红外感应模块发出信号,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,(人进入其感应范围则输出高电平,人离开感应范围则自动延时关闭高电平,输出低电平),然后将电信号放大传给单片机处理后经过三极管电路放大,驱动声光报警。
电路图如2-3所示。
图2-3红外检测与放大电路
3.2.3报警器模块方案设计
针对声光报警模块的设计是:
基于红外检测模块实现之后,把之前接收到的信号传到单片机STC15F104E,经过单片机的处理,驱动声光报警从而达到报警效果。
驱动电路将高电平信号送至放大电路然后驱动声光报警设备LS(蜂鸣器)和LED,从而是IO输入输出端口。
电路如3-4所示。
图2-4报警电路
3.2.4复位模块
本设计采用的是外部手动按键复位电路。
它是由单片机的复位引脚(RST)引脚上外接电阻和电容,实现上电复位功能。
当按键按下时LCD显示屏开始复位,变成以前的安全状态,电路如2-5所示。
图2-6复位电路
3.2.5晶振模块设计
晶振模块提供时钟频率和单片机的运行速度成正比,时钟频率越高,单片机运行的就越快。
本设计晶振的目的在于使得波特率误差为零,因为每个单字节的指令刚好1us,采用12MHZ的晶振,并且使用与其匹配的对称电容,接在单片机的X1和X2引脚上,来获得反向振荡器和内部时钟工作的输入和输出,电路如2-6所示。
图2-5晶振电路
3.2.6无线通信模块的设计
1无线通信模块芯片简介
本设计采用一种专业的红外遥控编码芯片,PT2272-IP和PT22622-IR为核心的电路,其优点是:
由编解码选通电路,使其具有保密性和抗干扰性能。
6路输出相互独立,并具有自锁功能。
可控制多路使用强电的通信设备,也可控制多路使用弱电的通信电路;还可同时分别控制多路使用强电、弱电的通信设备和电路。
PT2272-IP和PT22622-IR的引脚图
图2-6PT2262-IR图2-7PT2272-IR
本无线发射设备设计采用PT2262-IR是编码芯片,它构成6路发射电路,芯片PT2262的VDD是通过按键接通后向芯片供电。
查资料可知,静态时,PT2262就不耗电,特别适合电池供电。
PT2262模块与之连接的有一个DF发射模块,它负责完成信号的发射,信号输入到PT2262的DOUT(17脚)引脚上,然后输出。
最后由PT2272芯片的VT(17脚)引脚来接收编码,进行解码然后完成无线通信模块的发射和接收,电路如3-10和3-11所示。
图2-10无线发射电路
图2-11无线接收电路图
3.2.7LCD显示模块的设计
LCD显示模块采用1206的显示屏设计,AT89芯片的P3各个端口都接到LCD的D0到D7端口实现屏幕显示,电路如2-12所示。
图2-12显示模块
3.4本章小结
本章主要介绍了设计的任务和要求,以及智能防盗报警器的设计可划分为单片机、红外检测模块、报警模块、复位模块和无线通信模块、和显示模块以及中断响应模块,单片机最小系统设计的主要电路,通过分析都得到了一定的解决。
第4章软件的设计
4.1红外采集模块设计
4.1.1总程序流程图
电源打开后系统初始化,然后实时监测是否有人在监测范围内移动。
当有人在监测范围内移动时,单片机根据接收到的信号启动报警,同时将报警信号传输给主人,让主人知道家里的情况。
N
Y
图4-1软件程序流程图
4.2采集模块的流程如4-2所示。
当打开电源后硬件开始工作,先检测看是不是有人进入,如果有那么原来的电路低电平变成高电平输出,如过没有人员侵入则保持原来的低电平。
N
Y
4-2采集软件程序流程图
4.2.1采集主程序
这部分程序是采集模块的主程序,它的作用就判断有没有人员进入检测区,如果有人,则进行报警,在进行延时,然后开始中断。
voidmain()主函数
{
Delays(28);
sysinit();系统初始化
timinit();定时器的工作方式
while
(1)
{
check();循环检查
}
}
voidtimer0()interrupt1定时器中断
{
num++;
if(num==20)
{
num=0;
LED=~LED;灯显示
BELL=~BELL;蜂鸣器
}
}
4.3红外接收模块流程如4-3所示。
由刚刚的采集模块采集的信息可知:
如果有人侵入,那么芯片PT2272芯片会接收到这个信号,然后通过单片机把信号送到显示屏上显示出来。
4-3接收软件程序流程图
4.3.1接收主程序
这个程序是接收程序,当P1^0低电平1602显示安全,当P1^0高电平1602显示危险,开始延时。
通过按键复位当然也可以自动复位。
voidmain()
{
state=0;
LCD_init();
delayms(6000);
SYS_init();
while
(1)
{当模块有人则写入1602危险英文
if(rev==1&&state==0)
{
write_comd(0x80+0x40);
for(num=0;num<16;num++)
{
write_data(table4[num]);
delayms(6);
}
state=1;
}
if(state==1)
{
if(rev==0)
{
write_comd(0x80+0x40);
for(num=0;num<16;num++)
{
write_data(table3[num]);
delayms(6);
}
state=0;回到初始状态
}
}
}
}
4.4keil软件的运行程序
图4-4Keil_c软件运行程序界面
在运行程序的时候需要注意很多的细节,比如说刚刚打开软件需要新建工程文件(后面不要带.c的文件),然后选择CPU型号,选好后新建一个C51文件保存时,这时文件后缀要加.c,接着把刚刚建立的那个文件添加到对应的项目组,然后就可以编译了,最后在创建目标文件。
4.5系统分析与调试
本设计是在KeilC环境下开发的,KeilC软件支持C语言的编程及调试,运用方便。
设计的首要任务是安装和学习使用这个软件,在简单的学习和了解KeilC后,在编译完KeilC后,再运用STC_ISP_V480软件烧录到开发板上,实现实物与程序的连接。
在烧录前要对STC_ISP_V480进行一些必要的设置。
第一步:
设置MCUType为STC89C51RC;第二步:
打开编写好并编译的程序文件,它是以.ofinfraredwirelessanti-theftalarm[J].scientificandtechnologicalinformation,2011,34:
274.
[12]李永星.多用途智能防盗报警器的设计与实现[D].郑州大学,2013.
[13]彭飞,欧阳星明.无线智能报警器的设计[J].电子设计应用,2004,
(2):
84-86.
[14]ChenChao,PanTao,YangYi,WangXianchun.Researchanddevelopmentofnewmulti-functionintel
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