红外无线防盗报警系统汇编.docx
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红外无线防盗报警系统汇编.docx
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红外无线防盗报警系统汇编
南京工程学院
康尼学院
本科毕业设计(论文)
题目:
红外无线防盗报警系统的设计研究
专业:
自动化
班级:
K自动化091学号:
240091040
学生姓名:
李浩千
指导教师:
陆锋讲师
起迄日期:
2013.2~2013.6
设计地点:
实验楼
GraduationDesign(Thesis)
DesignofInfraredWirelessBurglarAlarmSystem
By
LIHaoqian
Supervisedby
Lecturer.LUFeng
SchoolofAutomation
NanjingInstituteofTechnology
June,2013
摘要
随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人们的生活水平得到很大的提高,对私有财产的保护意识在不断地增强,因而对防盗措施提出了新的要求,而红外技术已经相当成熟,本设计就是为了满足现代防盗的需求基于红外感应和红外无线传输和单片机结合的报警系统。
本设计采用的是AT89C51单片机控制,接收信号经过处理后选择报警蜂鸣器和警示灯工作,它具有体积小,成本低等优点,很适合用于报警信号的接收和处理;传感器部分使用的是热释电红外传感器,配合菲涅尔透镜,它们配合可以非接触式的测出人体的红外信号并将其转变为电压信号,传送给单片机处理,它具有体积小,灵敏度高,安装方便,安全可靠等优点;本设计中传感器与单片机之间的无线传输是通过PT2262和PT2272两块芯片来实现的,也是基于红外技术完成的,过程稳定可靠。
关键词:
红外;无线;单片机;报警器
ABSTRACT
Withthesocialprogressandscienceandtechnology,theeconomycontinuestodevelop,thepeople'slivingstandardhasbeengreatlyimproved,theawarenessoftheprotectionofprivatepropertyisconstantlyenhanced,andthusthesecuritymeasuresputforwardnewdemands,andinfraredtechnologyquitemature,thisdesignistomeettheneedsofthemodernanti-theftthecombinationalarmsystembasedoninfraredsensorsandinfraredwirelesstransmissionandmicrocontroller.
ThisdesignusestheAT89C51single-chipcontrol,thereceivedsignaltoselectthealarmbuzzerandwarninglightsworkaftertreatment,ithasasmall,lowcost,itissuitableforthealarmsignalreceivingandprocessing;sensorpartispyroelectricinfraredsensorwithFresnellens,theymeasurethebodywiththenon-contactinfraredsignalandconvertitintoavoltagesignal,transmittedtothemicrocontrollerprocessing,ithasasmallsize,highsensitivity,easyinstallation,securityreliable;wirelesstransmissionbetweenthesensorandthedesignisbyPT2262andPT2272twochipstoachieve,isalsobasedoninfraredtechnology,theprocessisstableandreliable.
Keywords:
infrared;wireless;SCM;alertor
目录
第一章绪论1
1.1引言1
1.2选题背景与意义1
1.3研究现状2
1.3.1热释电红外无线防盗报警系统的发展现状2
1.3.2热释电红外无线防盗报警系统技术的研究背景及意义2
1.4与本系统相关的技术发展现状3
1.5本文结构4
第二章报警系统的总体设计5
2.1设计任务及要求5
2.2总体设计思路6
2.3主控芯片单片机的选择6
2.3.1AT89C51的主要性能7
2.4热释电红外传感器的选择8
第三章系统的硬件设计10
3.1系统的相关技术10
3.2红外线技术的应用10
3.2.1红外线感应技术10
3.2.2红外线通讯技术10
3.3AT89C51单片机简述及结构引脚说明12
3.3.1AT89C51单片机的功能框图12
3.3.2AT89C51单片机的管脚说明12
3.4热释电传感器的结构及工作原理14
3.4.1热释电传感器的工作原理15
3.4.2菲涅尔透镜15
3.4.3热释电红外传感器的芯片选择16
3.4.4热释电红外传感器的电路设计17
3.5无线信号传输芯片及电路原理20
3.5.1编码解码芯片PT2262/PT2272芯片原理20
3.5.2PT2262/PT2272芯片地址编码与震荡电阻的设定22
3.5.3无线信号传输电路设计23
3.6电源电路的设计24
3.7单片机系统主体部分电路设计25
3.7.1时钟电路的设计25
3.7.2单片机复位电路26
3.8声音报警电路27
第四章系统软件设计28
4.1主程序流程图28
4.1.1主程序28
4.1.2延时并检测是否手动取消警报程序29
第五章结论30
5.1论文总结30
5.1.1主要工作及结论30
5.1.2存在问题30
5.2感想和收获30
致谢32
参考文献33
附录A:
硬件设计原理图与PCB图34
附录B:
软件程序清单37
第一章绪论
1.1引言
随着人民生活水平的不断提高和电子技术的发展,电子报警这门综合技术正随着需求的增大而不断的发展。
与此同时,红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分,由于红外线是不可见光,用它进行红外探测监控,具有良好的隐蔽性,白天和黑夜都可以使用,而且其抗干扰能力强,因此在本设计研究中将红外技术与单片机结合形成一个红外防盗报警系统。
防盗报警系统利用单片机控制技术,自动探测发生在布防区内的侵入行为,产生报警信号,一旦发生突发事件,就会向人们发出报警提示,从而让人即使采取应对措施。
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
硬件部分包括单片机控制电路、热释电红外传感器电路、红外发射接收信号电路、蜂鸣器电路、LED控制电路等部分组成。
处理器采用51系列单片机AT89C51,整个系统是在系统软件控制下工作的。
1.2选题背景与意义
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,但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点:
(一)压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内,当主机停止工作,主人在家走动时,都很容易失报和误报,其可靠性低。
(二)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,失报和误报率就高,不可靠。
(三)遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报,同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报,所以这种报警器的可靠性也不高。
再者,就闭路监控电路防盗系统而言:
它的安装线路复杂,而且技术要求比较高,价格也比较昂贵,不利于广泛利用。
于是红外无线防盗报警系统即本设计应需而生,本设计是一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器,可以在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。
本设计还结合了无线信息传输技术使得传感器与主机之间的联系更加方便简洁。
数字、无线、集成化是防盗报警系统进一步发展的要求,防盗系统的技术发展趋势有:
1)更精美、小巧的外观:
符合室内的需要;
2)更智能化的设计:
方便设置和撤销,具有人性化的操作界面;
3)更加稳定可靠:
如探测器可抗RFI/EMI(电磁干扰/射频干扰)、防雷电等,以便适应恶劣的天气气候;
4)更多样的功能:
如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等;
5)更强大的联网功能;
6)更方便的扩展性。
1.3研究现状
现在报警器的设计研究种类很多,设防方式、传感器、处理器的不同都会有不同的影响,各自有各自的优点缺点。
1.3.1热释电红外无线防盗报警系统的发展现状
目前,国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌,如:
早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等,近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等,这些厂商无论是在资金和技术上,都具备很强的优势,对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力;国内防盗报警产品厂商发展时间比较短,真正取得长足发展也是在2000年以后,特别是在2004年国内有些厂商迅速成长,投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。
但是与国外厂商相比还有很大差距。
现阶段,大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌,其中,安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国,这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。
这主要是因为,在产品供给市场上,绝大部分国外品牌来自美国和日韩,防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟,产品功能稳定、性能完善,再加上进入我国是时间较早,所以在我国市场上占有相当大的份额。
目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础。
而这里所涉及的被动式报警器则采用了美国的传感元件—热释电传感器。
这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。
随着国家智能化小区建设的推广,防盗系统已成为智能小区的必需设备。
利用单片机控制技术和无线网络技术,开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统,并开发相关的传感器。
采用无线数据传输方式,不需重新布线,特别适用于已装修用户及布线不方便的场合。
1.3.2热释电红外无线防盗报警系统技术的研究背景及意义
随着时代的不断进步,人们对自己所初的环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面不得不时刻留意那些不速之客。
现在很多小
区都安装了智能报警系统,有效的保证了居民的人身和财产的安全。
由于红外线是不可见光,所以有很好的隐蔽性。
但是由于许多都是有线的安装这给维护和抗干扰都带来了不利的一面。
而无线的可以做到安装和维护变的更方便,隐蔽性更好,更不易被发现而被破坏。
1.4与本系统相关的技术发展现状
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——家庭的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隐患,正如国务院下达的《关于住宅小区禁止安装防盗网的建议》中指出,防盗网带来的问题:
⑴影响楼房美观,市容整洁;⑵影响火灾救援通道;⑶给犯罪分子提供便利的翻越条件;⑷时间久了会有高空坠物的危险;⑸压抑人性自由。
所以作为高科技的家居安全防盗报警系统就应运而生,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了。
以深圳为例,几乎所有新建的住宅楼盘都预装了防盗系统,并禁止安装防盗网,而上海、广州、温州、南昌等地更是花费重金拆除了防盗网,其防盗功能则必须由电子防盗系统来完成。
因此,家庭安防系统必将有很大的发展,并且也将从北京、上海、广东等发达城市向内地蔓延开来,形成一个全新的朝阳产业。
目前红外传感器有热释电型和量子型。
热释电传感器是测量温度的元件。
热释电材料作为热释电元件时性能指数大,使用温度范围内稳定性好,价廉而且分散性小的一般是LiTaO3。
热释电材料的温度由T+⊿T。
同时表面电荷也会产生变化。
LiTaO3热释电材料处于自发极化状态。
当红外线入射吸收后,结晶的温度改变,自发极化也发生变化结晶表面的电荷变得不平衡。
把这种不平衡电荷以电压变化的形式取出,便可检测红外线。
因此,热释电材料只有在温度变化时才产生电压。
如果红外线一直照射,无不平衡电荷,电压的变化为零。
没有红外线照射时,结晶表面电荷同样呈现为不平衡状态。
热释电红外传感器因红外线照射(或遮挡)而产生(或失去)热量才有输出,因此,从原理上讲,它和波长没有什么关系,但应选用合适测定波长的滤光器作为窗口材料,才能实现其应有的功能。
量子型红外传感器的特点是检测灵敏度高,响应速度快,响应的灵敏度与波长有关。
量子型红外线传感器又分为光导型和光动势型。
光导型红外传感器是利用红外线照射时,阻抗减小的光导电效应元件。
典型的元件材料有PbS、PbSe、HgCdTe等。
光动势型是在Ge、InSb、InGaAs、HgCdTe等半导体基片上形成的PN结,红外线照射会产生光动势。
Ge的禁带宽度为0.66ev,Ge光敏二级管分光灵敏度特针对0.6μm~1.9μm红外线比较敏感。
1.5本文结构
本文以报警器的研发工程项目作为应用背景,对红外无线报警技术进行了研究。
全文共分为六章,各章的主要内容如下:
第一章扼要的介绍了红外无线报警系统的概念、特点与相关技术研究背景;
第二章讲述了此次设计的要求、要完成的工作,以及设计思路和设计方案;
第三章介绍了本次红外线无线防盗报警系统研究设计相关方面的资料、技术与研究成果和主要硬件包括芯片、电路等方面的设计研究;
第四章主要讲的是依据功能要求的软件方面的设计;
第五章总结了全文的研究工作,给出了存在的问题和进一步研究的方向。
第二章报警系统的总体设计
2.1设计任务及要求
本系统是一种基于热释电传感器原理的防盗报警器,具有无线报警功能,报警器选用51系列单片机。
从机做报警器的传感部分,安装在需要监控的地方。
主机作为从机的信号接收部分,安装在监控室。
要求学生熟悉系统设计要求,给出系统设计方案,完成各单元电路和系统软件的相关的设计任务。
该系统包括硬件设计和软件设计两个部分。
可划分为数据采集、信息传输、键盘控制、声光报警等模块。
工作流程图如下:
N
Y
图2.1总体功能流程图
2.2总体设计思路
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构:
热释电红外传感探头电路、红外无线发射装置、红外无线接收装置、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成;它们之间的构成框图如图所示:
图2.2总体结构框图
红外
2.3主控芯片单片机的选择
20世纪80年代以来,单片机的发展非常迅速,就单片机而言,世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列,数百个品种。
目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下:
美国Intel公司:
MCS-51系列及其增强型系列
美国Motorola公司:
6801系列和6805系列
美国Atmel公司:
89C51等单片机
美国Zilog公司:
Z8系列及SUPER8
美国Fairchild公司:
F8系列和3870系列
美国Rockwell公司:
6500/1系列
美国T1(德克萨司仪器仪表)公司:
TMS7000系列
NS(美国国家半导体)公司:
TMS7000系列
尽管单片机的品种很多,但是在中国使用最多的还是Intel公司的MCS-51系列单片机和美国的Atmel公司的89C51单片机。
MCS-51系列单片机包括三个基本型8031、8051/8751。
8031内部包括一份8位CPU、128个字节,21个特殊功能寄存器(SFR)、
4个8位并行I/O口、1个全双工串形口、2个16位定时器,但片内无程序
存储器,外扩EPROM芯片。
比较麻烦,不予采用。
8051是在8031的基础上,片内集成有4KBROM,作为程序存储器,是一个程序小于4K字节的系统。
公司在制作芯片时会帮用户将程序烧制上去,出厂的8051单片机大多是用于特殊的地方。
所以8051适合于程序已经确定,且需求量大的单片机产品中,也不予采用。
8751也是基于8031改进而成的,增加了4K字节的EPROM,它可以构成程序小于4KB的系统。
使用者将程序固定在EPROM中,需要时可以反复修改程序。
但是价格相对8031较贵。
8031为外扩一片4KBEPROM的就相当于8751,它的最大优点是价格低。
随着大规模集成电路不断发展,能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的。
不予采用。
80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash许程序存储区在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52位众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效地解决方案。
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存的可编程可擦除的只读存储器的单片机。
单片机里面的可擦除式只读存储器能反复擦除一千次。
这个器件是利用ATMEL非易失高密度存储器制造这种技术制造的,并且与工业上标准的MCS-51指令集与输出管脚相可以兼容。
因为它将多功能8位CPU和闪烁存储器两部分组合在了单个芯片之中,所以AT89C51是一种微控制器的效率是非常高的,而AT89C2051则是一种精简的版本。
AT89C51单片机为许多控制系统提供了灵活性好而且便宜的方案。
故此设计采用AT89C51。
2.3.1AT89C51的主要性能
1)与MCS-51单片机产品兼容
2)4k字节在系统可编程Flash存储器
3)1000次擦写周期
4)全静态操作:
0HZ~24HZ
5)三级程序存储器锁定
6)32个可编程I/O口线
7)两个16位定时器/计数器
8)五个中断器
9)可编程串行通道
10)低功耗空闲和掉电模式
11)看门狗定时器
2.4热释电红外传感器的选择
人体都有恒定的体温,一般在37度,所以会发出特定波长为10微米作的红外线,被动式红外探头的作用就是探测这种红外光线。
人的身体发射的红外光线经过菲涅尔滤镜光片聚焦增强到感应源上面。
红外的感应源一般运用热释电元件,这种热释电器件在接收到人体发射的红外辐射、温度发生变化时就会失去平衡并向外释放电荷,后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
本设计中采用了主要采用了BISS0001热释电传感器专用控制集成电路和热释电传感器。
热释电传感器由探测元件、场效应管匹配器、滤光片等组成。
滤光片采用红外光学材料制成,它能通过人体辐射出的10微米左右的特定波长红外线,它可以将阳光及其它红外辐射过滤掉,这样就能可以有效地抑制周围环境不稳定因素的干扰影响结果。
热释电传感器的探测部分包含两个互相串联或并联的热释电元件,而且两个电极化方向正好相反,没有干扰时背景环境的辐射对两个元件几乎起相同的作用,会将彼此产生的热释电效应相互抵消,所以探测器就没有信号输出了。
这也是之所以当人面对着探测器的垂直方向运动时,红外探测器灵敏度严重下降的原因。
同时这也告诉了我们在安装时要注意合理的选择位置,一旦有人非法侵入探测区域内,他的红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元件接收,但是两片热释电元件接收到的热量不同,热释电也不同,不能抵消,经信号处理而报警。
内部电路图和探测示意图如图2.3所示。
图2.3热释电红外传感器内部电路结构
注:
热释电人体红外传感器,可以安装在室内,其误报率与安装的位置和方法有很大的关系。
正确的安装应符合下列条件:
(1)热释电红外传感器应安装离地面2米至2.2米。
(2)热释电红外传感器的探测范围内不得有隔屏或其它隔离物。
(3)热释电红外传感器的安装应该远离空调等空气的温度变化敏感的地方。
(4)热释电红外传感器安装时不可以直直的面对窗口,否则窗户外面的暖气流扰动或者人员的走动会引起误报,要把窗帘都拉上,热释电红外传感器也不能安装在气流活动强烈的地方。
(5)热释电红外传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向有关,热释电红外传感器对于径向移动的反应最不敏感,而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感,具体示意如图2.4所示。
图2.4红外传感器检测示意图
第三章系统的硬件设计
3.1系统的相关技术
本系统主要由电源电路、热释电红外传感器电路、无线信号传输模块、AT89C51控制电路、警铃LED电路等部分组成。
下面将简明扼要的介绍红外线技术的应用、AT89C51单片机以及热释电红外传感器。
3.2红外线技术的应用
在光谱中波长自760nm至400μm的电磁波称为红外线,红外线是不可见光线。
所有高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线。
现代物理学称之为热射线。
红外是一种无线通讯方式,它可以在无限的情况下进行数据的传输。
自1974年发明以来,得到了普遍的应用。
红外的特征:
红外传输是一种点对点的传输方式,无线,不能相距离太远,必须对准,而且中间不能有障碍物,红外线传输几乎无法控制信息传输的进度;IrDA已经是一套标准,IR收/发的组件也是标准化产品。
3.2.1红外线感应技术
人体都有恒定的体温,一般在37度左右,所以会发出特定波长10μm左右的红外线,被动式红外探测头就是靠探测人体发出的10μm左右的红外线而进行工作的。
3.2.2红外线通讯技术
红外线波长范围为0.70μm~1mm,其中300μm~1mm区域的波也称为亚毫米波。
大气对红外线辐射传输的影响主要是吸收和散射。
利用红外线来传输信号的通信方式,叫红外线通信。
红外通讯技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接,尤其是嵌入式系统。
其主要应用:
设备互联、信息网联。
设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。
信息网关负责连接信息终端和互联网。
红外通信技术是在全世界范围内被认可并广泛使用的一种无线连接技术,众多的硬件和软件平台都支持这种技术,其特点主要有:
1.通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。
2.主要是用来取代点对点之间通信的线缆连接。
3.新的通信标准可以兼容早期的通信标准。
4小角度(30度锐角以内),短距离,点对点传输,保密性强。
5.传输速度较高,4M速率的FIR技术已被广泛使用,16M速率的VFIR技术已经发布。
6.不透光材料的阻隔性,可分隔性,限定物理实用性,方便集群使用:
红
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