基于51单片机的家用防盗报警系统设计.docx

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基于51单片机的家用防盗报警系统设计

黑龙江科技学院

课程设计报告

项目名称：

家用防盗报警器设计

所属课程：

传感器及检测技术

设计日期：

2011.6.7

班级测控09-1班

学号09号

姓名刘继红

指导教师孙鹏

成绩

电气与信息工程学院

课程设计报告说明

一、写报告前，请认真阅读《课程设计报告说明》。

二、打印装订要求

1、一律用A4纸，双面打印，并左侧装订，一式1份，并同时上交电子版（电子版上传邮箱123244441@）。

《课程设计报告说明》页也打印。

2、课程设计概述部分占一页；课程设计内容长度根据实际需要填写；结论和指导教师评语及成绩单独占一页。

保证打印格式工整。

三、报告内容要求

1、课程设计目的结合实际自己写，不要雷同

2、课程设计要求按下发的设计题目写

3、课程设计原理简要说明所完成课程设计项目所涉及的理论知识

4、课程设计内容这是课程设计报告极其重要的内容。

概括整个课程设计过程。

（最好在上述内容基础上画出相应的流程图、设计思路和设计方法，再配以相应的文字进行说明。

）

一、课程设计概述

1、课程设计目的

以单片机为核心设计家用防盗报警器，实现在有他人非法入侵时，通过热释电红外传感器检测后，进行声光报警并通过RS-485串行口通信，向小区保安室发出报警信号。

同时通过显示器显示入侵时间，控制电机自动关闭窗口，另外用按键可以调整显示内容、复位、取消报警等。

2、课程设计要求

1、检测他人非正常入侵范围6米至8米。

2、传感器探测角度：

水平120米，垂直60米。

3、供电电源交流220V。

3、课程设计原理

人体都有恒定的体温，一般在37度，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光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

热释电红外传感器的结构图及内部电路如图1所示：

图1

热释电红外传感器内部的热释电晶体具有极化现象，并且随温度的变化而变化。

当恒定的红外辐射照射在探测器上时，热释电晶体温度不变，晶体对外呈电中性，探测器没有电信号输出，因而恒定的红外辐射不能被检测到。

当交变的红外线照射到晶体表面时，晶体温度迅速变化，这时才发生电荷的变化，从而形成一个明显的外电场，这种现象称为热释电效应。

由于热释电晶体输出的是电荷信号，不能直接使用，需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达10000兆欧，故引入N沟道结型场效应管接成共漏形式（即源极跟随器）来完成阻抗变换。

图2

本设计采用的是双探测元件热释电红外传感器，其结构示意图如图2所示。

该传感器将两个特性相同的热释电晶体逆向串联，用来防止其他红外光引起传感器误动作。

另外，当环境温度改变时，两个晶体的参数会同时发生变化，这样可

以相互抵消，避免出现检测误差。

为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10到20米范围内人的行动。

菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。

当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地

交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而增强其能量幅度。

二、课程设计内容

本系统以ATMEL公司的AT89S52单片机为控制核心，采用HamamatsuCorp公司的P2288热释电红外传感器。

硬件电路包括：

信号检测及放大电路、键盘控制电路、声光报警电路、时间显示电路、RS-485串行通信电路、电机驱动电路、复位电路、时钟电路、电源电路及下载口电路等。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、入侵时间显示、本地报警等功能。

系统框图如图3所示：

下载口电路

AT89S52

声光报警电路

放大

红外信号检测电路

数码显示电路

复位电路

电机驱动电路

时钟电路

RS-485串行通信电路

键盘电路

PC机

电源电路

图3

设定报警部分为本系统主体工作部分，即实时监控房内安全情况，在软件上表现为主循环，当有铃声信号或设定信号时才中断去执行相应操作。

在此我们需要对人体的红外辐射敏感并且抗干扰的传感器，为此我们选用被动式红外传感器，并在它的辐射照面覆盖特殊的菲涅尔透镜，使环境的干扰受到明显的控制作用。

设定部分的功能是存储入侵时间，为了降低系统成本，采用数码管显示。

当红外线人体检测电路检测到有人入侵时，信号会被放大传给单片机，单片机会控制发出声光报警、通过RS-485串行通信通知小区保安室、驱动电机自动关闭窗口、存储当前入侵时间并显示出来。

当小区保安到达后手动复位即可实现消除报警。

信号检测电路

红外传感器信号检测电路如图4所示。

P3.2

图4

配以菲涅尔透镜抗阻匹配用场效应管组成的热释电红外传感器P2288，以非接触方式检测出来自人体的红外辐射并将其转换成电信号。

P2288的1脚为电源引脚接+5V电源，2脚为输出引脚，3脚接地，有效探测范围在10m左右。

在正常状态下，若没有人员的活动，P2288的2脚没有输出，处理电路的输出端口保持低电平；若在其探测范围内有人员的活动，则P2288的输出引脚就输出一个微弱的电流，经R1转化成电压值加在一个单管共射放大电路的输入端，经放大后送至LM324组成的比较器，产生一个高电平输出。

单片机工作的最小系统电路

如图5所示，单片机工作需要系统时钟电路、复位电路及+5V供电。

图5

选用ATMEL公司的AT89S52单片机。

51系列是单片机的主流系列，51系列单片机的发展已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，软硬件应用设计资料丰富齐全。

为了提高指令的执行速度和效率，采用了面向控制的结构和指令系统的独立CPU，即选择Atmel公司的AT89S52单片机。

AT89S52是低功耗，高性能，采用CMOS工艺的8位单片机。

其片内具有8KB的可在线编程的Flash存储器。

应用灵活且具有较高的性能价格比，节省成本。

单片机的晶振用的是11.0592M，当单片机与其他设备通信时，基本上选用的晶振都是11.0592M，因为它理论上产生的波特率误差为0，只是晶振频率受外界影响会有点误差。

P0口是开漏结构，作为通用的IO口使用时，一般接排阻拉高电平。

电源电路

如图6所示，为该系统的供电电路，采用一个220/15伏变压器降压，再经过整流、滤波、7812和7805三端稳压，主要提供+5V电源，为电机提供+12V电源。

图6

声光报警电路

如图6所示，该部分为声光报警电路，当单片机收到信号检测电路传来的入侵信号后，给P3.7和P1.0引脚低电平，即三极管基极为低电平，集电极为高，则发射极导通，蜂鸣器发声，发光二极管发光，通过软件控制相应的单片机引脚变化从而实现相应的动作。

图6

数码显示电路

为实现显示入侵时间，选用了2个四位一体数码管，分别用来显示：

小时、分钟、秒。

如图7

图7

为了简化电路，采用数码管动态显示，用三极管8550来驱动，通过软件编写按键程序，实现小时加，小时减，分钟加，分钟减的时间设置，用了四个按键。

电机驱动电路

本设计所选电机为12V直流电机，型号为16A030/16A050。

直流电动机应用在调速精度要求比较高的传动中，它调速性能优良，调速方便、能平稳升降速，工作效率高，应用范围广，体积比较小，而且，通过收入变励磁方式可得到不同的运行特性。

该电机为金力公司生产制造，选用优质钢材经加工而成，齿轮采用研磨后热处理，具有耐磨性好、寿命长、嗓音低等特点。

驱动电机的芯片选用的是L293，它可以控制电机正反转。

当检测到有人入侵时，单片机将P3.6引脚变为高电平，从而L293的EN1使能端使能OUT1和OUT2，并通过改变P3.4和P3.5的电平，来改变L293的IN1和IN2引脚上的电平，以驱动电机正转或反转，从而实现关闭窗口功能。

图8

RS-485串行通信

本系统利用单片机本身所提供的串行通讯口，采用自定义串行通信协议，加上总线驱动器如MAX485等组合成简单的RS－485通讯网络，完成单片机间的多机通讯。

如图９所示

P3.3

图9

　　RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信：

在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。

两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输。

总线驱动器芯片选用的是MAX485，该接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。

采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。

它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。

MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。

如图10所示

图10

RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，连接单片机的RXD和TXD；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。

在与单片机连接时接线非常简单。

只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。

总线匹配方法加匹配电阻，图中的电阻器R28为MAX485的终端匹配电阻器，即位于总线两端的差分端口VA与VB之间跨接的120Ω匹配电阻，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。

MAX485接TTL端可以直接接单片机的TXD与RXD，另一端是RS232电平的，与PC机连接。

只是电平转换，不用软件驱动。

应用此电路是为了实现有人入侵时，能及时的向小区保安室发出信号，小区保安室要求配备一台PC，用来接收单片机传来的信号。

单片机的下载口

为了方便程序的编译，设计了单片机的下载口电路，P2为选用的牛角座。

用自锁开关SW1控制，如图11所示

图11

软件部分

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图12所示

图12

主程序实现的功能：

单片机的P3.2引脚检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，并通过RS-485发送报警信号，同时记录并显示入侵时间，控制电机自动关闭窗口，然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。

同时，利用中断方式可以取消报警，也可用手工按键即复位按键停止声光报警。

三、结论

本设计是采用ATMEL公司的AT89S52单片机为核心，功耗小，成本低。

通过热释电红外传感器检测信号，传入单片机后，单片机驱动相应的声光报警电路发出警报，并通过RS-485串行通信与小区保安室取得联系，同时显示出入侵时间，并通过L293驱动电机自动关闭窗口。

该设计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。

本设计具有抗干扰性：

①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。

②抗电磁干扰：

探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。

　　③抗灯光干扰：

探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。

该红外报警器稳定可靠，完成的功能多样，可以记录时间、通知保安并控制电机关闭窗口防止小偷逃跑，是实用的家庭报警装置。

四、指导教师评语及成绩

学生对课程设计一下几个方面综合评定：

设计目的及要求：

明确【　】不明确【】

设计涉及基本原理：

完整【】不完整【】

设计方案：

设计总体思路：

严谨【】存在纰漏【】

方案内容：

条理清晰正确【】

条理一般，论述基本正确【】

条理混论，存在抄袭【】

还存在其他问题：

指导教师签字（盖章）：

批阅日期：

2012年月日