基于AT89C51單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計

1、基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計目目 錄錄摘 要 .iabstract .ii1 緒論 .11.1 序言 .11.1.1 防盜報警系統(tǒng)的構成.11.1.2 防盜報警器的分類.21.1.3 防盜報警系統(tǒng)在國內外的發(fā)展.21.1.4 防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展前景與趨勢.31.2 設計要求與研究內容 .41.2.1 設計要求.41.2.2 研究內容.52 系統(tǒng)總體設計方案 .52.1 方案選擇論證 .52.2 主控芯片單片機的選擇 .72.3 傳感器的選擇 .72.3.1 常見的幾種紅外傳感器介紹.72.3.2 熱釋電紅外傳感器的原理.92.3.3 熱釋電紅外傳感器的選定.92.3.4 振動位移傳感器的選

2、定.102.4 顯示器工作原理及其選擇 .112.5 時鐘芯片 ds1302 的介紹 .132.6 外擴存儲器 at24c02 的介紹 .143 系統(tǒng)硬件設計 .15基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計3.1 用戶端探測器設計 .153.2 lcd 顯示電路設計.163.3 報警執(zhí)行電路設計 .173.4 時鐘電路設計 .183.5 晶振與復位電路設計 .183.6 電源電路設計 .193.7 外擴存儲電路設計 .203.8 鍵盤電路設計 .224 系統(tǒng)軟件設計 .234.1 軟件設計分析 .234.2 系統(tǒng)軟件程序設計 .234.2.1 lcd 顯示程序設計 .234.2.2 系統(tǒng)初始化程序設計

3、.244.2.3 報警系統(tǒng)程序設計.254.2.4 查詢記錄程序設計.254.2.5 刪除記錄程序設計.284.2.6 調整時間程序設計.284.2.7 定時中斷 0 程序設計.304.2.8 外部中斷 0 程序設計.304.2.9 外部中斷 1 的程序設計.324.2.10 4*4 矩陣掃描鍵盤程序設計 .32結束語 .34致 謝 .35參考文獻 .36附 錄 .37基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計i基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計摘摘 要要防盜報警系統(tǒng)的設計是為滿足現代住宅防盜的需要所設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)采用了由熱釋電紅外傳感器和振動位移傳

4、感器構成的復合式傳感器，這種防盜器安裝隱蔽，同時它的信號經過單片機系統(tǒng)處理后方便和 pc 機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。防盜報警系統(tǒng)設計包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分設計主要包括檢測電路接收信號，led 控制電路控制發(fā)光及驅動執(zhí)行報警電路執(zhí)行報警等。軟件部分設計主要包括中斷、定時等程序設計來實現聲光報警的作用。此設計實現的功能簡單而實用。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來。當有人闖入時，傳感器將探測到動作，設置在監(jiān)測點上的探頭將人體輻射的紅外光譜和振動的位移變換成電信號。此信號經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出 ttl 電平，然后經鎖存器送至 at

5、89c51單片機，又經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。 關鍵詞 單片機；紅外傳感器；信號接收；報警電路基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計iithe design of family anti-theft alarm systems based on scmabstractthe design of anti-theft alarm system is for the family of electronic security systems designed to meet the needs of modern residential burglar.anti-theft alar

6、m system uses the combination sensor which consists of pyroelectric infrared sensor and vibration transducer for displacement,the fixing of this alarm is covert, after has been processed by scm, the signal of alarm communicates with pc, which is convenient for uniform management. anti-theft alarm de

7、sign includes hardware part and software part.the hardware part of the design includes detection circuit receiving the signal, the led control circuit to control light-emitting and driving the implementation of the implementation of the alarm circuit to alarm.the software part of the design includes

8、 programs like interrupt,timing to achieve the role of acousto-optic alarm,etc.the functions of the design is simple and pratical.when people go out,we can set the alarm system in the conditon of protection ,the detector begins to work. pyroelectric infrared sensor will detect the action when people

9、 break in ,and the infrared probe setted in the observing point will convert the infrared radiation and the displacement of the vibration from the human body into the electrical signal.the signal is sent to the threshold switch through amplifier circuit and comparison circuit,then open the threshold

10、 valves and send out the ttl level,then send it to the at89c51 scm via the latch,and make the performing alarm circuit sounding via the processing oprations of the scm .keywords scm;infrared sensor;signal receiving;alarm circuit基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計11 緒論1.1 序言隨著社會經濟的飛速發(fā)展，人們對其住宅的要求也越來越高，表現在不僅希望擁有舒適的住所，而且對

11、安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。這時，傳統(tǒng)的家庭住宅顯然己經遠遠不能滿足人們的需求。人們迫切需要一種智能型的家庭防盜報警系統(tǒng)，能可靠的進行日常安全防范工作，及時發(fā)現各種險情并通知戶主，以便將險情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣人們便可安心工作，同時也保證了居民的生命財產不受損失。于是有關家庭、辦公室和倉庫等處的安全防范和自動報警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產廠家所重視。隨著電子通訊技術的飛速發(fā)展，單片機以其具有體積小、價格低、集成度高、性價比高等突出優(yōu)點已在工業(yè)控制、智能儀表、數控機床、數據采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應用。因此，利用單片機和一些簡單的外圍器件來開發(fā)種適合于家庭的低價位

12、、運行可靠的智能型安全防盜報警系統(tǒng)，對室內出現入室盜竊等自動發(fā)出報警信息并通知戶主進行及時處理已經勢在必行。紅外線作為一種不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。紅外報警器大多數采用國外的先進技術,其功能也非常先進。其中包括被動式熱釋電型紅外報警器,還有紅外監(jiān)控無線報警器、超聲波防盜報警器、紅外線防盜報警器、高靈敏紅外報警器、觸摸式延時防盜報警器、 觸摸式防盜報警器、紅外報警器、 紅外線聲光報警器等。為滿足現代住宅防盜的需要而設計的基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)，它在以前的防盜器基礎上進行了很大的改進，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅

13、區(qū)的防盜。它的工作性能好，不易出現不報和誤報現象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機做信號處理器，這樣非常有利于與計算機相連接，利用計算機統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機內存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。1.1.1 防盜報警系統(tǒng)的構成防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內的侵入行為，產生報警信號，并提示值班人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預防搶劫、盜竊等意外事件的重要設施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計2就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏蚀_顯示出事地點，便于迅速采取應急措施。防盜報警系

14、統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更系統(tǒng)等一起構成了安全防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)由探測器、傳感器、控制器、報警器、顯示器幾部分構成?？刂破鲗崿F對熱釋電紅外探測器和振動位移傳感器的循環(huán)掃描，并控制報警信號處理電路作出相應狀態(tài)處理，如果有報警信號的話，延時12秒對該端口進行一次掃描確保真的有險情時立即發(fā)出報警信號，控制報警電路報警，同時通過液晶顯示器顯示單元顯示具體的事發(fā)位置。1.1.2 防盜報警器的分類報警探測器按工作原理主要可分為紅外報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外/微波報警探測器、玻璃破碎報警探測器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器、磁控開關報警探

15、測器、開關報警探測器、視頻運動檢測報警器、聲音探測器等許多種類。報警探測器按工作方式可分為主動式報警探測器和被動式報警探測器。報警探測器按探測范圍的不同又可分為點控報警探測器、線控報警探測器、面控報警探測器和空間防范報警探測器。防盜探測器是否采用電源分類可分為無源和有源兩種。從防盜探測器與報警主機的連接方式可分有線與無線。除了以上區(qū)分以外，還有其他方式的劃分。在實際應用中，根據使用情況不同，合理選擇不同防范類型的報警探測器，才能滿足不同的安全防范要求。報警探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵行為及各種異常情況。在各種各樣的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的場所很多。因此，就需要各種各

16、樣的報警探測器，以滿足不同的安全防范要求。1.1.3 防盜報警系統(tǒng)在國內外的發(fā)展在我國，家庭智能報警是一項重要內容，報警器應具有多個探測器接口，可接收紅外及微波探測器、感煙探測器、溫度探測器、煤氣泄漏探測器等傳來的報警信號，然后通過通訊網絡將報警信息傳送到相關人的通訊設備上，以使災情得到及時處理，保護人們的生命財產安全。國內報警設備主要是在兩方面發(fā)展較快，一方面是探測器技術和探測器的發(fā)展，一方面是遠程報警系統(tǒng)的發(fā)展。探測器的發(fā)展主要表現在出現了被動紅外、超聲波基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計3和微波三種不同的探測技術。但前途的是復合式探技術，即在同一個封裝盒里安裝兩種以上不同的探測器，兩者組合

17、后誤報率將會大大降低。目前我國有關報警系統(tǒng)主要就是無線式系統(tǒng)。它具有安裝方便、簡單，一次性投資小的特點，但它存在覆蓋面積小、誤報率高等問題，使用場合受到一定限制。但由于此類產品具有體基于彩信的無線紅外防盜報警系統(tǒng)的硬件設計.體積小、耗電低、成本低、功能單一等優(yōu)點，適合住宅小區(qū)的防盜報警。在北美，從上世紀初報警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通信技術的發(fā)展，提供遠程通信服務的電報公司加入到這個行業(yè)中，從而使得報警信息可以通達到更遠的地方；不過，這種電報方式畢竟難以普及，所以稍后

18、出現的電話理所當然地成為報警通訊的主要手段。而此后自動撥號系統(tǒng)的出現以及電話普及到千家萬戶，更使得通過電話線報警的方式得到了前所未有的發(fā)展。目前，對北美的安防產業(yè)來說，最成功的經營模式就是聯網報警服務模式，聯網報警將整個北美的安防產業(yè)從橫向到縱向進行整合串并，形成了一個集中許多高科技手段和產業(yè)化管理水準的一體化綜合性產業(yè)。比如世界排名第一，北美最大的安防跨國公司一美國棋諾亞公司，它在世紀年代開始搞簡單的防盜報警，其當時的業(yè)務范圍和技術水平跟中國現在很多安防企業(yè)是相當的。到70年代，它對其產業(yè)的整體發(fā)展方向做了很大的調整，變?yōu)槁摼W報警服務商，建立了首家網管中心，尤其引用了大量的網管技術、系統(tǒng)集成

19、技術和電子技術，現己成為十分先進的聯網報警服務平臺。從以上過程來看，報警行業(yè)的發(fā)展是以工業(yè)技術發(fā)展為基礎的，只有具備良好的通信手段，才能夠把各地的報警信息匯聚到相應的權威部門，然后由權威部門負責分配有限的警力來幫助到所有的社會個體。在現代計算機技術、自動控制技術和現代通信技術的支持下，安防系統(tǒng)也是一個很完善的計算機控制系統(tǒng)，防盜報警系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，聲音系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)和巡更系統(tǒng)統(tǒng)一由一臺計算機進行管理，標志我國的安防事業(yè)進入一個新階段。1.1.4 防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展前景與趨勢傳統(tǒng)的機械式家居防衛(wèi)在實際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計4觀，市容整潔；影

20、響火災救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時間久了會有高空墜物的危險等。因此，作為新一代的智能安全防盜報警器系統(tǒng)就應運而生，并日益受到廣泛的重視和運用。數字化、無線化、集成化是防盜報警系統(tǒng)進一步發(fā)展的要求，所以我們不難發(fā)現防盜報警的技術發(fā)展趨勢：更穩(wěn)定可靠：如探測器可抗rfi/emi（電磁干擾/射頻干擾）、防雷電等，以適應惡劣氣候；更多樣的功能：如探測器可調頻、防遮擋、防噴蓋、防破壞等；更精美、小巧的外觀：以符合品味日益提高的室內裝潢需求；更智能化的設計：方便地設/撤防，人性化的操作界面；更強大的聯網功能；更方便的擴展性。上述發(fā)展趨勢，事實上都建立在數字化、無線化、集成化的三大核心技術基

21、礎上。1.2 設計要求與研究內容1.2.1 設計要求現時社會治安問題嚴峻，各種入室搶竊、偷盜事件時有發(fā)生。防盜報警系統(tǒng)是利用探測器裝置對建筑物內外重要地點和區(qū)域進行布防、探測。當探測器探測到非法入侵，報警器工作狀態(tài)變?yōu)閳缶癄顟B(tài)，產生報警聲。本論文的目的就是設計出一種符合上述要求的防盜報警系統(tǒng)。本文所研制的報警系統(tǒng)的功能要求如下:主控芯片：at89c51,工作在 12mhz 時鐘頻率；檢測信號：采用復合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和振動位移傳感器并接使用，增加報警可靠性，下降沿觸發(fā)，低電平保持寬度 1ms，監(jiān)測負載 600；輸入通道：16 路監(jiān)測信號，220v 交流電源輸入；報警方式：聲光報警

22、，蜂鳴器和 led；顯示方式：2*16 字符液晶顯示，led 電源指示，led 報警顯示；輸入方式：4*4 矩陣鍵盤和系統(tǒng)復位獨立按鍵；系統(tǒng)電源：工作電源 220v 交流輸入，3.6v 備用電源；相關功能：正常情況下顯示當前時間，時間可調；實時對 16 路輸入信號異常產生聲光報警，并顯示當前異常通道和產生異常時間并記錄相應時間，報警時長可調（0198s，199 不自動停止） ，每通道能夠記錄 2 次異常時間（最早和最新時間） ； 具有記錄查詢和刪除功能，能夠查詢每路歷史異常記錄，并能刪除記錄 基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計5系統(tǒng)對自身部分數據處理錯誤能產生提示。1.2.2 研究內容本課題需要

23、研究的內容主要有以下幾個方面：根據系統(tǒng)功能要求且考慮產品的性價比，進行系統(tǒng)的整體方案設計。該方案采用模塊化設計方法，以方便系統(tǒng)的調試和用戶的使用。系統(tǒng)硬件設計包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設計。主要內容有單片機的選擇、主機電路的設計、傳感器的選擇、報警電路的設計。下面分3章從系統(tǒng)總體的方案設計、系統(tǒng)的硬件設計、系統(tǒng)的軟件設計對本設計做詳細的介紹。2 系統(tǒng)總體設計方案2.1 方案選擇論證該系統(tǒng)設計方案有以下兩種：方案一：顯示方式采用數碼顯示，占用 i/o 較多，體積較大，采用掃描顯示占用機時，采用靜態(tài)顯示則需要更多芯片；數據存儲直接利用單片機內部 ram 存儲記錄數據；按鍵方

24、式采用中斷矩陣鍵盤，相同按鍵占用 i/o 口較少，中斷方式不占用多余機時，但多占用一位中斷口；16 路信號檢測方式采用掃描檢測，占用機器周期，存在掃描間隔時間，而且需多出掃描子程序；時間運行方式采用單片機內部定時中斷計時，存在加大誤差，而且完成日的處理程序復雜。 方案二：顯示方式采用 1602 液晶顯示模塊，僅需 8 位數據線和 3 位控制線，占用 i/o 口較少，而且能顯示字符，顯示位數更多，不需要其余外圍芯片；數據存儲利用外擴存儲器；按鍵方式采用掃描矩陣鍵盤，相同按鍵占用 i/o 口較少，掃描鍵盤占用機時；16 路信號檢測方式采用中斷方式，能及時發(fā)現并處理異常，主程序以及子程序省掉相關掃描

25、子程序；時間運行方式采用外部時鐘芯片，誤差小，能夠夠自動校正日期。通過比較，方案二能滿足我們實時快捷的要求，更加簡單有效，故本設計選擇方案二。因為本系統(tǒng)要存儲每路兩次報警歷史記錄，每次記錄占用 7 字節(jié)空間，則共需要 224b 地址空間，at89c51 內部僅 128b 內存空間，需要外擴存儲器。此處選擇外擴 at24c02 可擦除存儲器，具有 256b 存儲空間，采用 i2c 總線方式，僅占用2 位 i/o 口。采用掃描式 4*4 掃矩陣鍵盤，僅當需要輸入時掃描鍵盤。采用中斷方式基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計6監(jiān)測 16 路信號，當信號發(fā)生異常時，進入中斷，掃描 16 路檢測信號輸入狀況，

26、并對信號進行計算處理，判斷異常通道號，并記錄相關數據，然后出發(fā)報警中斷，進行報警提示。采用外部時鐘芯片精確計時，單片機定時中斷同時計時，每過 24 點自動從外部時鐘芯片 ds1302 校準時間。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、信號放大處理、人工鍵盤控制、報警執(zhí)行、報警顯示等子模塊。系統(tǒng)電路結構可劃分為：傳感器檢測、報警執(zhí)行電路、單片機控制電路、lcd 控制顯示電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、數據處理、數據傳送、功能設定、本地報警、本地顯示等功能。從系統(tǒng)設計的要求來分析該設計構成框圖如圖 21 所示：信號檢測電路鍵盤時鐘電路外擴存儲電路單片機at89c5

27、1led 發(fā)光報警蜂鳴器報警lcd 顯示圖 21 總體設計框圖整個系統(tǒng)由 at89c51、鍵盤、lcd 顯示屏、ds1302 時鐘芯片、at24c02 存儲芯片、檢測信號輸入、聲光報警電路組成。通過結構框圖系統(tǒng)可看出：以 at89c51為系統(tǒng)中心，單片機與 at24c02 交換歷史記錄信息，從 ds1302 獲得校準時間，通過 4*4 矩陣鍵盤掃描輸入相關信息，通過 lcd 顯示屏顯示相關信息，檢測信號異常時對單片機申請中斷，單片機通過相關處理產生異常信息，通過聲光報警（蜂鳴器，報警指示燈） 。本系統(tǒng)電源可采用 220v 交流電輸入，也可直接提供 5v 電源，ds1302 可根據需要提供備用電

28、源（3.6v 紐扣電池或者大電容） 。系統(tǒng)的單片機時鐘采用 12mhz 晶振；4*4 矩陣鍵盤輸入行線接入 p1.0p1.3 口，列線接入 p1.4p1.7 口；時鐘芯片基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計7ds1302 時鐘 sclk 引腳接 mcu p1.6 口，復位 rst 引腳接 p1.7 口，數據 i/o 引腳接 p3.6 口；at24c02 為 i2c 雙總線傳輸方式，時鐘信號 sck 接 p2.2 口，數據線sda 接 p2.3 口；p3.4 口接報警系統(tǒng)的蜂鳴器驅動，蜂鳴器采用三極管驅動，并聯續(xù)流二極管防止三級管擊穿；p3.7 口接報警系統(tǒng)的報警指示燈。單片機的 p0 口做數據輸入

29、輸出口；lcd 的數據輸入、輸出和 16 路檢測信號的輸入都經過 p0 口，lcd 三位控制線分別連接 p2.5、p2.6、p2.7；16 路監(jiān)測信號經過 74ls373 鎖存輸入給單片機。2.2 主控芯片單片機的選擇所謂單片機就是一塊芯片上集成了 cpu、rom、ram、定時/計數器和多種 i/o接口電路等而具有一定規(guī)模的微型計算機。單片機與通用微型計算機相比較，它在硬件結構、指令設置上均有其獨到之處。單片機在控制應用領域中，有如下幾方面的優(yōu)點：體積小，成本低，運用靈活，易于產品化，它能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器，做到機電儀一體化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務

30、，因而能獲得更佳的性能價格比；抗干擾能力強，適應溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機種無法比擬的；實現多機和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。at89c51 是一種帶 4kb flash 存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能 cmos 8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 atmel 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器

31、組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器。at89c51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。故此設計采用 at89c51。2.3 傳感器的選擇2.3.1 常見的幾種紅外傳感器介紹 紅外探測器 紅外探測器按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器是利用輻射熱效應，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計8測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當的變換后測量相應的電

32、量變化。 紅外測溫產品 50 多種紅外測溫儀和非接觸紅外測溫系統(tǒng)可滿足不同行業(yè)用戶的特殊需求,提供最優(yōu)非接觸紅外測溫解決方案。在高性能和高品質的紅外測溫產品市場，來自德國的 heitronics 以其在尖端領域應用中良好的品質紀錄，被廣泛公認為是世界一流的紅外測溫產品供應者而受到信任。 人體熱釋電紅外傳感器在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。 無線紅外傳感器無線紅外傳感器又名無線紅外探測器，無線智能幕簾/廣角紅外探測器采用美國軍用紅外傳感器進行信號采集探測與摩托羅拉芯片組合集成單片機智能技術控制，自動溫度

33、補償、微電流省耗、無誤報、無漏報、探測距離遠、工作穩(wěn)定、性能可靠、外形精巧、美觀大方。機內設置電源外撥開關，外出設防可以接通電源，達到更加省電的效果。它是根據人體紅外光譜而工作，當人體在其接收范圍內活動時，探測器輸出報警信號，廣泛用于銀行、倉庫和家庭等場所的安全防范。它是目前可靠性較高的產品，紅外探測部分采用報警器用傳感器和紅外專用處理 ic。高頻發(fā)射部分采用最新聲表面（s）穩(wěn)頻技術，配合成熟的外圍電路，使得產品具有紅外探測靈敏度好、誤報率低、高頻發(fā)射頻率穩(wěn)定、發(fā)射功率大的特點。總而言之，不同類型的探測器用不同的手段探測各種入侵行為，如人體的移動、物體的震動、玻璃的破碎和門窗的開關等，系統(tǒng)將所

34、得的信號進行邏輯判斷，發(fā)出警報。常用的傳感器有對射紅外探測器、磁控管（門磁） 、震動開關、被動紅外探測器（pir） 、雙鑒探測器、煙感、溫感探測頭等。這些傳感器不僅可以對室內的門、窗、敞開的陽臺、固定玻璃、保險箱等的異常情況進行監(jiān)測，而且還能對家中的火警進行監(jiān)測。在家中無人的情況下還具有探測有無物體移動的功能，以發(fā)現家中是否有偷竊等異常情況。這些器件有效地為控制單元傳送現場的資料，提供報警控制。而本設計采用由熱釋電紅外線傳感器和振動位移傳感器構成的復合式傳感器，通過探測人體特有的紅外線和人體的運動來檢測盜情?；趩纹瑱C的家庭防盜報警系統(tǒng)設計92.3.2 熱釋電紅外傳感器的原理熱釋電紅外(pir

35、)傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出，將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路。其工作電路原理及設計電路如圖 22 所示, 在 vcc 電源端利用 c1 和 r2 來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時，電荷信號經過 fet 放大后，經過 c2，r1 的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳涍^ npn 的轉化，輸出 out 為低電平。 rsy2 y1r1 r2 c2 c1 r3 r4 q2npnq1fetvccvcc3v12vo

36、ut圖 22 熱釋電紅外傳感器原理圖熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。其內部的熱電元由高熱電系數的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極

37、化后的探測元也是有正、負極性的。2.3.3 熱釋電紅外傳感器的選定基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計10目前常用的熱釋電紅外傳感器型號主要有 p228、lhi958、lhi954、re200b、等。熱釋電紅外傳感器通常采用 3 引腳金屬封裝，各引腳分別為電源供電端（內部開關管 d 極，drain)、信號輸出端（內部開關管 s 極，source）、接地端（ground)。本設計傳感器采用雙元熱釋電紅外傳感器 re200b，該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測紅外輻射，并采用雙靈敏元互補方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。傳感器 re200b 內部電路圖如下：d 腳接工作電壓，其工作電壓

38、低且范圍寬（2.2-15v）；s 腳為輸出源極電壓；gnd 腳為接地。如圖 23 所示，為熱釋電紅外傳感器 re200b 的內部電路框圖。 圖 23 熱釋電紅外傳感器 re200b 的內部電路框圖熱釋電紅外傳感器 re200b 的主要工作參數：工作電壓：常用工作電壓范圍為 315v；工作波長：通常為 7.514um；源極電壓：通常為 0.41.1v，r 約為 47k；輸出信號電壓：通常大于 2.0v；檢測距離：檢測距離約為 610m；水平角度：約為 120；工作溫度范圍：-1040。2.3.4 振動位移傳感器的選定本系統(tǒng)采用nd1型振動位移傳感器，它是一種集振動和位移于一體的全方位傳感器。它的

39、技術指標及參數見表21。其內部采用先進的固態(tài)加速度檢測器件，基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計11對外來振動十分敏感。圖24是nd1型振動位移傳感器的內部組成框圖，它由振動和位移傳感元件、靈敏度限制電路、檢測控制電路、延時電路和輸出級等構成。由于器件內部集成度很高,外圍電路相當簡單，圖中的c是延時控制電容，取值越大，延時就越長，反之則越短，一般取值0.1uf10uf，這里取值為4.7uf。當人體在不斷運動時，輸出為高電平，并通過內部電路延時，當人體停止運動時，輸出轉為低電平。r是外接靈敏度設定電阻，取值在51k100k之間，阻值越大，靈敏度就越高，此電阻可以不接，這時傳感器靈敏度最高。 圖24

40、nd1型振動位移傳感器的內部表21 振動位移傳感器技術指標及參數2.4 顯示器工作原理及其選擇led 數碼管在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍，其由發(fā)光二極管組成。led 數碼管有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二級管恒定地導通或截止。這種顯示方式每一位都需要有一個 8 位輸出口控制，靜態(tài)顯示時，較小的電流就可以得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可以采用 8255a 的輸出口直接驅動。當顯示器位數較少時采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當位數較多是，用靜態(tài)顯示所工作電壓靜態(tài)電流靈敏度檢測方向位移檢測依據工作溫度體積3v12v3v 時 500 毫安0.1g全向加速度306

41、5122232mm基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計12需 i/o 口太多，一般采用動態(tài)顯示方法。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位（掃描） ，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示的亮度既與導通電流有關，也與點亮時間和間隔時間有關。調整電流和時間參數，可實現亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示的位數不大于 8 位，則控制顯示器公共位只需要一個 i/o 口（稱為掃描口） ，控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個 8 位口（稱為段數據口） ，為了防止閃爍，顯示的時間在 12ms。lcd 是低電壓驅動，極微小

42、功耗，與 cmos 功耗電路可直接匹配，此外其極薄的扁平結構在極亮的環(huán)境光下使用，以及信息容量大，生產容易等，都充分顯示了它的優(yōu)越性能。但是液晶顯示一個最大的缺點，是工作溫度范圍較窄，特別是低濕范圍不夠，液晶顯示器不宜施加直流電壓，一般來說，使用液晶顯示信息，需要液晶材料或器件，相應的驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三者統(tǒng)一。但在本設計中需要使用液晶顯示。1602lcd 主要技術參數：顯示容量為 162 個字符；芯片工作電壓為4.55.5v；工作電流為 2.0ma(5.0v)；模塊最佳工作電壓為 5.0v；字符尺寸為2.954.35(wh)mm。1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點

43、陣型液晶模塊，能夠同時顯示 16x02（2 行，每行 16 個）即 32 個字符，如圖 25 為 lcd1602 引腳排列圖：1 腳：vss 為電源地。2 腳：vcc 接 5v 電源正極。3 腳：v0 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會 產生“鬼影”，使用時可以通過一個 10k 的電位器調整對比度） 。4 腳：rs 為寄存器選擇，高電平選擇數據寄存器、低電平選擇指令寄存器。5 腳：rw 為讀寫信號線，高電平讀操作，低電平寫操作。6 腳：e(或 en)端為使能端。714 腳：db0db7 為 8 位雙向數據端?；趩纹瑱C的家庭防盜報警系統(tǒng)設計13

44、1516 腳：空腳或背燈電源。15 腳背光正極，16 腳背光負極。圖 25 lcd16022.5 時鐘芯片 ds1302 的介紹ds1302 是一種高性能、低功耗、帶 ram 的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 2.5v5.5v。采用三線接口與 cpu 進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 ram 數據。具有主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供對備用電源進行涓細電流充電的能力。ds1302 引腳排列如圖 26 所示：1、8 腳：vcc2 為主電源 vcc1 為后備電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行；

45、ds1302 由 vcc1 或 vcc2 兩者中的較大者供電；當 vcc2 大于 vcc1+0.2v 時，vcc2 給 ds1302 供電。當 vcc2 小于 vcc1 時，ds1302 由vcc1 供電。2、3 腳：x1 和 x2 是振蕩源，外接 32.768khz 晶振。5 腳：rst 是復位/片選線，通過把 rst 輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。rst 輸入有兩種功能：rst 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；rst 能終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送。當 rst 為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對 ds1302 進行操作。傳送過程中 rst 置為低電平，終止此

46、次數據傳送，i/o 變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，vcc2.0v 之前，rst 必須保持低電平。只有 sclk為低電平，才能將 rst 置為高電平?；趩纹瑱C的家庭防盜報警系統(tǒng)設計146 腳：i/o 為串行數據輸入輸出端(雙向)。7 腳：sclk 為時鐘輸入端。圖 26 ds13022.6 外擴存儲器 at24c02 的介紹at24c02 為 2k 位串行 cmos eeprom，內部含有 256 個 8 位字節(jié)，有一個 16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過 i2c 總線接口進行數據和地址的傳輸，總線數據傳送協議 i2c 規(guī)定任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器，任何從總線接收數據的器件為接收器，數據傳送

47、是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的，主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數據的模式，通過器件地址輸入端 a0、a1 和 a2 可以實現將最多 8 個 at24c02 器件連接到總線上。如圖 27 為 at24c02 引腳排列圖：1、2、3 腳：器件地址輸入端。輸入腳用于多個器件級聯時設置器件地址，懸空時默認值為 0。當使用 at24c02 時最大可級聯 8 個器件。5 腳：sda 串行數據/地址。雙向串行數據/地址管腳用于器件所有數據的發(fā)送或接收，sda 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或（wire-or） 。6 腳：scl 串行時

48、鐘。串行時鐘腳用于產生器件所有數據發(fā)送或接收的時鐘。7 腳：wp 寫保護。wp 管腳連接到 vcc，內容都被寫保護為只讀。當 wp 管腳連接到 gnd 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。at24c02 的極限參數：工作溫度工業(yè)級-55+125；商業(yè)級 0 +75；貯存溫度-65+150；各管腳承受電壓-2.0+2.0v；vcc 管腳承受電壓-2.0 +7.0v；封裝功率損耗（ta=25）1.0w；焊接溫度(10 秒) 300；輸出短路電流100ma。at24c02 的特性如下：數據線上的看門狗定時器；可編程復位門欄電平；高數據傳送速率為 400khz 和 1c 總線兼容；2.7v 至 7v

49、的工作電壓；低功耗 cmos基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計15工藝；16 字節(jié)頁寫緩沖區(qū)；片內防誤擦除寫保護；高低電平復位信號輸出；100 萬次擦寫周期；數據保存可達 100 年；商業(yè)級、工業(yè)級和汽車溫度范圍。圖 27 at24c023 系統(tǒng)硬件設計3.1 用戶端探測器設計本系統(tǒng)采用復合式傳感器對每路的信號進行檢測。此傳感器由一個熱釋電紅外探測器和一個振動位移傳感器構成，兩個傳感器通過一個或非門連在一起，任何一個傳感器接收到報警信號，單片機都會做出反應。這樣的設計增加了安全性，減少了漏報的可能性。對于每一路的信號探測輸入電路如圖 31 所示。而 16 路檢測信號用到了 2 片 4 輸入雙與非

50、門 74ls20 和 4 輸入或非門 74ls25，每 4 路信號相與取非后對 4 路與非門輸出取或非。檢測信號正常情況下為高電平，當一路或者多路信號異常，即跳低電平時，或非門輸出低電平，下降沿對外部中斷 0 申請中斷，同時74ls373 le 端低電平鎖存 dn 端信號。外部中斷 0 中斷程序掃描 p2.0、p2.1，分別置低電平，74ls373 為 oc 低電平時，qn 端輸出鎖存的信號。16 路檢測信號輸入電路的設計如圖 32 所示。 sgd123傳傳傳傳47uc4vcc247uc510kr1110kr12gndc647ugnd12345傳傳傳傳傳傳傳q29014c1910u56kr19

51、gndvcc200kr0231u5a74ls02圖 31 檢測信號電路的設計基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計16oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u674ls373oc1c111d31q22d42q53d73q64d84q95d135q126d146q157d177q168d188q19u774ls373g3a1b2c4d5y674ls251y62y81a11b21c41d5nc3gnd72a92b102c122d13vcc14nc1174ls201y62y81a11b21c41d5nc3gnd72a92

52、b102c122d13vcc14nc1174ls2012345678gndxp1gnd12345678gndxp2gndvccp2.0p2.1vccgndvccgndgndvcc1k*161k*8p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.7p0.0into8傳傳傳傳傳傳傳傳傳8傳傳傳傳傳傳傳傳圖 32 16 路檢測信號輸入電路的設計3.2 lcd 顯示電路設計lcd 顯示器的種類繁多，安排列形狀可分為字段型、點陣字符型和點陣圖形型。在單片機應用系統(tǒng)中，常使用點陣字符型 lcd 顯示器。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖

53、形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、pda 移動通信工具等眾多領域。lcd 顯示電路結構如圖 33 所示。1602 的驅動程序包含讀顯示模塊狀態(tài)（duzt） 、讀數據(dusj)、寫狀態(tài)(xiezt)和寫數據(xiesj)，接口為 a?；趩纹瑱C的家庭防盜報警系統(tǒng)設計17 p0.1p0.2p0.3p0.4p0.5p0.6p0.0p0.7gnd1vcc2vo3rs4r/w5en6d07d18d29d310d411d512d613d714bgvcc15bggnd16u4lcd1602vccgndp2.7p2.

54、6p2.5rpvccgndvccgnd 圖 33 lcd 顯示電路圖3.3 報警執(zhí)行電路設計針對聲光報警實現，設計了一種實用化的基于單片機 at89c51 的報警執(zhí)行電路。此電路接受單片機傳送來的電平信號，驅動聲光報警從而達到報警效果。采用紅色發(fā)光二極管和壓電式蜂鳴器完成聲光報警。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。當接通電源后,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5khz 的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。驅動電路通過 p3.4 口將高電平信號送至放大電路然后傳給蜂鳴器，從而達到聲音報警的效果。驅動電路又通過 p3.7 口將低電平信號送至紅色發(fā)光二極管

55、的陰極，從而達到光報警的效果。聲光報警電路結構如圖 34 所示。 vcc1傳傳傳4kr6q5npngndgndp3.4speaker4kr7d3vccd4d9d8d7led傳led傳led傳led傳220r17220r8220r9220r10vccp3.7 圖 34 報警執(zhí)行電路圖基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計183.4 時鐘電路設計為實現精確的時鐘功能并節(jié)省單片機 i/o 口資源，該設計使用專用的接口方式為串行的時鐘芯片 ds1302，該芯片線路簡單、體積小、易于操作，且價格低廉。ds1302 與單片機之間能簡單的采用同步串行方式進行通信，僅需用到三個口線：rst，i/o，sclk。x1

56、和 x2 是振蕩源，外接 32.768khz 晶振。rst 是復位/片選線，通過把 rst 輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。 rst 輸入有兩種功能：首先， rst 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器；其次，rst 提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據的傳送手段。當rst 為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對 ds1302 進行操作。如果在傳送過程中 rst 置為低電平，則會終止此次數據傳送， i/o 引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在 vcc2.0v之前，rst 必須保持低電平。只有在 sclk 為低電平時，才能將 rst 置為高電平。ds1302 存在時鐘精度不高，易受環(huán)境影響

57、，出現時鐘混亂等缺點。ds1302 可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。 ds1302 工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于 1mw。如圖 35 所示時鐘電路。ds1302 驅動程序分為讀時間（get1302）和設置時間（set1302）,時間數據直接放入內存 40h47h 或者從內存 40h47h 讀取。 gnd22pfc1112332768hzxtal22pfc12gndvccp1.6p3.6p1.73.6vbt2gndvccx1sclkvccx2gndds1302io10111213141516rst17圖 35 時鐘電

58、路圖3.5 晶振與復位電路設計通過振蕩得到一個穩(wěn)定的時鐘頻率。利用中斷方式可以實現報警持續(xù)時間未到基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計1910 秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2 應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。復位則是通過某種方式, 使單片機內各寄存器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行

59、出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復位鍵重啟機器。單片機在時鐘電路工作以后, 在 rst 端持續(xù)給出 2 個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為 12mhz 時，則復位信號持續(xù)時間應不小于 2us。復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及“看門狗”復位三種類型。“看門狗”電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復位以及對程序運行進行監(jiān)控，防止程序“跑飛”而出現死機而設計的電路8。晶振與復位電路如圖 36 所示。 y112m hz12c1030p12c930pgndx1x2 220r3sb17vccgnd4kr430uc3rstea 圖 36 晶振與復位

60、電路圖3.6 電源電路設計本系統(tǒng)電源電路原理圖如圖 37 所示，系統(tǒng)的電源采用 220v 交流供電。電網的 220v 交流電經橋路整流，電容濾波，送入 7805、7809 和 7812 的輸入端，最后基于單片機的家庭防盜報警系統(tǒng)設計20輸出 5v、9v 和 12v 的直流電。在電源的兩端并聯的大電容和小電容起濾波作用。大電容是濾除低頻，小電容是濾除高頻。在其兩端再并入同系列的大小電容可獲得很寬頻率范圍的濾波特性。下面對三端集成穩(wěn)壓器的作簡單的介紹。輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 7800系列組成的電源,cw7800/cw78m00/cw78l00 系列的最后兩位數字表示該集成穩(wěn)壓器的輸出電壓值。