智能家居防盜報警系統(tǒng)的設計

1、摘 要隨著科技的飛速發(fā)展，人們的工作、生活中涌現(xiàn)出各種各樣的科技產(chǎn)品，其中的電子產(chǎn)品更是花樣繁多、遍及工作、生活的方方面面。智能家居防盜報警系統(tǒng)是近年來發(fā)展極為迅速、應用面極廣的防盜報警控制系統(tǒng)，它具有控制能力強、操作方便靈活、可靠性高、適應能力強的特點。本文介紹了一款易于擴展的基于單片機的家居智能防盜報警系統(tǒng), 用較低的成本實現(xiàn)家居的高安全性。主要由AT89C52單片機、熱釋電傳感器、信號處理電路、蜂鳴器語音報警電路、LED顯示電路等部分組成。系統(tǒng)主要功能是防盜報警,它由熱釋電傳感器作為探測器,將信號輸入單片機中，判斷是否有危情，若有則利用蜂鳴器報警。中斷申請后再查詢的方式使系統(tǒng)的誤報率有效

2、降低，并使系統(tǒng)的可靠性大為增強，因而在智能家居防盜報警系統(tǒng)中極具發(fā)展前景。本文給出了該家居防盜報警系統(tǒng)的硬件組成，闡述了系統(tǒng)工作方式，并給出主程序和子程序的流程圖。關鍵詞：單片機；防盜報警；傳感器AbstractWith the rapid development of science and technology, all kinds of products emerge in peoples work and life including various electronic products. The system of intellectual home anti-theft alar

3、m is an anti-theft alarm control system which has developed very quickly in recent years and is applied widely.This characters of the system is the enough ability to control, convenient and flexible to operate, high reliability and adaptability.This paper introduces a set of intellectual home anti-t

4、heft alarm system based on microcontroller with lower cost to achieve the high-security home environment. It mainly consists of four parts which are the AT89C52, the pyroelectric sensor, signal processing circuit, alarming circuit by buzzer,displaying circuit by LED and so on. The main function of t

5、his system is to alarm when the home is in danger. It uses the pyroelectric sensor as a detector,transports the signal into the microcontroller to tell whether the home is dangerous.If the home is in danger ,the system would alarm by buzzer. Due to the design of the inquiries of interruption before

6、the usage of query, the false alarm rate is reduced effectively and the reliability of the system is greatly increased,which is applied widely in the anti-theft alarm system of intellectual home. The paper gives the hardware components of the system, illustrates the work way of the system, and gives

7、 the flow chart of main program and subroutine.Key words: Microcontroller; Anti-theft Alarm; Sensor目 錄1 緒論.11.1 智能家居防盜報警系統(tǒng)的國內外發(fā)展狀況.11.1.1 智能家居防盜報警系統(tǒng)概述.11.1.2 智能家居報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.11.1.3 智能家居報警系統(tǒng)在我國的發(fā)展情況.21.2 開發(fā)智能家居報警系統(tǒng)的現(xiàn)實意義和應用前景.21.3 研究本課題的目的及意義.31.4 本文開展的主要工作.42 系統(tǒng)整體方案設計.52.1 系統(tǒng)概述.52.2 系統(tǒng)硬件要求及設計.52.2.1

8、 系統(tǒng)硬件的要求.52.2.2 系統(tǒng)硬件的設計.52.3 系統(tǒng)軟件要求及設計.62.3.1 系統(tǒng)軟件設計要求及注意事項.62.3.2 系統(tǒng)軟件設計.62.4 本章小結.73 智能家居防盜報警系統(tǒng)硬件設計.93.1 PROTEL概述.93.2 系統(tǒng)主控模塊設計.103.2.1 AT89C52系列單片機介紹.113.2.2 主控電路的設計.113.3 信號采集部分的設計.133.3.1 熱釋電紅外傳感器介紹.133.4 信號處理部分的設計.153.5 報警部分的設計.163.5.1 蜂鳴器介紹.163.5.2 報警電路.183.6 LED數(shù)碼顯示部分設計.193.7 鍵盤電路的設計.213.8 本

9、章小結.224 智能家居防盜報警系統(tǒng)軟件設計.234.1 匯編語言的介紹.234.2 系統(tǒng)主程序設計.244.3 系統(tǒng)子程序設計.254.3.1 報警子程序的設計. .254.3.2 鍵盤子程序的設計.264.3.3 時間子程序的設計.274.3.4 LED顯示子程序的設計284.4 本章小結 .28結 論 .31致 謝.32參 考 文 獻.33附錄A 英文原文.34附錄B 中文翻譯.40附錄C 電路原理圖.45附錄D 部分程序清單.461 緒論隨著我國國民經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高，全國各地眾多的現(xiàn)代小區(qū)如雨后春筍般涌現(xiàn)，各種高檔用品（如汽車，電腦）也大量進入人們的生活。但各種不安全因素也

10、不斷出現(xiàn)，人為惡意侵害也正在增長（如入室盜竊搶劫）。這些都對人們的正常生活造成了不良影響，同時也帶來了各種安全隱患。所以需要設計實現(xiàn)一種智能的家居防盜報警系統(tǒng)來最大限度的減小因此而產(chǎn)生的損失。1.1 智能家居防盜報警系統(tǒng)的國內外發(fā)展狀況1.1.1 智能家居防盜報警系統(tǒng)概述住宅智能化系統(tǒng)的概念是從上世紀70年代末起源于美國，隨后，歐洲、日本等國家住宅智能化也得到了飛速發(fā)展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末住宅智能化系統(tǒng)進入國內，但其發(fā)展的速度非?？?，全國已建立了一些具有一定智能化功能的住宅小區(qū)和家庭智能化住宅。智能家居防盜報警系統(tǒng)是指利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、綜合布線技

11、術，通過實時監(jiān)測讓家居生活更加舒適、安全。智能家居防盜報警不僅具有傳統(tǒng)的功能，提供舒適安全的生活空間，其提供的安全性更讓人們的生活具有效率；將原本被動的、靜止的結構轉變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ撸瑤椭彝崟r監(jiān)測有無可疑人物，優(yōu)化人們的生活方式，甚至節(jié)約人力、財力和資金。智能家居防盜報警系統(tǒng)的基本目標是：實時監(jiān)測家中是否有盜情，若有盜情出現(xiàn)時，可以利用單片機實現(xiàn)電話報警或者就在本地蜂鳴器語音報警。1.1.2 智能家居防盜報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢中國的智能家居報警行業(yè)興起于九十年代的末期。隨著人民的生活水平越來越高，以及一浪高過一浪的房地產(chǎn)熱潮，中國的智能家居報警行業(yè)取得了更加迅猛的發(fā)展并日益滲透到平

12、常百姓的生活當中?，F(xiàn)在人們的生活追求個性化、自動化，追求快節(jié)奏，追求充滿樂趣的生活方式，家居要求的檔次越來越高，生活家居要求一種人性化、智能化。智能電子技術在現(xiàn)實生活中的智能家居電子產(chǎn)品中得到廣泛應用。特別是計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、信息控制技術的迅猛發(fā)展與提高，促使家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技己經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，智能化家居報警系統(tǒng)也正是在這種形勢下應運而生的。智能家居防盜報警系統(tǒng)的日漸興起給人們的家居生活帶來了全新的安全感受，利用智能家居防盜報警系統(tǒng)已成為一種趨勢。1.1.3 智能家居防盜報警系統(tǒng)在我國的發(fā)展情況在

13、我國，2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程項目實施方案中，將建設智能化小康示范小區(qū)列入國家重點發(fā)展方向。這必然促使智能化從智能大廈建設向智能化住宅小區(qū)，乃至向家居智能化方向發(fā)展，而智能家居防盜系統(tǒng)是智能家居必不可少的組成部分。建設部要求“到2010年，大中城市中60%的住宅要實現(xiàn)智能化”。到2010年，我國超過70%的家庭將有互聯(lián)網(wǎng)入網(wǎng)設備，50%以上家庭會有多臺上網(wǎng)設備。1999年，我國經(jīng)貿委牽頭，成立了家庭信息網(wǎng)絡技術委員會。該委員會制訂了關于將家庭信息網(wǎng)絡技術的體系研究和產(chǎn)品開發(fā)方面的國家技術創(chuàng)新專項計劃。進入二十一世紀后，中國加快了網(wǎng)絡家庭發(fā)展的步伐，許多廠商紛紛推出了數(shù)字家庭的樣板間

14、設想。自從2000年LG電子推出了世界上第一臺通過互聯(lián)網(wǎng)相連的“互聯(lián)網(wǎng)冰箱”后，國內電子廠家紛紛跟進，在此情形下家居的安全因素已成為某些行業(yè)內關注的焦點。1.2 開發(fā)智能家居防盜報警系統(tǒng)的現(xiàn)實意義和應用前景 現(xiàn)階段開發(fā)智能家居報警系統(tǒng)具有一定的現(xiàn)實意義。一方面由于眾多的盜竊事件層出不窮，這就需要有一套良好的家庭報警系統(tǒng)來保護人們的物質財產(chǎn)。另一方面，現(xiàn)在市場上銷售的報警系統(tǒng)，功能單一，報警方式簡單，不能滿足人們的要求 ，所以也呼吁更好的報警系統(tǒng)出現(xiàn)。一般的防盜系統(tǒng)以其獨特的特點使得不適合家用，其特殊性為：針對特殊的部門進行設計。目前，絕大部分的防盜系統(tǒng)都是針對銀行或政府等部門進行設計，此類防盜

15、系統(tǒng)大多只有一道性能很好、不易破壞的防盜門。然而，家用防盜系統(tǒng)除了必須具備的防盜門功能以外，還必須同時具備防止竊賊破窗而入的功能。為了保證銀行存有的大量現(xiàn)金及政府部門存有很多機密文件，防盜系統(tǒng)必須具有很高的安全性，此安全性大大超過了普通家庭防盜的需要，系統(tǒng)的價格及維護成本也不易被老百姓所接受。此類防盜系統(tǒng)大多需要同時建立一個能夠獨立供電的體積龐大的備用電源系統(tǒng)，以防止主用電源被破壞時防盜系統(tǒng)癱瘓。這無法在家用防盜系統(tǒng)中實現(xiàn)。竊賊行竊時，只有選擇“破門”或“破窗”這兩種方法之一，其特點如下：破門：竊賊破門的方法一般只有兩個，其一：隨身攜帶大量鑰匙或其他開鎖工具，用試探的方法打開門而不破壞門鎖；其

16、二：采用暴力的方式破壞門，此時一般采用的方法就是撬門，門變形以后門鎖自然打開。破窗：此類方法較多發(fā)生在夜間或者主人外出的時間里。因此，只要能檢測非正常開門或者非正常開窗，就能檢測出是否有竊賊入室?；谝陨显?，本文介紹一種適合家庭使用、安全性高且成本較低的防盜系統(tǒng)的設計方法。人類在追求高度物質文明的同時，更加追求環(huán)境綠色化、生活信息化，安全、舒適、方便、現(xiàn)代的家居環(huán)境已成為21世紀居家生活的象征。進入21世紀，日新月異的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時空界限，計算機網(wǎng)絡和層出不窮的信息技術，改變了人類的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影響著人類的思維必將受到信息技術的沖擊和影響，傳統(tǒng)

17、住宅已不模式和生存狀態(tài)。住宅作為人類生存的物質基礎，能滿足現(xiàn)代社會對其使用功能及其所能提供的環(huán)境的更高要求，未來住宅應是高科技與傳統(tǒng)技術的有機融合體：不僅功能齊全、居住舒適、使用方便、而且安全節(jié)能，有益人類健康和自然生態(tài)環(huán)境。智能家居防盜報警系統(tǒng)是智能家居技術創(chuàng)新的必然趨勢。20世紀80年代，信息技術飛速發(fā)展，特別是計算機互聯(lián)網(wǎng)(取TERNET)技術、計算機集成制造技術(CIM)更是得到了驚人的發(fā)展，人類從此開始進入知識經(jīng)濟時代。從智能家居的發(fā)展進程看，它經(jīng)歷了單一專用系統(tǒng)、多功能系統(tǒng)、部分集成系統(tǒng)、一體化的集成管理系統(tǒng)等幾個階段，每個階段都是技術創(chuàng)新的成果。智能家居報警系統(tǒng)建設是智能家居的重

18、要組成部分，而智能家居我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的組成部分。我國人口眾多，地大而物不博，以快速竭盡自然資源和惡化生態(tài)環(huán)境為代價的粗放型產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展模式已不符合知識經(jīng)濟時代的要求。中國21世紀議程提出了我國人居環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的總方向。在保持住宅產(chǎn)業(yè)高速增長的前提下，實現(xiàn)資源的綜合利用和環(huán)境質量的不斷改善，實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。智能家居首先著眼于人居環(huán)境的所有社會功能，著眼于現(xiàn)實與未來的平衡，在可持續(xù)發(fā)展方面起先導和示范作用；節(jié)約能源，節(jié)省建材和配套器材等消耗型資源；以人為本，創(chuàng)造人與環(huán)境的和諧空間。總之，建設智能家居防盜報警系統(tǒng)具有時代的前瞻性，順應了當今信息社會的潮流，對進一步提高居民生活水平和生活

19、質量以及家居的安全性具有非常重要的意義?？梢?，智能家居防盜報警系統(tǒng)具有非常廣闊的發(fā)展前景。1.3 研究本課題的目的及意義現(xiàn)代社會，商品經(jīng)濟競爭日益激烈，工作節(jié)奏不斷加快。對于全身心狡入競爭的人們，家務工作方面必然力不從心，家居防盜報警因此就顯得尤為重要。智能家居防盜報警系統(tǒng)可以提供智能警戒，使家庭主人對家居安全方面更放心。還提供舒適健康的環(huán)境，在沒有人的情況下可以實時監(jiān)視室內是否有可疑人物出現(xiàn)，增強了住戶無人在家時的安全感，使人們能夠全身心地投入工作，從而提高生活質量。一切發(fā)明和創(chuàng)造都是為了人類的生活更加方便和舒適。住宅智能化控制的開發(fā)與建設是21世紀發(fā)展的必然趨勢。由于信息技術的大力普及和應

20、用，極大推動住宅小區(qū)智能化建設的進程，更為住宅小區(qū)智能化提供了可靠的技術保障，實施起來更加容易和簡捷。智能家居報警系統(tǒng)系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化、個性化的獨特魅力，它對于改善現(xiàn)代人類的生活質量，創(chuàng)造舒適、安全、便利的生活空間有著非常重要的意義。國家智能家居建設綱要對于智能家居報警系統(tǒng)的要求：住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程功能要求，按不同標準，應分別做到以下功能：(l)出入口管理及周界防越報替；(2)閉路電視監(jiān)控；(3)對講與防盜門控；(4)住戶報警；(5)巡更管理；1.4 本文開展的主要工作本文共分四章，具體內容如下：第一章為緒論。主要介紹了家居防盜報警系統(tǒng)的現(xiàn)狀及國內外的發(fā)展趨勢，在

21、我國的發(fā)展狀況，家居報警系統(tǒng)研究的現(xiàn)實意義和應用前景，以及研究本課題的意義和目的。第二章為家居防盜報警系統(tǒng)的總體設計方案。指出智能家居防盜報警系統(tǒng)主要是利用人體感應模塊進行單片機中斷實現(xiàn)智能報警的功能。其次簡述了硬件方案的要求及設計和組成框圖，最后說明了系統(tǒng)軟件設計的要求及方案的可行性。第三章為家居防盜報警系統(tǒng)硬件電路的具體設計方案。詳細地介紹了AT89C51單片機和熱釋電紅外傳感器以及外圍電路設計，包括傳感器信號處理電路的設計、報警電路的設計、LED數(shù)碼管顯示電路的設計。第四章為家居防盜報警系統(tǒng)軟件的具體設計方案。首先對匯編語言作了詳細的介紹，然后介紹了系統(tǒng)主程序的設計方案及流程圖，最后介紹

22、了各個子程序的設計方案及流程圖。 最后總結了全文的工作。2 系統(tǒng)整體方案設計智能家居防盜報警系統(tǒng)的基本目標是，在家中安裝檢測設備實時監(jiān)測是否有可疑人物，若有則利用單片機中斷驅動蜂鳴器報警，智能家居防盜報警系統(tǒng)的開發(fā)設計方案是參照國內外相關技術的發(fā)展狀況，根據(jù)我國住宅的實際情況及使用者的需要來確定的。2.1 系統(tǒng)概述人體感應模塊主要采用熱釋電傳感器PIR-D203S，當有任何人非法侵入傳感器警戒范圍內，傳感器檢測到人體移動時輸出信號，再通過信號處理電路，以使AT89C52產(chǎn)生中斷，然后輸出高電平使蜂鳴器鳴笛報警，同時顯示電路記錄非法侵入的時間。2.2 系統(tǒng)硬件要求及設計2.2.1 系統(tǒng)硬件的要求

23、1.小區(qū)物業(yè)管理智能化系統(tǒng)的硬件有信息網(wǎng)絡、計算機、公用設表和電子器材等。系統(tǒng)硬件應具有先進性，避免短期內因技術陳舊造成能不高和過早淘汰。2.在充分考慮先進性的同時，硬件系統(tǒng)應立足于用戶對整個系統(tǒng)的應優(yōu)先選擇先進、適用、技術成熟，最大限度地發(fā)揮投資效益。3.無論是系統(tǒng)設備還是網(wǎng)絡拓撲結構，都應具有良好的開放性。的是實現(xiàn)設備資源和信息資源的共享。因此，單片機本身應具有提供標準接口，用戶可根據(jù)需求，對系統(tǒng)進行拓展或升級。4.單片機選擇和相關產(chǎn)品的選擇要以先進性和適用性為基礎，兼容性.系統(tǒng)設備應優(yōu)先選擇根據(jù)己有國際標準設計、生產(chǎn)的標準化設兼容性差造成系統(tǒng)難以升級或拓展。5.隨著社會的不斷發(fā)展和進步，

24、住宅小區(qū)物業(yè)管理智能化系統(tǒng)的化程度會不斷擴大和提高，用戶的需求會不斷變化。因此，系統(tǒng)的硬件應具有可升級性1。2.2.2 系統(tǒng)硬件的設計智能家居防盜報警系統(tǒng)總體結構如圖2.1所示。主要包括中央控制器、人體感應模塊、信號處理模塊、蜂鳴器報警模塊、LED 顯示模塊。鍵盤開關主要用來控制該系統(tǒng)處于何種狀態(tài)以及對時間的調整和時間的顯示。人體感應模塊采用紅外熱釋電傳感器采集的信號，信號經(jīng)處理電路，產(chǎn)生低電平使單片機產(chǎn)生中斷，然后單片機I/O口輸出高電平驅動壓電式蜂鳴器鳴笛報警，同時記錄報警的時間。89C52CPU人體感應模塊信號處理鍵盤控制顯示電路報警電路.圖2.1 系統(tǒng)硬件總體結構框圖2.3 系統(tǒng)軟件要

25、求及設計2.3.1 系統(tǒng)軟件設計要求及注意事項系統(tǒng)軟件是智能家居防盜報警系統(tǒng)的核心，它的功能好壞直接關系到系統(tǒng)的水平，因此對該系統(tǒng)軟件設計要求如下：(1)系統(tǒng)軟件應具有很高的可靠性和安全性；(2)系統(tǒng)軟件應具有功能上的可擴充性。另外系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)的控制功能而設計的，在本系統(tǒng)中，軟件設計應注意以下幾點:(1)軟件結構按功能要求模塊化，子程序化，便于調試，鏈接與修改。(2)合理分配引腳，合理使用中斷。(3)程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)要合理規(guī)劃，既要節(jié)約存儲空間，又要使程序簡單。(4)編寫程序注意規(guī)范化，適當作出注釋，以便于交流。(5)采用必要的軟件抗干擾措施，提高系統(tǒng)運行的可靠性2。2.3.2 系統(tǒng)軟

26、設計該系統(tǒng)軟件采用匯編語言開發(fā),主要由查詢和中斷兩部分組成。開機后，在主程序中完成對各寄存器、存儲單元、定時器、各中斷源、串口波特率設置及I/O口的初始化，通過判斷各端口的狀態(tài)產(chǎn)生不同的標志，分別調用不同的處理子程序，實現(xiàn)控制任務，其中包括三個主要子程序:(1)報警子程序。判斷是否報警，采用蜂鳴器進行語音報警。 (2)延時子程序。傳感器檢測有信號輸出時，系統(tǒng)需要進行判斷是不是有可疑人物出現(xiàn)，即通過延時檢測，如果傳感器繼續(xù)輸出信號，則進行報警3。(3)顯示時間子程序。若有可疑人物出現(xiàn)，單片機報警并記錄其時間。主程序流程圖如圖2.2所示。布防開？開始有中斷？延時P3.2=0？蜂鳴器報警記錄報警時間

27、結束系統(tǒng)初始化 否是是否否是 圖2.2 主程序流程圖2.4 本章小結本章首先說明了系統(tǒng)的總體方案，指出智能家居防盜報警系統(tǒng)主要是利用人體感應模塊通過單片機中斷實現(xiàn)智能報警的功能。其次簡述了硬件方案的要求及設計和組成框圖。本章的最后說明了系統(tǒng)軟件設計的要求和方案的可行性以及程序設計流程圖。3 智能家居防盜報警系統(tǒng)硬件設計智能家居防盜報警系統(tǒng)由紅外熱釋電傳感器、蜂鳴器和主控單片機組成，鍵盤開關主要用來控制該系統(tǒng)處于何種狀態(tài)以及對時間的調整和時間的顯示。紅外熱釋電傳感器采集的信號經(jīng)處理電路，產(chǎn)生低電平使單片機產(chǎn)生中斷，單片機I/O口輸出高電平驅動壓電式蜂鳴器鳴笛報警，同時記錄報警的時間。該設計的硬件

28、電路主要采用Protel 99SE軟件來繪制的。3.1 PROTEL概述電路設計自動化EDA指的是將電路設計中各種工作交由計算機來協(xié)助完成。如電路圖的繪制，印刷電路板文件的制作執(zhí)行電路仿真等設計工作。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的使用是電路走線愈加精密和復雜。電子線路CAD軟件產(chǎn)生了，PROTEL是突出的代表，它操作簡單、易學易用、功能強大。Protel99SE是應用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯(lián)網(wǎng)設計，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可

29、編程邏輯器件設計等工作，可以設計32個信號層，16個電源-地層和16個機加工層。一、Protel 99 SE的系統(tǒng)組成按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99SE主要包含以下倆大部分和6個功能模塊。1.電路工程設計部分(1)電路原理設計部分（Advanced Schematic 99）：電路原理圖設計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）和各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。(2)印刷電路板設計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設計系統(tǒng)包括印刷

30、電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。(3)自動布線系統(tǒng)（Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設計的自動化。2.電路仿真與PLD部分(1)電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。(2)可編程邏輯設計系統(tǒng)（Advanced PLD 9

31、9）：可編程邏輯設計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設計達到最簡化。(3)高級信號完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數(shù)、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。二、Protel99SE 的功能特性:1.開放式集成化的設計管理體系；2.超強功能的、修改與編輯功能；3.強大的設計自動化功能4。3.2 系統(tǒng)主控模塊設計防盜報警系統(tǒng)主要用于當

32、發(fā)現(xiàn)有人非法侵入(如盜竊、搶劫)，及時發(fā)出報警信號，使住戶的家庭免受侵害。1.防盜報警系統(tǒng)的設備組成：防盜報警系統(tǒng)設備包括、人體移動探測器（人體感應模塊）、布防開關、單片機控制器、報警蜂鳴器及顯示電路等。防盜報警系統(tǒng)的防護區(qū)劃分:防盜報警的防護區(qū)域為住宅內區(qū)域防護。住宅內區(qū)域防護是指在住宅室內人們活動的區(qū)域，如住宅重要的房間、主要的通道等。2.防盜報警系統(tǒng)工作狀態(tài)的設定：防盜報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)有兩種，即布防狀態(tài)、撤防狀態(tài)可以跟據(jù)需要對防盜報警系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行相應設定。1)布防狀態(tài):適用于家中無人時，住宅內區(qū)域防護的防盜報警設備(紅外探測器、紅外/微波雙鑒器)設防。當有任何非法侵人時，可被各種

33、探測器發(fā)現(xiàn)，通過單片機中斷控制進行控制報警揚聲器(警鈴)，以警示小區(qū)物業(yè)保安部門。2)撤防狀態(tài):撤防狀態(tài)適用于家中有人活動時。住宅內區(qū)域防護的防盜報警設備(紅外探測器、紅外/微波雙鑒器)撤防，這樣可以保證家人在家的正?；顒佣粫|動報警。3.2.1 AT89C52系列單片機介紹AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52

34、單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。AT89C52單片機各引腳圖如圖一所示：圖3.1 AT89C52單片機引腳圖單片機是典型的嵌入式系統(tǒng)，從體系結構到指令結構系統(tǒng)都是按照嵌入式應用特點專門設計的，能最好的滿足面對控制對象，應用系統(tǒng)的嵌入，現(xiàn)場的可靠運行以及非凡的控制品質要求。因

35、此，單片機是發(fā)展最快，品種最多，數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)5,6。3.2.2 主控電路的設計選用AT89C52單片機作為主控制器，如圖3.2所示。P3.2(INT0)連接防盜探測器即紅外傳感器，用來檢測盜情，如果盜情發(fā)生，觸發(fā)外部中斷INT0。P1.0連接蜂鳴器報警電路，實現(xiàn)語音報警。P2.3連接控制開關，通過實時查詢P2.3的狀態(tài)來決定單片機工作在何種狀態(tài)，如果P2.3輸入高電平，則整個防盜報警系統(tǒng)處于布防狀態(tài)，一旦有中斷響應就使P1.0輸出高電平啟動蜂鳴器報警，否則處于撤防狀態(tài)。P1.0連接蜂鳴器報警電路。P2.3、P2.2、P2.1、P2.0設置四個輸入開關，P2.3是用來設置報警系統(tǒng)工作在何

36、種狀態(tài)，當P2.3輸入高電平時（開關斷開）系統(tǒng)處于布防狀態(tài)即一旦有外部中斷申請單片機就啟動蜂鳴器報警；當P2.3是低電平時，單片機工作在測防狀態(tài)。P2.2是用于控制顯示時鐘（時、分）還是顯示報警時間的，當P2.2輸入是低電平時（即開關閉合）就顯示蜂鳴器報警時間，否則就顯示時鐘。P2.1,P2.0使用來進行對時間的調整，一旦系統(tǒng)復位，時間是從00時00分開始計時，需要對時間進行調整，P2.1是用來調分，P2.0是用來調時的。CPU向字段輸出口（P0口）送出字形碼時，即P0口的D1-D8用于控制段碼輸出，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是那個顯示器亮，則取決于電源端，而這一端是由AT89C52

37、的P2.7-P2.4口控制位碼輸出，即控制數(shù)碼管的公共極 （電源端）。因此就可以通過AT89C52的P2口控制顯示哪一位數(shù)碼管。 AT89C52采用上電自動復位電路，在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)。在通電的瞬間，電容C1通過電阻R9充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。只要電源Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復位初始化。X2(18腳)接外部12MHz晶體和微調電容的一端。在AT89C52片內，它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是12MHz晶體的固有頻率。若需采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。要檢查AT89C52的振蕩電路是否正常工作，可用示

38、波器查看X2端是否有脈沖信號輸出。X1(19腳) 接外部12MHz晶體和微調電容的另一端，在片內，它是振蕩電源電路反相放大器的輸入端，在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。圖3.2 單片機主控電路3.3 信號采集部分的設計3.3.1 熱釋電紅外傳感器介紹熱釋電紅外傳感器為90年代出現(xiàn)的一種新型傳感器件。它專門用來檢測人體輻射的紅外能,用它可以做成主動式(檢測靜止或移動極緩慢的人體)和被動式(檢測運動人體)人體檢測器。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠遠高于熱電偶，其內部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘

39、鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。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。使用時D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為21mm的探測元件。在每個探測器內裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋

40、電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。人體輻射的紅外線中心波長為9-10m，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20m范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10m，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為0.2-20m。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外

41、，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。熱釋電效應同壓電效應類似，是指由于溫度的變化而使晶體表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極，在傳感器監(jiān)測范圍內溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生微弱的電壓v。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q會被空氣中的離子所結合而消失，即當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=O，則傳感器無輸出。人體都有恒定的體溫，一般在37度，人體溫度對外輻射的紅外線波長為9-10m，而高溫物體輻射的波長為3-5m，一般的熱釋電紅外傳感器裝有濾光片，使它對9-10m的波

42、長最敏感，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進行工作的。當人體進入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有T輸出;若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出。所以這種傳感器通過檢測人體或動物的活動來進行傳感。熱釋電紅外傳感器安裝時需要注意一些問題：第一：檢測范圍應盡量準確，確保只有停留在你家門口的人才被紅外探測到，可以利用紅外的探測角度來實現(xiàn)，必要時可以用不透光的紙片在紅外內部遮擋掉部分菲涅爾鏡片的區(qū)域。第二安裝高度最好大于2米，安裝的比較高可以防止被入侵者輕易破壞，而且對于地面活動的小動物不太敏感，可以減少誤報。最后無線紅外安裝時應該向下俯視30度，

43、并且用固定牢固，防止破壞。注意：不要將探測器直對窗口安裝，車燈或過往行人可能引起誤報警，也不要將探測器安裝在有強氣流活動的地方，應定期檢查探測器的性能并注意更換機內電池。用戶應經(jīng)常檢查報警器是否工作正常，并及時清除機殼表面的污跡雜質，以保證監(jiān)測效果。 本文用的熱釋電紅外傳感器是PIR-D203S。它的工作波長是7-14m，平均透過率大于75%，輸出信號2.2V左右，噪聲(Vp-p) 200mV，工作電壓2.0-10V，工作電流8.5-24A。一般來說傳感器不加菲涅爾透鏡，其檢測距離2m左右，而加上光學透鏡后，其檢測距離可大于7m，視角也可加大到 145145度。在使用PIR-D203S時，要注

44、意管腳的彎曲或焊接部位應離開管腳基部4mm以上9,10,11。 3.4 信號處理部分的設計傳感器信號處理部分如圖3.3所示：傳感器接收到的信號經(jīng)晶體管VT1組成的共集級放大器進行電流放大，得到的電流經(jīng)C5進行隔直，讓交流信號通過，再經(jīng)二極管VD1（IN4148）整流，從而驅動晶體管VT2。IN4148具有低的反向漏電流，高穩(wěn)定性的特性，主要應用于高頻小功率電路12。R5和C6組成RC晶振電路，當VT2導通時，此時P3.2輸入低電平產(chǎn)生中斷，延時一段時間后再查詢P3.2是否仍為低電平，如果保持不變則蜂鳴器報警，同時記錄報警時間。用VD2保護后續(xù)電路，當電壓過大時，VD2被反向擊穿。在幾Hz附近，

45、放大器的增益需要70dB左右，單級放大器增益不夠時，可采用多級放大器以確保必要的增益。人體移動產(chǎn)生的輸入信號非常弱時，一般要先用光學系統(tǒng)進行放大。PIR-D203S熱釋電傳感器輸出交流電壓2 .2V左右，在常溫下其工作電壓在2到10V，不加菲涅爾透鏡PIR-D203S的探測距離應該有兩米左右。圖3.3 傳感器信號處理電路晶體管VT1的型號為2SC1815，它是小功率NPN高頻管。當Ic=100mA，Ib=10mA時，集電極與發(fā)射極最大靜態(tài)電壓是1.0V，而基極和集電極的最大靜態(tài)電壓是0.25V，晶體管2SC1815可以使用其它硅NPN小功率三極管替換，其引腳如圖3.4所示：圖3.4 2SC18

46、15引腳圖3.5 報警部分的設計報警部分主要采用壓電式蜂鳴器進行報警，當單片機有中斷產(chǎn)生時，單片機經(jīng)延時使P1.0 口輸出高電平啟動蜂鳴器發(fā)出聲音進行語音報警。3.5.1 蜂鳴器介紹蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型，本文采用壓電式蜂鳴器。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。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后（1.5-15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5-2.5KHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極

47、，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。蜂鳴器的作用就是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器分為有源和無源，蜂鳴器外部結構圖如圖3.5所示，其中a)為有源， b)為無源，這里的“源”不是指電源，而是指震蕩源。也就是說，有源蜂鳴器內部帶震蕩源，所以只要一通電就會鳴叫。而無源內部不帶震蕩源，所以如果用直流信號無法令其鳴叫。有源蜂鳴器往往比無源的貴，就是因為里面多個震蕩電路。有源蜂鳴器是只要通上直流電就會響的，但是它只能是以一種頻率發(fā)出聲音(即單音)；而無源蜂鳴器是需要

48、加上一定頻率的電流才會發(fā)出聲音，且通過改變頻率可以讓它發(fā)出不同的聲音(即音樂)。電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。從圖a)、b)外觀上看，兩種蜂鳴器好像一樣，但仔細看，兩者的高度略有區(qū)別，有源蜂鳴器a)，高度為9mm，而無源蜂鳴器b)的高度為8mm。如將兩種蜂鳴器的引腳郡朝上放置時，可以看出有綠色電路板的一種是無源蜂鳴器，沒有電路板而用黑膠封閉的一種是有源蜂鳴器。迸一步判斷有源蜂鳴器和無源蜂鳴器，還可以用萬用表電阻檔Rxl檔測試:用黑表筆接蜂鳴

49、器 +引腳，紅表筆在另一引腳上來回碰觸，如果觸發(fā)出咔、咔聲的且電阻只有8(或16)的是無源蜂鳴器；如果能發(fā)出持續(xù)聲音的，且電阻在幾百歐以上的，是有源蜂鳴器。本文所使用的是有源蜂鳴器。其工作指標如下：型號：P-C34 ；額定電壓 6V；工作電壓（VDC）3-8；額定電流（mA）15；諧振頻率（KHz）:3.40.5；工作溫度（）:-20-60；存放溫度() :-30-70；音調連續(xù)。 圖3.5 蜂鳴器外部結構圖3.5.2 報警電路報警電路如圖3.6所示。系統(tǒng)工作時單片機在不斷地查詢，當傳感器檢測有偷盜情況發(fā)生時，單片機相應的接口（P3.2口）拉至低電平引起中斷，單片機就立即使P1.0 口輸出高電

50、平啟動蜂鳴器發(fā)出聲音進行語音報警。與此同時，又通過單片機的P0和P2口的LED顯示電路記錄時間，達到系統(tǒng)設計報警并記錄時間的目的。 圖3.6 蜂鳴器報警電路驅動器的輸入端接單片機AT89C52的P1.0。壓電式蜂鳴器約需要10mA的驅動電流，因此，可以用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅動；也可以用一個2SC1815晶體三極管驅動。該設計采用一個2SC1815晶體三極管驅動當單片機檢測到報警信號后向P3.3口發(fā)出低電平信號促使單片機產(chǎn)生中斷，使P1.0輸出高電平。當P1.0輸出高電平1時，晶體管2SC1815導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓，啟動報警電路，蜂鳴器報警。蜂鳴器在報警

51、的同時單片機記錄報警的時間并通過P0,P2口驅動LED顯示報警的時間5，6。當P1.0輸出低電平0時，三極管截止，蜂鳴器停止報警。例如:紅外線傳感器感應到有人進入感應區(qū)時，則向單片機發(fā)送一個低電平，當單片機檢測到這個信號后立即產(chǎn)生中斷向P1.0口發(fā)送一個高電平信號，2SC1815被導通，蜂鳴器發(fā)出警報，LED顯示報警時間。3.6 LED數(shù)碼顯示部分的設計 顯示部分采用LED七段顯示器（俗稱數(shù)碼管），數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9以及小數(shù)點“.”。 其硬件系統(tǒng)如圖3.7所示： P0AT89C52單片機控制器P2列驅動四位LED顯示器 圖3.7 LE

52、D硬件系統(tǒng)的構成系統(tǒng)采用4只共陽極LED數(shù)碼管，可以顯示蜂鳴器報警時間的時、分，還可以顯示正常的時鐘。其電路如圖3.7所示。AT89C52的P0口用于控制段碼輸出，即控制輸出要顯示的時間；P2口控制位碼輸出，即控制數(shù)碼管的公共極 （電源端）。為了實現(xiàn)LED顯示器的數(shù)字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動態(tài)顯示法。由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復雜一些考慮時鐘顯示只有四位，且系統(tǒng)沒有其它復雜的處理任務，所以決定采用動態(tài)掃描法實現(xiàn)LED的顯示控制即動態(tài)掃描的顯示方式，所謂動態(tài)掃描就是指采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的電源端，使各個顯示器輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位顯示器的點亮時間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感6。采用動態(tài)顯示方式比較節(jié)省I/O口，硬件電路相對簡單，降低成本，將所有的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，CPU要依次掃描，占用CPU較多的時間。對數(shù)碼管顯示亮度偏低的情況，可采用提高掃描速度（如由20 ms改為10 ms）,或適當延長單只數(shù)碼管導通的時間（如