毕业设计（论文）-单片机小区防盗报警系统设计.doc

毕业论文目 录摘 要1第一章 绪论 31.1智能小区的介绍 31.2 报警系统的总体构成 4第二章 硬件设计 52.1 系统功能要求52.2 系统硬件设计5第三章 软件设计173.1 系统软件设计173.2 该课题主要完成的任务20结 论21参考文献23德州学院 物理系 2007届 电子信息工程专业 毕业论文（设计）摘 要 本文设计了住宅智能化中的防盗报警系统，可实现自动检测与自动电话拨号报警。当防盗探测器检测到险情的时候，向单片机发出中断申请，再由单片机控制电话接口电路，实现模拟摘机，根据险情类别，自动拨打相关部门的电话号码如小区管理中心电话。 该系统同时还具有自诊断功能，出现故障能自动进行处理。系统从硬件和软件两方面进行了抗干扰设计，使其具有较好的抗干扰能力，完成系统可靠工作。关键词: 智能小区 单片机 防盗报警 第一章 绪论本课题是利用单片机at89c51为核心而设计的防盗报警系统，包括硬件设计和软件设计两部分。而这种系统正好解决的是，在不必改动原有电话机的情况下，在电话线上并联拨号报警器，并采用无线红外探头和无线门磁探头实时监测，在有警情发生时，能及时的通知主人，并发出响亮的报警声，震慑盗贼。另外本系统还可以利用单片机的串口功能，实现多机的互联通信。1.1 智能小区的介绍123近年来，智能建筑技术又有了新的发展，人们把智能建筑技术扩展到一个区域的几座智能建筑进行综合管理，再分层次地联接起来进行统一管理，这样的区域和城市分别被称为智能小区和智能城市，智能小区是智能城市的基本单元，它已成为建筑行业中继智能建筑之后的又一热点。所谓智能小区，就是将在一定地域范围内多个具有相同或不同功能的建筑物（主要是指住宅小区）按照统筹的方法分别对其功能进行智能化，资源充分共享，统一管理，在提供安全、舒适、方便、节能、可持续发展的生活环境的同时，便于统一管理和控制，并尽可能的提高性价比指标。近年来随着我国国民经济的发展和国家住房制度的改革，人民生活和自身素质得以不断提高，人们对住房条件的要求越来越高，对环境的舒适性、便利性、安全性有了较高要求，加之电子信息产业正快速发展并向人们生活的各个领域渗透，与此相适应，各种不同档次的公寓、生活小区纷纷提出了自己不同的智能要求，由于住宅小区与综合性智能建筑有着很大的区别，如何根据小区的特点，赋予小区各种功能以适应不同层次的居民的需求，对小区实现统一、有序、智能化、网络化的管理，这是智能建筑4行业亟需解决的问题。1.2 智能小区报警系统的总体构成 本防盗报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统的设计是将电子探测、智能控制和电话通讯技术相结合，从而形成一个联网通讯的防盗报警系统。系统总体构成包括无线红外探测器、自动拨号电路、语音报警电路、单片机中央控制器与无线收发电路五个模块，系统组成框图如图1-1所示。图1-1系统组成框图第二章 硬件设计2.1 系统功能要求为了使报警系统具有较1好的实际使用价值和简便的操作，系统应有如下的功能： (1)无线开关机功能。(2)延时启动报警器，报警器将于60s后自动进入警戒状态，以使主人可以从容处理，避免引起误报。(3)三重设置功能。可以同时设置电话、寻呼机、手机号码，并且可设十组号码，一旦报警，延时、判断、确认后，自动循环拨号通知主人，而且现场发出警报声。(4)简明的人机交互界面。为了节约成本，不采用显示模块，只用led作指示，用于直观、准确的操作，并采用4*4键盘手动输入。(5)数据永久保存功能。由于将数据存放在eeprom中，在意外的或人为的断点后，系统里面设置的所有号码数据不会丢失。(6)简易的安装功能。本报警器可以安放在任意位置，不需改动电话机，不会与日常通话功能相互干扰。（7）多路无线红外探头和无线门磁探头。无线红外编码探头可以任意放在8m防区内，而无线门磁可以任意安放在门窗上。它们免去连线的麻烦，不会破坏家居的美观。（8）语音报警功能。在拨通电话后，自动播放语音，进行报警。（9）自动监听功能。在播放完语音后，自动机进入监听功能，关闭警报声，对现场进行监听，使主人能掌握现场的第一手信息。2.2 系统硬件设计 本系统采用常见的at89c51单片机89。它的应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。在这里我们采用它的芯片中的p1口作为看门狗和用户键盘输入，输入的内容包括电话号码的组号和具体号码；p3口作为无线开关机、无线红外和无线门磁的信号的输入口；p2口作为报警语音、自动监听和警报声的控制口；p0口作为继电器拨号矩阵的控制口。电话拨号采用tcm5087，它是一种价格便宜、低功耗的cmos的专用dtmf拨号芯片。系统硬件组成框图如图2-1所示。图2-1 报警系统硬件组成框图2.2.1 单片机 at89c51at89c5167是一种低功耗高性能cmos 8位单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（i/o）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片内含4kb的可反复擦写的flash只读程序存储器(rom)和128 字节的随机存取数据存储器（ram）。如图2-2所示。at89c51采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统。at89c51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。1.主要特性：与mcs-51兼容，4k字节可编程闪烁存储器；寿命：1000次写/擦循环，数据保留时间：10年；全静态工作：0hz24hz； 三级程序存储器锁定；128*8位内部ram；32可编程i/o线，两个16位定时器和计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。2.管脚说明：vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位 漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。图2-2 at89c51管脚图p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3口管脚第二功能：p3.0 rxd （串行输入口）p3.1 txd （串行输出口）p3.2 （外部中断0）p3.3 （外部中断1）p3.4 t0 （记时器0外部输入）p3.5 t1 （记时器1外部输入）p3.6 （外部数据存储器写选通）p3.7 （外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令时ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/vpp：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为reset；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3.振荡器特性xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，石晶振荡器和陶瓷振荡器均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。其余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4.芯片擦除10整个eeperom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，at89c51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下的静态逻辑，支持应用软件选择掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.2.2 自动拨号电路本系统的自动拨号电路7，采用tcm公司生产的tcm5087芯片5，tcm5087为双音频拨号器，16只引脚，采用cmos工艺，3.58mhz晶振，具有很高的精确度和稳定性，工作电压2.515v，最大功耗小于500mw。输入为c1、c2、c3、c4、r1、r2、r3、r4键盘输入，输出为双音频信号音。在实现自动拨号的过程中，采用干簧继电器矩阵，干簧继电器具有体积小，接合噪声小，拨号准确的优点，使本系统的自动拨号可靠、快捷。基本拨号电路图如图2-3所示。图2-3自动拨号电路2.2.3 无线收发电路由于一般的lc振荡器频率稳定性及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已经调好的频点不会发生偏移。因此在这个设计中使用了发射模块(f05)和接收模块(j04e)，f05系列采用声表面谐振器稳频，smt树脂封装，频率一致性较好，免调试。f05具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3v时，发射电流约为2ma，发射功率较小，12v为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约5-8ma。f05系列采用am方式调制以降低功耗，数据信号停止时，发射电流降为零。数据信号与f05之间采用电阻而不能采用电容耦合，否则f05将不能正常工作。数据信号电平应接近f05的实际工作电压以获得较高的调制效果，f05对过宽的调制信号易出现调制效率下降、收发距离变近的现象。当脉冲高电平宽度在0.081ms时发射效果较好，大于1ms时效率开始下降；当脉冲低电平宽度大于10ms时，接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。如采用cpu编译码，可在数据识别位前加一些乱码,以抑制零电平干扰；如采用通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10ms以抑制零电平干扰。f05输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过f05的工作电压。根据技术指标参数的选定，而采用了am方式调制5。j04e采用独特的超再生电路结构，smt工艺树脂封装，内含放大整形，输出为数据信号直接至解码器，使用极为方便，是一种性价比较好的超再生模块。j04e无信号时输出为零电平状态（无噪声干扰）可适合与单片机输入端接口，j04e具有较宽的接收带宽，具有极低的功耗，3v时只消耗0.2ma的电流，可长期处于守机状态。为了提高系统的可靠性和保密性，本设计使用了pt2262，pt2272芯片。pt2262是发射端，pt2272是接受端，二者必须配对使用，且振荡电阻必须符合要求。pt2262 的te端是发射允许端，接低电平时，17脚dout端输出一串编码。该串编码经过传播从pt2272的14脚输入。如果地址端密码一致，vt解码有效端输出高电平，数据端就会输出与pt2262发射端一致的电平信号，从而实现遥控功能。其具体电路图如图2-4所示。图2-4 无线收发电路2.2.4 语音芯片isd1420isd142014为单片语音录放电路，片内由时钟振荡器、128kb eeprom(电可编程可擦除只读存储器)、微音放大器，自动增益控制电路5、抗干扰滤波器、差动功率放大器等组成，具有高品质语音录放系统所需的全部基本功能电路。与同类语音电路相比具有以下特点：采用直接模拟量存贮技术dast，再现优质原声；零功率信息存贮，省掉备用电源；信息可保存10年以上，可反复录放达10万次之多；语音固化无需专用编程或开发装置；较强的选址能力，可把存贮器分开160段来进行管理。isd1420的录放时间为20s，最小录放时间为125ms。isd1420引脚排列如图2-5所示。图2-5 isd1420引脚排列2.2.5 看门狗芯片x25045x25045将电压监控、看门狗定时器11和eeprom组合在单个芯片之内，其体积小且占用i/o口少，x25045内含512*8位的串行eeprom，可以直接与微控制器的i/o口串行相接，用于存储电话号码及系统设置数据等。其内有一个位指令寄存器，该寄存器可以通过si来访问。如果再看门狗定时器预置的超时时间内没有总线的活动，那么x25045将输出复位信号。x25045具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口，最高可达1mhz串行时钟频率。这里用单片机的三根口线p1.3, p l.4, p l.5来模拟spi接口。x25045接口电路如图2-6所示，p0. 4与x25045的串行输入脚si相连，用于输出操作码、字节地址以及写入数据;p0. 5与x25045的串行输出引脚so相连，用于读出数据;p0. 6与x25045串行时钟输入脚sck相连，作为串行数据输入和输出的时钟信号。由于x25045的复位输出信号为高电平有效，故和89c51复位方式一致。本系统中自动报警器也将处理过的数据存入x25045，以备管理中心中央控制器快速查询。 看门狗定时器(wdo和wd1)位用于设置延时时间，具体设置如表2-1所列。这些非易失性的位通过wrsr指令来设置。本系统中采用0.6s的超时周期。 图2-6 x25045接口电路图表2-1 看门狗延时时间设置2.2.6 热释电红外探测器热释电红外探测器12通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向等有关的低频电信号。探测器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此，当恒定的红外辐射照射在探测器上时，探测器没有电信号输出，所以恒定的红外辐射不能被检测到;而物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器才会有电压信号输出。根据该特性，选择热释电红外探测器，适用于盗情信号的检测。 探测器原理框图如图2-7所示，当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号u0。图2-7 热释红外线探测器原理框图2.2.7 手动键盘键盘可以分为独立联接式和矩阵式（行列式）两类，每一类又可根据对按键的译码方式分为编码键盘和非编码键盘13两种。因为非编码式键盘硬件电路极为简单，所以一般都会采用非编码式键盘。本系统设有16个键，分别是启动、09等10个数字键、上限、下限、设定、确认键，另有一个未设定功能。由于按键较多，所以用p1口作键盘接口，采用矩阵式键盘。通过键盘进行参数设定，并启动系统工作。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。对于m行n列结构的键盘，可以构成mn个键位，图2-8所示为4*4矩阵接口电路。图中列线经过电路接到5v，按键未按下时处于高电平；当按键按下时，按键所在的行和列接通，若该行线为低电平，则闭合键的列线上也变为低电平。在矩阵式键盘中，行、列线被多键所用，各按键均影响它所在行和列的电平，必须将行、列信号配合起来作适当处理才能确定闭合键的位置，比独立式键盘的键处理要复杂的多，但它可以节省很多的i/o口。 图2-8 矩阵式键盘接口电路at89c51对键盘的查询程序如下： org 0100hreadkey: mov a, #0ffh； 准备读p1口 mov p1 a ； mov a， p1； 读键盘状态jnb acc.0 ， rp10； 若0#键按下，则转rp10 jnb acc.1, rp11; 若1#键按下，则转rp11jnb acc.2, rp12; 若2#键按下，则转rp12 jnb acc.3, rp13; 若3#键按下，则转rp13 jnb acc.4, rp14; 若4#键按下，则转rp14 jnb acc.5, rp15; 若5#键按下，则转rp15 jnb acc.6, rp16; 若6#键按下，则转rp16 jnb acc .7, rp17; 若7#键按下，则转rp17 done: ret rp10: ljmp prom0 rp11: ljmp prom1 rp12: ljmp prom2 ： rp17 ljmp prom7 prom0: ： ;0#键处理程序 jmp done ： prom7 ： ;7#键处理程序 jmp done end第三章 软件设计3.1 系统软件设计 3.1.1 系统流程图本系统的整体流程图如图3-1所示：图3-1 系统软件流程图本系统由于功能较多，故软件设计采用模块化的方式。3.1.2 报警扫描本系统的报警扫描采用端口扫描方式，对p3口进行不断扫描，当出现警情时，经过一定的延时后，再进行扫描，若仍有报警信号则进入报经处理程序。部分报警源程序如下：loop1：mov a ,p3 orl a ,#10111111b cpl a jz loop1; 无报警返回loop1 lcall delay1; 有报警延时 mov a , p3 orl a ,#10111111b cpl a jz loop1; 再次扫描后，无报警返回loop1 mov a ,p3; 将p3口的值读入 orl a , #11110000b cjne a , #11111111b ,loop2 ljmp zdbh ; 进入报经处理 loop2: ljmp loop1 ; 若无报警信号则返回loop1 3.1.3 摘挂机程序设计 在本系统对输入的无线报警信号进行确认后，便进入摘挂机处理程序段如下：zdbh : lcall delay2 lcall wdog ； 看门狗复位mov ie ， #10000111b ； 开中断 mov tmod， #00000001b ； 设置定时器/计数器0mov th0 ， #0b1h mov tl0 ，#0eohmov 070h ， #50setb tr0setb p2.2； 响报警器lcall delay3 mov dptr ，#0； 置eeprom的地址lcall qchm ； 读指定地址中的号码mov a ，#0subb a, r1jnc by 0； 判断号码的位数，若为0 则 放弃，然后 读下一组setb p1.4 ； 亮拨号指示灯zdbh1: clr p2.5 ； 摘机lcall delay3mov a, p2orl a ,#11101111bcpl ajz zdbh1 ； 判断线路是否已经接通， 否则挂机再来 bhfc: lcall bh inc r0djnz r1 , bhfc ； 拨出一组号码lcall delay3clr p2.3； 播放报警语音clr p2.0 lcall delay9setb p2.0clr p2.2； 关报警声lcall delay4setb p2.1； 自动监听lcall delay5lcall delay5 lcall delay5setb p2.5 ； 挂机ljmp loop 10 ； 拨打下一组号码 3.2 该课题主要完成的任务1自动拨号的实现 使用继电器矩阵单元电路代替手动拨号，利用单片机的控制，其拨号准确性和可靠性很高，能很好的满足设计要求。 2报警信号的准确性 热释红外的传感探头易受外界温度的影响，故在安放时要注意远离热源，并采用合适的角度。设计中在电路上可增加高频滤波电容，在软件中增加判别和鉴别报警信号子程序。同时，无线的发射距离受阻挡的影响较大，主机应按放在合适的地方。3数据的存储和程序的监测利用串行eeprom，对数据进行保护，使系统在断电的情况下能保存电话号码和系统设置等数据，另外当程序跑飞无法正常运行时，可设定时间“看门狗”复位，及时使指针复位，以提高系统的可靠性。4键盘的设计如果系统的i/o口较紧张，可采用四根口线实现4*4的键盘输入，以节省i/o口。5 系统干扰系统的干扰主要来自无线发射和无线接收电路，特别是无线接收电路，它对系统的正常运行影响最大，采用独立的v电源作为接收电路的电源，并且采用光耦对输入的无线信号进行隔离，在硬件电路中采用了光电隔离，电话线的干扰主要来自多架在同一线路上的耦合及频繁操作，采用继电器进行隔离，给本设计中解决了干扰带来的影响。结 论本课题是利用单片机at89c51的串口功能，通过采用多机通讯的方式，可形成中小规模住宅区的智能防盗保安系统，通过以该单片机为核心设计的报警系统具有性能可靠、系统的功能扩展容易的特点。 具体特点如下：（1）准确、及时发送报警信息，同时利用一条双绞线连接所有分机，报警数及时传送至管理中心，数据库内信息可长久保留备查，.在简化设备的条件下，可满足联网报警系统的技术要求。（2）采用了多元探测技术，弥补了单信号探测误差较大的不足。（3）防火防盗报警