大学生电子暨机械创新设计大赛

大学生电子暨机械创新设计大赛参赛作品说明书作品名称家居安全防盗系统设计者刘启汉黄文永陈其芬指导老师梁君武钟超荣参赛单位物理科学与工程技术学院摘要本系统主要针对夜晚主人休息或主人外出后，盗贼入室偷窃及室内安全问题，对门、窗和室内设置相应措施，以达到家居安全防盗作用。本系统在普通安全防盗系统上加以AT89S52单片机为核心的电子检测和报警功能，防盗门是利用光电开关做成的电子测时锁检测开锁时间，从有东西进入钥匙口开始，10秒钟后未离开则报警，并利用对射型红外管对门口的实时检测，以防盗贼破门而入；防盗窗使用对射型红外管对窗户的实时检测，以防盗贼破窗而入，室内则利用漫反射型红外管和人体热释红外进行实时监测，感应到有人在室内来回走动一段时间后就报警；室内安全方面使用了烟雾传感器来检测有害气体，及早发现存在的安全隐患问题并采取有效措施。主控系统将传感器传来的信号处理后做出准确恰当的响应，并通过模拟电话自动拨号和语音报警告诉主人。经过测试，本系统达到了我们预计的检测范围，稳定、简便、可靠性高，在试运行的过程中达到了较好家居安全防盗作用。关键词AT89S52单片机红外线光电开关烟雾传感器目录1绪论411设计背景412本设计概述52总体设计方案521方案选择论证522主控芯片单片机的选择623传感器的选择6231门窗检测选择6232锁检测的选择7233室内检测选择7234有害气体检测的选择73系统硬件设计831低频带通放大电路832电压比较整形电路933声音报警和语音模块电路934供电电源电路1035单片机最小系统114系统软件设计125创新点及应用1251创新点126结束语137附录1471作品实物图141绪论11设计背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对安全防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子安全防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的安全防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。室内有害气体和或灾起发突然，往往是微不足道的源头，但一经发展期来就势如洪水，所以及时发现并处理是关键。而普通的安全设施并没有报警功能，没有自动防灾功能，因此对安全隐患问题及早发现并报警时安全措施必不可少部分。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，就闭路监控电路安全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。12本设计概述综合以上报警器的不足，本系统采用了热释电红外传感器、烟雾传感器、光电开关、模拟电话自动拨号和语音报警等模块，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。安全装置完善，更能应对突发安全问题，防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后利于跟PC机通信，便于多用户统一管理。2总体设计方案21方案选择论证安全防盗报警系统一般是由探测器、报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是探测器和本地报警控制器，以及模拟电话自动拨号报警。该系统设计方案有以下两种方案一利用电话联网安全防盗报警系统来实现家庭安全防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。方案二通过传感器检测家庭安全和防盗隐患问题，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。通过比较，方案二能满足我们实时快捷的要求，更加简单有效，固本设计选择方案二。22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。AT89S52是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89S52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案考虑到价格、芯片的功能和货源充足的特点我们选择了ATMEL公司生产的AT89S52单片机。23传感器的选择本次我们采用了人体热释红外传感器、烟雾传感器、红外对管和光电开关等。231门窗检测选择门口和窗户使用对射型光电开关。对射型光电开关由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，当有人从门口或者窗户入侵房子时，红外传感器感应就警铃和语音报警，232锁检测的选择门的锁里装光电开关，用来检测钥匙孔里的钥匙是否能一定时间内开门。如果钥匙阻挡光线的时间超出主人设定的时间，那么系统就会自动报警。在这里我们设定的时间为10秒。光电开关结构图如图21。图21光电开关结构图233室内检测选择室内重要区域装上漫反射型红外对管和人体热释红外传感器进行实时监控。当有人来回走动一段时间之后依然在室内走动，就语音报警并模拟电话自动拨号告知主人。这个时间可以自己设定，如设定5分钟。234有害气体检测的选择使用烟雾传感器检测窗口和室内的气体浓度，当检测到不明的有气体时，系统就采取相应措施，语音报警并模拟电话自动拨号告知主人。烟雾传感器可以检测氨气、苯、酒精、烟雾等气体，其结构如图22图22烟雾传感器结构3系统硬件设计31低频带通放大电路热释电红外传感器输出的检测信号很小，仅1MV左右，频率为0110HZ，需经高增益、低噪声低频放大器放大后，才能进一步处理，一般来讲，要求放大器的增益为6070DB,带宽037HZ。放大器的带宽对可靠性和灵敏度有重要影响，带宽窄，噪声小误动作率低；带宽宽，噪声大，误动作率高如图31所示，本系统采用LM324中的两个集成运算放大器构成低频带通放大电路，LM324内部集成了四个独立的高增益运算放大器，其电流小（典型值IS10MA），且与所加电源电压的大小无关，频率补偿及偏置电流均采用了温度补偿措施，性能稳定。采用单电源供电。图31在单电源供电的情况下，外加电压分压器后，可保证运放输出电压有较大的动态范围。静态下应将输出端电位设在1/2处，方法是ICA外接R4、R10分压器，将1/2VCC引至运放的同相输入端，这相当于将输入偏置电压垫高1/2VCC,从而使输出电压的静态电位定在1/2VDD处。与ICA一样，ICB为了保证运放输出电压有较大的动态范围，同样设置了分压器。32电压比较整形电路图32电压比较器的作用是将一个模拟电压与一个参考电压相比较。在二者幅度相等的附近，输出电压将产生越变。本系统应用LM324剩余的两个集成运算比较器构成一个双限电压比较器。33声音报警和语音模块电路如下图34所示高音报警电路选用12V的高音喇叭作为报警装置，使用SS8050大功率三极管做驱动电路，当SPK为高电平时，三极管导通。反之则截至。本系统中经过软件设置使报警器真实模拟了声音频率均匀拉高，还原、再拉高的过程。形成频率在9761945HZ之间平滑递增的声音效果。实现报警器声音非常逼真。图34图35语音模块电路34供电电源电路如下图37所示，本系统采用L7805CV来做电压芯片，因为其输出电流可达15A,可满足本系统5V供电电压。图37在电源的两端并联的大电容和小电容起滤波作用。大电容是滤除低频，小电容是滤除高频。在其两端再并入同系列的大小电容可获得很宽频率范围的滤波特性。35单片机最小系统如下图38所示，单片机的电源采用5V供电，时钟电路也就是振荡电路采用110592MHZ晶振，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。图中的电容起稳定作用。其复位电路采用混合复位电路，在上电的时候会自动复位，也可手动复位。方便在单片机死机的时候进行重启。图384系统软件设计整个系统是以AT89S52为控制中心，加上红外检测模块、人体热释红外检测模块、光电开关检测模块、烟雾气体检测模块、语音报警及继电器模拟电话自动拨号模块等组成。具体如图41所示。烟雾气体模块图41系统机构图5创新点及应用51创新点（1）连接方式简单，易于一般家庭使用；（2）使用不同的传感器检测，更有效的起到防盗作用；（3）锁上的光电开关可以预防于未然；（4）多处合理地安装，起到更全面的防护作用；（5）烟雾传感，预防煤气中毒。这款安全防盗系统价格便宜，适合一般的家庭，仓库等地AT89S52人体热释红外检测红外检测光电开关检测语音报警蜂鸣器报警继电器模拟电话自动拨号方使用。系统的安全和防盗功能比普通在材料上提高的防盗门和锁都要好。使用电子智能系统更能体现出人文的提升。6结束语本作品完成了软硬件主要功能模块的设计，为进一步设计开发及功能扩展打下了良好的基础。整个系统主要由AT89S52芯片、热释电传感器、烟雾传感器、红外传感器、光电开关、语音报警组成。性能好，工作稳定，非常适合防盗报警领域由于时间关系和水平有