家庭防盗系统的设计

1、摘 要随着电子通讯技术的飞速发展，单片机以其体积小、集成度高、价格低、性价比高等优点已经在生活、社会、工业上得到广泛应用，如：各种家用电器、智能仪表、数控机床、数据采集以及工业控制等。因此利用单片机和一些简单的器件来设计一种适用于家庭用的防盗系统，它具有价位低、运行可靠等优点。现代人们对住宅的安全性和智能化功能要求越来越高，人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，这种报警系统能保证居民的生命财产不受损失，使人们能够安心工作或远出。 该设计是采用AT89C51单片机实现的家庭防盗报警系统，通过传感器检测家庭安全隐患，把检测结果传送到单片机内，由单片机控制报警灯和高

2、音报警器的启动。关键词：单片机、防盗系统、传感器目 录摘 要I1绪 论11.1发展概况与设计背景11.2防盗报警系统的发展前景12基础知识及介绍32.1AT89C51单片机概述33方案设计93.1总体设计思路93.2具体电路模块设计103.3 系统硬件电路的选择及说明134 软件的程序实现154.1 主程序工作流程图154.2设计编程程序16结束语18参考文献19致 谢20I1绪 论1.1发展概况与设计背景 随着社会的不断发展、科学技术的进步，人们的生活水平也有了极大的提高，私有财产也在无形中慢慢增多，因此人们对家庭防盗系统提出新的要求。目前传统的安全防盗系统为机械式防盗系统，如：防盗网、防盗

3、窗，它们在实际应用中暴露了很多隐患。而市场上拥有的家庭防盗报警器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触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种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，主人在家走动时很容易发生失报和误报，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，而且开关易坏，失报和误报率高，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原因遮住了光也能够引起误报，可靠性也不高。虽然比机械式方便小巧，但就闭路监控防盗而言，它的安装线路复杂，技术要求比较高，不利于广泛

4、利用，不能满足现代人的需要，并且这种报警器只能用于单一的住宅区，不能适用于向高空发展、向群体花园式住宅区发展的现代住宅需要。所以为了适应现代的居住方式，家庭防盗系统需要进一步的提高和改善。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防盗系统。它在以前的防盗器基础上做了很大的改进，不但可以用以单一的住宅单元，也适应于规模较大的住宅区，工作性能好，稳定性高，安全可靠，不易出现不报和误报现象，不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，与计算机连接，利用计算机进行统一管理。1.2防盗报警系统的发展前景随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性的增大，社会治安状况更趋复杂，因此安全防范问题就显得尤为重要。

5、传统的机械式家居防卫在实际中暴露一些明显问题，如：(1)影响楼房美观，市容整洁；（2）发生火灾时影响救援行动；（3）犯罪分子可对其进行破坏进入室内进行犯罪行为；（4）抑制人性自由。作为新一代的智能安全防盗报警系统应运而生，并受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级标准。因此，小区安全防范系统建设已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。数字化、无线化、集成化是防盗报警系统的发展趋势。其技术发展趋势更稳定可靠，如:探测器需可抗RFI/EMI、防雷电等，以适应恶劣气候；更具有多样化的功能，如:探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；具有更精美、小巧的外

6、观，以符合品味日益提高的室内装潢需求；具有人性化的操作界面，更智能化的设计；更强大的联网功能，更方便的扩展性是。上述发展都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上1。2基础知识及介绍2.1AT89C51单片机概述 单片微型计算机（SCMC,Single-Chip Microcomputer）简称计算机。单片机是微型计算机的一个重要分支，它主要面向控制，因此又称微控制器(MCU,Microcontroller Unit)2。 近二、三十年来，单片机有了非常迅速的发展，世界上著名的计算机厂家已投放到市场上的单片机就有五十多个系列，一百多个品种。目前世界上较为著名的8位单片机生产厂家和主要机

7、型如下：美国intel公司：MCS-51系列及其增强型系列美国Motorola公司：6801系列和6805系列美国Atmel公司：89C51等单片机美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8美国Fairchild公司：F8系列和3870系列美国Rockwell公司：6500/1系列美国Tl(德克萨司仪器仪表)公司;TMS7000NS(美国国家半导体)公司：TMS7000所谓单片机就是一块芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种I/O接口电路等而具有一定规模的微型计算机。单片机与通用微型计算机相比较，它在硬件结构、指令设置上均有其独到之处。本设计采用AT89C51单片机，它是一种带

8、4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。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MCS-51指令集和输出管脚相兼容，为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且廉价的方案。2.1.1 AT89C51的主要性能 主要性能如下：（1） 与MCS-51单片机产品兼容；（2） 4K字节在系统可编程Flash存储器；（3） 1000次擦写周期；（4） 全静态操作：0HZ24HZ；（5） 三级加密程序存储器锁定；（6） 128*8字节内部RAM；（7） 32个可编程I/O口线；（8） 2个16位定时器/计数器；（9） 6个终端源；（10） 可编程串行通道；（11） 低

9、功耗空闲和掉电模式；（12） 看门狗定时器。2.1.2 AT89C51的引脚结构如图2-1为AT89C51引脚结构图： 图2-1AT89C51引脚结构2.2热释电红外传感器简单介绍现在家庭防盗报警器的传感器种类很多，像人体热释传感器、门磁传感器、振动位移传感器、红外线反射开关无线探头、门把手人体接近感应传感器、雷达波人体检测无限探头等。考虑到不仅要满足可靠探测的需要，还需经济适用和安装操作简便，我们选用人体热释电红外传感器。当有盗贼从门窗进入室内时，人体移动的红外信号能被人体热释电传感器检测到。2.2.1热释电红外传感技术热释电红外传感器的重要组成结构是热释电探测器。热释电探测器是电效应的探测

10、器，它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，因此它容易使用，应用领域广。其原理是利用热释电晶体材料自发极化强度随温度变化所产生的热释电效应。晶体受到辐射照射时，由于温度的改变使自发极化强度发生变化，结果能够在垂直于自发极化方向两个外表面之间出现感应电压，利用感应电压的变化可以测量光辐射的能量。传感器的敏感元件为PZT,在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。图 2-2为热释电传感器的实物照片。图2-2热释电传感器实物图2.2.2菲涅尔透镜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

11、，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，从而强其能量幅度。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。图2-3菲涅尔透镜 菲涅尔透镜，简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹，通过这些齿纹，可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。如上图2-3。目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵式菲涅尔透

12、镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只能与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足2m提高到至少8m的范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每一个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续也不交叉，都相隔一个盲区。这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动是，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进入一个视场后，又走出这个视场，再进入另一视场对传感器而言，相当于一会看到人一会看不到人，人体的红外线辐射不断改变

13、传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。2.2.3热释电红外传感器 人体辐射的红外线中心波长为910um，而探测元件的波长灵敏度在0.220um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为710um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其他波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外传感器。一旦侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接受，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。1热释电红外传感器的优缺点优点：本身不发任何类型的辐射，期间功耗很小，隐蔽性好，价格低

14、廉。防干扰性能：（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报警。（2）抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能强，一般手机干扰不会引起误报。（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。2热释电传感器的安装要求热释电红外传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：（1） 热释电红外传感器应离地面2.0-2.2米。（2） 热释电红外传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。（3） 热释电红外传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。（4） 热释电红外传感

15、器不要直对窗口，否则窗外的热气扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。2.2.4热释红外传感器控制电路芯片选择热释电红外传感器输出的检测信号很小，要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号，是电路执行相关动作。热释电红外传感器系统主要有光学系统、热释电红外探测头、信号滤波和放大、信号处理电路等几部分组成。红外热释电处理芯片BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路，具有较高性能的传感信号处理能力，它配以热释电红外传感器和少量外围元器件构成被动式热释电红外开关，能自

16、动快速开启报警装置。由于红外热释电传感器只对不断快速变化的红外信号才敏感，而自然界的红外信号一般都是缓慢变化或是不变的，因此探头部分需要一个能对红外辐射进行调制的装置，即我们所使用的菲涅尔透镜。由于菲涅尔透镜采用了特殊的光学透镜组合，因此能在探测器前方产生了一个交变的场区，即产生了一个交替变化的“盲区”和“有效区”。这样，外部目标的红外辐射通过菲涅尔透镜照射到敏感单元上的将是交变的红外辐射，当这个交变的红外信号照射到探测器晶体上面，晶体的温度会发生变化，从而引起自发极化强度的变化，晶体表面的束缚电荷因此也会发生变化，这样就产生了一个随红外辐射变化的电信号。3方案设计3.1总体设计思路 本设计包

17、括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复

18、位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3-1总体设计框图所示： AT89C51复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动 图3-1总体设计框图处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系

19、统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。3.2具体电路模块设计 如图3-2为红外防盗报警设计原理图：图3-2红外防盗报警设计原理3.2.1放大电路的设计如图3-3所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。图3-3放大电路图3.2.2 时钟电路的设计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。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，

20、一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us3。如图3-4所示为时钟电路。 图3-4时钟电路图3.2.3复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作4。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图3-5示为复位电路。图3-5复位电路图3.2.4 发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图3-6所示为发光二极管报

21、警电路。图3-6发光二级管报警电路图3.2.5 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图3-7示为声音报警电路。图3-7声音报警电路图3.3 系统硬件电路的选择及说明从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1

22、键作为倒计时的暂停键, S2键作为电路复位键。4 软件的程序实现 4.1 主程序工作流程图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4-1所示：系统初始化声光报警结束检测外部有无信号输入声光报警是否持续10秒开始启动声光报警电路开始报警是否还有检测信号等待下次报警结束YNNYYN图4-1主程序流程图来了脉冲信号，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，报警持续10秒钟后自动停止报警,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，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警

23、的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图4-2所示： 中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图4-2中断服务程序工作流程图4.2设计编程程序1. 主程序清单如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H ;指针入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零

24、 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;监测输入信号，是否有输入信号 LA: ACALL DELAY ;延时消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1;10S钟定时: MOV 51H,#14H ;10S循环次数 MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定时初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;启动T0 L2:JBC TF0,L1 ;查询记数溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S继续循环 SETB P3.0 ;10s到关闭报警 CLR