【基于单片机的红外防盗报警器设计与实现7000字（论文）】

基于单片机的红外防盗报警器设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u132111引言 1149921.1研究背景 1290591.2研究现状 125921.3本文的主要内容 1258812系统整体方案设计 236322.1系统功能分析 2111572.2系统总体结构设计 2300413系统硬件电路设计 3118803.1单片机最小系统电路设计 329663.1.1STC89C52单片机介绍 3145053.1.2电源电路的设计 426983.1.3晶振电路的设计 4217063.1.4复位电路的设计 553243.1.5单片机的最小系统电路 574763.2LED指示灯电路与设计 6319133.3热释电传感器电路 7159863.4显示模块电路的设计 7148573.5按键电路设计 882193.6报警电路设计 8205624系统软件程序设计 945034.1keil编程软件的介绍 9113874.2主程序 96194.3中断服务程序 1012024.5报警服务程序 11188865系统的调试与仿真 12200355.1系统的调试 12243965.2仿真分析 13254066总结 1622232参考文献 171引言1.1研究背景目前中国的经济越发展越快，老百姓的生活质量越来越高，家里边的贵重物品也就越来越多，为了保障家财产安全等不受到威胁，人们越来越注意家庭的防盗工作。经常在家里安装一些防盗报警装置，来保证家里面的防盗安全工作。按照当今住房条件的改善和住房环境的发展，我们可以明显的看出来，现在城市的楼房在逐渐的网高层的发展趋势上进行发展，这样也就会到值在一个小区中住着好几千户的人家[1]。而且由于城市中人们的生活的规律大部分都是早出晚归。很难熟悉自己家的周围的邻居。还有就是小区有很多人买了房子是自己不住的，是用来出租的，这样就会导致小区的人员的流动性很大。在这种环境下也就需要我们增加安全防盗意识，保证家庭和人身的财产安全不受影响。因此研究一款基于智能家庭防盗报警器对于居民的人身和财产安全来说具有重要的意义[2]。1.2研究现状北美是最早出现报警系统的，早到在上世纪初就出现了报警系统的雏形。那是北美的大部分街上都有报警呼救箱，当出现紧急情况需要呼救时，就可以使用呼救箱发出声响提示，附近的警察就会过来提供帮助。同时呼救箱也连接到了附近的警局，可以让稍微远点的警察也能收到呼救信息前来帮助。随后随着通信的不断发展，电报公司出现了，他们和警局合作为警局提供远程服务，这样使求救或者报警信号能传到更远的地方[5]。但是这种用电报的方式也不长久，因为很难普及，这就给电话的出现提供了很好的基础。而此后自由于科技的迅速发使得电话被普及到千家万户，从而使得通过这种电话报警灯方式得到了前所未有的发展。在上世纪90年代，人们开始意识到周边防范的重要性，用各种方法来进行周边防范，最多使用的就是围墙、铁栅栏等屏障，如果没有条件进行大范围的防范，也会对房屋等建筑物行进小的防范，如安装防盗窗户，铁门等等。他们在防护区域使用多种不同的探测原理的探测器来形成多道防线，起初这种探测器很容易被其他障碍物挡住，随着科技发展，防遮挡功能的探测器相继问世，这大大加快了入侵探测器技术的发展[6]。最近这些年来国内的安全监控技术也在逐渐的快速发展过程中，现在已经和国际上先进国家的监控技术进行了接轨。在最近这些年来，在计算机技术、自动化技术、通信技术、互联网技术的快速发展下，安全防盗系统也有了进一步的进步，有些安全防盗产品甚至上已经做到了智能化的产品，可以实现对视频信息的监控、音频信息的天空、图像信息的监控等[7]。而且还有些产品可以很自己的门禁系统进行良好的融合。这些技术可以说都是国际上先进水平的。因此智能安防系统也在随着人们的需求在快速的发展中。1.3本文的主要内容本次设计是用红外传感器作为监测，用蜂鸣器作为报警途径来满足现代住宅防盗的要求。本次设计是在原有的家庭防盗报警系统上做的改进。既可以满足单一的家庭防盗，也可以满足大规模的社区防盗报警，防盗系统的工作安全性高，可靠性好，不会出现错的报警[4]。系统通过单片机作为微处理器，通过相关的接口电路可以实现与计算机想连接，这样通过计算机就可以实时的对系统进行控制和设计系统的工作模式等等。为用户提供了方便管理的途径。2系统整体方案设计2.1系统功能分析本设计的智能防盗报警系统，以单片机为控制核心，使用红外传感器检测技术实现人体信号的检测和采集，并具有报警电路实现报警的功能。在使用过本设备的时候，只需要把设备的电源连接上，设备的液晶显示屏幕上会显示相关的信息，按下系统的布防按键，系统会进行布防倒计时20秒，在这20秒内使用者需要离开传感器的检测范围，时间到了后液晶显示屏幕上会显示“yibufang”字样，此时说明报警设备已经开始工作，这时当有人在进入传感器检测区域后会，热释电传感器会输出信号给单片机，进行报警。2.2系统总体结构设计本次设计的智能防盗器，根据设计功能和任务要求，以及经过查阅相关的文献，在硬件设计上设计了系统的整体的硬件框图，如下图2-1所示。主要由如下几部分组成，单片机控制部分、红外热释电传感器检测部分、LCD液晶显示部分、按键控制部分、报警部分等及部分组成。图2-1系统整体框图（1）单片机部分，单片机是系统的控制核心器件，系统的控制程序需要写入到单片机中，通过单片机来协调其它部分电路的工作；（2）晶振部分电路，晶振电路的主要的作用是给单片机提供可靠的工作时钟信号，晶振的支持单片机不能工作。（3）复位电路，复位电路也是单片机工作不可缺少的组成部分，复位电路可以再单片机上电的瞬间提供给单片机一个复位信号，是单片机的程序可以重头开始执行。（4）红外热释电传感器部分，热释电传感器是一款专门用于检测人体心很高的传感器，可以检测传感器范围内是否有人存在。（5）液晶显示部分，液晶显示电路的主要的是作为人机交换界面，用于显示报警器的工作状态，是用户可以很直观的看到报警器的工作情况。（6）按键电路部分，按键电路的主要的作用是用户可以通过按键来设定相关的信息。（7）报警模块部分，进行蜂鸣器报警使用，当布防的区域内有人进入的时候会进行报警。3系统硬件电路设计我设计红外防盗报警系统是由中央控制器、人体热释电红外传感器、液晶显示模块、警铃电路部分组成。控制器采用单片机STC89C52，检测部分采用红外感应芯片BISS0001，警铃电路设计。概况起来可分信号采集端，数据处理显示，警铃电路三部分。本文从硬件和软件两方面介绍了防盗报警系统，对硬件原理图和程序图作了简洁的描述。3.1单片机最小系统电路设计3.1.1STC89C52单片机介绍STC89C52单片机是一款性能优越的8位单片机，单片机的生产厂家是深圳宏晶科技公司，单片机的内核是传统的51内核，这种单片机无论外形、引脚、功能还是指令都能兼容于传统51单片机[13]。而此单片机性能上又远高于传统的51单片机，而单片机的处理速度是一般51单片机的8-12倍，所以执行起来非常的快。STC89C52单片机工作的时候性能非常的稳定，功耗也非常的低，STC89C52单片机有很多种封装，有DIP形式封装和LQFP形式的封装，本次使用DIP40封装，单片机具有4个I/O引脚，内部FLASH的大小为8K，RAM的大小为512字节，同时单片机具有2个内部定时器，定时器T0和定时器T1，具有4个外部中断，2个UART串口，的那片机的工作电压为3.8V-5.5V[14]。下载程序通过串口下载。引脚图如下图3-1所示。图3-1STC89C52单片机引脚图3.1.2电源电路的设计电源是系统正常工作不可缺少的组成部分之一，本次设计中使用的芯片，包括单片机，热释电度传感器，LCD液晶显示器都是使用的5V供电，因此设计了5V直流电路的接口，如下图3-2所示，Switch为电源的接口，为系统提供5V直流电。图3-2系统电源电路3.1.3晶振电路的设计晶振电路主要由晶振器件和两个电容器件一块组成，上电后会提供单片机时钟信号来保证单片机工作。不同型号的单片机晶振电路是不同的，一些单片机具有内部时钟电路所以不用外部的时钟电路，而本次使用的单片机型号为STC89C52单片机需要在外部设计时钟电路，外部时钟电路主要由一个12MHz的晶振和两个22PF的电容组成，单片机的XTAL1/XTAL2引脚是作为时钟信号的输入引脚使用，在单片机的引脚图上对应的是单片机的Pin19/Pin18引脚[15]。本次设计的晶振电路如下图3-3所示，选择晶振为11.0592MHz，电容的容量值为22pF。图3-3STC89C52单片机时钟电路3.1.4复位电路的设计单片机的复位电路常用的有两种形式一种是上电自动复位电路，还有一种是手动复位电路，本次为了在调试程序的时候方便设计了手动复位电路。该复位电路主要由电阻、电容和一个复位按键组成。在单片机程序正常运行的过程中，当按下复位复位电路后，可以使单片机重新开始执行。这就类似于电脑的重新开机。单片机程序进入死循环的时候通过复位电路可以使单片机重新开始执行，本次使用的单片机型号为STC89C52单片机单片机是高电平复位，单片机的复位引脚为REST引脚，是单片机的第九个引脚[16]。本次设计的复位电路如下图3-4所示。电阻R1的阻值为10K、电容C2的容值为10uF、K1为复位按键。图3-4STC89C52单片机复位电路3.1.5单片机的最小系统电路本次设计的军队安全防盗报警器主要是通过STC89C52单片机作为为控制器来实现的。STC89C52是一种带8K字节Flash存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位单片机。内部的具有可以反复擦出1000多次的只读存储器。这款单片机采用ATMEL公司的特殊的储器制造技术制造，完全兼容工业中的MCS-51输出管脚相兼容和指令集。STC的STC89C52是一款高效的微控制器，这是因为它将闪烁存储器和多功能8位CPU组合在了一个个芯片中。STC89C52单片机的发展给嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机最小系统主要由单片机芯片自身、晶振电路、复位电路、还有电源电路组成，在设计的过程中只要有这三种电路存在单片机就能够简单的运行起来，可以进行程序的下载[17]。如果想要实现自己需要实现的功能只要在单片机最小系统的电路的基础上进行扩展就可以实现。最小的系统原理图如下图3-5所示。图3-5STC89C52单片机最小系统3.2LED指示灯电路与设计本次设计的工作指示灯电路包括两个部分，工作指示部分和监控状态显示部分。因为条件受限所以本次设计的系统的监控器部分是由LED灯来指示的，LED灯的亮灭分别表示监控器的开和关。这两个电路都是由电阻和发光二极管相串联，然后与单片机STC89C52的I/0口相连接，D1与单片机P3.3相连接，作指示电路。D2与单片机P3.2相连接，作监控器电路。指示灯知识通过单片机的I/O引脚控制的如下图3-6所示。图3-6指示灯电路原理图3.3热释电传感器电路热释电传感器的主要的作用是可以检测人体信号，作为本次设计的主要的传感器检测器件，本次采用了集成的热释电传感器模块实现，本次设计使用了HC-SR501型号的热释电模块，这款模块的价格便宜、体积小、检测灵敏度可以根据需求调节[18]。非常适合安装到家里面门窗上起到防盗检测的目的。这红外传感器的核心芯片是BISS0001。传感器的实物图如下图3-7所示。图3-7传感器实物图根据传感器的输出特点和热释电传感器的使用说明书，我们知道，传感器实物模块具有三个引脚一个是电源引脚VCC，一个是地线引脚GND，还有一个是传感器的信号输出引脚OUT。为此我们专门设计了传感器和单片机相连接的电源如下图3-8所示。图中使用了三极管9013作为一个电平的变换。图3-8热释电传感器接口电路3.4显示模块电路的设计LCD1602是指显示的内容为16×2的液晶显示器，也就是可以显示两行，每行16个字符的液晶模块。它内部的字符存储器存储了160个不同的字符图形，分别有数字、大小写英文字符、常用符号以及日文假名，每个字符都有特定的代码，使用时只需通过程序将代码显示出来，就可以在屏幕上显示出该代码所代表的字符。显示电路如下图所示，通过显示电路可以显示防盗报警器的工作状态等信息。图3-9液晶显示电路3.5按键电路设计按键电路如下图3-10所示。总共设置了2个按键，分别为：KY1为取消布防按键、KY2布防按键。图3-10键盘电路3.6报警电路设计报警电路的作用是起到一个很好的提醒的作用，当系统处于布防状态的时候当有人进入布防区域后会进行报警提示。通过单片机的IO端口驱动PNP形式的三极管，实现三极管的道统和关闭从而实现对蜂鸣报警电路的主要的功能是当系统出于布防的状态的时候当有人进入该区域的时候电路板上的蜂鸣器会进行发生报警，报警电路主要是通过单片机驱动蜂鸣器实现的。蜂鸣器电路电路如图3-11所示。图3-11报警电路图4系统软件程序设计4.1keil编程软件的介绍Keil软件是一款程序编译软件，该软件是的设计公司是美国的Software公司，每年keil软件都会有新的版本的推出，功能也是越来越强大。Keil软件是当今最流行的编程和调试软件，在keil中可以进行很多公司的芯片的程序的编写，对于51系列单片机来说keil软件是学习51单片机编程不可缺少的软件之一，软件可以兼容标准的汇编指令和C语言指令。4.2主程序主程序是系统的程序的整体的设计原理框图，所有的程序都应该按照汉族程序的设计流程设计。如图4-6是本次设计的防盗报警系统的主程序流程图。当系统上电后会进行相关器件的初始化工作，包括单片机的初始化，传感器初始化等。之后会进行检测传感器是否有检测信号，如果有信号说明存在报警的情况，会进行报警。中断程序系统初始化声光报警结束中断程序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4.3中断服务程序这个程序的功能是实现:从外面热释传感器脉冲信号时,单片机检测到有人闯入监控区域,因此,单片机内部程序,驱动报警电路报警声音和光线,报警10秒后自动停止报警,然后程序开始工作周期,是否有下一个触发信号检测,等待报警的状态连续工作[24]。同时,使用中断模式可以实现报警持续时间为10秒,并使用手动按钮停止声、光报警功能。手动按钮停止报警中断服务程序工作流程图,如图4-2所示。中断源发出中断申请中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图4-2中断服务流程图4.5报警服务程序主要功能：通过定时100ms等待，并连续计时10次最终得到一个周期的以1s为周期的方波信号，重复此过程，最终得到一列1s周期的方波脉冲信号，最终此列脉冲信号由单片机P3.7口输出与报警电路连接驱动发光二极管以1s频率闪动和蜂鸣器鸣叫报警。其主要流程如图4-3所示。定时100msx=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0x=0等待时间到吗？转向报警程序等待至时间到NOYES确定有人闯入x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4x=0.4图4-3报警服务程序流程图5系统的调试与仿真5.1系统的调试KEil软件可以说在单片机程序编写和调试过程中起到了重要的作用，在keil中打开相关的界面，在自己建立的工程上点击Buildtarget按钮就可以实现对单片机程序的编译和调试，如果程序没有错误会自动的生成HeX文件。如果在编译的时候系统发出警告信息，那么一定是编译出现问题了，要及时找出问题，修改问题所在，一直到编译正确。Keil软件中调试界面如下图5-1所示。图5-1keil调试图程序编写完成后如果没有头问题我们在编译程序的时候会提醒是否会有错误或者有警告[26]。如下图5-2所示，提示0Error(s),0Warning(s)说明程序既没有错误页没有警告。图5-2程序编译结果5.2仿真分析1、启动Proteus打开电脑点击桌面上的protues应用程序图标“ISIS7Professional”会进入protues应用环境。2、创建Proteus设计项目在进行一个设计之前需要首先建立一个protues设计项目，点击protues软件中的“File”菜单会弹出一个列表在列表中选择“NewDesign”之后会提示设计者设置图纸的大小，在这里看了一选择“LandscopeA4”这个型号的图纸，之后点击“OK”按钮完成项目的创建。3、绘制Proteus电路图在protues工作区域中可以查找自己需要的电路图器件进行原理图的绘制。选中的器件原理图和直接放到工作区域中，用鼠标点击器件的引脚就可以实现器件之间的电路图连线工作。最后完成整体原理图。4、添加源文件Protues软件就相当于真实的电路板一样，软件中的单片机也可以加载我们编写好的应用程序，加载应用程序的方法是，在protues菜单中选择“Source”按钮，在弹出的列表中选择“Add/RemoveSourcefiles”这个标签提示添加或者删除用用程序。之后就可以找到在keil软件中编写和调试后生成的.Hex文件，将该文件加载到protues中的单片机中，选择“OK”完成加载。5、编辑源程序6、编译文件通过便于文件选项可以确定原理图后者程序是否有错误的地方。7、加载目标文件加载.HEX文件到protues中的单片机中。8、连续运行程序9、单步调试程序通过上面的调试，在protues软件上进行了仿真，具体仿真的结果如下图所示。（1）开机界面图5-3开机界面（2）运行界面图5-3运行界面（3）布防按键按下进入布防状态界面图5-3布防界面（4）有人侵入报警界面图5-3报警界面在对系统进行了系统的软件的调试和硬件的调试过冲中，软件调试使用keil软件进行程序的编写和调试，硬件方面主要是对制作的电路板的各个模块的功能进行调试，最后把软件下载到硬件的单片机中，进行防盗报警系统的整体的演示功能。经过仿真可以很好的验证硬件的设计正确性和软件设计的正确性。6总结本次设计的课题的题目是基于单片机的红外防盗报警器，进过这几个月的设计，到现在终于完成了本次的设计要求，本次设计在使用场合上具有很多的地方，例如家庭里面的防盗、仓库防盗、商场防盗等。具有很高的使用价值。课题主要完成了防盗报警的功能，使用热释电红外传感器检测人体信号，检测到信号后会送入单片机中进行处理和判断，并具有按键设置电路可以设置系统为不