《基于单片机的防盗报警器设计8800字（论文）》

基于单片机的防盗报警器设计目录TOC\o"1-2"\h\u1408摘要 111126第一章绪论 2224851.1课题研究背景与意义 2260821.2设计思想与方案论证 3308351.3STC15单片机功能。 4266301.4本文主要内容 519241第二章设计特点和要求 6217842.1防盗报警器的任务和要求 66292.2防盗报警器的设计思路 6105772.3防盗报警器设计原理 713970第三章硬件设计 874893.1单片机电路设计 8169073.2红外模块 9318983.3控制显示电路 11306763.4LED显示报警电路 12216033.5电源电路 13100373.5总电路图 1315282第四章软件设计 15174234.1无线防盗报警器软件要求 15213514.2编译环境的选择 15323224.3编程语言的选择 16154794.4防盗报警器各模块的功能 17451第五章结论 206555参考文献 21摘要随着现代科技项目研究的日益深入，诸多领域的建设过程中都融合了新型科技成果，为人们的生活及工作带来了极大的便利在社会环境中，很多家电设备都慢慢的趋于人性化和智能化。与此同时，社会治安成为人们极为关注的焦点，入室抢劫案时有发生，尤其是在现代化高速发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，所以采用以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的产品层出不穷。传统的防盗报警器在这种趋势和环境之下逐渐更新换代。单片机有着高可靠性、高性价比、较低的低电压、较低的低功耗等技术优势，能够很好的利用与防盗报警装置之中所使用的。基于STC15单片机的无线防盗报警器设计的基本框架包含两个主体部分，即“上位机”与“下位机”。从现实的角度来看，应用单片机原理及无线通信技术来构造无线防盗系统能够满足电气产品市场的需求。本次设计能够很好的感应四路的红外检测。同时能够通过按键进行控制，通过无线模块进行通信传输，在OLED屏幕上显示出来。本次毕业设计具有很好的社会价值和使用前景。关键词：STC15，无线防盗报警器，红外检测绪论课题研究背景与意义随着我国经济改革工作取得很大的进展，最近10年以来，我们的物质生活水平有了很大提高。随着经济条件的好转，人们为了提高生活质量，开始大量购买各种高档甚至是生活用品。然而现实生活中，由于个人观念问题，大部分人的家庭防盗观念还不够强，社会上的不法分子也慢慢地的增加的趋势，造成我们身边不时有邻居或者朋友家庭被盗的消息出现。这种负面消息的影响使我们开始担心家庭财产甚至是人身安全的问题。

在以前的生活中，人们为了达到防盗的目的，也采取了很多的措施。人们安装防盗门窗、小区物业公司也可能安排了大量的物业保安人员，但是即使有了这些措施，非法进入住户房屋进行偷到的事件还是会经常发生。不法人员大多是在人们上班的时间，趁用户家中无人的时候进行作案，等到我们发现家中被盗的时候已经造成较大的家庭财产损失。这也显示出传统的防盗措施已经不能满足我们实际生活中家庭防盗的需求。现在市场上销售的商品化的防盗报警器主要分为两类，一类是适合个人家庭使用的独立报警器，主要是面向个人家庭用户，另一类是适合小区联防报警、甚至可以与公安110系统联网报警的网络型系统。目前市场上销售的大多数面向个人家庭用户的家用报警器，从技术上来说已经具备成熟的方案，随着多年的使用，在功能上也能够满足大多数的需求。市场上销售的很多家用防盗报警器都是利用了成熟的利用单片机作为控制核心的控制方案，利用相关的传感器检测警情信号，经过单片机控制电路处理以后，触发电路发出高分贝警铃威慑不法分子，同时产生强光信号。但是这种报警器主要是实现在布防地、在用户房屋周边产生警告，它缺乏与外界联系的有效手段，作为一个无人值守的电路系统，如果房屋中无人，不法分子可能会破坏报警器，则失去防盗作用，而且高分贝的警铃声一方面会产生扰民情况，另一方面也会使不法分子逃之天天，继续危害社会。虽然有些报警器可以通过联网方法可以与小区物业保安中心或者110系统联系,但是社会上销售的商品化的报警器一般售价昂贵，大多用户无法接受，另一方面销售商品化的报警器也仅仅只是作为报警器功能，无法实现更多功能，不容易实现功能的扩展。无线防盗报警器设计以单片机为内核，通过红外模块探测，并在有人接触靠近的时候能够报警并且在OLED屏幕上面显示出来，本设计体型小，安装方便，不易被发现，安装在隐蔽地方对物品房间进行保护，一旦当有人不经允许进入房间或者动被保护的物品时，报警器就会及时发出警报，进行保护。1.2设计思想与方案论证方案一：基于FPGA的防盗报警器该系统是通过EDA技术将人体红外感应模块、GSM模块、语音模块三者结合，实现防盗报警器的远程报警和监控。在人们工作或外出激活此系统后，当报警器检测到有非法入侵物进入室内第一时间将会进行语音报警，同时通过GSM模块将此消息发送到预先设置好的防盗远程客户端上。持有防盗系统远程客户端的用户也可以通过远程命令获得系统当前的状态，以及包括“开关”指令在内的全部权限。方案二：基于STC15单片机的防盗报警器对STC15单片机，OLED显示模块，无线通信模块，具有上位机和下位机同时进行通信操作。对人员的接近、红外检测出现提示的时候报警，能够短时间内检测到人员的动作，并在做出保护动作的同时发出警报，显示相应的结果，便于相关人员及时反应接着快速操作进行相应的保护行为。总结，STC15单片机是一款十六位的单片机，具有低功耗的功能。STC15单片机一般用于需要对功耗进行严格控制的电路上。STC15单片机具有精简指令集，性能高，使用简单的优点。非常适合本次的使用。所以选择方案二。1.3STC15单片机功能。图1-1STC15原理图由于各种智能设备的迅速发展，STC15系列单片机具有利用率高的优点，具有非常丰富的开发信息和经验，非常适合学生设计不同的系统和开发。同时STC15系列单片机具有下列功能：STC15系列单片机的外部快速I/O多达21个，而且所有的I/O口都可以进行其内部16个外部中断的映像，虽然STC15系列单片机的工作电压范围为2.0V~3.6V，但5V的信号可以从其几乎所有的端口进行输入。通过软件的设计，可以将其每一个端口都能够配置成推挽输出、开漏输出、上拉电阻输出、上拉电阻输入、下拉电阻输出、下拉电阻输出等其他外设功能，能够从软件层面上优化外部电路，使得其I/O无需在外部电路上进行有关于输出能力的设置。STC15系列单片机中集成了多个高精度的ADC转换器，且其强大的处理能力能够维持双通道采样和保持的功能，从低至0V高至36V的电压都能被其两个ADC转换器的16个输入通道所采集。STC15系列单片机具有七路能够跳过CPU的干预而直接进行存储器与储存器、设备与存储器之间的数据传输，能够大大的节省CPU资源，从而释放CPU的空间便于其去进行其他操作。能够通过20脚的JTAG仿进行真调试以及具备SWD功能。无线防盗报警器设计以STC15单片机为内核，通过红外模块探测，并在有人接触靠近的时候能够报警并且在OLED屏幕上面显示出来，本设计体型小，安装方便，不易被发现，安装在隐蔽地方对物品房间进行保护，一旦当有人不经允许进入房间或者动被保护的物品时，报警器就会及时发出警报，进行保护。1.4本文主要内容第一章防盗报警器的发展，对比当前多种防盗报警器的设计方案并进行方案分析论证，介绍设计相关单片机技术等，了解现如今的一些研究现状,说明了本研究的意义。第二章讲述了防盗报警器的任务要求、设计思路。第三章讲述了防盗报警器的硬件设置。第四章讲述了防盗报警器软件的要求以及编译软件和编译语言的选择。第五章讲述了完成这个设计后的结论。

第二章设计特点和要求2.1防盗报警器的任务和要求综合运用所学模拟电子技术、数字电子技术及单片机等相关知识，设计一套简易无线防盗报警系统。对于家庭或小型公司进行防盗系统的建立，人体探测器与主机采用无线通信的方式，收到警情后能发出报警声，同时显示出警情的具体位置，可以对主机进行设防与撤防的操作。电源采用市电供电，中央处理器采用单片机，人体探测器采用热释电传感器或红外传感器，无线接收和遥控器可采用市面现成产品。2.2防盗报警器的设计思路本设计的整体设计方案框如下图所示，主要包括STC15单片机，OLED显示模块，无线通信模块，具有上位机和下位机同时进行通信操作。对人员的接近、红外检测出现提示的时候报警，能够短时间内检测到人员的动作，并在做出保护动作的同时发出警报，显示相应的结果，便于相关人员及时反应接着快速操作进行相应的保护行为。基于此前提，经研究分析无线防盗器系统的设计原理，并根据系统功能要求在考虑产品的性价比对系统进行总体分析设计，首先提出系统的总体设计方案要求。时钟电路单片机STC15无线通信实时监测OLED显示模块时钟电路单片机STC15无线通信实时监测OLED显示模块电源电路电源电路红外模块红外模块图2-1系统组成框图2.3防盗报警器设计原理前端探测器——人头红外模块一般安装在房屋的大门和窗户等地。报警主机最好放在用户熟悉的比较隐蔽的地点。该体系是以人头红外传感器为检测元件，以STC15单片机为控制的核心。在其开发阶段，这个防盗报警器主要应用于普通的小型居民家里。本系统可以对非法闯入进行报警。打开开关，当第一路红外发射管发射的光被遮挡使得接收管未接收到时，则传感器将从6引脚输出一个低电平到STC15单片机的P3.1引脚，说明有人入侵，待其分析后从P1.2引脚输出相关信号到LED报警指示灯的LED1引脚，使LED1引脚的发光二极管发光。并将信号发通过引脚P1.1、P1.0、P3.7、P3.6传输到无线模块的CE、CSN、SCK、MO引脚，进而控制无线收发模块发送报警信息。报警信息为4个字符组成的字符串，第一个字符对应第一路的报警情况，1表示报警，0表示无人入侵。第一路报警则表示1000。接收端的无线收发模块接收发送端的4个字符组成的字符串数据，对数据解析，将信号通过MI引脚送到接收端的STC15单片机的P3.6引脚进行响应，待其分析后，将信号从单片机的P1.2引脚与P3.7引脚传输到显示屏的时钟信号引脚SCLKH和数据命令引脚SDA，使显示屏显示第一路报警。第三章硬件设计3.1单片机电路设计随着集成电路技术的发展，单片机的发展方向更倾向于高速度、高性能、大容量和性能更稳定、体积更小、成本更低、适用性更强两个方向发展。STC15具有40引脚双列直插式封装，其中4个并行口具备了32根引脚。这32根引脚分别是地址线、数据线和I/O线；2根电源线；2根始终振荡电路引脚和4根控制线。STC15自带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，采用了高密度非易失存储器制造技术，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相互兼容；由于STC15将多功能的8位CPU和闪烁存储器集合在一个芯片中，使其控制性能更加的高效，控制方案也更加的灵活，成本更加低廉。主要特征包含以下方面：与MCS-51兼容；带有4K字节可编程闪烁存储器；不低于1000写/擦循环的使用寿命；10年以上的数据保留时间；0Hz～24Hz的静态工作；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/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。图3-1接收端图3-2发送端3.2红外模块红外模块可分为被动式和主动式两种：（1）被动式红外模块被动式红外模块由光学系统，红外传感器（被动式）和数据传输组件三部分组成。被动式红外模块是利用红外光敏器件将活动的生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大、处理，它能可靠的将运动的生物体（人）和飘落的物体加以区别。同时它还具有监控范围大、隐蔽性好、抗干扰能力强和误报率低等特点。（2）主动式红外模块主动式红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接受端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。HC-SR501是基于人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。图3-3HC-SR501功能图图3-4人头红外模块接口红外探头产生的信号通过串口通信方式，传输给STC15单片机，从而产生人体接近的信号。通过S1至S4管脚连接至TX和RX引脚。3.3控制显示电路STC15为主要的中央处理系统，分为上位机和下位机同时工作功效。单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，当在STC15单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图所示。显示电路是由OLED显示屏显示出来，单片机控制通过控制，从而实现数码管的显示。该设计有LED报警电路，布放状态下检测到人体接近，LED就会发亮提示，直到主人按下撤防，才会停止。图3-5检测流程图图3-6OLED3.4LED显示报警电路在静态显示模式下，每个LED的负极都连接一个8位I/O。在LED灯的显示特性发生变化之前，发光二极管一直处于开启或关闭状态。静态显示模式程序简单，只需在红外检测感应到变化时调用显示程序，占用CPU时间和资源很少。但是，硬件电路比较复杂，所有的LED共需要4位I/O端口和4个限流电阻。图3-7LED接线图当红外装置检测到人的接近时，产生报警信号，通知用户消息情况。通过按键方式能够撤销报警，恢复正常工作状态。3.5电源电路在电源设计中，经常需要用到各种电压基准，其最重要的要求就是输出电压稳压精度高，尤其是高低温时候的温漂要小。对高功率密度电源，还要求外围电路简单。在以往的多次电源设计中，可以选择LM1117，也是看中其外围电路极其简单，性能极其强大的特点，如下图所示，只需要输入输出各加一个电容就可以稳定输出5.0V。输出电流高达0.8A，电压稳定度0.2%，负载稳定度0.4%。还有SOT223封装。体积小。图3-8LM1117接线图C1和C2是输入电容，对于交流电压整流输入，它们的第一个作用是把单向脉动电压转换成直流电压，在本图中输入已经是+5V直流电源了，它们的作用就是防止断电后出现电压倒置，因此通常输入电容的容量应该大于输出电容。3.5总电路图图3-9总电路图

第四章软件设计4.1无线防盗报警器软件要求在防盗报警器核心软件的构思之中，既要考虑到红外传感器采集数据的准确性的存在因素，又要充分综合实时评估其各方面的性能。(1)实时性：系统能够实现用户显示与传感器之间的实时信息交互。此外，若采集的信息检测到，系统能够及时通知终端用户。(2)准确性：数据信息的准确传输。(3)可靠性：系统能够没有严重故障的情况下稳定工作较长的时间。(4)可扩展性：更换系统硬件对系统的影响最小。同时，在保证系统稳定运行的前提下，可以增加其他功能应用。同时，系统采用模块化的设计方法，简化了模块间的接口，实现了系统的灵活性和可扩展性。4.2编译环境的选择目前我们正处于电子信息时代，厂商推出了很多编译环境以供开发人员对不同的微处理器进行编程。我们采用KEIL5作为本系统的编译软件。在本系统的设计过程中，我们需要把整个的软硬件系统变为流程工作，KEIL集成了多种编译器以及多种芯片的芯片包的本地下载，能够快速的实现相应的函数库调用，能够大幅度的缩短开发效率、减少开发时间，这也是我选择KEIL5软件作为编译软件的原因。KEIL5软件在网上资料多，可选择最新版本进行下载安装，在安装过程中需注意安装路径不能存在中文，否则在编译的过程中会出来未知错误，影响开发效率，在使用软件时需要对软件的设计过程做出以下几条原则规定，便于系统后期的问题排查以及模块与整体的调试工作。系统按从零到整的顺序进行设计。首先要对各个模块的驱动程序进行设计，当此模块的工作正常后再进行下一部分的设计，当所有的模块都能够工作正常后我们再进行系统的整体程序编写。对关键语句进行注释。在进行系统编程的过程中，要对每个模块中的所有子函数以及关键语句进行注释，注释能够大大的提高程序的可读性，因为系统的设计过程并非在短暂的时间内完成，如果一些重要的语句或者算法由于长时间不去使用可能会导致使用方法的遗忘，进而影响系统的开发效率。模块化编程。将对各个模块的设计程序都进行模块化，然后再最后的系统整体工作设计中进行子函数的调用工作。这种模块化编程的方式是目前系统软件开发的主流的方式，通过各个子函数中的参数的调用来完成某一个功能的完成，可以大大的减小系统开发过程中所出现的语法错误，增强程序的可读性，而且能够在后期的工作中快速排查问题所在。4.3编程语言的选择本系统在选择编程语言进而实现硬件功能的时候，选择了C语言以及汇编语言作为预选方案。对于单片机这种小容量的处理器，通常需要使用编译出来占存储空间小的语言进行编程设计，常用的语言是汇编语言和C语言。汇编语言最为接近机器语言，编译出来的效率十分高，所占用的存储空间也最小，但是汇编语言的缺点就是复杂程度特别高，没有多年的写汇编程序的经验很难将一个较为复杂的程序写好。汇编语言的可移植性也十分差，项目有些许的更改，或者更换其他平台的单片机，这个程序就得进行大规模的改写。汇编语言写出来的程序可读性也相对很差，没有很好的注释，一般很难看懂别人写的汇编程序。C语言相对汇编语言而言，它的执行效率只比汇编语言略低，却远远大于其他的编程语言。C语言相对汇编语言而言，极为容易上手，C语言有很多实用编写好的语言库，可以直接进行使用，十分方便，而且C语言的移植十分强，项目稍作更改只需要在程序中进行简单的更改即可。C语言在编写逻辑控制代码时，有者通俗易懂的关键词提示，更有利于用户与开发者的代码编写以及数据流的观察，而且C语言强大的兼容性能够使得用户在不同平台下进行调试工作，我们作为学生，目的是以最方便、最简单的途径完成系统的开发，使用C语言进行开发能够在满足系统要求的前提下实现逻辑的工作选择，能够方便快捷的进行系统的整体开发，而且在后期的调试工作中有着十分便捷的使用，所以本系统采用C语言进行开发。图3-1软件工作流程图4.4防盗报警器各模块的功能4.4.1主程序模块主程序模块可以调度各个模块程序。部分程序：#include"STC15W.h"#include"intrins.h"#include"oled.h"#include"delay.h"#include"ADC.h"#include"24l01.h"sbitled1=P1^4;sbitled2=P5^4;sbitbuzzer=P1^5;4.4.2无线模块无线模块程序可以驱动无线收发模块和按键程序。部分程序：#include"reg51.h"#include"24l01.h"#include"delay.h"//24L01操作线sbitNRF24L01_CE=P3^2;sbitNRF24L01_CSN=P3^3;sbitNRF24L01_SCK=P3^6;sbitNRF24L01_MOSI=P3^7;sbitNRF24L01_MISO=P1^0;sbitNRF24L01_IRQ=P1^1;ConstunsignedcharTX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};//发送地址constunsignedcharRX_ADDRESS[RX_ADR_WIDTH]={0x34,0x43,0x10,0x10,0x01};//发送地址/**********************************************NRF24L01的SPI写时序/**********************************************/unsignedcharSPI_RW(unsignedchardat){ unsignedchari;for(i=0;i<8;i++)//输出8个位{ NRF24L01_MOSI=(dat&0x80);//输出uuhar的最高位 dat=(dat<<1);//左移一位 NRF24L01_SCK=1;//将时钟线置'1' dat|=NRF24L01_MISO;//同时读取STATUS NRF24L01_SCK=0;//然后再将时钟线置'0'}return(dat);//返回读取的值}4.4.2显示屏驱动模块此模块可以使显示屏初始化，显示屏寄存器的读写。部分程序：voidOLED_Clear(void){ u8i,n; for(i=0;i<8;i++) { OLED_WR_Byte(0xb0+i,0);//设置页地址（0~7） OLED_WR_Byte(0x00,0