基于单片机的热释电防盗报警系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)

基于单片机的热释电防盗报警系统毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

功能 ，将其划分为以下功能模块：电源电路、 热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51模块、 警铃电路、数码管显示电路等。 自 动 报 警 器A T 8 9 C 5 1热 释 电 红 外 传感 器振 动 位 移 传 感器警 铃 电 路 电 源 电 路数 码 管 显 示 电路 图 21 系统组成框图 探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房，卧室等，陕西理工学院 8 当系统开机时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声 (蜂鸣器 )报警，同时显示出出事位置。 系统的相关技术 本系统主要有电源电路、 热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、 AT89C51控制电路、 警铃 电路、数码管显示电路 部分组成。 下面我们将简要介绍 传感器技术和单片机技术。 传感器技术 感应器技 术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够感受到的及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量 (输入量 )的部分，转换元件是指感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。 感应器的作用 ： A．信息的收集。 对某种特定要求，需检测目标物的存在状态，把某状态信息转换为数据，对系统或装置的运行状态进行监测。 B．信息数据的交换。 把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信息数据 转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。 C．控制信息的采集。 检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统的状态，或者跟踪系统变化的目标值。 现在有关家庭防盗的传感器非常多，有无线人体热释电传感器、无线门磁传感器、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、雷达波人体检测无线探头等等。 本系统考虑到不仅要满足可靠探测的需要，而且还需经济实用和安装操作简便，所以选用了无线人体热释电红外传感器完成防盗监测。 当盗贼企图从门窗进入室内时，无线人体热释电 传感器能检测到人体移动的红外信号。 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非陕西理工学院 9 常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户的欢迎。 被动式热释电红外探测器的工作原理： 在自然界，任何高于绝对温度的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。 人体都有恒定的体温，一般在 37℃ ,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波光片增强 后聚集到红外感应源上。 红外感应源通常采用一些热释电元件（强介电质材料如钛镐酸铅、钛酸钡等）作成。 这种元件在接受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，电荷变化最终将以电压或电流的形式输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。 被动式热释电红外探测器的特性：这种探头是以探测人体辐射为目标的。 所以热释电元件对波长为 10um左右的红外辐射非常敏感。 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。 被动红外探头，其传感器包含两个互相串联 或并联的热释电元件。 而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于两片热释电元件接收到的能量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理并报警。 抗干扰性能： 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，一般不产生报警。 抗电磁干扰：探测器的抗电磁波干扰性能符合 GB10408（安全防范国家标准）的要求，一般手机电磁干扰不会引起误 报。 正确的安装应满足下列条件 : a．红外线热释电传感器应离地面。 陕西理工学院 10 b．红外线热释电传感器远离空调，冰箱，火炉等空气温度变化敏感的地方。 c．红外线热释电传感器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。 d．红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。 红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。 振动位移传感器 ： 高灵敏振动位移传感器 ， 是一种集振动和位移测 量 于一身的全方 位 固态控制器件 ,是目前作为状态检测和报警的最佳选择 ， 传感 部分采用目前先进固态加速度检测器件 ， 既对振动有很高的检测灵敏度 ， 又对周围环境的声音信号抑制 ， 具有很强的 抗 干扰能力 ， 可广泛应用于机动车 、 保险柜 、门窗等场合的防盗装置中 ， 器件的内部均含有专用的控制芯片 ， 应用非常方便 ， 可直接带动小功率负载。 单片机技术 单片机的特点 ： 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，主要特点如下： a． 单片机中的存储器 ROM和 RAM是严格分工的。 ROM为程序存储器，只存放程序、常数及数据表格。 而 RAM则为数据存储器，用作工作区及存放变量。 这样的结构主要是考虑到单片机用于控制系统中，有较大的程序存储空间，把已调试好的程序固化在 ROM中，而把少量的随机数据存放在RAM中，这样，小容量数据存储器能以高速 RAM形式集成在单片机内，以加快单片机的执行速度。 但单片机上 RAM是作为数据存储器用，而不是当作高速数据缓冲存储器（ Cache）用。 b． 采用面向控制的指令系统。 为满足控制的需要，单片机的逻辑控制能力要优于同等级的 CPU，特别是单片机具有很强 的位处理能力。 单片陕西理工学院 11 机的运行速度也较高。 c． 单片机的 I/O引脚通常是多功能的。 由于单片机机芯上引脚有限，为了解决实际引脚和需要的信号线数的矛盾，采用了引脚功能复用的方法，引脚处于何种功能，可由指令来设置或由机器状态来区分。 d． 系列齐全，功能扩展性强。 单片机具有内部掩膜 ROM、内部 EPROM和外接 ROM等形式，并可方便的扩展外部的 RAM、 ROM及 I/O接口，与许多通用的微机接口芯片兼容，对应用系统的设计和生产带来极大的方便。 e． 单片机的功能是通用的。 单片机虽然主要是作控制器用，但功能上还是通用的，可以像一 般微处理器那样广泛地应用在各个方面。 单片机的应用 ： 单片机在控制应用领域中，有如下几方面的优点： 体积小、成本低、运用灵活、易于产品化，它能方便地组成各种智能化的控制设备和仪器，做到机电仪一体化； 面向控制，能针对性地解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得更 佳的性能价格比； 抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣的环境下都能可靠地工作，这是其他机种无法比拟的； 可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统 的 效率和可靠性大为提高。 单片机的应用范围十分广泛，下面仅列举一些典型的应用领域。 ① 工业控制 数控机床，温度控制，可编程顺序控制，电机控制，工业机器人，智能传感器 ， 离散与连续过程控制； ② 仪器仪表 智能仪器，医疗器械，液体和气体色谱仪，数字示波器； ③ 电讯技术 调制解调器，声象处理，数字滤波，智能线路运行控制； ④ 办公自动化和计算机外部设备 陕西理工学院 12 图形终端机，传真机，复印机，绘图仪，磁盘 /磁带机，智能终端机； ⑤ 导航与控制 导弹控制，鱼雷制导，智能武器装置，航天导航系统； ⑥ 汽车与节能 点火控制，变速控制，防滑车控制，排气控制，最佳燃料控制，计费器，交通控制； ⑦ 商用产品 自动售货机，电子收款机 ，电子秤，银行统 计 机； ⑧ 家用电器 微波炉，电视机，录像机，音响设备，游戏机。 AT89C51的特点 ： AT89C51是 ATMEL公司采用 CMOS工艺生产的低功耗、高性能 8位单片机，与 MCS51单片机兼容，其功能特点为： 4K字节闪烁存储器 (FLASH)，可进行 1000次写、擦除操作。 静态操作，外接 OHZ24MHZ晶振。 三层程序存储器琐。 128字节内部数据存储器 (RAM)。 32跟可编程输 /输出线。 两个 6位定时 /计数器。 六个中断源。 一个可编程串口。 支持低功耗模式和掉电模式。 下面我们介绍一下 AT89C51的引脚， AT89C51引脚排列如图 22所示，各引脚的功能如下： VCC： 供电电压。 GND： 接地。 PO口 ： PO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 l时，被定义为高阻输入。 PO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 FLASH编程时， PO口陕西理工学院 13 作为原码输入口，当 FLASH进行校验时， PO输出原码，此时 PO外部必须被拉高。 图 22 AT89C51 引脚排列图 P1口 ： P1口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向 1/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 1/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 1/O口，可接收输出 4个陕西理工学院 14 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，如下为管脚的备选功能 : RXD(串行输 入口 ) TXD(串行输出口 ) /INTO(外部中断 0) /INT1(外部中断 1) TO(记时器 0外部输入 ) T1(记时器 1外部输入 ) /WR(外部数据存储器写选通 ) /RD(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。 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。 河南理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 3 报警器硬件设计 电源电路设计 本系统电源电路原理图如图 31所示，系统的电源采用 220V交流供电，电网的 220V交流电经桥路整流，电容滤波，送入 7805和 7809的输入端，最后输出 5V和 9V的直流电。 图 31 电源原理图 主机电路设计 报警器的主机采用 AT89C51单片机来实现。 单片机是将中央处理器(CPU)、随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、定时 /计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型 计 算机。 现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高，相继出现了 32位和 64位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用ATMEL公司生产的 8位单片机 AT89C51，构成系统的主机。 主机部分的电路原理图如图 32所示，它由复位电路、振荡电路、蜂鸣器、共阴极 7段数码管组成。 引脚 ，用以检测异常情况，以便进行报警处理。 陕西理工学院 16 图 32 主机部分原理图 时 钟电路 AT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。 时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 内部方式的时钟电路如图。