创新的家用报警器课设.doc

辽 宁 工 业 大 学

单片机原理及接口技术 课程设计（论文）

题目： 家用防盗报警器设计

院（系）： 电气工程学院
专业班级： 电气11*
学 号： 110303***
学生姓名： ***
指导教师： （签字）
起止时间：2014.06.16-2014.06.30

课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院 教研室：
学 号
**
学生姓名
**
专业班级
**
课程设计（论文）题目
家用防盗报警器设计
课程设计（论文）任务
该报警器可对仓库、商店、住宅门窗自动监测，当门窗被开、玻璃被砸碎时，报警器发出警报声，并显示位置。报警器可检测8点（门磁和振动监测），并有消音按键。
设计任务：
1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）
2. 门磁和振动传感器选择及接口电路设计
3. 报警电路及消音电路设计
4．.程序流程图设计及程序清单编写
技术参数：
1．报警器可检测8点，自动检测门窗撬开以及玻璃破碎等情况
2．工作电源220V
设计要求：
1、分析系统功能，选择合适的单片机及传感器，门窗状态检测电路设计等；
2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；
3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。
进度计划
第1天 查阅收集资料
第2天 总体设计方案的确定
第4天 CPU最小系统设计
第5天 门磁和振动传感器选择及接口电路设计
第6天 报警电路及消音电路设计
第7天 程序流程图设计
第8天 软件编写与调试
第9天 设计说明书完成
第10天 答辩
指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩：

总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘 要
社会在不停的发展进步，人们的生活水平、标准也随之发生改变。人们已经不在简简单单的追求居住环境的良好了，同时也在重视居住环境的安全问题，注意家人的安全，财产的安全，人们的安全防护意识在不断的提高。因此，家庭防盗报警系统就应运而生。
本设计针对家庭防盗报警系统进行设计，包括CPU最小系统设计、传感器选择和电路设计、报警电路、复位电路及消音电路等。其中CPU选择的是Intel公司MCS-51系列的89C51。复位回路是应用看门狗复位电路，这样可以能更加良好的保证了复位。时钟电路是采用晶振回路简单，可靠。传感器选择的是热式红外线传感器，此传感器可以根据温度的不同来检测入侵者，并且设置在门窗或户外等地，其发出的是不可见红外光，隐蔽性强，灵敏度高。整个报警系统是通过信号采集，数据处理，发出信号，复位等过程组成，通过编程的语句，在89C51的控制下运行。由于人们对安全防盗重要性看的越来越重，因此该系统在现实生活中得到了广泛的应用。

关键词：单片机；传感器；报警电路；消音电路

目 录
第1章 绪论 1
1.1 报警器发展概况 1
1.2 本文研究内容 1
第2章 CPU最小系统设计 3
2.1 家用防盗报警器总体设计方案 3
2.2 CPU的选择 3
2.3 数据存储器扩展 5
2.4 复位电路设计 6
2.5 时钟电路设计 7
2.6 CPU最小系统图 8
第3章 家用防盗报警器输入输出接口电路设计 9
3.1 传感器的选择 9
3.2 家用防盗报警器检测接口电路设计 10
3.3 家用防盗报警器输出接口电路设计 11
第4章 家用防盗报警器软件设计 13
4.1 软件实现功能综述 13
4.2 流程图设计 13
4.2.1 主程序流程图设计 13
4.3 程序清单 14
第5章 系统设计与分析 16
5.1 系统原理图 16
5.2 系统原理综述 17
第6章 课程设计总结 18
参考文献 19

第1章 绪论
1.1 报警器发展概况
家用防盗报警器是用物理方法或电子技术，自动发现在布防检测区域内的侵入行为，产生报警信号并提示相关人员报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。
最初的家用报警器是采样感烟探测器，它采用的是氙气光灯作为探测光源，优点是客观猜到体积从小到大的各种颗粒，灵敏度高，编程简单和气流监控位于探测腔内；缺点是维修成本大，需要定期对氙气管进行更换，每两年更换一次过滤器，而且价格昂贵。第二代空气采样家用燃气报警器采用的是红外线激光装置进行探测光源，优点是维修成本较低，不需要对探测器进行整修，较低的成本，更广泛的灵敏度范围，体积更小；缺点是微小的颗粒的探测能力差，仍需要每两年更换过滤器，要求有计算机和专门软件来进行编程，气流监控位于探测器进气管内，使得对探测器内部气流的监控能力差，第三代采样感烟探测器采用的是短波长蓝光作为探测光源，可观察到体积从小到大的各种颗粒，更快速的萌芽期火灾探测，能把灰尘和水蒸气与燃烧产物区分开来，改善气流监控和简单编程，不需要由专门工具。
目前家用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遮光触发式防盗报警器等，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而此次实际中所用到的是红外光，它是一种是不可见光，并且具有很强的隐蔽性和保密性，所以此设备可以在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

1.2 本文研究内容
本设计包括CPU最小系统设计，（其中有CPU的选择、数据存储器扩展、复位电路设计、时钟电路设计）；传感器设计与选择；总体流程图的设计。该系统是经过传感器采集数据，通过A/D转换器交给CPU处理，再由CPU将处理结果输出到报警电路，发出报警信号，整个系统是在软件的控制下工作的。
该系统在报警器处在工作状态时，通过红外探测器可以探测到人员闯入，并且通过设置在监测点上的红外探头将人体的辐射的信号转变成电信号，通过放大电路，比较电路，发送到门开关，最后传送到CPU处理，经处理后，CPU控制报警电路发出报警信号。因为红外线在正常情况下不容易被发现，因此，可以在门口，窗口位置设置红外线这样可以检测到是否有人闯入房间。
第2章 CPU最小系统设计
2.1 家用防盗报警器总体设计方案
为了完成防盗报警的功能，需要选择和设计传感器和单片机控制电路组成防盗报警系统。系统组成框图如下:
门磁振荡检测

89C51
报警回路
LED显示及按键电路
图2.1 总体框图

门磁与振荡电路是家用防盗报警器必备的检测电路，具有检测灵敏，体积小，安装方便等优点。显示电路采用的是LED显示，可以明确的显示发生事故的位置，便于及时处理。
CPU选择的是51系列的89C51单片机，P3口接入门磁与振荡电路，P1口与LED数码显示相连接。
报警电路接在P3.7口，晶振电路接XTAL1和XTAL2口，复位电路接在RESET口。
2.2 CPU的选择
本次设计所选用的单片机是Intel公司MCS-51系列的85C51。
89C51的结构特点：
1. 面向控制的8位CPU；
2. 一个片内振荡器和时钟产生电路，振荡频率为0-24MHZ；
3. 片内4KB Flash ROM程序存储器；
4. 128B的片内数据存储器；
5. 可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路；
6. 2个16位定时/计数器；
7. 4个并行I/O口，共32条可单独编程的I/O线；
8. 5个中断源，2个中断优先级；
9. 一个全双工的异步串行口；
10. 21个特殊功能寄存器；
11. 具有节电工作方式，即休闲方式和掉电保护方式。
89C51的结构引脚如图2.2所示：

图2.2 89C51单片机引脚结构

其引脚功能为：
GND：接地端。
VCC：电源端。正常操作及对Flash ROM编程和验证时接+5V电源。
XTAL1：接外部晶体和微调电容的一端。在89C51片内，它是振荡电路反响放大器的输入端及内部时钟发生器的输入端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。当采用外部振荡器时，此引脚输入外部时钟脉冲。
XTAL2：接外部晶体和微调电容的另一端。在89C51片内，它是振荡电路反向放大器的输入端。再接外部振荡器时，此引脚应悬浮。
RST：复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，此引脚上出现两个机械周期以上的高电平，就可以使单片机复位。
ALE/：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/VP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。
P0口：时双向8位三态I/O口。在访问外部存储器时，可分别用作低8位地址线和8位数据线；在Flash ROM编程时，它输入指令字节，在验证程序时，则输出指令字节。P0能驱动8个LSTTL门电路。
P1口：它是一个内部带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。在Flash ROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。能驱动4个人LSTTL门电路。
P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，他能输出高8位地址。
P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口P3口能驱动4个LSTTL门电路。
2.3 数据存储器扩展
由于89C51片内只有128B的数据存储器，在现实生活中可能用到更多的数据存储，因此需要对单片机进行适当的扩展，并且89C51具有扩展功能。89C51片外最多可以扩展64KB的数据存储器。
此次设计所用到的扩展模块是6264。6264是8K*8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功率为200mW，典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。
89C51与6264的硬件接线图如图2.3所示，6264的片选线接89C51的P2.7，第二片选线CE2接高电平，保持一直有效状态，6264是8KB容量的RAM，故使用了13根地址线。
图2.3 数据存储器扩展接线图

2.4 复位电路设计
单片机复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。为了保证系统可靠复位，在设计复位电路时，一般使RESET引脚保持10ms以上的高电平，单片机便可以可靠的复位。当RESET从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开始执行程序。在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠的工作，常将RC电路接施密特电路后再接入单片机复位端；或采用专用的复位电路芯片。MAX813L是一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片。
MAX813L与单片机连接电路如图2.4所示，该电路可以实现上电复位，程序运行出现死机时自动复位和手动复位。为实现单片机死机时自动复位功能，需要在软件设计中，P1.7不断输出脉冲信号，如果因某种原因进入死循环，则P1.7无脉冲输出。于是1.6s后在MAX813L的端输出低电平，该电平家到端，使MAX813L产生一个200ms的复位脉冲输出，使单片机有效复位，系统重新开始工作。
图2.4 复位电路接线图

2.5 时钟电路设计
89C51内部有一个高增益反向放大器，用于构成片内振荡器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟发生器，如图2.5所示。
图2.5振荡电路接线图

2.6 CPU最小系统图
CPU最小系统如图2.6所示。
图2.6 CPU最小系统接线图

XTAL1与XTAL2分别为时钟电路的输入和输出。P1.7和RESET分别接复位电路的输入和复位端。其中C1、C2都是30。
第3章 家用防盗报警器输入输出接口电路设计
3.1 传感器的选择
热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。 被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作原理便是热释电效应。热释电效应是指如果使某些强介电质材料(如钦酸钡、钦错酸铅P的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生极化，即表面上就会产生电荷的变化， 最终电荷变化将以电压或电流形式输出将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。热释电红外传感器的内部电路图如图3.1所示。其中R3、R5=10，R1、R2、R4=5。
图3.1 热释传感器内部接线图

热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。
当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体(如墙壁、家具等)在室温下红外辐射的能量比较小，而且基本上是稳定的，所以不能触发报警器。当有人体突然进入探测区域时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号U，送往报警器，发出报警信号。红外探测器的探测波长为8~14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之内，因此能较好的探测到活动的人体。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。在VCC电源端利用C1和R3来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R2的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。

3.2 家用防盗报警器检测接口电路设计
ADC 0809系列为多通道8位逐次比较式CMOS A/D转换器，它是美国公司制造的产品，是目前最流行的中速廉价型产品之一。其结构、性能与ADC 0801等相似。片内有多路模拟开关及通道地址译码及锁存电路，可对多路模拟信号进行分时采集与转换；片内配置了三态输出数据缓冲器，提供了与微处理器兼容的接口；ADC 0809 的最大不可调误差小于0.5~-0.5LSB。
ADC 0809典型的时钟频率为60kHz，每一通道的转换时间需要66~73个始终脉冲，约为100ms。在启动ADC 0809后，EOC大约在10后才变为低电平。0809与89C51接线如图3.2所示。

图3.2 A/D转换接线电路

3.3 家用防盗报警器输出接口电路设计
此次课程设计显示电路是采用芯片进行译码输出，可显示不同的数字分别代表的不同的被监测的位置。通过P0口可以分别输送两路四位地址给译码器进行编译，显示不同的数字，以便用后了解。报警电路是采用蜂鸣报警电路，用P2.7口输出脉冲控制555振荡器再利用555振荡器产生振荡，可以使蜂鸣器发出声响，达到报警的作用。当有外人入侵时会发出报警信号提醒主人，采取防盗措施。其接线图如图3.3所示。

图3.3 输出接线图

第4章 家用防盗报警器软件设计
4.1 软件实现功能综述
根据总体设计方案，防盗报警系统包括主程序、读数子程序、显示报警子程序主程序主要用来进行初始化，设置口地址和控制字，并对检测结果进行核对和控制读数子程序用来读取门磁振动检测电路的输入数据进行分析显示。显示报警子程序，利用芯片进行译码显示，转为BCD码后输出。
4.2 流程图设计
4.2.1 主程序流程图设计

开始
初始化
延时2S
发出报警
信号相同
发出信号
N
N
图4.2 主程序流程图

N

Y

N

Y

主程序主要用来进行初始化，设置口地址及其控制字，并对检测结果进行核对，控制，其流程图如图4.2。
4.3 程序清单

主程序代码设计：

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP PINT0
ORG 0200H
MAIN: MOV IE,#81H
SETB IT0
MOV SP,#30H
SETB P3.0
CLR P3.1
MOV P1,#0FFH
MOV P2,#00H
CLR P1.2
LP: JNB P1.0,LA
LA: ACALL DELAY
JNB P1.0,ALARM
AJMP LP
DELAY:MOV R1,0AAH
LD2:MOV R2,0BBH
LD1:NOP
DJNZ R2,LD1
DJNZ R1,LD2
RET
ALARM:SETB P1.2
CPL P3.0
CPL P3.1
2S钟定时:
MOV 51H,#14H
MOV TMOD,#01H
MOV TL0,#0B0H
MOV TH0,#3CH
SETB TR0
L2:JBC TF0,L1
SJMP L2
L1:MOV TL0 #0B0H
MOV TH0 #3CH
DJNZ 51H,L2
ETB P3.0
CLR P3.1
CLR P1.2
LJMP LP

中断服务程序编写：
PINT0: CLR EX0
PUSH PSW
PUSH ACC
JNB P3.2,LN
LN: LCALL DELAY
JNB P3.2,LN1
AJMP LN2
LN1: SETB P3.0
CLR P3.1
CLR P1.2
POP ACC
POP PSW
SETB EX0
LCALL LP
LN2: RETI
END

第5章 系统设计与分析
图5.1 总程序图
5.1 系统原理图

5.2 系统原理综述
此设计的核心模块是单片机，所以此系统也是单片机引用系统的一种应用。单片机应用系统也是由硬件和软件组成。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。整个系统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，打开门限阀门送入89C51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的报警信号。在报警响一段时间后自动解除，同时在报警时也可手动解除。

第6章 课程设计总结
此次课程设计设计的是家用防盗报警器，此家用防盗报警器是以89C51单片机为核心，并用热释电红传感器进行检测外来侵入，热释电红传感器是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。本次设计的家用报警器的最大特点就是操作简单、易懂、灵活；并且安装方便、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

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