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1、智能小区安防系统毕业设计论文 引言 中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势，需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系。如何解决在当前每个家庭经济承受能力有限的情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统，是当前急需解决的课题。本方案是在考虑以上因素的基础上，所设计的可行实施方案。 小区安全防范报警系统是智能小区实现安全管理的重要系统,主要包括防盗报警、煤气泄漏报警、消防报警等。小区管理极为重要的内容是确保住宅,住户安全,生活中,人人都可能出现一些意想不到的求助情况,现代居住的格局,邻里常年不来往已是常事,家庭生活稳密性、封闭,性越来越强。因
2、此,小区安全防范及报警系统是具有先进的设计和设备,并为小区住户的安全提供保障的必要系统。 我国的安防自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助，烟雾/煤气探头、瓦斯探头，等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑想连接，进行安防信息管理。如果发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃汽泄露，声音过高等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发声光警报以有效恫吓企图行窃的盗贼；系统还会迅速向报警中心传送报警信息；报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别判定警报类型
3、、地点、用户，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；系统具备24小时防破坏等并自我监视，一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。总之，无论白天黑夜，你离家在外还是在家休息，电子保安时时刻刻保护的安全，这正是能为家人、家庭、财产所做的最有效的安全防盗保护措施。 1 总体设计 1.1 设计背景 在当今高速发展的社会中，人们对自身所处的环境越来越关心，居家安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。当上班家中无人，或者仅有老人孩子在家，或晚上在家熟睡，都必须确保家庭成员和财产的绝对安全。 中国安居工程需要大力发展安全文明小区建设，严峻的社会治安形势，需要建立并完善安全文明小区防盗报警网络系统体系。如何解决在当
4、前每个家庭经济承受能力有限的情况下，建设满足防范功能及可靠性需求的安全文明小区防范防盗报警网络系统，是当前急需解决的课题。本方案是在考虑以上因素的基础上，所设计的可行实施方案。一、住宅小区防盗报警系统要求当前，随着经济的发展，人民的生活日益改善，人们对家庭生命财产安全越来越重视，采取了许多措施来保护家庭的安全。以往的做法是安装防盗门、防盗网，但也存在有碍美观，不符合防火要求，不能有效地防止坏人的入侵。现在，全国各地都在如火如荼地开展建设安全文明小区的活动，而且很多地方都提出取消防盗网的口号，家庭电子防盗报警系统也就应运而生。因为大多数家庭都是双职工，白天家里通常没有人，发生报警后，必须要有专人
5、来处理，因此，必须设立报警中心。而且因为国内住宅区大多数是密集型分布，一个住宅区往往有几百上千户，并且都有自身的保安队伍，因此当用户防盗报警系统报警时，除了在现场报警外，还需要向当地派出所或公安分局进行报警联网外，也需要向住宅小区的保安中心进行联网报警，以便警情得到迅速处理。另外，考虑到国内普遍收入水平较低，对于每一户家庭的防盗报警系统成本不可太高，但因为用户数量多，也不能采用质量差的产品，以免误报频繁造成不良影响。根据以上分析，住宅小区对防盗报警系统的要求如下：1.广泛性即要求小区内每个家庭都能得到保护。2.实用性即要求每个家庭的防范系统能在实际可能发生受侵害的情况下及时报警。并要求操作简便
6、，环节少，易学。3.系统性即要求每个家庭的防范系统在案情发生时，除能自身报警外，必须及时传到保卫部门，并同时上报当地公安报警中心。4.可靠性即要求系统所设计的结构合理产品经久耐用、系统是可靠。5.投资可行性-即要求系统投资或造价能控制在小区家庭能承受的范围之内。 1.2 设计思想 在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装声检、紧急求助，烟雾/煤气探头、瓦斯探头，病毒检测器，防盗报警器等报警感知设备，报警主机通过总线与管理中心的电脑想连接，进行安防信息管理，本系统具有远程报警功能。如果发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃汽泄露，声音过高等紧急事故，传感器就会立即获知并
7、由报警系统即刻触发声光警报以有效恫吓企图行窃的盗贼；系统还会迅速向报警中心传送报警信息；报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别 判定警报类型、地点、用户，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；系统具备24小时防破坏等并自我监视，一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。总之，无论白天黑夜，你离家在外还是在家休息，电子保安时时刻刻保护的安全，这正是能为家人、家庭、财产所做的最有效的安全防盗保护措施。 1.3 系统功能 设计具有防盗并且兼有防火，防煤气，防盗毒等功能的小区防盗报警系统，无疑可以使家庭保安自动化。系统采用体积小巧，功能强大，价格便宜的单片微型计算机作为居民家庭第一监视端，与单片机
8、连接各种用于家庭安保的传感器作为收集信号并送给单片机初步处理，单片机实时与远方主监控计算机通信，将从传感器接受来的信号实时传给主机，主机端就可以知道小区各个居民家庭的异常情况，从而进行实时处理。系统利用CAN总线传输信息，提高了可靠性，操作更方便，在工程实际中有广泛的应用，因而具有良好的应用前景和工程推广价值。 该系统运用了了单片机AT89C51， CAN总线的主要特性和功能，将主从式微机通信运用于今天的生活，体现了自动化的发展前景一片光明。对于应用区域：每个家庭可实现：家中无人时，如上班了，可把家庭报警系统设置在外出布防状态，使所有的探测器都工作起来。当窃贼试图破门而入或从阳台闯入，被动红外
9、探测器探测到动作，警号发声，并且保安中心立刻接收到警情，接着在数秒后公安局报警中心也会收到报警信号。家中有人时，如睡觉时，把系统设置在留守布防状态，当窃贼企图从大门闯入时，立刻动作发出警报；如果主人有紧急情况，如急病或受到挟持时，可按动键盘上的紧急按钮发出警报。 1.4 系统设计框图 图1.1 系统组成结构图 1.5 系统实现方法 (1)利用各种传感器接收需要防备外界的异常信号，信号的检测与转换传输。 (2)单片机接收传感器检测信号，进行初步处理，如记录发生情况的位置，何种报警等等，也可以单片机进行现场报警。 (3)利用CAN总线实现单片机与主控计算机的串口通讯。 (4)在主控计算机上接收单片
10、机送来的报警信号，发出报警信息。 2 系统可行性分析 2.1 硬件模块 报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、煤气信号采集模块、防盗报警模块、光报警模块，键盘显示模块以及单片机与CAN总线模块组成。 2.1.1单片机控制模块 经过比较，作者决定使用常用、廉价的单片机AT89C51作为主控制器。单片机AT89C51是由ATMEL公司生产的51单片机。简单介绍如下： AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准M
11、CS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 AT89C51的引脚图如下图所示： 图2.
12、1AT89C51芯片的引脚图 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0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1时，被定义为高阻输入。P0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FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校 验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/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
13、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I/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I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P
14、3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，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /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
15、高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。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，将跳过一个ALE脉冲。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。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/P
16、SEN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。 /EA/VPP：当/EA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，/EA将内部锁定为RESET；当/EA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（VPP）。 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。 此单片机主要用于控制，包括响应中断、延时、判断、发送对方号码等等。 2.1.2温度烟雾信号采集模块 要准确的进行火灾报警，选择合适的温度传感器和烟雾传感
17、器是准确报警的前提。综合考虑各种因素，作者选择集成数字温度传感器DS18B20和烟雾传感器NIS-09C用作采集系统的敏感元件。 2.1.3煤气信号采集模块 煤气泄露报警:一当室内煤气超过正常标准时,它将通过传感器向家庭控制器发出报警信号。对于密度大于空气的气体，感应器放在气体源的下方。对于密度小于空气的气体，感应器放在气体源的上方，当煤气泄露报警启动,就通知管理中心。综合考虑各种因素，作者选用气敏传感器TP-1.1A，用作煤气报警。 2.1.4防盗报警模块 防盗报警:在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家中无人时,可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态,当窃贼闯入时,报警系统自动发出警报
18、并向小区安保中-心报警。综合考虑各种因素，选用热电释红外传感器RE200B来进行防盗报警。 2.1.5光报警模块 由AT89C51的P1口的P14P17分别控制4个发光二极管，予以光报警。P14P17控制的灯依次为正常信号灯、煤气信号灯、火灾信号灯和防盗信号灯。当这些输出端输出低电平时，对应的信号灯便会发光报警。 图2.2 光报警电路图 2.1.6数据采集模块 A/D转换是本系统比较关键的一步，通过A/D转换，成功的把所要测量和控制的数据采集过来，是保证系统功能可以实现的第一步。为了设计好A/D转换模块，使它达到预想的A/D转换效果，必须选定合适的A/D转换器。 A/D转换电路采用了常用的8位
19、8通道数模转换专用芯片ADC0809，ADC0809由8路模拟开头、地址锁存与译码器、8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成。 (1) 其主要性能指标为: 分辨率为8位。 最大不可调误差：0808为12LSB，0809为1LSB。 单电源+5v供电，基准电压由外部提供，典型值为+5v，此时允许输入模拟电压为05V。 具有锁存控制的8路模拟选通开关。 可锁存三态输出，输出电平与TTL电平兼容。 功耗15mW。 转换速度取决于芯片的时钟频率。时钟频率范围500KHz时，转换时间为128s。 (2)ADC0809引脚功能 图2.3为ADC0809引脚图,说明如下； 图2.3 ADC0809芯片引脚
20、 IN 0IN 7 8路模拟信号输入端。 ADDA、ADDB、ADDC3位地址码输入端。8路模拟信号转换选择由A、B、C决定。 A为低位，C为高位。与低8位地址中A0A2连接。由A0A2地址000111选择IN O IN 7 八路AD通道。其中模拟开关与输入通道的关系见表3.1。 CLK外部时钟输入端。时钟频率高，AD转换速度快。允许范围为101280KHz，典型值为640KHz，此时AD转换时间为100s通常由MCS51型单片机ALE 端直接或分频后与0809CLK端相连接。当MCS51型单片机无读写外RAM操作时，ALE信号 固定为CPU时钟频率的16。若晶振为6MHz，则16为1MHz时
21、AD转换时间为64s。表2.1路模拟开关与输入通道的关系表 D 0D 7 数字量输出端。 OEAD转换结果输出允许控制端。当面端为高电平时，允许将AD转换结 果从D o D 7 端输出。通常由MCS 51型单片机的OE端与0809OE片选端(例如P2.0)通过 或非门与0809OE端相连接。当DPTR为FEFFH，且执行MOVX A，DPTR指令后，RD和P2.0均有效，或非后产生高电平，使0809OE端有效，0809将AD转换结果送入数据总线Po口，CPU再读入A中。 ALE地址锁存允许信号。8路模拟通道地址由A、B、C输入，在0809的ALE信号有效时将该8路地址锁存(注意0809ALE与
22、803lALE的区别)。 START启动AD转换信号。当START端输入一个正脉冲时，立即启动0809进行AD转换。START端与ALE端连在一起，由MCS51型单片机WR与0809片选端(例如P2.0)通过或非门相连，当DPTR为EFF8H，执行“MOVXDPTR，A”指令后，将启动0809模拟通道0的AD转换。FEF8HFEFFH分别为8路模拟输入通道的地址。执行MOVX写指令，井非真的将A中内容写进0809，而是产生WR信号和P2.o有效，从而使0809的START和ALE有效， 且输出AD通道0地址A 0A 2 。事实上也无法将A内容写进0809，0809中没有一个寄存器 能容纳A中内
23、容，0809的输入通道是IN 0IN 7 ，输出通道是D D 7 ，因此，执行“MOVX DPTR，A”指令与A中内容无关，但DPTR地址应指向当前AD的通道地址。 EOCAD转换结束信号。当启动0809AD转换后；EOC输出低电平；转换结束后，EOC输出高电平，表示可以读取AD转换结果。该信号取反后，若与MCS51型单片机引脚INT 或连接，可引发CPU中断，在中断服务程序中读AD转换的数字信号。若MC551型单片机两个中断源已用完，则EOC也可与P1口或四口的一条端线相连，不采用中断方式，采用查询方式，查得EOC为高电平后，再读AD转换值。 VREF+、VREF- 正负基准电压输入端。基准
24、电压的典型值为+5v，可与电源电压(+5v)相连，但电源电压往往有一定波动，将影响AD精度。因此，精度要求较高时，可用高稳定度基准电源输入。当模拟信号电压较低时，基准电压也可取低于5v的数值。 Vcc正电源电压(+5v)。GND接地端。 ADC0809的A/D转换过程是在时钟信号的协调下进行的。ADC0809的时钟信号由CLOCK 端送入,其最高频率为640MHz,在这个最高频率下ADC0809的A/D转换时间为100uS左右。 A/D转换结束后,A/D转换的结果(8位数字量)送到三态锁存输出缓冲器,此时A/D转换结果还没有现在DB0DB7八条数字量输出线上,单片机不能获取之。单片机要想读到A
25、/D转换结果,必须使ADC0809的允许输出控制端OE为高电平,打开三态输出锁存器,A/D 转换结果出现在DB0DB7上。 图2.4ADC0809的读、写、启动以及A/D转换时序图 图2.4中EOC为转换结束输出信号。在A/D转换期间,EOC维持高电平,当A/D转换结束时,EOC变成高电平。ADC0809的START端收到下降沿后,并不立即进行A/D转换,EOC=1,而是延迟10uS后,才开始A/D转换,EOC变为低电平。单片机读取A/D转换结果的方法有三种(1)延迟法:单片机启动ADC0809后,延时130uS以上,可以读到正确的A/D转换结果。(2)查询法:EOC必须接到AT89C51的一
26、条I/O线上。单片机启动ADC0809后,延迟10uS,检测EOC,若EOC=0则A/D转换没有结束,继续检测EOC直到EOC=1。当EOC=1时,A/D转换已经结束,单片机读取A/D转换结果。(3)中断法:EOC必须经过非门接到AT89C51的中断请求输入线INT0或INT1上,AT89C51的中断触发方式为下降沿触发。单片机启动A/D转换后可以做其它工作,当A/D转换结束时,EOC由01经过非门传到INT端,AT89C51收到中断请求信号,若AT89C51开中断,则进入中断服务程序,在中断服务程序中单片机读取A/D转换的结果。 数据采集的电路如图 2.5所示。温度、烟雾、煤气、防盗传感器的
27、输出分别接到ADC0809的IN4、IN5、IN6和IN7。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由AT89C51的P00P02经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.0=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN4，实现对温度传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H可选通通道IN1，实现对烟雾传感器输出的模拟量进行转换。图中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服
28、务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。 图2.5 数据采集模块 2.1.7键盘显示模块 单片机系统所用的键盘有编码键盘和非编码键盘两种。 编码键盘是只要按下它的某一个键，就能产生这个键的代码，与此同时还产生一个脉冲信号，以通知CPU接收键码。编码键盘使用方便，也不用编写太复杂的程序。但硬件电路复杂，比非编码简易键盘成本要高。 非编码键盘也称简易键盘，它的按键是排列成行、列矩阵形式的。按键的作用只是简单地实现接点的接通或断开，因此必须有一套相应的程序与之配合，才能产生相应的键码，它基本上不需要附加什么硬件电路。但需要通过软件来解决按的识别、防抖动以及如何产生键码的问题。 为了节约成本，本系
29、统选用简易键盘作为拨号输入。 单片机所用的显示有LED和LCD两种，从设计的难度和成本造价来说LCD都要高于LED。本作品要显示的是要拨的号码和来电显示对方机子的号码，为数字显示。因此，本作品选用了由LED组成的7段发光显示器，它有简单、经济、易于与单片机接口等优点。7段LED选用的是共阳极的。 2.1.8CAN总线协议 CAN（Controller Area Network）总线，又称控制器局域网，是Bosch公司在现代汽车技术中领先推出的一种多主机局域网。由于其卓越的性能，极高的可靠性，独特灵活的设计和低廉的价格，现已广泛应用于工业现场控制、智能大厦、小区安防、交通工具、医疗仪器、环境监控等众多领域。