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1、-传感器检测技术课程设计-家庭防盗报警器系统设计-第 11 页 传感器检测技术课程设计家 庭 防 盗 报 警 器 系 统 设 计5 考核成绩：2016年6月目 录1前言11.1本设计的目的及要求11.2本设计应解决的主要问题12本设计12.1设计原理12.2方案选择22.2.1分析问题22.2.2 硬件设计32.2.3 软件设计72.3 关于实物102.3.1整体介绍102.3.12123结论13心得体会14参考文献15附 录16附录116附录219附录3调试20附录4元器件清单211前言现实生活中，报警器应用非常的广泛，家庭防盗，汽车安全防盗，企业内部安全保障，特别是金融行业等。一般传统式的
2、报警器采用机械式的，如压电式报警器，当有入侵者将压力施加与压电传感器时，机械能在压电传感器中转化为电能，通过放大电路，将信号方法，从而带动发声报警装置，这类报警装置通过物体的接触实现信息的采集，容易被发现，隐蔽性能差，容易遭到破坏，而且传统式的报警器使用寿命短，造成不必要的经济浪费。本次设计目的在于设计以红外传感器为基础的红外线传感器，红外线是一种不可见的光，任何物体都会发出红外线，所以其隐蔽性能非常的好。如果采用被动式的红外探测，只需要将红外传感器远探测人体发射的红外线，探测装置无需与被测物体直接接触，就可以感受到入侵者的进入。近年来，电子通信技术取得了长足的发展，单片机也应运而生，它不但价
3、格低、体积小，而且集成度很高，这些都是工业控制中具有高性价比的标志，所以单片机渐渐广泛运用在了数控机床、智能仪器，以及数据采集等方面。另外，很多家用电器也应用了单片机技术。因此，利用单片机和一些简单的外围设备开发一个适合家庭的低价位，智能安全报警系统，并保障系统的可靠运行，实现室内出现盗窃自动发送报警信息。1.1本设计的目的及要求防盗报警系统是利用探测器单元对重要位置和保护区内、外的建筑进行检测。当探头检测到非法入侵，报警器进行报警。本文的目的是设计一个安全报警系统能满足上述要求。在本文中，开发的报警功能如下：（1）可实现非法入侵报警；（2）采用热释电红外传感器感应非法入侵，入侵者移动即可感应
4、；（3）蜂鸣器报警，可实现紧急手动报警和感应自动报警；（4）有一定的布防时间，给主人撤离提供时间。1.2本设计应解决的主要问题 本设计主要解决的问题有：（1）报警器更稳定可靠，遇到侵入能够及时报警,避免误报。（2）适合放在隐蔽的位置,不易被发现。（3）设计智能化，简单，节约成本。2本设计2.1设计原理系统组成框图如图2.1所示。探测器安装在用户需要防范的部位，如门窗、厨房，卧室等，当系统处于布防状态时，一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向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。图2.1 系统组成框图2.2方案选择2.2.1
5、分析问题本设计主要包括电源电路、红外传感器、单片机控制电路、报警电路、数码管显示电路部分。2.2.1.1传感器技术：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。该系统选择无线人体热释电红外传感器进行安全监测，当人接近传感器时，无线人体热释电传感器可以检测到人体所发出的红外信号。在智能防盗报警的领域，被动红外热释电探测器具有非常广泛的应用。被动式热释电红外探测器的工作原理：在自然界中，任何高于绝对温度的物体会有红外光谱，不同温度的物体辐射出的红外线波长是不同的，所以红外波长
6、与温度有关。人体的体温约为3637C，所放射出峰值为910mm的远红外线，红外探测器检测到人体发出的10mm线，通过菲泥尔滤波光片增强聚集在红外感应区。红外感应源通常采用一些热电元件（强介电材料如钛镐酸铅，钛酸钡等），它们随着外界辐射温度发生变化而失去电荷平衡，释放电荷，电荷的变化最终以电信号的形式输出，后续电路处理后产生报警信号。人一旦入侵检测区，通过对反射镜聚集到人体的红外辐射，热释电元件接收的能量发生变化，热释电也不同，不能抵消，信号处理后报警。2.2.1.2单片机技术：单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的
7、讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单片机与通用微机相比，它在硬件结构，指令设置等方面都有其独特的地方，主要特点如下：在单片机中，存储器ROM和RAM的功能是严格划分的。ROM是程序存储器，只有程序，常数，和表格存储的形式。而RAM作为数据存储器，负责工作空间和变量的存储。这种结构主要是考虑到单片机作为控制系统，具有较大的程序存储空间，和少量的随机数据在内存中，这样，可以将小容量数据存储在高速存储器中，再集成在单片机上，来加快执行的速度。为了满足控制要求，单片机的逻辑控制能力优于同级别的CPU，具有强大的处理能力。单片机的I/O引脚通常
8、是多功能的。由于在单片机的引脚个数有限，为了解决当前引脚数的信号线匹配的矛盾，使用一对引脚重复的功能，哪些引脚处于哪种功能，可以通过机器来区分。单片机主要用于作控制器其功能具有通用性，可广泛用于各种微处理器，控制不同类型设备。2.2.2 硬件设计2.2.2.1.电源电路设计本系统的电源串联三节1.5V干电池对系统供电，为系统提供5V电源。2.2.2.2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。目前市面上已经有32位和6
9、4位单片机，但根据实际情况，本设计选用八位单片机AT89C51构成主机系统。主机部分的电路原理图如图2.2所示，它由四大部分组成：1.复位电路、2.蜂鸣器、3.振荡电路。图2.2 主机部分原理图1.时钟电路：图2.3 内部方式时钟电路2.复位及复位电路:复位是单片机的初始化。它的主要功能是把PC初始到 0000 h，使单片机从0000 h单元开始执行程序。复位状态如表2.1所示。表2.1 寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTCON00HAC00HTL000HPSW00HTL100HSP07HTH000HDPTR0000HTH100HP0P3FFHSCON00HIPXX0
10、00000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H复位信号的产生：RST引脚复位信号是高电平有效，其有效时间应该是24个振荡周期（超过两个机器周期）。如果晶振是12MHz，复位信号的持续时间应大于8us，才能完成。上电复位方式及其电路图如下：图2.6(a) 上电复位3.键盘电路：键盘是一个具有输入功能的设备，在本设计中，选用软件实现键盘扫描。考虑到系统的易操作性，本设计采用独立式键盘。独立按键式键盘应用在按键操作较少的情况，按钮和单片机的I/O线直接连接。行列扫描键盘用于需要更多按键的情况。独立式键盘电路如图2.8所示。图2.8 按键电路图2.2.2.3 蜂
11、鸣器电路的设计：本设计的蜂鸣器报警电路如图2.9所示,该蜂鸣器用一个三极管驱动。单片机引脚P2.0连接基极输入端。当P2.0输出高电平1时，三极管导通,蜂鸣器获得约+5V的电压，进行发声；当P2.0输出低电平0时,三极管不导通，蜂鸣器不发声。图2.9 蜂鸣器电路2.2.2.4 用户端探测器设计：本系统采用热释电红外探测器。传感器接收报警信号，单片机做出反应。1.热释电红外探测器电路设计本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图2.10所示，引脚功能如下：(1) 数字1脚：电源负极(2) 数字2脚：信号输出，高电平有效，46V和工作电压有关(3) 数字3脚：电源正极 DC69V(4) W1：灵
12、敏度调整 (5) W2：输出延时调整 5120秒图2.10 热释电红外传感器的引脚示意图技术参数如下：工作电压：DC69V电平输出：和电源电压相同静态电流：小于750A无信号输出：0V感应距离：0.515米感应角度：水平：90140度；垂直：1530度输出电平：46V与工作电压有关工作时间：可调5-120秒范围外形尺寸：28mm38mm 高25毫米（最高点）当探测器检测到异常的情况，由2脚输出高电平1，发送到单片机上，单片机做出报警响应。2.2.3 软件设计2.2.3.1 程序语言设计 由于采用AT89C51单片机,因此需要用C语言进行编程。程序设计的基本思路(1)任务系统的分析、确定算法。(
13、2) 程序的总体设计，画出流程图。(3) 编写源程序。(4) C源程序调试。(5) 编写程序说明文件。2.2.3.2 报警装置的程序设计家庭防盗报警装置的软件部分采用模块化设计，分为主程序、扫键程序等。用C语言编程，仿真后用烧写器将程序写入单片机。主程序流程图见图2.13。图2.13 程序流程图1.主程序设计：主程序首先对单片机进行初始化，然后进入扫键程序，开始布防。当检测到意外情况时，进入报警程序进行报警。主程序部分如下：主程序;if(alarm=0)/报警di();delay(100);di();delay(100);/判断红外状态if(HR=1&Mode=0)LR=0; /报警红灯ala
14、rm=0;elseif(kai)alarm=1;LR=1;if(HR=1)LG=0;delay(200);elseLG=1;2.扫描程序设计：图2.14为扫键程序流程图。程序开始，置P1口为高电平，输入状态。状态开始后，循环依次检测P1.0口P1.4口，当某一口输入高电平时，开始防抖测试，确认为报警信号后，则置相应的标志位为1，以便以后快速识别报警信号，最后返回主程序。; 扫键程序if(s1=0)/紧急手动报警delay(5);if(s1=0)/紧急手动报警delay(5);while(!s1);di();/开启指示灯报警红灯kai=0;LR=0;LY=1;LG=1;alarm=0;delay
15、(200);if(s3=0)/取消报警delay(5);if(s3=0)delay(5);while(!s3);di();/关闭模式/Mode=1;LR=1;alarm=1;delay(200);if(s2=0)/布防delay(5);if(s2=0)delay(5);while(!s2);di();/延时30秒左右设防for(t=0;t100;t+)LY=LY;delay(200);/开启指示灯 布防黄灯LR=1;LY=0;LG=1;Mode=0;kai=1;2.3 关于实物2.3.1整体介绍实物图如图2.15所示：（1）总开关：控制电路的电源总开关。（2）电源指示灯：当接通电源时，电源指示
16、灯会亮起，持续约1秒钟，表示电源已接通。当报警时，电源指示灯常亮。（3）布防按键：户主外出之前，按下布防按键，约20秒后，系统进入布防状态，此时一切入侵者都会触发报警，户主回家进门前取消布防。（4）红外传感器：当系统进入布防状态时，启动红外传感器，当传感器检测到运动的人体体温后，就会触发报警。需要注意的是，红外传感器智能检测到处于运动状态的人体，不能检测处于静止的人体。（5）报警指示灯：当有人靠近时，蜂鸣器会进行报警，红色报警指示灯会立刻亮起，表示当前系统处于报警状态。 （6）蜂鸣器：当系统处于报警状态时，蜂鸣器会发出响声。（7）紧急报警按钮：遇到紧急情况时可以按下此按键，系统立即报警。（8）
17、布防指示灯：布防开始时，布防指示灯会持续闪烁约20秒，然后绿灯常亮进入布防状态，此阶段开启红外感应，当有外来者闯入时，系统开始报警，并且三个指示灯同时亮起。 （9）复位按键：可用于取消报警。当误按了紧急报警时，按下复位键可以取消报警。图2.15 智能防盗系统实物图2.3.12关于焊接，焊接过程需要注意安全1手工焊接的工具（1）电烙铁（2）铬铁架（3）焊锡丝（4）镊子2锡焊的条件 为了提高焊接质量，必须注意掌握锡焊的条件。（1）被焊件必须具备可焊性。（2）被焊金属表面应保持清洁。（3）使用合适的助焊剂。（4）合适的焊接温度。（5）正规的焊接实验室。3虚焊产生的原因及其危害 虚焊主要是由待焊金属表
18、面的氧化物和污垢造成的，它使焊点成为有接触电阻的连接状态，导致电路工作不正常，出现连接时好时坏的不稳定现象，噪声增加而没有规律性，给电路的调试、使用和维护带来重大隐患。此外，也有一部分虚焊点在电路开始工作的一段较长时间内，保持接触尚好，因此不容易发现。但在温度、湿度和振动等环境条件的作用下，接触表面逐步被氧化，接触慢慢地变得不完全起来。虚焊点的接触电阻会引起局部发热，局部温度升高又促使不完全接触的焊点情况进一步恶化，最终甚至使焊点脱落，电路完全不能正常工作。4.首先检查元器件是否正常工作，然后根据原理图进行焊接，再用万用表万用表进行检测电路是否有虚焊、漏焊。3结论热释红外防盗报警器电路有以下特
19、点：（1）系统功能齐全，能对家庭中出现的盗窃事件进行灾前监测，及时发出报警信息，避免用户生命财产不受损失。（2）系统采用复合式传感器，增加了安全性，减少了漏报发生的可能性。通过单片机控制的数码显示器，能显示出事地点，使用户能及时快速做出应对措施。（3）系统不需要用红外线或电磁波等发射源，采用模块化的设计思想，灵敏度高、控制范围大、隐蔽性好，从而使整个系统的功能更完善、灵活、可调。（4）系统采用电池供电，方便。( 5)系统硬件电路简单、安装方便、操作简单，并且具有成本低的优点，可适用于各种类型的住宅和人群。 （6）优点：仅对人体运动敏感，对其他运动不敏感。（7）缺点：易受冷热气流的影响，尤其是当
20、环境温度接近人体温度时，误报率极高。心得体会本次课设是对所学知识的综合考验，也是由理论到实践转化的根基。通过查询各种资料，巩固了曾经所学的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正完成任务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到许多问题，通过同学与老师的帮助及查询资料，最终克服了。同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过本次课程设计培养了我们实事求是的科学态度和严谨的工作作风，进一步提高我们的自主学习能力以及与
21、同学相互合作的能力。参考文献1 余发山，单片机原理及应用技术M，中国矿业大学出版社，2003，97-162.2 吴英才,林华清，热释电红外传感器在防盗系统中的应用J,传感器技术,20023 何立民，单片机应用系统设计M，北京航空航天大学出版社，1996，112-231.4 李朝青，单片机原理及接口技术M，北京航空航天大学出版社，1999，22-25.5 童名文，一种新型报警器的研制M，武汉理工大学，2003，101-132.6 马忠梅，单片机的C语言应用程序设计(第3版)M，北京航空航天大学出版社， 2003，22-136.7 王宁，智能监控防盗报警系统D，同济大学硕士学位论文，20078黄勤
22、，单片机的原理及应用M，清华大学出版社，2010,33-349 王洪建 AT89C2051在小区防盗报警系统中的应用 第七届青年学术会议论文集 200510 雷旭,何万强 新型家用防盗报警系统 现代电子技术 2003附 录附录1C语言程序/宏定义#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /头函数#include uchar Mode=1,t;sbit s1=P12;sbit s2=P13;sbit s3=P14;bit alarm=1,kai=1;/LEDsbit LR=P00;sbit LY=P01;sbit LG=P02;/
23、蜂鸣器sbit Feng=P27;/人体热释电传感器sbit HR=P24;void delay(uint x) /毫秒级延时函数 uint i,j; for(i=x;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void di()Feng=0;delay(100);Feng=1;void main()LR=1;LG=1;LY=1;while(1)if(s1=0)/紧急手动报警delay(5);if(s1=0)/紧急手动报警delay(5);while(!s1);di();/开启指示灯报警红灯kai=0;LR=0;LY=1;LG=1;alarm=0;delay(200);if(s3=0)/取
24、消报警delay(5);if(s3=0)delay(5);while(!s3);di();/关闭模式/Mode=1;LR=1;alarm=1;delay(200);if(s2=0)/布防delay(5);if(s2=0)delay(5);while(!s2);di();/延时30秒左右设防for(t=0;t100;t+)LY=LY;delay(200);/开启指示灯 布防黄灯LR=1;LY=0;LG=1;Mode=0;kai=1;if(alarm=0)/报警di();delay(100);di();delay(100);/判断红外状态if(HR=1&Mode=0)LR=0; /报警红灯alar
25、m=0;elseif(kai)alarm=1;LR=1;if(HR=1)LG=0;delay(200);elseLG=1;附录2电路原理图及PCB图附录3调试1.按下电源按钮，黄色电源指示灯亮起，如图2.16所示。2.按下紧急报警按键，系统进行紧急报警，以应对各种突发情况。 如图2.17所示。 3.按下布防按键，绿灯闪烁约20秒后进入布防状态，20秒期间内，供户主撤离。如图2.18所示。4.在布防状态下，挥动手掌，即可触发报警器报警，3个指示灯均亮起。如图2.19所示。 图2.16 打开电源图2.17 紧急报警图2.18 布防图2.19 报警附录4元器件清单1. 7*9万用板2. STC89C513. 40P IC座 4. 12M晶振5. 22uF电容6. 30P瓷片电容*27. 有源蜂鸣器8. 10k电阻9. 1k电阻*410. 3mm红色led11. 3mm绿色led12. 3mm黄色led13. 人体感应模块14. 3p单排母座15. 8550三极管16. 轻触按键*317. 自锁开关18. 导线若干19. 焊锡若干20. 电池盒