畢業(yè)設(shè)計(jì)_基于gsm模塊的單片機(jī)紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)-文庫(kù)吧

【正文】 盜報(bào)警系統(tǒng)。 隨著 08 年奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦，帶動(dòng)了我國(guó)的安防業(yè)迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，針對(duì)防盜報(bào)警系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)也需快速更新，而 基于 GSM 模塊的防盜報(bào)警技術(shù)正是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的主要發(fā)展趨勢(shì)，因此 它 的 設(shè)計(jì)有著重要的意義 。 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （ 1）根據(jù)市場(chǎng)需求及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，模擬為一工廠倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)基于ＧＳＭ模塊的被動(dòng)式紅外防盜報(bào)警系統(tǒng) 。本設(shè)計(jì)分軟件、硬件兩部分，分別劃分為檢測(cè)模塊、聲光報(bào)警模塊、串口模塊、 GSM 模塊。 （ 2）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。工廠倉(cāng)庫(kù)經(jīng)常處于無(wú)人狀態(tài)，需要不斷監(jiān)控是否有人 入侵。當(dāng)有人入侵時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路處理放大后送入單片機(jī)，人體的每一次移動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，當(dāng)電信號(hào)累計(jì)到 5 次時(shí)系統(tǒng)判定為有外人入侵，啟動(dòng)中斷服務(wù)程序（報(bào)警功能），分別進(jìn)行聲光報(bào)警和 GSM報(bào)警。 （ 3）被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器能探測(cè)出針對(duì)人的紅外波段，能區(qū)別于其他紅外波段，盡量減少誤報(bào)漏報(bào)，同時(shí)檢測(cè)范圍大，檢測(cè)形式隱蔽，不易被外人察覺(jué) 。 （ 4）通過(guò) proteus 軟件和 Keil 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬 仿真，初步檢測(cè)系統(tǒng)的正確性。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 2 2 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 熱釋電紅外傳感器 （ PIR） 原理簡(jiǎn)介 本文主要采用的是 d203s 型熱釋電紅外傳感器。它 主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具 有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 10~20 米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的 “盲區(qū) ”和 “高靈敏區(qū) ”，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū) ”進(jìn)入 “高靈敏區(qū) ”，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 9~10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 ~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有 濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為 7~10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門(mén)用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。 PIR 內(nèi)部電路圖如下圖所示： PIR 性能及檢測(cè)范圍 PIR 抗干擾性能比較強(qiáng)： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 3 (1)防小動(dòng)物干擾： 探測(cè)器安裝在推薦地使用高度，對(duì)探測(cè)范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警。 (2)抗電磁干擾： 探測(cè)器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408 中 要求，一般手機(jī)電磁干擾不會(huì)引起誤報(bào)。 (3)抗燈光干擾： 探測(cè)器在 正常靈敏度的范圍內(nèi)，受 3 米外 H4 鹵素?zé)敉高^(guò)玻璃照射，不產(chǎn)生報(bào)警。 PIR 對(duì)人體的敏感程度還和人的運(yùn)動(dòng)方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對(duì)于徑向移動(dòng)反應(yīng)最不敏感 ,而對(duì)于橫切方向 (即與半徑垂直的方向 )移動(dòng)則最為敏感 .因此針對(duì)這一特點(diǎn)和系統(tǒng)要求的檢測(cè)范圍，可將 PIR 安裝在倉(cāng)庫(kù)頂棚，其檢測(cè)范圍如圖所示： AT89C51 單片機(jī)簡(jiǎn)單概述 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 單片機(jī)的基本組成及功能方塊圖如下圖所示： 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 4 AT89C51 單片機(jī)管腳說(shuō)明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一種高效微控制器。采用 40 引腳雙列直插封裝形式，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以不少引腳具有第二功能。 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口 ： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為 高阻 輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以 被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口 ： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為低八位地址接收。 P2 口 ： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高， 作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是 由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 基礎(chǔ)知識(shí)介紹 5 P3 口 ： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩 器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計(jì) 6 3 方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)包括硬件、軟件兩部分。模塊可劃分為檢測(cè)模塊、報(bào)警模塊和控制模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路。軟件結(jié)構(gòu)有循環(huán)檢測(cè)、中斷報(bào)警兩個(gè)功能。 就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心元件，所以次系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入 /輸出設(shè)備、以及外圍 應(yīng)用 電路等組成系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的 總稱 。單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)的研制過(guò)程包括系統(tǒng)功能分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。 處理器采用 51 系列單片機(jī) AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路等最終輸入單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)，利用控制信號(hào)進(jìn)行報(bào)警等，當(dāng)報(bào)警解除時(shí)可以人工手動(dòng)接觸報(bào)警 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下： A T 8 9C 5 1復(fù) 位 電 路紅 外 檢 測(cè) 電 路聲 光 報(bào) 警 電 路G S M 報(bào) 警 電 路 具體電路模塊設(shè)計(jì) 電源電路 電源電路如下圖所示， 220V 交流市電可由 市場(chǎng)上典型 220V 轉(zhuǎn) 12V 變壓器降壓，經(jīng)橋式整流器 D1 整流，電解電容 C1 濾波，三端穩(wěn)壓器 78L05 穩(wěn)壓， C2 改善穩(wěn)定電源波動(dòng) 最后得到整機(jī)要求的 +5V 穩(wěn)定直流電源。 其中 7805 的 VI 管腳可接受 825V 電壓， VO 管腳 能夠 穩(wěn)定輸出 5V 電壓，只要輸入電壓在 825V， 7805 都能為單片機(jī)系統(tǒng)提供恒定的 5V 電壓。 C1 起濾波作用 在電路中一般為幾千 uF C2： 用來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)，減少高頻噪聲 ，就是減小電源不規(guī)則的波動(dòng)量提東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計(jì) 7 高電源性能。 說(shuō)明： 因?yàn)檐浖蓿瑹o(wú)法直接模擬出 12V 交流電，故在 Proteus 中模擬電源電路時(shí)，采用激勵(lì)源模式模擬出 12V 交流電，如圖， AC2 輸入 +12V 正弦交流 源 ， AC1輸入 12V 正弦交流 源 ，組成一個(gè) 24V 的正弦交流電源。 熱釋電紅外傳感器原理 （ 1）傳感器組成及檢測(cè)電路框圖 熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距 離僅為 2m 作用；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到 10m 以上。 由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小（小于 1mv），不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號(hào)，因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專門(mén)的信號(hào)處理電路，使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處 理的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)功能要求，人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如下所示： 檢 測(cè) 對(duì) 象 菲 涅 爾 透 鏡熱 釋 電 紅 外傳 感 器信 號(hào)處 理電 路V i 熱釋電檢測(cè)電路組成框圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)論文 方案設(shè)計(jì) 8 其中 V0為控制信號(hào)，接到單片機(jī)的中斷端口。 （ 2）信號(hào)處理電路 本設(shè)計(jì)采用 BIS0001 來(lái) 完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。 1） BIS0001 簡(jiǎn)介 及工作原理 BIS0001 是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)、報(bào)警用人體熱釋電傳感器等。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。