基于單片機的微波防盜報警器設計_畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 83。 23 3 1 引言 在高新技術日新月異的今天，科學技術已經成為整個社會發展的源動力，電子領域的發展更是令人目不暇接，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，遍及 了千家萬戶，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來越快。 安全是一個永恒的 話題，如何保障我們的生命和財產安全成為我們不斷研究的對象。電子技術的發展為人類作出了突出貢獻，隨著電子技術的不斷進步，各種不同的防盜報警器也相繼被設計出來，在保障我們生命財產安全的工作中發揮了越來越重要的作用。 防盜報警器一般是通過檢測人或其他物體的位移、移動速度、熱輻射量、發出的聲響、對紅外信號的遮擋以及反射等，通過檢測這些量中的一個或多個，然后進行信號的放大濾波以及整形送入處理電路進行報警事件的處理進而發出聲光報警。只進行一種報警事件檢測的報警器稱為單鑒型，進行兩種事件檢測的稱為雙鑒型，檢測三種以及三種以上報警事件的稱為多鑒型。相對于單鑒型產品來說雙鑒型和多鑒型產品具有很突出的優點。 防盜報警器的早期產品主要是采用純硬件電路實現，分為機械式報警器和電子式報警器。常見的防盜報警器類型有斷線報警器、主動紅外報警器、被動紅外報警器、門磁報警器、震動報警器等。 斷線報警器是一種將被保護物品用易斷且不易察覺的導線連接，當有人挪動物品扯斷導線后報警器會發出聲光等報警信號。這類報警結構簡單，用簡單的觸發及自鎖電路就能實現。 紅外防盜報警器主要通過檢測防區內有無物體或人移動、遮擋等信息而產生報警信號的 [1]。這類產品又可 以分為主動型和被動型，主動型抗干擾性能好，但是安裝不便，功耗大，常見的有墻頭上的遮擋報警器；被動型的功耗低，安裝方便，但是抗干擾性能差不適合室外環境。 震動報警器主要應用于車輛、電動車等的防盜上，它通過收集震動信號，當震動信號達到一定的強度時便會報警，這類報警裝置抗干擾性能特差。 近年來隨著經濟的發展，一些高端的技術漸漸地應用到了防盜報警產品上，如單片機、 DSP、嵌入式微處理器等，這些技術的應用使防盜報警器的性能大大提高。 4 報警器廣泛應用于安防行業，例如公共場所的安全防盜防火、倉庫的防盜防火、超市商場的防盜 防火等。近年來隨著各類報警器性能的提高以及成本的降低，報警器逐漸走入尋常百姓家，成為家庭必備的小產品。這些都不斷刺激著安防行業不斷向前發展各種高性能低價格的防盜報警器不斷涌向市場。 隨著社會的發展，我們對防盜報警器的性能指標要求也會越來越高，防盜報警器已經開始向智能化、微型化、網絡化、低功耗的方向發展。本課題正是要設計一種集智能化、微型化、網絡化于一體的報警器，即微波防盜報警器。 2 系統總體方案設計 整體電路框圖 本課題有數據采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構部分可劃分為：電源、報警探測器部分、聲光報警 部分、單片機控制部分、信號放大部分及相關的驅動部分組成。用戶可以自己單獨進行信號采集、發送、處理等操作，還能自己在后期添加附加功能。 AT89C52 單片機是本設計的核心模塊，也就是設計的中心單元，所以本系統是單片機應用系統設計的一種應用。硬件系統包括 AT89C52 單片機、輸入設備、輸出設備、電源還有外圍電路等組成。 從課題的要求來看該設計需要包含以下結構部分：電源、熱釋電紅外傳感和微波探測器探頭部分、聲光報警部分、單片機部分及有關放大驅動模塊組成。本課題從防盜報警系統的簡單、可靠和低成本方面進行設計和研究， 總體設計如下圖 1 總體設計框圖所示。 電源 信 號 檢 測 放 大復 位 電 路A T89C52驅 動 電 路驅 動 電 路L E D 報 警聲 音 報 警復 位 電 路驅 動 電 路 數 碼 管 顯 示 圖 1 微波防盜報警器電路框圖 報警器的功能及工作過程 AT89C52 單片機作為控制中心。單片機在系統軟件控制下工作進而控制整個系統正 5 常工作。監控點上的熱釋電紅外探測器可將人體輻射的紅外線轉變成電信號，微波探測器可檢測人體移動轉變成電信號，送至 AT89C52 單片機。然后在單片機內，經過軟件查詢、判決識別等過程發出報警信號。再經過各部分驅動電路將報警信號放大以推動揚聲器和 LED 發光報警設備完成相應動作。當報警持續一段時間后自動解除，或者也可以人工手動停止報警信號，當報警停 止后復位電路將系統復位，或者可以在報警一段指定時間后由定時器實現自動停止報警并復位報警電路。 兩個報警探測器安裝在使用者家里需要防范的區域，例如主門、窗戶、客廳、臥室等，報警主系統必須放在家里比較隱蔽即不易發現的區域。在正常情況下，這個系統包括探頭均處在關閉狀態，當使用者要出門或需要監控時，使用者可以通過鍵盤控制啟動報警系統，單片機會控制啟動探頭，此時報警器處于正常的防范監控狀態，如果有人在探頭檢測范圍內出現或移動經過，報警探測器馬上向單片機發送報警信號，單片機接收到報警信號后，經查詢判斷確認后輸出信號引 發聲光報警。 3 系統硬件設計 電源模塊 本報警器擬采用直流供電，并且要有足夠寬的輸入電壓范圍以及穩定的電壓足夠的電流，經查閱相關資料決定采用 HT7550 低壓差三端穩壓芯片作為電源供電芯片 [2]，該芯片特性如下： (1)輸出電壓 5V，精度177。 5% (2)低輸入輸出壓差 (3)超低功耗 (4)低輸出電壓溫漂 (5)最高可承受 24V 輸入電壓 (6)可以提供 100mA 的輸出電流 以上這些特性表明 HT7550 完全可以滿足本電路的供電需求，其應用電路如圖 2 所示。 J3 為電源接口； D1 為二極管，它的作用是防止電源反接時損壞器件 ； C C CC6 為濾波電容，經過濾波后便可以得到紋波很低的直流電壓； HT7550 完成將外部輸入的 6 至 20V 直流電壓穩壓到 5V 供整個電路工作，電源電路如圖 2 所示。 控制模塊 控制部分為整個報警器的心臟，實現數據的采集、分析、控制報警電路等功能。 6 COM1IN2OUT3U3755 0123J3C O N 3D1DC5104C6106C4226C3104V C C 圖 2 電源部分電路圖 單片機的選擇是決定報警器性能的關鍵因素，本設計采用 MCS51 系列單片機，其特點是通用性強，易。其 Flash 型如： Atmel公司的 AT89C5 AT89C5 AT89C105AT89C2051 等和臺灣華幫公司的 W78E5 W78E52 等，使用十分方便。所以本次設計選用 Atmel 公司的 AT89C52，其內部有 8KB 的程序存儲器，無須外部擴展，使硬件電路簡單。 AT89C52 單片機介紹 AT89C52 是美國 Atmel公司生產的低電壓、高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8KB的可反復檫寫的程序存儲器和 256B 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用 Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 MCS51 指令系統，片內配置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大的 AT89C52 單片機可靈活應用于各種控制領 域。 AT89C52 單片機屬于 AT89C51 單片機的增強型，與 Intel公司的 80C52 在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統等方面兼容 [3]。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC 等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。 其主要工作特性是： （ 1） 片內程序存儲器內含 8KB 的 Flash 程序存儲器，可擦寫壽命為 1000 次； （ 2） 片內數據存儲器內含 256 字節的 RAM； （ 3） 具有 32 根可編程 I/O 口線； （ 4） 具有 3 個可編程定時器； （ 5） 中斷系統是具有 8 個中斷源、 6 個中斷矢量、 2 個優先權的中斷結構； （ 6） 串行口是具有一個全 雙工的可編程串行通信口； （ 7） 具有一個數據指針 DPTR； （ 8） 低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式； （ 9） 具有可編程的 3 級程序鎖定位； 7 （ 10） AT89C52 工作電源電壓為 5（ 1177。 ） V，且典型值為 5V； （ 11） AT89C52 最高工作頻率為 24MHz。 復位、晶振電路的設計 單片機正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復位電路。設計 AT89C52 單片機復位、晶振電路如圖 3 所示。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 0 /T1P 1 1 /T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10A T 8 9 C 5 2V C CV S S4020C 1 42 0 p FC 1 52 0 p F1 2 M H Zz a n t i n gR32 2 0R44KR52 2 0C 3 11 0 u F綠L E DV C C 圖 3 AT89C52 單片機控制電路 AT89C52 與時鐘電路（包括晶體振蕩器、電容 C1 C15），上電復位電路（包括R C3 S R R4）構成單片機的最小系統。其中，晶體振蕩器選用 12MHz 的高穩定無源晶體振蕩器，它與 AT89C52 中的反向放大器構成振蕩器，給 CPU 提供高穩定的時鐘信號。電容 C1 C15 可起頻率微調作用，電容值在 5pF～ 30pF 之間選擇，本電路選 20pF。電容 C31 和電阻 R3 構成上電復位電路。電源開啟時，電源對電容 C31 充電，在 CPU 的復位端產生一高脈沖。只要高電平的維持時間大于兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）， CPU 就可復位，利用中斷方式可以實現報警持續時間未到 10 秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。 探測器 模塊 防盜探測器是由紅外與微波探測器組成的雙鑒探測器 ,較之以往的微波或紅外單信 8 號探測器 ,其誤報率明顯下降 ,原理示意圖如圖 4 所示。 雙鑒探測器工作時將探測到的紅外和微波兩種信號經過與門處理后送單片機 ,即只有同時檢測到兩個探測器輸出端口為高電平信號時 ,自動報警器才會響應盜情報警信號 ,否則不報警。實驗發現 ,在紅外探測器中 ,通過菲涅爾透鏡 [4]的分割方式的改變可以降低由于小寵物引起的誤報 ,從而彌補了微波探測器監視面積較大的弱點 :但紅外探測器對環境溫度的變化比較敏感 ,而微波探測器所檢測的只是活動的目標 ,所以對于如果只 是溫度變化引起的干擾并不會被自動報警器響應。通過這樣雙重的檢測就進一步減小了外界干擾 ,降低了報警信號誤報的發生率 ,下面詳細介紹本系統中紅外與微波探測器電路的設計原理、特點以及實際的工作過程。 熱 釋 電 紅 外 探測 器微 波 探 測 器74LS00與非門AT89C52 圖 4 防盜探測器原理圖 熱釋電紅外線探測器 在自然界，任何高于絕對溫度（ 273℃）的物體都將產生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長是不一樣的，因此紅外波長與溫度的高低是相關的。 （ 1）熱釋電效應 熱釋電效應是指如果使某些強介電質材料 (如欽酸鋇、欽錯酸鉛 (PZT )等 )的表面溫度發生變化，則隨著溫度的 上升或下降，材料表面發生極化，即表面上就會產生電荷的變化，從而使物質表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流形式輸出：在熱釋電紅外探測器中有兩個關鍵性的元件，一個是熱釋電紅外傳感器。能將紅外信號變化轉 9 變為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。另一個是菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設計的光學透鏡，它用來配合熱釋電紅外線傳感器，