基于單片機的防盜報警系統設計(論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 GSM 網絡 短消息服務中心 用戶手機 紅外傳感器 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 5 頁 外圍設備 【 1】 。 說起：一個芯片到計算機。它的體積小，重量輕，價格低，學習，應用和提供的條件設施的發展進行了總結。同時，學習使用單片機是了解的原理和結構的最佳選擇。這是第一次在工業控制中使用 。 （一）單片機的特點 所謂單片機就是一塊芯片上集成了 CPU、 ROM、 RAM、定時 /計數器和多種 I/O接口電路等而具有一定規模的微 型計算機 【 2】 。單片機與通用微型計算機相比較，它在硬件結構、指令設置上均有其獨到之處，主要特點如下： (1)單片機中的存儲器 ROM 和 RAM 是嚴格分工的。 (2)采用面向控制的指令系統。 (3)單片機的 I/O 引腳通常是多功能的。由于單片機機芯上引腳有限，為了解決實際引腳和需要的信號線數的矛盾，采用了引腳功能復用的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設置或由機器狀態來區分。 (4)系列齊全，功能擴展性強。 (5)單片機的功能是通用的。單片機雖然主要是作控制器用，但是功能上還是通用的，可以像一般微處理器那樣廣泛地應 用在各個方面。 （二）單片機的應用 單片機有如下幾方面的優點： (1)體積小、成本低、運用靈活、易于產品化，它能方便地組成各種智能化的控制設備和儀器，做到機電儀一體化； (2)面向控制，能針對性地解決從簡單到復雜的各類控制任務，因而能獲得最佳的性能價格比； (3)抗干擾能力強，有這其他機種無法比擬的抗干擾能力，可以適應大多數的溫度范圍，同時在各種惡劣的環境下依然可以正常有效的工作。 (4)可以方便地實現多機和分布式控制，大幅度提高整個控制系統的效率 【 3】 。 單片機的應用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型的應用 領域。 (1)工業控制：數控機床，溫度控制，可編程順序控制，電機控制，工業機器人，智能傳感器。離散與連續過程控制； (2)儀器儀表：智能儀器，醫療器械，液體和氣體色譜儀，數字示波器； (3)電訊技術：調制解調器，聲象處理，數字濾波，智能線路運行控制； 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 6 頁 (4)辦公自動化和計算機外部設備：圖形終端機，傳真機，復印機，繪圖儀，磁盤/磁帶機，智能終端機； (5)導航與控制：導彈控制，魚雷制導，智能武器裝置，航天導航系統； (6)汽車與節能：點火控制，變速控制，防滑車控制，排氣控制，最佳燃料控制，計費器，交通控制； (7)商用產品：自動售貨機，電子收款機，電子秤，銀行計統機； (8)家用電器：微波爐，電視機，錄像機，音響設備，游戲機。 檢測部分的模塊選擇 隨著科技的發展和進步，家庭防盜的傳感器比比皆是，有人體熱釋電傳感器、門磁傳感器、振動位移傳感器等等。由于本系統既要滿足可靠的探測需求，同時還要在經濟和安裝上做到實惠方便，所以本系統采用人體熱釋電紅外傳感器來完成防盜監測。一旦盜賊想要從門窗進入時，人體熱釋電傳感器能檢測到人體移動的紅外信號。因此選用熱釋電傳感器是本課題的首選。 1 熱釋電效應 由于熱電晶體天然 存在的，固有內部產生的自發電極化，通常是這種類型的晶體和主體沒有顯示外部電場，因為導體的，這個自由電荷從極化的分布將在電動時刻偏移 。絕緣子，表面電荷極化引起的雜散費用將吸引趨附于晶體表面，從而在國內外享有很高。當的晶體的溫度變化，自發極化也改變了晶體，晶體表面垂直于極化方向產生熱電電荷，如果晶體的溫度變化速度不夠快，內部或外部的充電末期補償和熱電電荷，然后將顯示電場。這種現象晶體隨溫度變化的被充電熱電效應。 2 熱釋電紅外傳感器結構及工作原理 熱釋電紅外傳感器系統主要有光學系統、熱釋電紅外探測頭、信號濾波和放 大、信號處理電路等幾部分組成。其組成框圖如圖 所示。 圖 熱釋電紅外傳感器系統組成框圖 菲涅爾透鏡 熱釋電紅外傳感器 放大電路 比較器 電源 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 7 頁 紅外熱釋電處理芯片 BISS0001 是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數模混合專用集成電路，具有較高性能的傳感信號處理能力，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件構成被動式熱釋電紅外開關，能自動快速開啟報警裝置。由于紅外熱釋電傳感器只對不斷快速變化的紅外信號才敏感，而自然界的紅外信號一般都是緩慢變化或者是不變的 ，因此探頭部分需要一個能對紅外輻射進行調制的裝置，本課題所使用的菲涅爾透鏡。由于菲涅爾透鏡采用了特殊的光學透鏡組合，因此能在探測器前方產生一個交變的場區，即產生了一個交替變化的 “盲區 ”和 “有效區 ”。這樣，外部目標的紅外輻射通過菲涅爾透鏡照射到敏感單元上的將會是交變的紅外輻射，當這個交變的紅外信號照射到探測器晶體上面，晶體的溫度會發生變化，從而引起自發極化強度的變化，晶體表面的束縛電荷因此也會發生變化，這樣就產生了一個隨紅外輻射變化的電信號。 紅外熱釋電傳感器的正確安裝應滿足下列條件： （ 1）紅外線熱釋電傳感 器應離地面 米。 （ 2）遠離冰箱、火爐等溫度變化偏差較大的地方 （ 3）紅外線熱釋電傳感器探測范圍內不得有類似家具等隔離物遮擋。 （ 4）紅外線熱釋電傳感器不要暴露在陽光低下，否則熱氣流等會引起誤報。 紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。 對于防盜傳感器，本系統采用被動式熱釋紅外傳感器，它與主動式對射紅外傳感器相比較，有以下優點： （ 1）相對于主動式對射紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器價格低廉、技術性能穩定，性價比高。 （ 2）由于采用的是熱釋電原件，在接受到人體紅外輻射溫度變化時，就會失去電荷平衡，從而釋放電荷，然后后續電路就會檢測出并發出報警信號。 （ 3）不會發生任何類的輻射且功耗小，隱蔽性好。 通訊報警系統模塊的選擇 目前，在國內已經開始使用的 GSM 模塊有 Fal 的 A2D 系列， Wave 的WM02 系列，西門子的 TC35 系列模塊，這些模塊的功能、用法差別不大。其中 TC35系 列 模 塊 性 價 比 很 高 ， 并 且 已 經 有 國 內 的 無 線 電 設 備 入 網 證 。 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 8 頁 TC35 與 GSM 2/2+兼容、雙頻 (GSM900/GSMl800)、 RS232 數據口、符合 ETSI 標準GSM0707 和 GSM0705，且易于升級為 GPRS 模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標準的 AT 命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發及設計。因此本此課題研究選用西門子的 TC35 模塊。 它主要是由射頻天線、內部 F1ash、 GSM 基帶處理器、匹配電源和一個 40 腳的Zip 插座組成。 其中 GSM 基帶處理器是核心部件，它的作用相當于一個協議處理器，用來處理外部系統通過串口發送過來的 AT 指令。射頻電路部分主要實現信號的調制與解調，實現外部射頻信號與內部基帶處理器之間的信號轉換，匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源，插座是提供給用戶的應用接口主要有音頻接口、數據接口、 SIM 卡接口、電源及其控制接口。 TC35 工作頻段為雙頻 GSM900MHz 和 GSMl800MHz(phase 2/2+)：支持數據、語音、短消息和傳真。 TC35 的數據輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發器，符合ITUT RS232 接口標準。它有固定的參數： 8 位數據位和 l 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps～ 115kbps 之間可選，硬件握手信號用 RTSO/CTSO，軟件流量控制用XON/XOFF， CMOS 電平，支持標準的 AT 命令集。 GSM 模塊提供的命令接口符合 和 規范。 中定義的 AT Command 接口提供了一種移動臺 (MS)與數據終端設備 (DTE)之間的通用接口， 對短消息作了詳細的規定。在短消息模塊收到網絡發來的短消息時，能夠通過串口發送指示消息，數據終端設 備可以向短消息模塊發送各種命令。 3 報警器硬件設計 本次設計紅外防盜報警系統是由中央控制器、人體熱釋電紅外傳感器、 TC35 通信模塊、警鈴電路及數碼管顯示部分組成。控制器采用單片機 AT89C52，檢測部分采用紅外感應模塊 HCSR501，顯示部分采用數碼管顯示和警鈴電路設計。概況起來可分信號采集端，數據處理顯示，警鈴電路三部分。 單片機及其外圍電路設計 單片機的引腳功能介紹 AT89C52 是高性能 CMOS 8 位單片機 ,片內含 8K Bytes 的可反復擦寫的只讀程序 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 9 頁 存儲器 (EPROM)和 256 字節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，與標準 MCS51 指令系統及 8052 產品引腳兼容，片內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元，功能強大， AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制場合應用 【 4】 。引腳圖如圖 所示。 圖 AT89C52引腳圖 AT89C52 提供以下標準功能： 8K 字節 Flash 閃速存儲器， 256 字節內部 RAM，32 個 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數器， 5 個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內具有振蕩器及時鐘電路 。 AT89C52 管腳圖如圖 所示。 AT89C52 的主要管腳功能如下。 1 主電源引腳（ 2 根） VCC(Pin40)：電源輸入，接＋ 5V 電源 GND(Pin20)：接地線 2 外接晶振引腳（ 2 根） XTAL1(Pin19)：片內振蕩電路的輸入端 XTAL2(Pin18)：片內振蕩電路的輸出端 3 控制引腳（ 4 根） RST/VPP(Pin9)：復位引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號 PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內外部選通。接低電平，從外部程序存儲器讀指 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 10 頁 令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 4 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別為 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 PO 口（ Pin39～ Pin32）： 8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P1 口（ Pin1～ Pin8）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（ Pin21～ Pin28）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（ Pin10～ Pin17）： 8 位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口引腳及其第二功能如表 所示。 表 P3口引腳與第二功能 引腳 第二功能 信號名稱 RXD 串行數據接收 TXD 串行數據接收 0INT 1INT T0 T1 WR RD 外部 中斷 0 申請 外部中斷 1 申請 定時 /計數器 0 的外部寫入 定時 /計數器 1 的外部寫入 外部 RAM 寫選通 外部 RAM 讀選通 外圍電路設計 1 時鐘電路的設計 單片機之說以能有條不紊的一拍一拍的工作，是因為單片機各功能部件運作都已時鐘頻率為基準，我們可以把時鐘看做是單片機的心臟，因此時鐘頻率可以算影響單片機速度的因素之一，同時時鐘電路的質量也決定了單片機系統的穩定性 。 AT89C52片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產生時鐘。時鐘電路分為內部外部兩種，本設計采用內部時鐘方式。 單片 機內部有一個穩定自激振蕩器，其構成是在單片機里有一個高增益反相放大 遼寧科技大學本科生畢業設計 第 11 頁 器，輸入為芯片引腳 XTAL1，輸出為 XTAL2。這倆引腳跨接石英晶體振蕩器和電