《《傳感器原理及應(yīng)用》創(chuàng)新性應(yīng)用課題研究報告基于熱釋電傳感器的家用防盜報警器設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《傳感器原理及應(yīng)用》創(chuàng)新性應(yīng)用課題研究報告基于熱釋電傳感器的家用防盜報警器設(shè)計（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、- 1 - 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用創(chuàng)新性應(yīng)用課題研究報告創(chuàng)新性應(yīng)用課題研究報告題 目： 基于熱釋電傳感器的家用防盜報警器設(shè)計學(xué) 院： 自動化工程學(xué)院 年級專業(yè)： 2008 級電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓 名： 任課教師： 2011 年 12 月 10 日- 2 -基于熱釋電傳感器的家用防盜報警器設(shè)計Pyroelectric sensor based on the design of home burglar alarm- 3 -摘要本設(shè)計論文從硬件和軟件兩方面對系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成，外圍電路的連接，芯片與芯片之間的連接電路，程序設(shè)計方法和相應(yīng)的軟件。系統(tǒng)采用 7805、7
2、809 芯片輸出 5V、9V 電壓，通過穩(wěn)壓模塊給系統(tǒng)供電。整個設(shè)計采用模塊化思想，主機采用 STC89C51 實現(xiàn)控制，由熱釋電傳感器和振動位移傳感器對住宅的模擬信號（人體發(fā)出的紅外信號、引起的振動信號等）進(jìn)行自動檢測，當(dāng)檢測到異常情況，產(chǎn)生數(shù)字信號輸入單片機，單片機根據(jù)輸入信號，輸出給蜂鳴器報警，做出反應(yīng)處理。復(fù)位電路采用低功耗，四引腳的IMP812 監(jiān)控芯片。系統(tǒng)硬件電路簡單、安裝方便、操作簡單，并且具有低成本的優(yōu)點，可適用于各種類型的住宅和人群。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：熱釋電傳感器；STC89C51 單片機；報警系統(tǒng)ABSTRACTThis paper from both hardware an
3、d software on the system carried out a detailed design.It introduced the selection of the core chip,the external circuit connections,chip and the connection between the circuit chip,program design methods and the corresponding software.7805.7809 chip system power output by 5V,9V voltage regulator mo
4、dule to the system throught the power supply.The whole design is modular thinking,host STC89C51 used to achieve control,by the pyroelectric sensor and vibrantion displacement sensor for residential analog signal(the human issued by the infrared signal from the vibration signals,and so on)for automat
5、ic monitoring,when detected abnormal circumstances,producing a digital signal input SCM,the MCU according to the input signal and output to the buzzer alarm,to respond to treatment.Reset circuit using low-power,four-pin IMP812 monitoring chip.System hardware circuit simple,easy to install,simple ope
6、ration,and has the advantage of low cost,applicable to all types of residential and the crowd.- 4 -Key words: pyroelectric sensor;STC89C51 MCU;alarm system目錄Index第第 1 1 章章緒論緒論.- 4 -1.1設(shè)計背景 .- 4 -1.2 防盜報警系統(tǒng)的構(gòu)成.- 5 -1.3 防盜報警器的分類.- 5 -1.4 防盜報警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展.- 6 -1.5 防盜報警的技術(shù)發(fā)展趨勢.- 7 -1.6設(shè)計系統(tǒng)功能要求 .- 8 -第第 2 2
7、 章章系統(tǒng)設(shè)計方案系統(tǒng)設(shè)計方案.- 8 -2.1總體設(shè)計方案 .- 8 -2.2系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) .- 9 -2.2.1傳感器技術(shù).- 9 -2.2.2單片機技術(shù).- 11 -第第 3 3 章章硬件設(shè)計硬件設(shè)計.- 13 -3.1電源電路設(shè)計 .- 13 -3.2主機電路設(shè)計 .- 13 -3.2.1時鐘電路時鐘電路.- 14 -3.2.2復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位及復(fù)位電路.- 15 -3.2.3鍵盤電路鍵盤電路.- 15 -3.3數(shù)碼顯示電路的設(shè)計 .- 17 -3.3.1數(shù)碼管的工作原理數(shù)碼管的工作原理.- 17 -3.3.2本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路.- 17 -3.4蜂鳴器電
8、路 .- 18 -3.5用戶端探測器設(shè)計 .- 18 -3.5.1熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計.- 19 -3.5.2振動位移傳感器電路設(shè)計振動位移傳感器電路設(shè)計.- 20 -第第 4 4 章章報警器軟件設(shè)計報警器軟件設(shè)計.- 21 -4.1主程序設(shè)計 .- 21 -4.2掃鍵程序設(shè)計 .- 22 -第第 5 5 章章總結(jié)與展望總結(jié)與展望.- 24 -5.1設(shè)計總結(jié) .- 24 -5.2展望 .- 24 - 5 -第 1 章 緒論1.1設(shè)計背景隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對其住宅的要求也越來越高，表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適、溫馨的住所，而且對安全性、智能
9、性等方面也提出了更高的要求。同時，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現(xiàn)出增長趨勢，傳統(tǒng)的依靠安裝防盜門窗、或靠人防的防范方式已經(jīng)越來越不能滿足人們的要求。于是各種自動報警系統(tǒng)應(yīng)運而生，被廣泛地應(yīng)用于需要高安全要求的各種場所。1.2 防盜報警系統(tǒng)的構(gòu)成防盜報警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，并提示人員發(fā)生報警的區(qū)域部位，顯示可能采取對策的系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。一旦發(fā)生突發(fā)事件，就能通過聲光報警信號在安?？刂浦行臏?zhǔn)確顯示出事地點，便于迅速采取應(yīng)急措施。防盜報警系統(tǒng)與出入口控制系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)和電子巡更
10、系統(tǒng)等一起構(gòu)成了安全防范系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)由探測器、傳感器、控制器、報警器、顯示器幾部分構(gòu)成，如圖 1-1 所示。控制器實現(xiàn)對熱釋電傳感器和振動位移傳感器的循環(huán)掃描，并控制報警信號電路作出相應(yīng)狀態(tài)處理，如果有報警信號的話，控制報警電路報警，同時通過數(shù)碼顯示單元顯示具體的事發(fā)位置。- 6 -圖 1-1 防盜報警系統(tǒng)構(gòu)成圖1.3 防盜報警器的分類（1）報警探測器按工作原理主要可分為紅外報警探測器、微波報警探測器、被動式紅外微波報警探測器、玻璃破碎報警器、振動報警探測器、超聲波報警探測器、激光報警探測器、磁控開關(guān)報警探測器、開關(guān)報警探測器、視頻運動檢測報警器、聲音探測器等許多種類。（2）報警探測器按
11、工作方式可分為主動式報警探測器和被動式報警探測器。（3）報警探測器按探測范圍的不同又可分為點控報警探測器、線控報警探測器、面控報警探測器和空間防范報警探測器。（4）防盜探測器是否采用電源分類可分為無源和有源兩種。（5）從防盜報警器與報警主機（后端處理器）的連接方式可分為有線與無線。除了以上區(qū)分以外，還有其他方式的劃分。在實際應(yīng)用中，根據(jù)使用情況不同，合理選擇不同防范類型的報警探測器，才能滿足不同的安全防范要求。報警探測器作為傳感探測器，用來探測入侵者的入侵行為及各種異常情況。在各種各樣的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的場所很多。這些場所根據(jù)實際情況也有各種各樣的安全防范目的和要求。因此，就
12、需要各種各樣的報警探測器，以滿足不同的安全防范要求。1.4 防盜報警系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展從上世紀(jì)初，報警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍具雛形。在北美，報警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠(yuǎn)一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，- 7 -由于通信技術(shù)的發(fā)展，提供遠(yuǎn)程通信服務(wù)的電報公司加入到這個行業(yè)中，從而使得報警信息可以通達(dá)到更遠(yuǎn)的地方；不過，這種電報方式畢竟難以普及，所以稍后出現(xiàn)的電話理所當(dāng)然成為報警通訊的主要手段。而此后自動撥號系統(tǒng)的出現(xiàn)以及電話普及到千家萬戶，更使得通過電話線報警的方式得到了前所未有的發(fā)展。從以上過程來看，報警行
13、業(yè)的發(fā)展是以工業(yè)技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)的，只有具備良好的通信手段，才能夠把各地的報警信息匯聚到相應(yīng)的權(quán)威部門，然后由權(quán)威部門負(fù)責(zé)分配有限的警力來幫助到所有的社會個體。國外智能監(jiān)控防盜技術(shù)發(fā)展已處于一個較高水平階段，從具有代表性的北美發(fā)展過程，可以清楚的看出世界智能監(jiān)控防盜技術(shù)的發(fā)展概況。其具有以下特點，值得我們借鑒。目前，對北美的安防產(chǎn)業(yè)來說，最成功的經(jīng)營模式就是聯(lián)網(wǎng)報警服務(wù)模式，聯(lián)網(wǎng)報警將整個北美的安防產(chǎn)業(yè)從橫向到縱向進(jìn)行整合串并，形成了一個集中許多高科技手段和產(chǎn)業(yè)化管理水準(zhǔn)的一體化綜合性產(chǎn)業(yè)。比如世界排名第一，北美最大的安防跨國公司美國奇亞諾公司。到七十年代，它對其產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展方向做了很大的調(diào)整
14、，變?yōu)榛ヂ?lián)報警服務(wù)商，建立了首家網(wǎng)管中心，尤其引用了大量的網(wǎng)管技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和電子技術(shù)，現(xiàn)已成為十分先進(jìn)的聯(lián)網(wǎng)報警服務(wù)平臺，它在美國、加拿大、英國、香港、臺灣等多個國家和地區(qū)都有分公司，北美的客戶數(shù)已超過 600 萬，2003 年防盜報警收入總產(chǎn)值達(dá) 105 億美元。1982 年，公安部和公安部第一研究所根據(jù)當(dāng)時的放到報警技術(shù)的發(fā)展為故宮很多展廳安裝了主動紅外、被動紅外、微波、超聲波、聲控等防盜報警探測器，形成了多種探測手段的防盜報警系統(tǒng)，防盜報警技術(shù)提高到一個新水平。進(jìn)入九十年代，人們注意到周界防范的重要性，要利用周邊的圍墻，鐵柵欄等屏障建立周界防范，如果沒有條件形成大周界也要建立建筑物
15、的墻體、窗戶、門外和建筑物之外。在防護(hù)區(qū)和禁區(qū)內(nèi)采用 3 種以上不同探測原理的探測器構(gòu)筑多道防線，與此同時防遮擋功能的探測器也問世了，促進(jìn)了入侵探測器技術(shù)的發(fā)展。目前，全國的安全技術(shù)基本上和國際上接軌。在現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控- 8 -制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)的支持下，安防系統(tǒng)也是一個很完善的計算機控制系統(tǒng)，防盜報警系統(tǒng)，電視監(jiān)控系統(tǒng)，聲音系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)和巡更系統(tǒng)統(tǒng)一由一臺計算機進(jìn)行管理，標(biāo)志我國的安防事業(yè)進(jìn)入一個新階段。1.5 防盜報警的技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)字化、無線化、集成化是防盜報警系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的要求，所以我們不難發(fā)現(xiàn)防盜報警的技術(shù)發(fā)展趨勢：（1）更穩(wěn)定可靠：如探測器可抗電磁干擾或射頻干擾、防雷
16、電等，以適應(yīng)惡劣氣候；（2）更多樣的功能：如探測器可調(diào)頻、防遮擋、防破壞等；（3）更精美、小巧的外觀：以符合品味日益提高的室內(nèi)裝潢需求；（4）更智能化的設(shè)計：方便地設(shè)/撤防，人性化的操作界面；（5）更強大的聯(lián)網(wǎng)功能；（6）更方便的擴展性。上述發(fā)展趨勢，事實上都建立在數(shù)字化、無線化、集成化的三大核心技術(shù)基礎(chǔ)上。1.6 設(shè)計系統(tǒng)功能要求（1）可實現(xiàn)非法入侵報警；（2）采用復(fù)合式防盜傳感器，熱釋電紅外傳感器和震動位移傳感器并接使用，增加報警可靠性；（3）蜂鳴器報警，顯示出事發(fā)地；（4）采用雙電源技術(shù)，主電源停電或被切斷，備用電源自動工作第 2 章 系統(tǒng)設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案- 9 -智能住宅安防
17、報警系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計方案是參照國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅建設(shè)的實際情況，為滿足新時期居民的居住要求，并充分考慮其經(jīng)濟性和可靠性。系統(tǒng)組成框圖如圖 2-1 所示，根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊：電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、振動位移傳感器模塊、STC89C51 模塊、警鈴電路、數(shù)碼管顯示電路等。探測器安裝在用戶家里需要防范的部位，例如門窗、廚房、臥室等，當(dāng)系統(tǒng)開機時，一旦有人入侵，與之相對應(yīng)的報警探測器立即向用戶端自動報警主機發(fā)出報警信號，接到警情事件后，自動報警主機立即進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無誤后，進(jìn)行事件的現(xiàn)場聲（蜂鳴器）報警，同時顯示出出事位置。2.2系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)本系
18、統(tǒng)主要有電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、振動位移傳感器模塊、STC89C51 控制電路、警鈴電路、數(shù)碼管顯示電路部分組成。下面簡要介紹傳感器和單片機技術(shù)。- 10 -2.2.1 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)是信息采集技術(shù)的第一步，傳感器是將能夠感受到的及按規(guī)定被測量的按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量（輸入量）的部分，轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能敏感元件感受的或響應(yīng)的感應(yīng)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和（或）測量的電信號部分。傳感器的作用：A：信息的收集。對某種特定要求，需檢測目標(biāo)物的存在狀態(tài)，把某狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)或裝置的運
19、行狀態(tài)進(jìn)行檢測。B：信息數(shù)據(jù)的交換。把以文字、符號、代碼、圖形等多種形式記錄在紙或膠片上的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機、傳真機等易處理的信號數(shù)據(jù)，或者讀出記錄在各種媒介上的信息并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。C：控制信息的采集。檢測控制系統(tǒng)處于某種狀態(tài)的信息，并由此控制系統(tǒng)的狀態(tài)，或者跟蹤系統(tǒng)變化的目標(biāo)值。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，被動式熱釋電紅外探測器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶的歡迎。被動式熱釋電紅外探測器的工作原理：在自然界，任何高于絕對溫度的物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其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(guān)的。人體都有恒定的體溫，一般在 37，所以會發(fā)
20、出特定波長 10m 左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10m 左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的 10um 左右的紅外線通過菲尼爾濾波光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用一些熱釋電元件作成。這種元件在接受到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電荷變化最終將以電壓或電流的形式輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。被動式熱釋電紅外探測器的特性：這種探頭是以探測人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對波長為 10m 左右的紅外輻射非常敏感。為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。-
21、11 -被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接受，由于兩片熱釋電元件接受到的能量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理并報警?？垢蓴_性能：防小動物干擾：探測器安裝在推薦的使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上的小動物，一般不產(chǎn)生報警?？闺姶鸥蓴_：探測器的抗電磁波干擾性能符合 GB10408（安全防范國家標(biāo)準(zhǔn)）的要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：a紅外線熱釋電傳感
22、器應(yīng)離地面 2.0-2.2 米。b紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào)、冰箱、火爐等空氣溫度變化敏感的地方。c紅外線熱釋電傳感器探測范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物。d紅外熱釋電傳感器不要直對窗口，否則窗外的熱氣流擾動和人員走動會引起誤報，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱心的傳感器也不要安裝在有強氣流活動的地方。振動位移傳感器：高靈敏度振動位移傳感器，是一種集振動和位移測量于一身的全方位固態(tài)控制器件，是目前作為狀態(tài)檢測和報警的最佳選擇，傳感器部分采用目前先進(jìn)固態(tài)加速度檢測器件，既對振動有很高的檢測靈敏度，又對周圍環(huán)境的聲音信號抑制，具有很強的抗干擾能力，可廣泛應(yīng)用于機動車、保險柜、門窗等場合
23、的防盜裝置中，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片，應(yīng)用非常方便，可直接帶動小功率負(fù)載。2.2.2 單片機技術(shù)- 12 -單片機的特點：單片機就是一塊芯片上集成了 CPU、ROM、RAM、定時/計數(shù)器和多種I/O 接口電路等而具有一定規(guī)模的微型計算機。單片機與通用微型計算機相比較，它在硬件結(jié)構(gòu)、指令設(shè)置上均有其獨到之處，主要特點如下：a單片機中的存儲器 ROM 和 RAM 是嚴(yán)格分工的。ROM 為程序存儲器，只存放程序、常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。而 RAM 則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放變量。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考慮到單片機用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲空間，把已調(diào)試好的程序固化在 ROM，而把少量的隨機數(shù)據(jù)
24、存放在 RAM 中，這樣，小容量數(shù)據(jù)存儲器能以高速 RAM 形式集成在單片機內(nèi)，以加快單片機的執(zhí)行速度。但單片機上 RAM 是作為數(shù)據(jù)存儲器用，而不是當(dāng)作高速數(shù)據(jù)緩沖器（cache）用。b采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機的邏輯控制能力要優(yōu)于同等級的 CPU，特別是單片機具有很強的位處理能力。單片機的運行速度也較高。c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(shù)的矛盾，采用了引腳功能復(fù)位的方法，引腳處于何種功能，可由指令來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。d系列齊全，功能擴展性強。單片機具有內(nèi)部掩膜 ROM、內(nèi)部 EPROM和外接 ROM
25、 等形式，并可方便的擴展外部的 RAM、ROM 及 I/O 接口，與許多通用的微機接口芯片兼容，對應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)帶來極大的方便。單片機的應(yīng)用：單片機在控制應(yīng)用領(lǐng)域中，有如下幾方面的優(yōu)點：體積小、成本低、運用靈活、易于產(chǎn)品化，它能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀器，做到機電儀一體化；面向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得更佳的性能價格比；抗干擾能力強，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其他機種無法比擬的；可以方便地實現(xiàn)多機和分布式布控，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提- 13 -高。單片機的應(yīng)用范圍十分廣泛，下面僅列舉一些典型的應(yīng)用領(lǐng)域。 工
26、業(yè)控制數(shù)控機床，溫度控制，可編程順序控制，電機控制，工業(yè)機器人，智能傳感器，離散與連續(xù)過程控制； 儀器儀表智能儀器，醫(yī)療器械，液體和氣體色譜儀，數(shù)字示波器； 電訊技術(shù)調(diào)制解調(diào)器，聲像處理，數(shù)字濾波，智能線路運行控制； 辦公自動化和計算機外部設(shè)備圖形終端機，傳真機，復(fù)印機，繪圖儀，磁盤/磁帶機，智能終端機； 導(dǎo)航與控制導(dǎo)彈控制，魚雷制導(dǎo)，智能武器裝置，航天導(dǎo)航系統(tǒng)； 汽車與節(jié)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； 商用產(chǎn)品自動售貨機，電子收款機，電子秤，銀行統(tǒng)計機； 家用電器微波爐，電視機，錄像機，音響設(shè)備，游戲機。第 3 章 硬件設(shè)計3.1電源電路設(shè)計本系
27、統(tǒng)電源電路原理圖如圖 3-1 所示，系統(tǒng)的電源采用 220V 交流供電，電網(wǎng)的 220V 交流電經(jīng)橋路整流，電容濾波，送入 7805 和 7809 的輸入端，最后- 14 -輸出 5V 和 9V 的直流電。圖 3-1 電源電路原理圖3.2主機電路設(shè)計報警器的主機采用 STC89C51 單片機來實現(xiàn)。單片機是將中央處理器（CPU） 、隨機存取存儲器（RAM） 、只讀存儲器（ROM） 、定時/計數(shù)器及輸入輸出接口電路等計算機主要部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有很多大公司能夠生產(chǎn)單片機，隨著超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，單片機的功能也日漸強大，運算速度日益提高，相繼出現(xiàn)了 3
28、2 位和64 位單片機，但根據(jù)實際系統(tǒng)的需要和產(chǎn)品的性價比，本文選用 8 位單片機STC89C51，構(gòu)成系統(tǒng)的主機。主機部分的電路原理圖如圖 3-2 所示，它由復(fù)位電路、振蕩電路、蜂鳴電路、共陰極 7 段數(shù)碼管組成。引腳 P1.0 和 P1.4 分別接到傳感器的輸出端，用以檢測異常情況，以便進(jìn)行報警處理。- 15 -圖 3-2 主機部分原理圖3.2.1時鐘電路時鐘電路STC89C51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時鐘電路，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上外接定時
29、元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激震蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振電路。晶體振蕩頻率可以在 1.2-12MHz 之間選擇，電容值在 5-30pF 之間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時鐘電路，XTAL1 接地，XTAL2 接外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 MHz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。3.2.2復(fù)位及復(fù)位電路復(fù)位及復(fù)位電路- 16 -本系統(tǒng)利用的是單片機復(fù)位監(jiān)控芯片 IMP812。IMP812 是在低功耗微處理器（uP）微控制器（uC）和數(shù)字系統(tǒng)中用來監(jiān)
30、視 3.0V、3.3V 和 5.0V 電源工作的低功耗監(jiān)控電路。每個都具有去抖動的手動復(fù)位輸入。IMP812 是美國 Maxim 公司 MAX812 的改進(jìn)型替代產(chǎn)品其工作溫度范圍擴展為-40至 105。只要電源電壓降至預(yù)置的復(fù)位門限以下時該電路就發(fā)出一個復(fù)位信號并在電源已經(jīng)升高到此門限后至少保持這個信號140ms。IMP812 則具有高電平有效的 RESET 輸出。復(fù)位比較器已設(shè)計成可以忽略 Vcc 電壓的快速瞬變。IMP812 的低功耗使之成為便攜式及電池供電設(shè)備的理想選擇。器件具有緊湊的 4 引腳 SOT143 封裝僅占用極小的電路板空間。3.2.3鍵盤電路鍵盤電路鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備，
31、實現(xiàn)鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實現(xiàn)鍵盤掃描，如 8279，CH451,LMC9768 等，還有就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。使用現(xiàn)成的芯片可以節(jié)省 CPU 的開銷，但增加了成本，而用軟件實現(xiàn)具有較強的靈活性，也只需要很少的 CPU 開銷，可以節(jié)省開發(fā)成本。本設(shè)計因此便使用軟件實現(xiàn)鍵盤的掃描。常見的鍵盤可分為獨立按鍵式鍵盤和行列掃描式鍵盤。獨立按鍵式鍵盤應(yīng)用在需要少量按鍵的情況，按鍵和單片機的 I/O 口線直接連接。而行列掃描式鍵盤用在按鍵需求較多的情形下?？紤]到本系統(tǒng)操作簡便，所以采用獨立式鍵盤。獨立式鍵盤電路如圖 3-3 所示。圖 3-3 按鍵電路圖理論上當(dāng)按鍵按下或彈起時，可以相應(yīng)的
32、產(chǎn)生低電平或高電平，但實際并- 17 -非如此。鍵盤按鍵一般都采用觸電式按鍵開關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時，按鍵觸電的彈性會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當(dāng)按鍵按下時，觸電不會迅速可靠地接通，當(dāng)按鍵釋放時，觸電也不會立即斷開，而是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定下來，按鍵材料不同，抖動時間也各不相同。按鍵抖動可能導(dǎo)致單片機將一次按鍵操作識別為多次操作，一般采用硬件電路或軟件程序來消除。 圖 3-4 按鍵抖動示意圖一次完整的按鍵過程，如圖 3-4 所示，包含以下幾個階段：A等待階段：此時按鍵尚未按下，處于空閑階段;B閉合抖動階段：此時鍵剛剛按下，但信號處于抖動狀態(tài)，系統(tǒng)在檢測時應(yīng)消抖延時，約 5ms 到 20ms；C
33、有效閉合階段：此時抖動已經(jīng)結(jié)束，一個有效按鍵動作已經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)應(yīng)該在此時執(zhí)行按鍵功能，或?qū)存I編碼記錄下來，待按鍵彈起時再執(zhí)行其功能；D釋放抖動階段：許多時候編程人員并不在此時消抖延時，但最好也執(zhí)行一次消抖延時，以防止誤操作;E有效釋放階段：若設(shè)計要求在按鍵抬起時才執(zhí)行功能，則應(yīng)當(dāng)在此時進(jìn)行按鍵功能的處理。按鍵擊鍵的類型由多種劃分方式：按擊鍵時間分短擊和長擊；按擊鍵次數(shù)分單擊和連擊；按特殊功能分雙擊或組合鍵等。功能分析如下：短擊：用戶快速按下單個按鍵，然后立即釋放；長擊：用戶長時間按下一個按鍵。如某些重要的功能鍵，復(fù)位，為防止用戶誤操作；- 18 -連擊：實現(xiàn)連續(xù)操作效果，如連續(xù)加 1 或減
34、1；復(fù)合按鍵：用戶同時按下兩個或多個按鍵，實現(xiàn)某些特殊功能；無鍵按下：當(dāng)用戶在一定時間內(nèi)未按任何鍵，執(zhí)行某些特殊的操作，如自動進(jìn)入待機或節(jié)能態(tài)。3.3數(shù)碼顯示電路的設(shè)計本系統(tǒng)的顯示電路采用的是數(shù)碼管顯示電路，數(shù)碼管顯示器由于其成本低，配置靈活，與單片機接口簡單，廣泛應(yīng)用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)中。下面介紹其工作原理及與單片機的接口電路。3.3.1數(shù)碼管的工作原理數(shù)碼管的工作原理LED 數(shù)碼管顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的點或線段發(fā)光，將這些二極管排成一定圖形，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就可以顯示出不同的字形。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用到的 LED 顯示器為七段顯示器，再加上有一
35、個小數(shù)點，因此也可把它稱為八段顯示器。3.3.2本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)中的數(shù)碼管顯示電路如圖 3-6 所示，為共陽極數(shù)碼管，a-g、dp 分別接到單片機的 P0.0-P0.6、P0.7 腳。圖 3-6 數(shù)碼管顯示電路- 19 -3.4蜂鳴器電路本系統(tǒng)的蜂鳴器報警電路如圖 3-7 所示，蜂鳴器用一個三極管 0913 來驅(qū)動。單片機引腳 P2.0 接 0913 的基極輸入端。當(dāng) P2.0 輸出高電平 1 時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約+5V 的電壓而鳴叫；當(dāng) P2.0 輸出低電平 0 時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。圖 3-7 蜂鳴器電路3.5用戶端探測器設(shè)計本系統(tǒng)采
36、用了兩組傳感器器件，每組各一個熱釋電紅外傳感器和一個振動位移傳感器。每組的兩個傳感器通過一個或非門連在一起，任何一個傳感器接受到報警信號，單片機都會做出反應(yīng)，處理警情。這樣的復(fù)合式傳感器設(shè)計，增加了安全性，減少了漏報發(fā)生的可能性。3.5.1熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計熱釋電紅外傳感器電路設(shè)計本設(shè)計采用的熱釋電傳感器成品的引腳示意圖如圖 3-8 所示，引腳功能如下：（1）數(shù)字 1 腳：電源負(fù)極（2）數(shù)字 2 腳：信號輸出，高電平有效（3）數(shù)字 3 腳：電源正極 DC69V（4）W1：靈敏度調(diào)整- 20 -（5）W2：輸出延時調(diào)整 5120 秒圖 3-8 熱釋電紅外傳感器的引腳示意圖它的技術(shù)參數(shù)如下：
37、工作電壓：DC 69V電平輸出：和電源電壓相同感應(yīng)角度：水平 90140；垂直 1530靜態(tài)電流：小于 750uA無信號輸出：0V感應(yīng)距離：0.515 米 當(dāng)探測器檢測到異常情況，由 2 腳輸出一個高電平，發(fā)送到單片機上，單片機做出報警處理。3.5.2振動位移傳感器電路設(shè)計振動位移傳感器電路設(shè)計采用 ND-1 型振動位移傳感器，它是一種集振動和位移于一體的全方位傳感器。它內(nèi)部采用先進(jìn)的固態(tài)加速度檢測器件，對外來振動十分敏感。ND-1 型振動位移傳感器由振動和位移傳感元件、靈敏度限制電路、檢測控制電路、延時電路和輸出級等。振動位移傳感器外部電路如圖 3-9 所示，它的技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)如下：工作電壓
38、：312V靜態(tài)電流：3V 時 500mA靈敏度：0.1g檢測方向：全向- 21 -位移檢測依據(jù)：加速度工作溫度：-3065各引腳功能如下：引腳 1：地引腳 2：靈敏度調(diào)節(jié)引腳 3：信號輸出引腳 4：輸出延時設(shè)定引腳 5：電源圖 3-9 振動位移傳感器圖中 C 是延時控制電容，取值越大，延時就越長，反之則越短，一般取值0.1uF10uF,這里取值為 4.7uF。當(dāng)人體在不斷運動時，輸出為高電平，并通過內(nèi)部電路延時，當(dāng)人體停止運動時，輸出轉(zhuǎn)為低電平。R1 是外接靈敏度設(shè)定電阻，取值在 51K100K 之間，阻值越大，靈敏度就越高。此電阻可以不接，這時傳感器靈敏度最高。第 4 章 報警器軟件設(shè)計自動
39、報警器軟件部分采用模塊化設(shè)計，分為主程序、掃鍵程序等等。應(yīng)用匯編語言變成，在 Keil uVision4 環(huán)境里運行，最后用燒寫器將程序?qū)懭雴纹瑱C。編程語言的軟件設(shè)計采用 MCS-S 1 匯編語言編寫自動報警器中相關(guān)程序（如撥號、檢測等） 。- 22 -4.1主程序設(shè)計主程序首先對單片機進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入掃鍵程序，開始布防。當(dāng)檢測到意外情況（有人入侵）時，通過標(biāo)志位進(jìn)行警情判別，然后進(jìn)入報警程序進(jìn)行分類報警，主程序流程圖見圖 4-1。圖 4-1 主程序流程圖- 23 - 圖 4-2 掃鍵程序流程圖主程序部分如下所示：；*；主程序；*START:ACALL CLEARMAIN:LCALL KE
40、YWORKJB 00H,FUN0 ;判斷 20H.0 位為 1 時執(zhí)行 FUN0JB 01H,FUN1 ;判斷 20H.1 位為 1 時執(zhí)行 FUN1AJMPMAIN ;返回主程序4.2掃鍵程序設(shè)計圖 4-2 為掃鍵程序流程圖。程序開始，首先置 P1 口為高電平，為輸入狀態(tài)。然后循環(huán)依次檢測 P1.0、P1.4 口，當(dāng)某一管腳為高電平時，進(jìn)行防抖測試，如- 24 -確認(rèn)為報警信號，則置相應(yīng)的標(biāo)志位為 1，以便以后判別報警位置，標(biāo)志位為單片機內(nèi)部 RAM 的 20H 單元的第三位 20H.0、20H.1，返回主程序。；*；掃鍵程序；*；KEYWORK:MOV P1，#0FFHJNB P1.0，K
41、EY0；判斷是否為支路 1 報警JNB P1.4，KEY1；判斷是否為支路 2 報警RET;KEY0：LCALL DL10MS；延時 10ms 消抖JB P1.0，OUT0；若為抖動誤報則跳出SETB 00H；20H.0 位置 1（說明為位置 1 報警）CLR 01HOUT0：RET;KEY1：LCALL DL10MS；延時 10ms 消抖JB P1.4，OUT1；若為抖動誤報則跳出SETB 01H；20H.1 位置 1（說明為位置 2 報警）CLR 00HOUT1：RET- 25 -第 5 章 總結(jié)與展望5.1設(shè)計總結(jié)本設(shè)計目前基本達(dá)到了預(yù)期的要求，通過對多元探測器與自動撥號報警系統(tǒng)的測試，
42、可得到如下結(jié)論：（1）系統(tǒng)功能齊全，能對家庭中出現(xiàn)的盜竊事件進(jìn)行災(zāi)前檢測，及時發(fā)出報警信息，避免用戶生命財產(chǎn)不受損失。（2）系統(tǒng)采用復(fù)合式傳感器，增加了安全性，減少了漏報發(fā)生的可能性。通過單片機控制的數(shù)碼顯示器，能顯示出事地點，使用戶能及時快速做出應(yīng)對措施。（3）系統(tǒng)不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源，采用模塊化的設(shè)計思想，靈敏度高、控制范圍大、隱蔽性好，從而使整個系統(tǒng)的功能更完善、靈活、可調(diào)。（4）系統(tǒng)采用雙電源技術(shù)，主電源停電或被切斷，被動電源自動工作，增加了系統(tǒng)工作的可靠性。（5）系統(tǒng)硬件電路簡單、安裝方便、操作簡單，并且具有低成本的優(yōu)點，可適用于各種類型的住宅和人群。5.2展望本課題已經(jīng)完
43、成了對智能住宅盜情進(jìn)行自動檢測并實現(xiàn)了自動報警功能，完全可以作為一套簡易系統(tǒng)投入使用，但是隨著微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，還將有很大的發(fā)展空間。系統(tǒng)需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，主要存在以下幾個方面的問題：（1）系統(tǒng)智能在家里有人的情況下使用，如果家里沒人則報警作用不能體現(xiàn)。針對這一點，可以給系統(tǒng)增加自動撥號的功能，將系統(tǒng)通過撥號電路與電話線連接，當(dāng)發(fā)生意外情況的時候，系統(tǒng)可以自動撥打預(yù)先設(shè)置好的電話進(jìn)行報警。（2）系統(tǒng)智能針對盜情進(jìn)行報警。對現(xiàn)代家庭來說，功能有些單一?？梢栽黾右恍┢渌δ軅鞲衅?，比如煙霧光電傳感器、CO 檢測傳感器等待，在檢測盜情的同時還可以檢測火災(zāi)、煤氣
44、泄漏等等，真正能實現(xiàn)功能全面，一機多用。- 26 -（3）系統(tǒng)的防范目標(biāo)是所有靠近的人，無法對本家庭成員進(jìn)行判斷，往往會產(chǎn)生一些偽報警。因此，應(yīng)用范圍得到限制。針對這一點，應(yīng)增加系統(tǒng)的自我判斷功能。發(fā)現(xiàn)問題、解決問題才能進(jìn)步，針對這些問題，我將進(jìn)一步調(diào)研、思考，力爭將設(shè)計在能力范圍內(nèi)做到更加完美和實用。參考文獻(xiàn)：【1】吳英才，林華清 熱釋電紅外傳感器在防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用 傳感器技術(shù) 2002；【2】童名文 一種新型報警器的研制 武漢理工大學(xué) 2003【3】余發(fā)山 單片機原理及應(yīng)用技術(shù) 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2008【4】雷旭，何萬強 新型家用防盜報警系統(tǒng) 現(xiàn)代電子技術(shù) 2003【5】王宏建 AT89C2051 在小區(qū)防盜報警系統(tǒng)中的應(yīng)用 第七屆青年學(xué)術(shù)會議論文集 2005【6】http:/ 萬方數(shù)據(jù)庫【7】http:/ 維基百科
《傳感器原理及應(yīng)用》創(chuàng)新性應(yīng)用課題研究報告基于熱釋電傳感器的家用防盜報警器設(shè)計
