工地用簡易防盜報警裝置設計

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本科畢業(yè)論文（設計）(2014 屆)工地用簡易防盜報警裝置設計院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 馬興芳 指導教師 王俊杰 助教 2014 年 5 月學號：1108441049合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）摘 要傳感器技術和單片機技術不斷發(fā)展與成熟使得智能化、自動化的體系幫助人們完成復雜、繁重的工作，極大地節(jié)省了勞動力。本系統(tǒng)主要應用于工地設備的防盜和報警。本報警系統(tǒng)主要利用紅外傳感器作為檢測器件，將感測到的人體紅外輻射信號轉換成電壓信號，再經過濾波、放大等信號的處理以及數據采集后，將最終信號傳遞給單片機處理,實現(xiàn)智能化的報警。傳感器采用的是熱釋電紅外傳感器，熱釋電紅外傳感器有成本低、制作簡單、安裝方便的優(yōu)點，有效實現(xiàn)了用戶的遠程維護和統(tǒng)一管理。本系統(tǒng)的硬件功能主要是用 STC89C52RC 單片機控制各個電路實現(xiàn)的，主要電路有熱釋電紅外探測電路，聲光報警電路，數碼管顯示電路。軟件部分主要由 Pro/E 軟件繪制原理圖以及 PCB 板的封裝，利用 Proteus 仿真實現(xiàn)聲光報警。關鍵詞：熱釋電紅外；單片機控制；防盜報警；合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）IAbstractSensor technology and single-chip microcomputer technology development and mature of intelligent, automated system to help people accomplish complex, heavy work, greatly save the labor. This system is mainly used in the construction site of guard against theft and alarm equipment.Paper system mainly as the detection devices using infrared sensor, the sensor to the human body infrared radiation signal into a voltage signal, the signal processing such as filtering, amplification, and again after data collection, will eventually signals to single chip processing, realizes the intelligent alarm. Sensor USES the electrolytic infrared sensor, electrolytic infrared sensor (RE200B) has the advantages of low cost, simple production, easy installation, effectively implement the remote maintenance and management of users.System anti interference ability, high sensitivity, install hidden, not found by thieves, to ensure security in the process of safe and reliable.This system consists of hardware part and software part and hardware part is mainly composed of micro-controller STC89C52, electrolytic infrared detection circuit, alarm circuit, display circuit, software part mainly by the Pro/E software rendering principle diagram and PCB packaging, use of Proteus simulation to realize sound and light alarm.Keywords: single chip microcomputer; Infrared sensor; Hydroelectricity; Guard against theft. Call the police;合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）II目 錄摘 要 .......................................................IAbstract....................................................II目 錄 .....................................................III1 緒論 .......................................................11.1 防盜報警研究背景 ..........................................11.2 防盜報警國內外研究現(xiàn)狀 ....................................11.3 研究目的與意義 ............................................21.4 本章小結 ..................................................32 系統(tǒng)總體設計 ...............................................32.1 設計內容及要求 ............................................32.2 設計方案 ..................................................32.2.1 硬件設計 .............................................32.2.2 軟件設計 .............................................52.3 本章小結 ..................................................53 熱釋電防盜報警系統(tǒng)硬件設計 .................................63.1 STC89C52 最小系統(tǒng)電路 ......................................63.1.1 時鐘電路設計 .........................................63.1.2 復位電路設計 .........................................73.2 熱釋電紅外檢測電路 .........................................83.2.1 熱釋電傳感器原理 ......................................83.2.2 電路設計 ..............................................93.3 LED 數碼管顯示電路 ........................................103.4 聲光報警電路 .............................................113.5 本章小結 .................................................12合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）III4 軟件設計 ..................................................124.1 主程序流程圖 ..............................................124.2 緊急報警流程圖 ............................................144.3 本章小結 ..................................................155 聯(lián)調與測試 ................................................155.1 軟件仿真 ..................................................155.2 硬件設計實現(xiàn) .............................................185.3 不足與優(yōu)化 ...............................................19結論與展望 ..................................................20致謝 ........................................................21參考文獻 ....................................................22附錄 A：系統(tǒng)原理圖 ..........................................23附錄 B：系統(tǒng) PCB 圖 ..........................................24附錄 C：系統(tǒng)源程序 ..........................................25合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）01 緒論1.1 防盜報警研究背景科術的迅猛發(fā)展給人們經濟和生活水平帶來提高的同時，也給社會帶來了一些不良后果，其中不可避免的就有被拉大的城鄉(xiāng)、區(qū)域收入差距，迅速增加的流動人口。短時間內難以消除的貧富差距使得盜竊、搶劫的違法事件出現(xiàn)了快速增長的趨勢，人們希望自己的財產安全得到保障，渴望生活在一個安全的空間。但犯罪分子作案的手法越發(fā)的先進，出現(xiàn)了一些高科技的作案工具，使得安裝防盜門窗、靠人防等的防盜方式很難達到效果。電子通訊技術快速的發(fā)展，讓單片機這一體積小、價格低廉、集成度高、性價比高的芯片被廣受關注，現(xiàn)在在各個領域都有很廣泛的應用，例如數控機床、智能儀表、工業(yè)控制、數據采集和各種家用電器等等。此外，有關家庭、辦公室、倉庫、工地等處的安全防范和防盜報警系統(tǒng)和裝置的也開始不斷地被科研單位和廠家開發(fā)和重視。這種低成本、高可靠性的智能化防盜報警系統(tǒng)刮起了一場旋風。目前市面上常見的報警器仍然存在一些缺陷，可靠性相對較差、功能比較單一或成本高而難于得到普及。眾所周知，紅外線具有隱蔽性和保密性的突出優(yōu)點，因而在防盜、安保系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應用。其中常見的有被動式（熱釋電型）紅外報警器，也是本篇論文涉及的對象，除此之外還有紅外線無線報警器、紅外線聲光報警器、 觸摸式防盜報警器、超聲波防盜報警器、高靈敏紅外報警器等等。熱釋電紅外傳感器是一種被動式調制型溫度敏感器件，它的工作原理是熱釋電效應原理，它通過探測對象與環(huán)境的溫差來探測目標，具有制作簡單，成本低廉，性能比較穩(wěn)定，靈敏度高，安全可靠等優(yōu)點。在實際應用中，它也存在著防盜性能減弱，抗干擾的能力減弱等常見問題。根據這種情況，本文設計加入了如單片機最小系統(tǒng)，使紅外傳感器檢測的信號進一步由單片機加工處理，并與計算機通信，從而保證防盜報警系統(tǒng)的實時性、可靠性、準確性，便于多用戶統(tǒng)一管理。 1.2 防盜報警國內外研究現(xiàn)狀20 世紀初，報警系統(tǒng)就開始在北美出現(xiàn)。在北美接頭，報警呼救箱隨處可見，當系統(tǒng)呼救時就發(fā)出聲音報警，附近警察便可以知道報警信息。同時，呼救箱也可以直接連接到附近的警察局，使得報警信息可以傳達更遠的距離。后來隨著通信技術的發(fā)展，電報公司也加入這個行業(yè)，他們提供遠程通信服務，因而使報警信息能傳到更加遠的地方。但電報方式很難普及，取而代之的電話則成了主要的報警通訊手段。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）1報警行業(yè)的發(fā)展是以工業(yè)技術以及電子通信技術發(fā)展為基礎的，隨著通信技術和微電子技術的快速發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了智能化算法與先進的微處理技術結合進行實時信號處理判別的探測器，國外很多國家都很注重這方面的開發(fā)研究，其中智能監(jiān)控防盜技術發(fā)展領先的要數北美。熱釋電紅外報警器尤其受到關注，因為它特有的隱蔽性，它基于熱釋電效應原理，以非接觸形式檢測出人體輻射，它不僅適用于防盜報警場所，同時在對人體傷害極為嚴重的 γ、X 射線等場所的自動報警也有應用。20 世紀 30 年代。曾有人提出利用熱釋電效應原理探測紅外輻射的想法，到 20 世紀60 年代，隨著紅外、激光技術的進步，熱釋電效應的研究和對熱釋電晶體的應用才得到了發(fā)展。歐美曾經是熱釋電紅外傳感器的主要生產者和主要銷售市場。到 2006 年，韓國釜山國立大學研發(fā)出了基于熱釋電紅外傳感器陣列的室內位置檢測系統(tǒng)。日本的很多企業(yè)也在致力研究和開發(fā)各種熱釋電紅外傳感器。近年來，美國 SUREN 公司在原來透鏡、電路、信號處理方面做了改進，申請了兩項專利，推出一款高性能探測器。這些日異月新的國外產品技術和產品對國內防盜探測領域無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。在國內，我們使用的防盜報警裝置大都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射/接收或者微波等技術為基礎的，但這些裝置有很多缺陷，比如他們成本相對較高且隱蔽性差，準確性也不高。在一般家庭、辦公室以及小型場所無法普及。20 世紀 80 年代，國內的被動式報警系統(tǒng)才開始發(fā)展起來了。被動式報警系統(tǒng)即是我們所知道的熱釋電紅外傳感器，它以非接觸形式探測到人體輻射，并將其轉換為電壓信號，再將電壓信號通過單片機等進行處理來驅動各種控制電路，達到想要實現(xiàn)的效果。1.3 研究目的與意義在當今社會人們普遍關心的話題無疑是安全、生產、健康等，其中如何保證建筑工地的人身安全、財產安全問題是施工單位和領導關心的重中之重，高性能的防盜報警系統(tǒng)在維護國家、機構、工廠倉庫以及工地設備的財產安全上發(fā)揮著越來越重要的作用。加之目前市場上報警器存在一些缺陷。本設計中采用的防盜報警裝置是利用熱釋電效應的熱釋電紅外傳感器，它可以通過非接觸的形式探測到人體輻射的紅外線波長，再將其轉換成電壓信號輸出。熱釋電紅外傳感器具有安裝簡單，實時性強，隱蔽性好，靈敏度高等優(yōu)點，且價格低廉，容易普及。1.4 本章小結本章主要說明了隨著科學技術的快速發(fā)展使得人們經濟水平很大的提高，經濟增長合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）2帶來的貧富差距短時間內難以消除的現(xiàn)狀，使得盜竊、搶劫等違法事件不斷增多，家庭，企業(yè)，超市等都出現(xiàn)了盜竊事件。本論文研究的系統(tǒng)是關于保障建筑工地材料、大型設備等的安全的。在眾多防盜報警裝置中，熱釋電紅外傳感器以其低成本，高性能，隱蔽性強，實時性好等優(yōu)點脫穎而出，稱為當下炙手可熱的防盜系統(tǒng)。2 系統(tǒng)總體設計2.1 設計內容及要求(1)本系統(tǒng)設計包括軟件電路設計和硬件功能實現(xiàn)兩個部分。利用軟件做出原理圖，進行仿真，再根據可實現(xiàn)度完成實物的焊接。(2)本系統(tǒng)電路組成主要有熱釋電紅外探測電路、單片機最小系統(tǒng)電路、聲光報警電路、數碼管顯示電路。相應完成信號采集、處理、報警、顯示等功能。(3)系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能：當有人進入布防區(qū)域內時，人體發(fā)射的紅外輻射信號被熱式電元接收，紅外探頭將人體輻射的紅外信號轉換為電信號，紅外探頭輸出的是低電平信號，低電平被送至 STC89C52 單片機，經由單片機處理運算后驅動電路執(zhí)行聲光報警功能。(4)熱釋電紅外報警系統(tǒng)抗干擾能力強、隱蔽性好、靈敏度高、安裝方便、傳輸距離遠、實用性。設計要點：一是能準確判斷是否有人進入；二是盡量加大防盜報警范圍；三是報警系統(tǒng)設置布防狀態(tài)外。2.2 設計方案本系統(tǒng)是由系統(tǒng)軟件控制硬件電路實現(xiàn)工作的的。在布防狀態(tài)下，數碼管顯示“b”，布防時間是 30 秒，這段時間可以用來讓我們控制人員離開布防區(qū)域。具體時間可根據具體情況設計，當然也可以通過外接線使控制區(qū)域和探測區(qū)域分開。讓探測更精確。紅外傳感器把檢測到的人體紅外輻射信號轉換成電信號輸出，送至 STC89C52 單片機。單片機經軟件查詢、處理等過程，發(fā)出執(zhí)行信號，驅動電路接收到信號是，執(zhí)行相應動作，完成聲光報警。報警信號也可通過撤防鍵停止，撤防鍵按下，數碼管顯示字母“c”。也可以通過單片機復位按鈕終止報警。同時，系統(tǒng)還有緊急報警按鈕（測試鍵），當在布防狀態(tài)下，此時傳感器沒有檢測到外來信號，可以手動進行報警。2.2.1 硬件設計本系統(tǒng)硬件電路部分主要有單片機最小系統(tǒng)控制電路、探測電路、聲光報警電路、顯示電路。本系統(tǒng)選用的單片機為 STC89C52，傳感器選擇的是熱釋電紅外傳感器，顯示合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）3電路采用的是 LED 數碼管顯示，聲光報警電路采用的是二極管以及蜂鳴器進行聲光報警。硬件框圖如下：S T C 8 9 C 5 2最 小 系 統(tǒng)檢 測 電 路驅 動 數 碼 管 顯 示發(fā) 光 報 警驅 動驅 動聲 音 報 警圖 2-1 硬件設計框圖（1）單片機簡介STC89C52 是 STC 公司生產的一種高性能、低功耗、CMOS 八位微控制器，它具有 8K 系統(tǒng)在線可重復編程、快速擦除快速 Flash 存儲器，能使數據保存十年之久。STC89C52使用經典的 MCS-51 內核，與 MCS-51 系列單片機在引腳和指令系統(tǒng)上完全的兼容，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng) 51 單片機，同時在原來基礎上做了很多的改進，功能更多、更優(yōu)越。STC89C52 芯片提供三級程序存儲器加密，提供了方便靈活而可靠的硬加密手段，能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。P0 口是三態(tài)雙向口,通稱數據總線口,因為只有該口能直接用于對外部存儲器的讀/寫操作。引腳圖如下： XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J4STC89C52圖 2-2 STC89C52 引腳圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）4具有如下標準功能： 8K 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內置 4KB EEPROM，MAX810 復位電路，3 個 16 位定時器/計數器，4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結構（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結構），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35MHz，6T/12T 可選。（2）熱釋電紅外傳感器簡介熱釋電紅外線傳感器相對于之前的紅外傳感器來說是一種被動式的自動調整器件，自身不需要發(fā)射紅外輻射，而是通過檢測外界的紅外熱量變化來進行探測的。它具有價格低，性能穩(wěn)定，靠靠性高的優(yōu)點，是一種新型高靈敏度探測器件，備受廣大用戶的喜愛和追捧。常用的熱釋電紅外傳感器型號主要有KDS209、LHI958、LHI954、LHI878、RE200B 等。如圖 2-2 所示為熱釋電傳感器內部電路結構。VCCA 1V02RR1 3RC1 4RC25RR2 6VSS 7VRF8VC9IB10 VDD11OUT212 IN2-13IN1+14 IN1-15OUT116BIS0001 SW1R9 470R10R11R12 1MR1310kR14 2MR1547kR16 5.1kR171MR185.1kR1947kC30.01ufC4 0.01ufC5 0.01ufC6 C7+C310uf+C547uDSGOUT圖 2-2 熱釋電傳感器內部電路結構2.2.2 軟件設計軟件設計主要現(xiàn)由 Proteus 仿真軟件觀察電路設計是否能實現(xiàn)，在經過 Kiel 進行軟件編程來控制電路實現(xiàn)相應的功能，經過多次調試和改編，最終完成了仿真過程。系統(tǒng)程序實現(xiàn)功能：當有人進入布防區(qū)域時，熱釋電傳感器立馬探測到輻射信號，經過加工處理輸出電信號給單片機控制系統(tǒng)，昌盛驅動信號聲光報警電路執(zhí)行報警功能，當發(fā)現(xiàn)報警后可以按下撤防鍵解除報警，同時可按下布防，檢測下一次報警。系統(tǒng)也可以進行手動報警，當傳感器出現(xiàn)故障或者特殊情況時，可以手動按下測試鍵進行緊急報警嗎，但是這種報警必須在系統(tǒng)處于布防狀態(tài)才有效。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）52.3 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)的設計內容和實現(xiàn)的功能，簡要概述了系統(tǒng)的硬件組成部分，介紹了所選取的單片機 STC89C52 的結構、功能以及優(yōu)點，熱釋電紅外出傳感器工作的原理和所具有的優(yōu)點等等。本報警系統(tǒng)是利用單片機軟件程序控制硬件電路來執(zhí)行功能的。3 熱釋電防盜報警系統(tǒng)硬件設計本設計的控制主體是單片機 STC89C52，其他實現(xiàn)的功能電路都是利用單片機進行設計的。單片機最小系統(tǒng)電路是與單片機 XTAL1、XTAL2 以及 RST 引腳相接；紅外檢測電路與單片機 P1.0 引腳相接；聲光報警電路是通過與單片機的 P1.3 引腳實現(xiàn)的；按鍵控制電路是通過與單片機 P1.0、P1.1、P1.2 相連接實現(xiàn)的，顯示電路是通過與單片機的 P2口相連接實現(xiàn)的。3.1 STC89C52 最小系統(tǒng)電路STC89C52 單片機是系統(tǒng)的“大腦”，用來處理信號，安排任務，實現(xiàn)任務的。單片機的完整性離不開最小系統(tǒng)，單片機的最小系統(tǒng)由復位電路、時鐘電路組成的。3.1.1 時鐘電路設計單片機的時鐘電路可以說是單片機的源泉，因為它時鐘振蕩產生的序列脈沖驅動單片機的 CPU 等單元進行工作。晶體振蕩器、晶振控制芯片和電容組成了時鐘電路。XTAL1是反向放大器的輸入，XTAL2 為輸出。本系統(tǒng)的采用的是片內振蕩器，因此石晶振蕩和陶瓷振蕩都需要接采用。如果采用的是外部時鐘源驅動，則不接 XTAL2。一個機器周期含有6 個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為 2 個振蕩周期，所以一個機器周期共有 12 個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，一個振蕩周為 1/12us，因此一個機器周期為 1us。如下圖 3-4 所示為時鐘電路圖。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）6XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52C1 30uFC2 30uFY112MHZ圖 3-2 時鐘電路3.1.2 復位電路設計時鐘電路開始工作以后, 單片機的 RESET 端只要連續(xù)給出 2 個機器周期的高電平就可以完成單片機的復位操作。復位方法一般有上復位和外部手動復位兩種方式。上電復位原理：在單片機剛通上電，這一瞬間電容的充電電流最大，電容相當于短路，此時 RST 端為高電平，單片機即可自動復位；電容兩端的電壓等于電源電壓時，充電電流為零，這時候電容相當于開路，RST 端為低電平，程序正常運行。因此上電復位所需的最短時間是在振蕩器振蕩建立時間再加 2 個機器周期。R31+ C322uFVCCRSTU1STC89C52圖 3-1 上電復位手動復位原理：單片機首先會有一個上電復位，當按下按鍵時，RST 端直接與 VCC 相連變成高電平，完成復位，同時電解電容被路，進行放電；當按鍵松開時，電容開始充電，RST 依然為高電平，還是復位，充電完成后，電容相當于開路，RST 為低電平，程序合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）7正常工作。R310S2 + C310uFVCCRSTU1STC89C52圖 3-2 手動復位本篇設計采用的是手動復位。當外部需要復位時，按下復位按鈕 S1 即可實現(xiàn)復位目的。如下圖 3-3 為系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路。XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R310C1 30uFC2 30uFY112MHZS2VCC+C310uF圖 3-3 本系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路3.2 熱釋電紅外檢測電路3.2.1 熱釋電傳感器原理 熱釋電紅外傳感器探測的是人體輻射的紅外線，探測到的紅外熱輻射通過菲涅爾透鏡增強后被傳到熱釋電元件，利用熱釋電元件在接收到人體的紅外輻射后會電荷失衡向合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）8外釋放電荷實物原理，讓接下來的比較放大電路以及后續(xù)電路可以檢測到電荷變化后，對信號進行加工處理，輸出一個電壓信號。熱釋電元件是紅外感應的探頭。熱釋電元件對波長為 1Oμm 左右的紅外熱輻射很敏感，而人體的體恒定溫度一般為 37 度，可以發(fā)射出波長為 1Oμm 左右的紅外熱輻射，所以熱釋電對于人體的探測很敏感。熱釋電紅外傳感器主要由傳感探測元、場效應管、光學濾鏡、偏置電阻和 EMI 電容等器件組成。它利用熱釋電材料極化會隨溫度變化的特性來探測紅外輻射，采用雙靈敏元互補方法來抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。D 端（DRAIN)接電源正極，G 端（GROUND)接電源負極，S 端（SOURCE）為信號輸出。熱釋電紅外傳感器的三個引腳如圖3-3 所示。123J 2R E 2 0 0 BGDS圖 3-3 外接引腳3.2.2 電路設計由于紅外傳感電路不是本設計重點部分，所以本設計傳感器部分采用的是熱釋電集成模塊，引出三個引腳與單片機相應的引腳相連，完成功能。如下圖所示為熱釋電紅外檢測電路。XTAL119XTAL218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78PSEN29ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R12.2kQ19013123J2傳傳傳傳傳傳傳傳GDSGDSR210kVCC圖 3-4 熱釋電紅外檢測電路合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）93.3 按鍵控制電路按鍵電路由“測試按鈕”、“布防按鈕”、“撤防按鈕”組成，測試按鈕是在布防狀態(tài)下需要緊急報警時，按下測試鍵即可報警，增加了系統(tǒng)的安全可靠性；布防按鈕是整個系統(tǒng)的樞紐，當布防按鈕按下時，數碼管顯示字母“b”，布防時間是 30S，可以重復按布防按鈕，不累計。系統(tǒng)進入檢測狀態(tài)，對于檢測到的報警信號才進行處理。撤防按鈕按下后，數碼管顯示字母“c”，聲光報警結束，當需要報警時需再次按下布防按鈕。XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52S3S4S5VCC測 試布 防撤 防圖 3-5 按鍵控制電路3.4 LED 數碼管顯示電路數碼管按段數可以分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管與七段數碼管區(qū)別在于 ，前者多一個發(fā)光二極管顯示小數點；按照一個八段或者七段數碼管算一位的話。數碼管可分為 1 位、2 位、4 位等；按發(fā)光二極管單元連接方式來分類，有共陽極數碼管和共陰極數碼管兩種。前者的所有發(fā)光二極管的陽極接在一起形成公共端(COM)，后者的所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共極端(COM)。在應用時，若要顯示某一字段，共陽數碼管的公共端（COM）接高電平（+5V），就使相應字段發(fā)光二極管的陰極接低電平，高電平不顯示；而共陰數碼管的公共極 COM 接地線（GND），使相應字段發(fā)光二極管的陰極接高電平即可，低電平不顯示。本設計用的是八段共陽數碼管接單片機 P2 引腳實現(xiàn)功能，不使用小數點，將小數點DP 接地。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）10XTAL119XTAL218P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78PSEN29ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52VCCabfcgde1234567abcdefg8dp dpVCC9DS1DPY_7-SEG_DP圖 3-5 LED 數碼管顯示電路3.5 聲光報警電路設計本 設 計 的 聲 光 報 警 電 路 是 有 發(fā) 光 二 極 管 和 蜂 鳴 器 加 驅 動 組 合 電 路 組 成 。 發(fā)光報警利用發(fā)光二極管接上一個電阻，然后再與單片機的 P1.3 引腳相連，外接 VCC。當單片機的 P1.0 引腳被置為低電平后，圖中發(fā)光二極管被點亮，蜂鳴器報警。發(fā) 光 二 極 管 的 原 理 是 化 合 物 中 帶 負 電 的 電 子 與 與 帶 正 電 的 空 穴 復 合 時 可 以 輻 射出 可 見 光 ， 簡 寫 為 LED。 發(fā) 光 二 極 管 與 普 通 二 極 管 一 樣 是 由 一 個 PN 結 組 成 ， 也 具有 單 向 導 電 性 。蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，利用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、定時器等電子產品中。蜂鳴器的分類有有源蜂鳴器和無源蜂鳴器之分。這里的“源”指的是震蕩源，有源蜂鳴器內部帶有震蕩源，只要一通電就會發(fā)聲；無源內部則不帶震蕩源，直流信號不能使他發(fā)聲，必須使用 2K-5K 的方波去驅動。有源蜂鳴器的程序控制比較方便，所以本設計采用的則是有源蜂鳴器。如下圖 3-7 所示，用一個蜂鳴器、三極管和電阻接到單片機的 P3.1 引腳上，外接VCC 組成聲音報警電路。當 TXD 引腳被置高電平后，蜂鳴器立刻發(fā)聲報警。如下圖所示為聲光報警電路。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）11XTAL119XTAL218P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78PSEN29 ALE30EA31RST9P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/VVR 16P3.7/RD 17P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32GND20VCC 40J3STC89C52R42.2kR52.2kD1 LEDU1BUZZERVCCQ29012圖 3-5 蜂鳴器報警電路3.6 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)的硬件設計部分，包括系統(tǒng)的外圍電路的設計以及功能的實現(xiàn)。分別介紹了各電路中的元件以及使用原理，每個電路是如何與單片機連接來實現(xiàn)功能的。硬件設計是一個系統(tǒng)最基本、首要的環(huán)節(jié)。同時硬件電路的設計也是和軟件密不可分的。下面介紹系統(tǒng)軟件設計部分。4 軟件設計4.1 主程序流程圖程序實現(xiàn)功能：傳感器檢測是否有信號，當在布防狀態(tài)下是，傳感器將檢測到的紅外信號轉化成電信號輸入到單片機，經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，當發(fā)現(xiàn)報警后，可以通過手動撤防按鍵來解除報警,之后控制人員可根據報警情況來處理之后的事情。此外本系統(tǒng)也可以進行緊急報警，在布防狀態(tài)下，按下測試鍵，系統(tǒng)也會相應產生聲光報警。這也提高了本系統(tǒng)設計的可靠性和人性化的特點。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）12開 始檢 測 有 無 信 號系 統(tǒng) 初 始 化是 否 有 布 防 信 號是 否 有 撤 防 信 號布 防 程 序啟 動 聲 光 報 警是 否 按 下 撤 防 鍵結 束結 束 報 警NYNYNYYN圖 4-1 程序流程圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）134.2 緊急報警流程圖當在布防狀態(tài)下時，若系統(tǒng)沒有檢測到有報警信號，但急需報警時，可手動按下“測試按鈕”進行緊急報警。當需要停止報警時，按下撤防按鈕即可。緊急報警流程圖如下：開 始進 入 布 防 狀 態(tài)檢 測 是 否 有 信 號按 下 測 試 按 鈕啟 動 聲 光 報 警結 束是 否 按 下 撤 防 鍵停 止 報 警NYNY圖 4-2 緊急報警流程圖合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）144.3 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)軟件設計流程，可以簡而易懂的了解系統(tǒng)的工作原理，更好地幫助編程，讓讀者更容易理解設計的原理和過程。5 聯(lián)調與測試5.1 軟件仿真本次硬件設計過程是經過制作原理圖、導入 PCB、焊制電路板以及燒寫程序等一一完成的。設計原理是：開機等待布防鍵按下，數碼管不顯示；按下布防鍵后數碼管顯示字母 “b” ，大約 30 秒，之后數碼管顯示熄滅，進入布防狀態(tài)（從按下按鍵到 30 秒計時到，可以重復按下布防鍵延長計時時間，不累計，指示重新計時 30 秒。也可按下撤防鍵取消布防）；數碼管“b”熄滅，進入布防狀態(tài)；感應模塊感應到信號時，數碼管顯示數字 “-” 蜂鳴器和小燈聲光報警；按下撤防鍵，數碼管顯示字母 “c” ，蜂鳴器停止鳴響，系統(tǒng)進入等待布防狀態(tài)；當系統(tǒng)處于布防狀態(tài)時，可以按下測試鍵（緊急報警）開啟報警，此時蜂鳴器和小燈聲光報警，數碼管顯示數字 “-” 。由于在仿真電路中，protues 中沒有傳感器件，但根據其原理，傳感器傳送給單片機的信號是低電平，所以采用按鈕來代替也是可以的。如下圖 5-1 所示是未工作狀態(tài)下的仿真圖。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）15圖 5-1 防盜報警仿真圖當按下布防按鈕后，數碼管顯示字母‘b’，進入布防狀態(tài)。從按下按鍵到 30 秒計時到，可以重復按下布防鍵延長計時時間（不累計），指示重新計時 30 秒。也可按下撤銷鍵取消布防。如下圖 5-2 所示是系統(tǒng)布防狀態(tài)下的仿真圖。圖5-2 布防狀態(tài)仿真圖當測試鍵按下后，單片機 P1.0 引腳接收到低電平信號，進行加工處理，從而控制蜂鳴器和發(fā)光二極管進行聲光報警，此時數碼管一直顯示‘-’符號，知道報警被停止。此時可以通過撤防按鈕解除報警，也可以通過復位按鈕，將系統(tǒng)狀態(tài)初始化。如下圖 5-3所示，聲光報警圖。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）16如圖5-3 報警狀態(tài)仿真圖當按下撤防按鈕后，如圖 5-4 數碼管顯示字母“c”。如圖5-4 撤防狀態(tài)仿真圖5.2 硬件設計實現(xiàn)本系統(tǒng)在進行仿真后可以實現(xiàn)，為了設計的完整性，則進行了實物的焊接。通過protel 的原理圖更新到 PCB，進行重新排列，布線，修改完成 PCB 的封裝，接著根據 PCB進行事物的擺放和焊接。焊接的過程中注意有的元件有正負極，例如蜂鳴器、發(fā)光二極管、極性電容。在焊接反了?？赡軐е鹿δ軣o法實現(xiàn)。如下圖所示是我的焊接過程。圖 5-3 元件材料合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）17下圖是焊接好的實物，將程序燒寫進單片機，不斷地進行調試與完善，最終達到預想的想過。基本元件都顯示在外側，傳感器，聲光報警電路，數碼管，按鍵電路等。其中按鍵從左到右依次是：測試鍵、布防鍵、撤防鍵、復位鍵。下圖時按下布防鍵后，數碼管顯示字母“b”。圖 5-4 實物布防狀態(tài)圖當布防時間 30 秒過后，數碼管不顯示，此時若傳感器探測到外界信號就會開始聲光報警。如下左圖所示，此時數碼管顯示字符“-”，當需要停止報警時，按下撤防鍵，報警停止，數碼管顯示字母“c”，如右下圖所示。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）18圖 5-5 實物報警與撤防狀態(tài)圖5.3 不足與優(yōu)化本系統(tǒng)剛開始的設計中只加入了一個發(fā)光二極管報警和聲音報警電路來實現(xiàn)報警功能，沒有 LED 數碼管顯示電路，沒有布防、撤防和緊急報警的功能，電路只能實現(xiàn)基本的報警功能。在后面的改善中，經過仿真可以實現(xiàn)后，加入了數碼管顯示電路，增加了布防按鍵，讓系統(tǒng)更加的可靠，布防時間 30 秒，設計人員也可以根據自己的需要來改變時間，這里的布防增加也可以當做一個延時，讓控制人員不影響傳感器的工作，當然在實際應用中利用導線也可實現(xiàn)。此外系統(tǒng)還增加了緊急報警功能，和紅外傳感器連接在單片機的同一個引腳，當傳感器產生故障，或者有緊急狀況發(fā)生時，控制人員可以通過測試按鈕進行緊急報警，提高安全性。這樣的設計使系統(tǒng)更加的人性化，但系統(tǒng)人仍然存在很多的不足，我會在日后的學習中繼續(xù)改善。5.4 本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)硬件電路與編程電路各自的調試和檢測以及軟硬結合以后系統(tǒng)能否實現(xiàn)設計的要求，在做了不斷的改善和增強之后，最終完成報警系統(tǒng)設計的過程。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）19結論與展望本課題研究設計了一種工地用的簡易防盜報警系統(tǒng)。在經濟飛速發(fā)展的時代，貧富差距也在不斷拉大，導致了盜竊事件頻繁發(fā)生，從開始的小偷小摸，到現(xiàn)在盜賊的左岸范圍也在變大。工地上的電器設備、建筑材料等等出現(xiàn)了盜竊現(xiàn)象，工地的安全性一直是我們關注的熱點。本防盜報警系統(tǒng)以 STC89C52 單片機為系統(tǒng)控制核心，采用的是被動式紅傳感器作為檢測器件，即熱釋電紅外傳感器。它是以非接觸方式探測人體發(fā)出的紅外熱輻射，并將其轉換為電信號輸出，同時它還抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。當有人進入探測區(qū)范圍內后，傳感器將檢測到人體紅外熱輻射信號轉換為電壓信號，通過比較、放大電路以及反相器將信號傳遞給單片機，經過單片機內部軟件編程處理后，輸本系統(tǒng)操作簡單、成本低廉、安裝方便、智能性高、誤報率低等優(yōu)點，給用戶帶來了很多的便利。同時它的信號經過單片機系統(tǒng)處理后方便和ＰＣ機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本次設計還存在一些不足，但隨著及科學技術的快速發(fā)展，我相信熱釋電紅外報警系統(tǒng)將會更進一步的發(fā)展，會應用到更廣闊的領域。致謝在本次畢業(yè)設計結束之際，我要發(fā)表一下自己的感想，說說我心中感謝的話和感謝的人。在剛開始的時候真的不知所措，萬事開頭難，不知道自己究竟可以選什么題目。合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）20后來我們咨詢了王老師，在他的詳細詢問了我們的自身的能力狀況和資源現(xiàn)狀之后，給我們幾個題目現(xiàn)在的題目。接下來的時間里，王老師總是傳一些相關的學習資料給我們，讓我們可以多學習點相關知識，以便可以對設計得心應手。后來我們成立了學習小組，定期的制定目標，然后完成目標，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。在這種集體式的學習之下，我們每個人的進度都很快。王老師總是細心的給我們解答我們的疑惑。后面我們需要焊接實物，王老師為我們向學院申請材料，給我們提供給各種幫助，只要我們可以做的更好，有更好的想法，只要是為了做出更好的設計，王老師都會竟可能的滿足我們。我真的非常感謝我的指導老師王老師以及過我的同學們。王老師廣博的知識、嚴謹教學、豐富的實踐經驗以及靈活的教學方法讓我很是欽佩，老師一絲不茍的指導和孜孜不倦的教誨讓我不斷地成長，讓我學到了很多以前沒有接觸過的東西。同時，同學的互相幫助也讓我很感動，團隊的力量是巨大的，遇到問題就解決問題，增強了和同學之間的友誼。再次感謝所有幫助過我的老師和同學們，你們讓我受益匪淺，感恩！作者：馬興芳2015 年 月 日合肥師范學院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設計）21參考文獻[1] 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