基于单片机的防盗报警系统的设计.doc
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1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY自动控制原理课程设计汇报设计题目:基于51单片机防盗报警系统设计学生姓名:李萌 学 号:2451专业班级:11自动化4班 学 部:信息科学和技术部指导老师:马 亮 12月25日摘 要 本系统采取了热释电红外传感器,它制作简单,成本低,安装比较方便,而且防盗性能比很好,抗干扰能力强,灵敏度高,安全可靠。这种防盗器安装隐蔽,不易被强盗发觉,同时它信号经过单片机系统处理后合PC机通信,用于多用户统一管理。本设计包含硬件和软件两个部分。硬件部分包含单片机控制电路,低频带通放大电路电压比较整形电路,声音
2、报警电路,灯光警示电路,状态显示电路,供电电源电路等部分组成。处理器采取51系列单片机AT89C51,整个系统是在系统软件控制下工作。关键词 单片机;红外传感器;数据采集;报警电路目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1防盗报警系统现实状况21.2.本课题起源21.3本文关键内容21.4本章小节2第2章 防盗报警系统研究32.1方案选择论证32.2 主控芯片单片机选择32.3 传感器选择52.3.1传感器红外辐射和红外探测原理结构.52.3.2红外测温原理52.3.3热释红外传感器结构52.3.4菲涅尔透镜52.3.5热释电红外传感器控制电路芯片选择52.4本章小结6第3章 家庭
3、防盗报警分析和设计83.1低频带通放大电路.83.2电压比较整形电路.93.3双限电压比较器工作原理.103.4报警电路.113.5灯光警示电路.123.6状态显示电路.133.7供电电源电路.143.8单片机最小系统.143.9家庭防盗报警步骤图.154.0本章小结.15结 论16参考文件17谢 辞18附 录一 家庭防盗报警原理图19附 录二 家庭防盗报警程序20第1章 绪论1.1 基于51单片机防盗报警系统设计现实状况11.1在中国外发展情况 报警设备对于保护大家生命和财产安全至关关键。目防盗报警产品在中国普及率只有20%,和欧美等发达国家高达70%普及率相比,中国防盗报警产品市场发展才刚
4、刚起步。伴随大家安全防患意识提升,会有更多人选择家庭安防报警产品,能够预见家庭安防报警将会有很宽广发展空间。 伴随现代电子技术,计算机技术。通信技术,传感技术和制造技术等快速发展,相关家庭安防报警伴随现代电子技术,计算机技术。通信技术,传感技术和造技术等快速发展,相关家庭安防报警方面产品也愈来愈丰富。能够预见,智能住宅将成为二十一世纪建筑业发展主流尤其是在中国伴随大家生活日益提升评价住宅小区关键指标。住宅小区是否智能化,安防系统是否完备,可靠将成为评鉴住宅小区关键指标。1.1.2 目前基于51单片机防盗报警系统设计特征 现在家庭安防产品即使含有良好报警处理功效,但有些产品因为功效较少或价格高等
5、原所以难于普及,更没有将加密技术和视频监控技术等很好融入到整个家庭安防报警系统中来。1.2 家庭防盗系统现实状况伴随社会不停进步和科学技术、经济不停发展,大家生活水平得到很大提升,大家私有财产也不停地增多,所以也对防盗方法提出了新要求。从现代大家住宅发展趋势来看,现代大家住宅关键是向群体花园式住宅区发展,向高空中发展,通常全部是一个住宅区有几栋至几十栋以上,但现在市面上所拥有家庭电子防盗报警器,只能用于单一住宅单元,不利于统一管理,而且也不能满足现代住宅区发展要求,所以很有必需对家庭电子防盗报警器深入完善和提升。1.3.本课题起源现在市场上出现了很多家用防火防盗产品,安防产品可大致分为视频监控
6、,防盗报警等相对料为独立几大应用领域。就家庭防火防盗报警系统方面而言,以上列举这些家庭安防产品即使含有良好报警处理功效,但有些产品因为功效较少或价格高等原所以难于普及,更没有将加密技术和视频监控技术等很好融入到整个家庭安防报警系统中来。1.4本文关键内容研发一个适合于家庭等处低价位,运行可靠含有自动拨号,语音录放和视频录像等多功效安防报警系统含有很强现实意义和宽广应用前景。本文结合实际需要研究并实现了一个智能防火防盗报警系统。1.5 本章小结综合以上报警器不足,本系统采取了热释电红外传感器,它制作简单、成本低,安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装
7、隐蔽,不易被盗贼。第2章 基于51单片机防盗报警系统设计研究2.1方案选择论证防盗报警系统通常是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心(硬件加软件)组成。它最简单形式是当地(家庭、单位)报警系统,它组成部分是入侵探测器和当地报警控制器,和声光报警器。该系统设计方案有以下两种:方案一;利用固定点电话联网防盗报警系统来实现家庭防盗报警,该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成,一旦发生警情,能把报警信息经过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定固定电话上,同时向接警中心汇报,中心联网电脑可经过电子地图、数据库、电脑语音提醒、监听现场情况,显示发生警情单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所(巡查大队)
8、经历分布,立即调动警力做出快速处理。方案二;经过传感器检测家庭安全隐患,把检测结果送入单片机,经过单片机控制报警灯和高音报警器开启。经过比较,方案二能满足我们实时快捷要求,愈加简单有效,固本设计选择方案二。2.2.1 AT89C51关键性能 1)和MCS-51单片机产品兼容 2) 4k字节在系统可编程Flash存放器 3)1000次擦写周期 4)全静态操作:0HZ24HZ 5)三级程序存放器锁定 6)32个可编程I/O口线 7)两个16位定时器/计数器 8)五个中止器 9)可编程串行通道10)低功耗空闲和掉电模式 12)看门狗定时器 2.3传感器选择2.3.1 热释电传感器红外辐射和红外探测原
9、理结构热释电传感器是利用红外辐射和红外测温原理来探测,红外测温属非接触式测温,是测温技术中关键手段,其特点是测温范围广,响应速度快和不显著破坏被测对象温度场,所以广泛应用于工业、农业、交通等领域。非接触红外测温有以下几点优点:(1)测量不干扰被测温场,不影响温场分布,从而含有较高测温正确度。(2)测温范围宽。(3)探测器响应时间短,反应速度快,易于快速和动态测量。(4)无须接触被测物体,操作方便。(5)能够确定微小目标温度。非接触测温技术意义是显而易见。伴随工农业、国防事业、医学发展,对温度测量越来越迫切。在一些场所,温度测量逐步上升为关键矛盾,引发了各方面普遍重视。通常将电磁波谱间隔在0.7
10、61000m区域称为红外光谱区,红外传感器是一个新型传感器,能够探测物体辐射红外线。热释电元件工作原理是基于热释电效应,即在强电介质温度改变P自然极化存在,此时传感器有电信号输出,晶体这种性质被称为热释电极或热释电效应。有些热释电晶体,她们自发极化方向能用外电场来改变,这些晶体称作热释电铁电体。比如:LiTaO2(钽酸锂)、BaTi O2(钛酸钡)和TGS(硫酸三甘酞)等。为了使传感器能够长久稳定地工作,提升灵敏度,增强抗干扰能力,这里选择了TGS晶体制作双型探测器2.3.2红外测温原理红外测温是经过探测物体表面发射能量来测量其温度,由物理学可知,处于绝对温度(273.15)以上任何物体,全部
11、要释放热能,而红外辐射温度计测量其中和温度相关波长范围内热能,并将其转换和温度成百分比电信号,由此测出其温度。由上可知,任何物体只要温度不是绝对零度全部不停地发射红外辐射,物体温度越高,辐射功率就越大,只要知道物体温度和它比辐射率,就可算出它所发射辐射功率。所以假如能量出物体辐射功率,则可确定它温度。2.3.3热释红外传感器结构红外探测器是红外热释传感器关键组成部分。它能够分成热释电探测器和光子探测器两大类:其中,热释电探测器是电效应工作探测器,其响应速度虽不如光子型,但因为它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽,灵敏度和波长无关,所以其应用领域广,轻易使用。常见热释电探测器如:LiTaO2
12、(钽酸锂) 探测器、BaTi O2(钛酸钡) 探测器和TGS(硫酸三甘酞)探测器等。图2-1为热释电红外传感器结构图、电路图。传感器敏感元为PZT,在上下两面做上电极,并在表面加一层黑色氧化膜以提升其转化效率。它等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容电流发生器,其输出阻抗极高,而输出电压信号又极其微弱,故在管内附有JFET及厚膜电阻,以达成阻抗变大目标。在管壳顶部设有虑光镜(TO5封装)。图2-2为热释电传感器实物照片。图2-1图2-2热释电体自发极化强度和温度相关。伴随温度升高,自发极化强度下降。温度升高到Tc时,自极化消失,此温度称为居里温度。温度超出居里温度,铁电体发生改变,从极化晶体变
13、为非极化晶体,极化强度变为零。因为自发极化,在和极化轴相垂直晶体两外表面上出现正负极化强度。不过这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部电荷所中和,所以显示不出来。所以不能在静态条件下测量自发极化,不过自由电荷和面束缚电荷所需时间很长,因晶体自发极化弛豫时间很短,约1012s,所以当晶体经受一定频率温度改变时其体内自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和改变着面束缚电荷,所以可在动态条件下测量自发极化。假如在热释电晶体沿极化轴端面装上电极,那么自发极化在电极上感应电荷量为: Q=APS当红外辐射照射时,热释电晶体温度升高,自发极化电晶体温度升高,自发极化强度降低,所以电极表面上感应电荷降低,这相当于“释放
14、”了一部分电荷,所以称之为热释电现象。图2-3所表示电路连接负载,则在红外辐射时,就有电流流过负载经放大后成为输出信号。图2-32.3.4 菲涅尔透镜现在人体验知系统中光调制器通常全部采取多元阵列式菲涅尔透镜,它起到红外辐射搜集器和调制器双重作用。热释电传感器只有和菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器探测半径从不足2m提升到最少8m范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组,每个单元通常全部只有一个不大视场,且相邻视场既不连续,也不交叉,全部相隔一个盲区(图4所表示)。这么,当人体在装有菲涅尔透镜传感器监控范围内运动时,人体辐射红外线经过菲涅尔透镜传到传感器上,形成一个不停交替改
15、变盲区和亮区,使得敏感单元温度不停改变,传感器从而输出信号,或说,人体在监控范围内活动时,进人一个视场后,又走出这个视场,再进人另一视场对传感器而言,相当于一会儿看到人,一会儿又看不到人,人体红外线辐射不停改变传感器温度,使之有一个又一个对应电信号。图2-5菲涅尔透镜不仅能够形成亮区和盲区,而且还有聚焦作用,其焦距通常在5cm左右菲涅尔透镜通常由聚乙烯塑料片制成,呈乳白色半透明状。需要说明是:在每次接通电源时,传感器要有几秒到十几秒“预热”时间,在这段时期内该传感器不起作用。2.4热释电红外传感器控制电路芯片选择热释电红外传感器输出检测信号很小。要经过放大、比较等多个步骤才能输出控制信号。使电
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