本科毕业设计 无线智能报警系统.doc

本科生毕业设计（论文） 无线智能报警系统的设计 学 院： 专 业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称） 二 年 月摘 要本设计主要由红外探测信号编码发射电路、无线接收解码电路、单片机控制电路、数码管显示电路、遥控电路、报警电路和电源电路部分组成。该报警器的实现原理是入侵者的红外热辐射被热释电红外传感器感应到，然后传感器将其转换成超低频信号经电路放大后输出。检测器是利用红外人体检测探头检测预先设定好的范围内的情况，一旦有危险情况便向主机发出信号。主机的主要功能是通过无线接收信号，然后经单片机处理，在数码管上显示出有危险的标志并同时控制喇叭发出警告声音。该报警系统具有误报率较低、安装和配置容易、成本低、能量消耗少、使用方便的特点。可应用于仓库防盗、家居防盗等多种防盗环境，具有良好的市场前景和使用价值。关键词：单片机；无线；报警；防盗；智能系统Intelligent Wireless Burglar Alarm SystemGAO Yan-nanAbstractThis design is mainly composed of infrared detection signal encoding transmitting circuit, wireless receiving decoding circuit, single-chip microcomputer control circuit, digital tube display circuit, control circuit, alarm circuit and power circuit. The principle of the alarm is that the i-nfrared thermal radiation of the invaders is inducted by the pyroelectric infrared sensor, and th-en, the sensor convert them to ultra-low frequency signal after amplification circuit and output. Detector is using infrared human detection probe detection of predefined scope, it will send si-gnal to the host when its in the dangerous situation. The host's main function is receiving the signal by the wireless, and then a sign of danger is shown on the digital tube and at the sam-e time issued a warning sound after the single chip processing. The alarm system is a low rat-e of false positives, easy installation and configuration, low cost, less energy consumption, eas-y to use features. It can be used in warehouse, anti-theft, home security and other security envi-ronment. Therefore, it gets the good market prospect and using value.Key Words: Singlechip; Wireless; Alarm; Anti-theft; Intelligent system目 录1.绪论11.1课题背景11.2 无线智能报警器工作的原理11.3 无线红外防盗报警器的分类及其介绍11.3.1主动红外报警器11.3.2被动红外报警器21.4设计无线红外防盗报警系统的内容和意义22.系统方案论证22.1 方案比较22.2 方案选择42.3 主要器件介绍42.3.1 315m 无线发射接收模块42.3.2编码芯片SC226252.3.3HC-SR50153.硬件电路的设计63.1 无线红外防盗报警系统的硬件组成63.2 系统硬件结构图及其工作原理63.2.1 遥控器电路63.2.2 红外探测无线编码发射电路73.3.3 接收解码主机控制电路73.4多路无线防盗报警器的硬件设计73.4.1 电源设计73.4.2 发射电路设计83.4.3 接收电路设计93.4.4 控制、显示电路设计104.软件的设计124.1程序流程图124.2 C语言程序设计134.2.1 控制程序设计134.2.2 定时器程序设计145.系统调试155.1 硬件调试155.2 软件调试155.3 系统综合调试155.4 调试结果156.结论16参考文献17致谢18附录I 元器件清单19附录II系统整体电路图20无线智能报警系统的设计姓名：高衍南 学号：2009374139 班级：09电子信息工程（1）班1.绪论1.1课题背景 随着21世纪科技的进步和发展，无线智能报警系统已经成为了智能化小区必不可少的部分。随着我国智能化小区的建设推广，无线报警系统已经逐渐渗透在我们的日常生活当中。智能化防盗技术发展多年，已从最初的模拟监控系统发展到数字化、网络化、智能化。一个完整的智能化防盗系统主要包括三大部分：门禁、报警、监控。防盗器的主要原理是利用单片机对各种传感器、探测器所采集的数据进行存储与分析，以达到智能控制的目的。目前，智能化防盗技术的发展已经进入一个全新的领域，智能化报警技术面临着新的发展机会！本设计是基于热释电红外传感器的一个无线智能防盗系统，目前，这种传感器具有非常大的发展潜力，伴随着这几年集成电路技术的飞速发展和该传感器的深入研究，其相关的专用相关电路也迅速发展。又因为该传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，灵敏度高，控制范围大，可以流动安装，所以其应用的领域比较广。 1.2 无线智能报警器工作的原理 无线智能报警系统的主要工作原理是通过单片机控制传感器检测和报警，传感器将检测的信号通过编码，然后经过电路放大，将放大后的信号通过天线发射出，接收电路接收到信号后将其解码，通过控制电路判断其信号是否异常，再决定是否发送报警信号至报警电路，从而完成整个监控报警过程，达到防盗目的。1.3 无线红外防盗报警器的分类及其介绍1.3.1主动红外报警器 这类报警器主要是由发射模块和接收模块两大部分组成，发射模块主要由电源，发光源和光学系统等组成，而接收模块就是由光学系统、放大器等部分组成。其工作模式是红外光速遮挡型，即当这种报警器工作时，发射模块会将一束已调制的红外线转变为平行光发射出去，待接收模块接收后，该光信号转变成信号，经过电路进一步处理传送到报警控制器，由发射模块发射经过警戒区至接收模块的红外线构成了一条警戒线，当报警器处于工作状态时，一般情况下，接收模块接收到的是一个稳定的光信号，一旦出现入侵情况，红外线被遮挡，接收模块接收到的信号发生变化，此时接收模块便将这一变化经电路处理后传送到报警控制器使其触发报警。这类报警器最大的特点是防范的距离远。 1.3.2被动红外报警器这类报警器主要是通过分析其监测环境内红外能量是否有变化来判断是否有人在移动，因人与环境的红外能量有差别，当人通过监测环境的时候，报警器接收到的这个不同的红外能量变化，经过进一步分析发出报警。人体会发出其特有的波长为10m左右的红外线。被动红外报警器通过探测这一特定波长的红外线进行工作。1.4设计无线红外防盗报警系统的内容和意义 本设计是一个基于通过检测人体红外而开发的无线智能报警系统，其由遥控设置报警系统的设防，当其监测到有入侵情况的出现，该信号会从监测端发送到接收端，通过处理后到报警控制电路，从而触发报警。主要由三大模块组成：监测发射模块，接收模块和报警控制模块。现在的无线防盗报警产品日新月异，随着科技的发展，这种无线报警系统不但用到小区的防盗上，而且还用到许多地方，例如工厂仓库的防盗、汽车的防盗等等，现在这类报警系统的主要发展方向是成本低，误报率低。我想通过设计无线红外防盗报警系统加强自己对专业知识的理解，将理论应用于实践上，从中看出自己的不足，在以后进一步提升自己。.系统方案论证 2.1 方案比较 方案一Stc89c51单片机作为主控制器，利用遥控器来控制布防和撤防，这里选用外部器件较少的SC2262的编码和解码模块，低功耗，而且适合红外遥控电路，然后315无线模块作为无线传输，采用数码管显示布防和撤防信号，蜂鸣器报警电路作为报警信号。电源电路红外传感器遥控手柄315无线发射电路315无线接收电路Stc89c51单片机数码管显示蜂鸣器报警电路Sc2262编码电路Sc2262解码电路图 2-1 系统方案一方案二AT89C51单片机作为主控制器，遥控器电路用来控制布防和撤防，选用ADC0809处理电路将传感器所接收的模拟信号转变为数字信号传给单片机，然后利用适合短距离的无线芯片NRF905来无线传输，利用74LS47来驱动LED来作为布防和撤防的信号显示，最后就利用蜂鸣器来作为报警电路红外传感器NRF905发射电路蜂鸣器报警电路NRF905接收电路PT2272解码电路AT89C51单片机控制电路PT2262编码电路ADC0809数模转换电路AT89C51单片机中央控制电路74LS47显示电路遥控手柄图2-2 系统方案二2.2 方案选择 对比第一和第二两个方案可知道，方案一的单片机要比方案二存储空间更大，功能更多，在编码电路的选择上，方案一的更稳定，方案一的无线发射接收模块性价比较方案二的高，而且方案一选择数码管来简单显示布防情况，方案二则选择74LS47芯片来驱动LED，但这次设计不需要那么强大的显示功能，因此从成本和技术上来说，选择方案一会更合理，成本低，功能足，性价比高。2.3 主要器件介绍2.3.1 315m 无线发射接收模块315m无线模块广泛的应用在汽车监控、遥控、遥测、小型无线网络、生物信号采样、机器人控制等领域中。工作频率为315m，由于采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度高，若环境温度在-25到+85度间变化时，频漂仅为3ppm/度。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度和一致性较差，即使是采用高品质微调电容，温差变化和振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。其数据模块的工作电压范围较广，为3到12V，由于其频率稳定性高，因此当电压发生变化时，发射频率基本不变，和发射模块配套的接收模块无需调整就能稳定接收。表2-1 发射电压与传输距离发射电压（V）空旷地传输距离（米）320-506100-2009300-50012（最佳）700-800其数据模块采用ASK方式调制，从而降低功耗，当数据信号停止时发射电流为零，数据信号与发射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则发射模块将不能正常工作。数据电平应接近数据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。接收模块的工作电压为5V，为超再生接收电路，接收灵敏度为105dbm，接收天线最好为2530厘米的导线。这种电路的优点在于天线输入端具有选频电路，抗干扰能力较强，模块背面网状接地铜箔减少了自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。2.3.2 编码芯片SC2262A0-A11 地址管脚D0-D5 数据输入端SC2262 管脚图振荡电阻振荡器输出端振荡电阻输入端编码启动端电源负端（）数据输出端电源正端（+） 图2-3 SC2262管脚图SC2262-IR是2262系列基于红外遥控的专用芯片，CMOS工艺制造，低功耗，RC振荡电阻。工作电压范围宽：2.6到15V，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。2.3.3 HC-SR501HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，在本设计中其作用为人体感应器。由于其自身的特点，该模块广泛应用于各个领域。其工作电压范围在直流电压在4.5到20V之间，感应角度<100度锥角，工作温度为-15到+70度，感应透镜尺寸为直径23mm。使用时应尽量避免干扰源近距离直射模块便面的透镜，以免因干扰产生错误信号。注意，感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，模块在这段时间里间隔地输出0-3次，一分钟后进入待机状态。感应模块采用双元探头，安装时应注意，要使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元感应到。模块还采用了圆形透镜增加了感应角度范围，让探头的四面都能感应，但是左右两侧的感应范围和灵敏度还是要比上下两个方向强一些，安装时也要注意这一点。该模块有不可重复触发和可重复触发两种触发方式，全自动感应，人进入其检测范围就会输出高电平，人离开检测范围则会自动延时关闭高电平输出低电平。光敏控制，温度补偿。具有感应封锁时间，该设置默认为2.5秒。感应范围：5-7米100度du3-4米 图2-4 红外感应模块感应范围图. 硬件电路的设计3.1 无线红外防盗报警系统的硬件组成该无线防盗报警器主要是由红外探测信号编码发射电路、无线接收解码电路、单片机控制电路、数码管显示电路、遥控电路、报警电路和电源电路部分组成。其框图如方案一图所示。3.2 系统硬件结构图及其工作原理系统硬件主要分为三部分，图3-1遥控器电路硬件结构图；图3-2红外探测无线编码发射电路硬件结构图；图3-3接收解码主机控制电路硬件结构图。具体的电路如附录一所示。3.2.1 遥控器电路遥控器电路的基本组成就是编码模块与发射模块。它的功能就是对报警器进行布防或撤防，此功能的实现实际上就是发射两组不同的编码，一组编码是用于布防，另一组则是用于撤防。编码芯片信号发射电路图 3-1 遥控器电路硬件结构图3.2.2 红外探测无线编码发射电路红外探测无线编码发射电路是由红外探测器、信号处理器、Sc2262编码模块、315发射模块。通过把红外探测器所搜集的探测信号传给信号处理芯片，信号处理芯片再判断该信号是否有异常，若无则其编码不用发送，若有则通过发射电路把代表有异常的编码发送出去。红外传感器Sc2262编码电路315无线发射电路图 3-2 红外探测无线编码发射电路硬件结构图3.3.3 接收解码主机控制电路接收芯片Sc2262 解码电路Stc89c51单片机数码管显示电路报警电路图3-3 接收解码主机控制电路硬件结构图接收解码主机控制电路是由接收模块、Sc2262解码模块、单片机处理模块、数码管显示模块、报警模块组成。工作方式是通过接收模块接收到信号，再由Sc2262解码电路将相应的信号解码并把已解码信号通过单片机处理，再判断接收的是否为遥控器的信号还是探测器的异常信号，再分别处理，若是异常信号则开启报警电路与显示电路，若是遥控器的信号就是实现撤防或布防的功能。3.4多路无线防盗报警器的硬件设计 3.4.1 电源设计考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用5 V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5 V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。具体电路图如下图3-4。图3-4 电源电路图3.4.2 发射电路设计 图3-5编码与发射电路图由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。SC2262的电源端与发射模块的电源端受制于热释电模块，一旦发现异常就会开启SC2262芯片与发射模块的电源，一但SC2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去。其原理图如图3-5所示。3.4.3 接收电路设计图3-6 数据解码与接收电路接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315 M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。SC2272就担任了这个解码任务。SC2262和SC2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。电路图如图3-6所示。3.4.4 控制、显示电路设计图3-7 单片机最小系统电路图由于控制、显示、报警电路都是围绕单片机进行，所以放在一起阐述。STC89C51为主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在STC89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图3-8所示。显示电路是由一位共阳数码管显示，单片机控制数码管每段的高低电平，从而实现数码管的显示。常用的七段显示器的结构如图下图所示。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器(如图3-9所示)，阴极连在一起的称为共阴极显示器(如图3-9 c所示)。1位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管ag控制七个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字符的开头有些失真，但控制简单，使用方便。图3-8 单片机最小系统电路此外，要画出电路图，首先还要搞清楚他的引脚图的分布，在了解了正确的引脚图后才能进行正确的字型段码编码。才能显示出正确的数字来。 （a）外形 （b）共阳极 (C)共阴极图3-9 数码管引脚数码管使用注意事项说明：（1）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（2）焊接温度：260度；焊接时间：5S（3）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。.软件的设计4.1程序流程图布防程序延时到否？ 延时按下撤防键？启动报警电路显示地址报警地址查询撤防信号？布防程序有布防信号？无初始化开始有无信号?是否是否 是 否是否该程序主要用于无线报警中，单片机通过遥控器来控制布防和撤防，然后就是利用单片机来判断热释电红外传感器所传送回来的信号是否存在异常，从而令单片机作出反应，是否启动报警。4.2 C语言程序设计4.2.1 控制程序设计void kongzhi()/控制函数 if(bufang=1)&&(flag=0)/在报警等待时按下布防键 delay(10);if(bufang=1)&&(flag=0)t=0;t1=0;/清零计时器 TR0=1;/打开计时器 P2=0x85;/显示字母b if(flag=1)&&(SOS=1)/报警按键按下flag1=1;/蜂鸣器鸣响 P2=0xbf;/显示"-"TR0=1;/开启定时器 if(chefang=1)/撤防键按下 delay(10);if(chefang=1)flag1=0;baojing=1;/关闭蜂鸣器 flag=0;/停止计时器计时TR0=0;/关闭计时器 P2=0xa7;/显示字母c delay(1000);/延时1s P2=0xff;/关闭显示，进入等待布防状态 4.2.2 定时器程序设计 主要用于控制布防时数码管的显示和协助控制报警void time() interrupt 1/定时器函数 TH0=0x4b;TL0=0xff;/重新赋初值 t+;if(t=20)t=0;t1+;if(t1=30)/计时到30s时开启布防数码管停止显示 关闭定时器 t1=0;flag=1;P2=0xff;TR0=0;if(t>=10)&&(flag1=1)/报警baojing=baojing;t=0;5.系统调试本设计采用实物调试，由于多个硬件模块都需要软件实现工作，因此调试分为硬件调试和软件调试。5.1 硬件调试在调试整个系统电路的时候，我采用循序渐进和部分调试的方法一步步进行修改电路。在完成电路板的制作以后进行以下的操作：1）电路组装检查。把电路板跟电路图进行对照检查，看是否存在电路原器件与电路不一致的情况。2）电路焊接检查。检查是否存在虚焊的情况，焊接的位置的对错，避免发生电路的电气故障。3）对各模块电路进行调试。顺序依次为：遥控模块、传感器探测发射模块、单片机控制模块、报警模块、显示模块5.2 软件调试单片机部分调试工作的完成主要应用Keilc51 uvision3软件来完成。Keilc51 uvision3软件是一种非常实用的多窗口编辑、调试软件。这一部分工作首先将系统中的各个模块计算程序中的显示部分程序调试好，不断修改调试直到正确为止。程序调试过程:整个程序是一个主程序调用各个子程序实现功能的过程，要使主程序和整个程序都能平稳运行，各个模块的子程序的正确与平稳运行必不可少，所以在软件调试的最初阶段就是把各个子程序模块进行分别调试。5.3 系统综合调试在进行程序的下载实物调试之前，需用工具检查电路的连接口是否正常，电路每部分的都焊接正确，并仿真验证程序的正确，最后下载程序，进行实物调试，实现显示和报警电路，系统电路调试完成。5.4调试结果测试的场合选择在宿舍大楼，在A宿舍门口放置传感器模块，在B宿舍遥控开启了布防模式，主机上显示B，30秒以后进入监测模式，同学A进入宿舍A，蜂鸣器报警，这时按下撤防键，蜂鸣器停止鸣叫，证明传输性能还是很好的。当去到相隔3个宿舍的宿舍C时，再次进行测试，发现经过隔墙传输以后，传输质量有所下降，总体来说，这次设计还是取得较大的成功。6. 结论此次智能测控应用系统设计安排我设计的题目是无线红外防盗器。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。目前报警系统出现误报、漏报主要有以下几个方面原因。无线探测器抗干扰能力表现为同频干扰容易造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电，低电时没有有效地进行信息传递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生漏报误报。由于主机和探测器都是用无线编码方式设置遍码有重复造成主机和探测器重码导致误报。 我们来分析一下红外探测报警器主要有那些原因会造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报、漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。无线探测器供电系统缺电，低电时没有有效地进行信息传递使得探测器的探测距离变短或是不工作而产生误报、漏报。由于主机和探测器都是采用无线编码方式设置编码有重复造成主机和探测器重码导致误报。也有些报警器的质量太羞如元器件的损坏和生产工艺不良造成误报，还有跟选择的设备、安装的方式、角度、位置、也有关，比如选用的探测器是震动探测器安装在震源比较大而多的地方（如飞机场、铁路旁等）由于飞机、火车运行时震源大都会产生误报，如蝙蝠常出现的地方选用超声波探测器就容易引起误报，在受环境的影响下如空气流动、宠物行动等，还有人为的因素主要有用户操作不当、不小心触发报警器、误闯、误入已经设防的访区等都会产生误报。产生误报、漏报的原因很多也很复杂。因此要降低防盗报警器的误报、漏报最重要的是要从多方面的因素加以考虑，比如从技术和性能方面选择探测器、包括传感探头的选择、菲涅尔透镜的外形设计，微处理器程序，多鉴技术、自动跳码的滚动编码技术生产工艺、使用方法，温度补偿，灵敏度探测距离调整等。这些综合因素都决定了探测器的性能和误报率。参考文献1 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元器件清单元器件数量元器件数量元器件数量元器件数量遥控器14.7M贴片电阻1315发射模块110uf电容17*9万用板190134315接收模块112m晶振15*7万用板190121820k贴片电阻130pf电容2人体感应模块110k电阻9一位共阳极数码管1小按键4单排母座32.2k电阻5蜂鸣器1Usb电源线112V电池118脚座2DC电源插口1导线若干插针4Sc22621Stc89c511焊锡若干自锁开关2Sc2262-M4140 IC座1附录II系统整体电路图附图1-1 接收、控制、显示、报警电路附图1-2 发射电路