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中文题目
中文题目:
红外探测报警系统
外文题目:
INFRAREDALARMDETECTIONSYSTEM
毕业设计(论文)共××页(其中:
外文文献及译文××页)图纸共0张
完成日期2012年6月答辩日期2012年6月
摘要
近年来,随着改革开放的深入发展,电子电器的飞速发展,人民的生活水平有了很大提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子也是越来越多。
这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。
因此,越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
防盗就成了一项重要的课题。
红外线防盗报警器是一种智能报警系统,可以大大提高了居民家庭的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全。
由于红外线是不见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用,通过红外线发射和接受系统来感应是否有人闯入,如果探测到有人闯入,那么系统的声光报警电路会发出警鸣声给人们以提醒。
该系统以单片机AT89S52系列为核心,采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作。
在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。
并通过单片机系统向声光报警电路发出信号,达到声光报警的目的。
本论文先后介绍了红外线防盗报警器的意义、发展背景、发展前景、系统的基本电路结构和系统软件的设计。
关键词:
报警器;AT89S52单片机;红外线发送;红外线接受;
Abstract
Inrecentyears,withthedeepeningofreformandopening-up,electronicandelectricalappliancesrapiddevelopment,people'slivingstandardhasbeengreatlyimproved.Avarietyofhigh-gradehouseholdelectricalappliancesandthevaluableshaveformanyfamilies.However,somelawlesselementsarealsomoreandmore.Thisisseenmostsecurityawarenessisnotstrongenough.Causingstealphenomenonitisoftenseen.Therefore,moreandmorehouseholdsinpropertysafetyisconcernedabout.Securityhasbecomeanimportanttopic.Infraredanti-theftalarmisakindofintelligentalarmsystem,cangreatlyimprovethesafetydegreeofthehouseholds,effectivelyguaranteetheresidents'personalandpropertysafety.Becauseinfraredisnotexposedtolight,hasstrongconfidentialityandsecrecy,thereforeinsecurity,alertsecuritydevicehasbeenwidelyused,throughtheinfraredtransmittingandreceivingsystemforsensingwhethersomeoneisbreakinginto,ifthedetectedsomeonebrokein,thenthesystemwillsendoutalarmsoundandlightalarmcircuitsoundstothepeopletoremind.ThesystembasedonsinglechipAT89S52seriesasthecore,usingtheinfraredemissiontubeandtheinfraredreceivingtubefortransmittingandreceivingdevice,byaninverterinvertingindirectcontrolCPUchip.IntheCPUprogramtorunafterthecontrolofoutputlevelmakesthebuzzerandthelightemittingdiodecomprisinganacousto-opticalarmcircuitatthesametimethesoundandlightalarm.Andthroughthesinglechipmicrocomputersystemtosoundandlightalarmcircuitsendsoutsignalstoalarm,thepurposeof.Thispaperhasintroducedtheinfraredanti-theftalarmsignificance,developmentbackground,developmentprospects,systembasiccircuitstructureandthesoftwaresystemdesign.
Keywords:
PowerCircuit;AT89S52singlechipmicrocomputer;Infraredsend;Infraredreceive;
目录
引言1
1红外探测报警系统概述2
1.1红外探测报警系统背景2
1.2红外探测报警系统目的及意义2
1.2.1红外探测报警系统的目的2
1.2.2红外探测报警系统的意义2
1.3红外探测报警系统现状与发展趋势2
2关键技术3
2.1红外探测报警系统技术3
2.2红外发射管技术5
3总体结构设计6
3.1系统设计原则6
3.2系统总体结构6
3.3核心部件选型6
3.3.1主控芯片的性能以及标准功能6
3.4系统硬件平台搭建6
4软件设计与实现7
4.1系统软件开发环境介绍7
4.2系统软件设计原则7
4.3模块划分7
4.3.1单片机控制部分电路模块模块的设计与实现8
4.3.2电路模块设计与实现6
4.3.3红外线发射部分6
4.3.4红外线接收部分6
4.3.5声光报警电路6
4.3.6电源电路6
5系统运行与测试10
5.1测试方案10
5.2测试过程16
5.3测试结果与分析16
6结论18
致谢20
参考文献21
引言
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展,电子设备、电子仪器的出现日新月异,在市场上电子产品的竞争较为激烈。
红外线报警器这一电子产品已悄悄地影响着人们的生活,在一些电影、电视中,我们经常在一些公司、高级住宅,博物馆等重要场所,在安防电脑系统的屏幕上面,显示着一根根红线,如果有人进入不小心碰到了,那么报警器就会发响,这就是红外线报警器。
1红外探测报警系统概述概述
1.1红外探测报警系统概述背景
随着时代的不断进步,人们对自己所处的环境的安全性提出了更高的要求,尤其在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。
现在的很多小区都安装了智能红外线报警系统,因而大大提高了校区的安全程度,有效保证了据居民的人生财产安全。
由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗,警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
为了防止各种偷盗和暴力事件的发生和危害,确保人们的安全,生命和财产不受损害,只能安保系统的设置是必要的。
随着科技的发展,新的犯罪手段对安保系统也提出了新的要求,在信息时代的今天,对钱,财务,人身安全的保护是一方面,而对储存在计算机里的大量的重要文件,数据,更需要保护。
在一个智能化大厦内,不仅对外部人员要防范,对内部人员也需要加强治理;对某些重要的地点,物品,以及重要的人物也需要非凡的保护。
因此,对现代化的大厦,需要设置多层次,立体化的安保系统。
防盗报警系统的作用就是用探测器对建筑物内外的重点区域,重要地点布防,在探测到非法入侵者时,信号传输到报警控制器:
声光警报,显示地址,有关值班人员接到报警后,根据情况采取措施,以控制时态发展。
智能建筑的防盗报警系统,负责建筑内各个点,线,面和区域的侦测任务。
它一般由探测器,区域控制器和报警控制中心三部分组成。
1.2红外探测报警系统概述目的及意义
1.2.1红外探测报警系统概述的目的
当今社会步入了经济发展迅速的时代,人们生活质量逐步提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有,并且人们手中特别是城市居民的积蓄也十分可观。
因此,财产安全的问题也备受居民瞩目。
安防产业也随之渐渐发展,人们对于安防的灵敏性、便捷性及有效性的要求越来越高。
能够随时随地、安全又方便的使用贵重奢华的物品是人们一直向往安心、舒适的生活方式。
防盗报警器带领着人们一步一步向这样的生活迈进,但是由于产品及多方面原因,使得安防产品的有效性及灵敏度降低,使得安防质量下降,常常出现报警器迟缓、不能随时随地报警等现象,所以解决好防盗报警器的问题能够使人们更加安全、放心的使用或携带各式的物品,跟上时代的发展享受高品质的生活。
1.2.2红外探测报警系统概述的意义
红外线报警器分主动式和被动式两种[1]。
主动式红外线报警器,是报警器主动发出红外线,红外线碰到障碍物,就会反弹回来,被报警器的探头接收。
如果探头监测到,红外线是静止不动的,也就是不断发出红线线又不断反弹的,那么报警器就不会报警。
当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候,探头就会检测到有异常,就会报警。
被动式报警器少了一项功能,就是发射红外线。
物理学上告诉我们,当物体的温度高于0K的时候,就会发出红外线,换句话说任何物体都能发出红外线[2]。
而其后的原理,被动式报警器和主动式是一样的。
红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发报警。
主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成[3]。
发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐射一束红外线,当被遮断时,接收装置即发出报警信号,因此,它也是阻挡式报警器,或称对射式探测器。
通常,发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。
振荡器产生脉冲信号,经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线,通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束,射向接收端。
接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成[4]。
光电管将接收到的红外光信号转变为电信号,经整形放大后推动执行机构启动报警设备。
主动式红外报警器有较远的传输距离,因红外线属于非可见光源,入侵者难以发觉与躲避,防御界线非常明确。
主动式红外报警器是点型、线型探测装置,除了用作单机的点警戒和线警戒外,为了在更大范围有效地防范,也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网,乃至组成立体警戒区。
单光路由一个发射器和一个接收器组成。
双光路由两对发射器和接收器组成[5]。
两对收、发装置分别相对,是为了消除交叉误射;多光路构成警戒面;反射单光路构成警戒区。
1.3红外探测报警系统概述现状与发展趋势
随着经济飞速发展,贫富悬殊逐渐拉大,各地盗贼频频入室行窃日益猖獗,已成为社会的一大公害!
而今人们的经济条件不断改善,生活标准不断提高,安全防范意识逐步增强,防盗报警产品越来越受到人们的高度关注和重视。
红外线防盗报警器的技术追求和发展趋势可以概括为以下几个方面:
(1)随着我国社会和经济的发展,百姓的收入水平不断提高,私有财产的迅速积聚,从而使得安全与健康成为富裕起来的人们最为关注的两大热点,家庭安全保障首当其冲,此为防盗产品风火而起的第一机会点;
(2)全国城市房地产业的持续火爆,20%以上的增长速度,每年800亿的开发总量,为智能安防产品进入普通百姓的新居提供了巨大空间,此为准确的市场评估量所带来的最大商机点;
(3)各地政府对安全问题(盗抢、火灾、突发事件等)的高度重视,以及为创建文明城市、花园城市、改善城市形象吸引投资等政府行为需要,出台拆除金属防盗网的政策,为智能隐形防盗网打入市场提供了千载难逢的契机,此为时下政策附与的商机;
(4)对美的追求,对高品位、舒适、爽目居住环境的向往,科技安防成为时尚和潮流;
(5)智能安防市场目前还停留在行业用户,个人及家庭的消费尚未全面启动,基本是一片空白市场,潜力不可估量;
2关键技术
2.1红外线报警系统技术
红外报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统。
探测一旦探测到入侵,红外报警器立即把报警入侵信号无线密码传输到报警主机,主机接收到报警信号后,会立即启动高分贝警笛现场报警器,红外报警器主机面板上的LED显示报警防区,防区路数0-99路,明确显示入侵方位,同时报警主机还有时间显示、报警记录查询、自动开关机等功能。
2.2.红外发射管技术
红外发射管的红外光束被烟尘粒子散射,散射光的强弱与烟的浓度成正比,所以光敏管接收到的红外光束的强弱会发生变化,转化为点信号,最后转化成报警信号。
报警器对烟雾感应主要由光学迷宫完成,迷宫内有一组红外发射、接收光电管,对射角度为135度。
当环境中无烟雾时,接收管接收不到红外发射管发出的红外光,后续采样电路无电信号变化;当环境中有烟雾时,烟雾颗粒进入迷宫内使发射管发出的红外光发生散射,散射的红外光的强度与烟雾浓度有一定线性关系,后续采样电路发生变化,通过报警器内置的主控芯片判断这些变化量来确认是否发生火警,一旦确认火警,报警器发出火警信号,火灾指示灯(红色)点亮,并启动蜂鸣器报警。
3总体结构设计
3.1系统设计原则
对于现阶段防盗报警器迟缓以及不能随时随地报警的问题进一步改善,使其性能更加灵敏可靠。
3.2系统总体结构
该系统以单片机AT89S52系列为核心,采用红外线发射管和红外线接收管为发射和接收装置,由反相器芯片反相间接控制CPU工作。
在CPU程序运行以后控制输出口电平使得蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警电路同时进行声光报警。
系统原理框图如图3-1所示。
图3-1系统方框图
采用AT89S52单片机,直流可调开关MC34063,反相器74LS14D等芯片[9]。
其中,AT89S52的P1.2~P1.7为输出口,而P3.0~3.5为输入口。
P1口连接红外线发射电路,P1口为低电平时,红外线发射电路导通,正常发射红外线[10]。
P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平,当电平到达单片机CPU后,若各口均为低电平,则CPU不做任何反应,此时不报警;而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平,此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时,由P3.7口输出报警信号,驱动声光报警电路进行报警。
P1口连接红外线发射电路,P1口为低电平时,红外线发射电路导通,正常发射红外线[10]。
P3口输入经接收红外线电路接收并由反相器反相的电平,当电平到达单片机CPU后,若各口均为低电平,则CPU不做任何反应,此时不报警;而当红外线被认为挡住而使接收电路无法接受到时P3输入口就会输入高电平,此时当在一定的时间内检测到位于不同位置的光束被遮挡时,由P3.7口输出报警信号,驱动声光报警电路进行报警。
3.3核心部件选型
3.3.1主控芯片的性能以及标准功能
主要性能:
与MCS-51单片机产品兼容
8K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期
全静态操作:
0Hz~33Hz
三级加密程序存储器
32个可编程I/O口线
三个16位定时器/计数器
八个中断源
全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模
标准功能:
AT89S52具有以下标准功能:
8K字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作,支持两种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止[15]。
主体单片机芯片AT89S52的引脚结构如图3-1所示:
图3-2AT89S52引脚图
各主要管脚介绍如下:
VCC:
电源
GND:
地
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR)时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号[13]。
如下表3-1所示。
表3-1P3口的引脚号及其第二功能
引脚号
第二功能
P3.0
RXD(串行输入)
P3.1
TXD(串行输出)
P3.2
INT0(外部中断0)
P3.3
INT0(外部中断0)
P3.4
T0(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3.6
WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
RD(外部数据存储器写选通)
RST:
复位输入。
晶振工作时,RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后,RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR(地址8EH)上。
ALE/PROG:
地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时,此引脚(PROG)也用作编程输入脉冲。
在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。
如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。
这一位置“1”,ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则,ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号(PSEN)是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时,PSEN在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,EA必须接GND。
为了执行内部程序指令,EA应该接VCC。
在flash编程期间,EA也接收12伏电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端[14]。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
3.4系统硬件平台搭建
AT89S52单片机式一种低功耗,高性能的CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80S51产品指令和引脚完全兼容。
片上的Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器[11]。
在单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。
单片机P1口与红外线发射电路相连,P3口与红外线接收电路相连,P3.7口连接声光报警电路输出方波脉冲信号驱动声光报警。
X1、X2脚与晶振相连,用于定时计数,以形成一秒周期的方波脉冲信号[12]。
4软件设计与实现
4.1系统软件开发环境介绍
系统的软件设计,主要集中在单片机功能流程的设计上,要监视是否有人闯入,红外线接收是否中断、如何控制声光报警等。
4.2系统软件设计原则
软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量,在编写软件之前,对系统的流程进行设计是十分必要的,这样可以保证在编写软件时思路清晰,不易出错,修改也变得容易。
程序流程图的设计遵循自顶向下的原则。
下图4-1为系统主程序流程图
主程序、脉冲信号产生程序、中断服务程序存放在AT89S52单片机中,整个程序设计思想是当检测到有人闯入时,就由P3.7口输出高低电平间隔为1秒的脉冲信号去驱动声光报警电路。
这可以通过使P3.7口每隔1秒取反一次实现。
而1秒时间可以让定时器重复定时100ms十次实现。
用寄存器R1做循环计数器初值为10。
采用中断方式编程,整个程序由主程序和中断服务程序两部分组成[21]。
主程序的功能:
起监视作用,主要用来判断是否有人闯入,红外线的接收是否中断。
主程序的流程图如4-1所示.程序开始后,系统初始化结束后判断是否有人闯入,若有则报警,若无则回到上一级继续判断是否有人闯入。
开始
系统初始化
YESNO
图4-1主程序流程图
4-1系统
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