學(xué)生宿舍防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)正常狀態(tài)報(bào)警狀態(tài)學(xué)校: 專(zhuān)業(yè): 班級(jí): 姓名:洛陽(yáng)理工學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造Z090358張新建目錄1 引言 21.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 22 方案設(shè)計(jì) 32.1 總體設(shè)計(jì)思路 32.2. 具體電路模塊設(shè)計(jì) 42.2.1熱釋電紅 外傳感器 原理 4.2.2.2放大電路 的設(shè)計(jì) 4.2.2.3時(shí)鐘電路 的設(shè)計(jì) 4.2.2.4復(fù)位電路 的設(shè) 計(jì) 5.2.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè) 計(jì)6.2.2.6 蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 6.2.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明 73 軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 83.1 主 程序工作 流程圖 8.3.2 中 斷服務(wù)程 序工作流 程圖 9.4 軟件仿真 9

2、5 總結(jié) 10參考文獻(xiàn) 111 引言隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的物質(zhì)生活水平有了很大提高。生活在高校宿 舍的大學(xué)生們所擁有的貴重物品如筆記本電腦、Mp4數(shù)碼相機(jī)等也越來(lái)越多。一些不法分子利用學(xué)校沒(méi)有在學(xué)生宿舍安裝防盜系統(tǒng)的漏洞， 頻頻侵入大學(xué)生宿舍入室盜竊學(xué) 生貴重財(cái)物，給不少同學(xué)造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，人們對(duì)此深?lèi)和唇^！然而，現(xiàn)實(shí)的情況卻令大學(xué)生們感到沮喪： 圖書(shū)館早已安裝有比較成熟的防盜系統(tǒng)， 教學(xué)樓等其它地方雖也未安裝防盜系統(tǒng)但那是沒(méi)有必要所致，唯有大學(xué)生宿舍這塊兒， 學(xué)校出于種種現(xiàn)實(shí)考慮，短期內(nèi)我們也看不到安裝的跡象。因此，大學(xué)生自己研制出一種制作簡(jiǎn)單、成本低、安裝方便，并且防盜性能比

3、較穩(wěn) 定，靈敏度高，抗干擾能力較強(qiáng)，安全可靠的防盜報(bào)警器用于自我保護(hù)就十分必要了。本設(shè)計(jì)就是為了滿(mǎn)足大學(xué)生宿舍防盜的需要而設(shè)計(jì)的電子防盜系統(tǒng)。1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1) 該設(shè)計(jì)模塊劃分為數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤(pán)控制模塊、報(bào)警電路模塊等。(2) 本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶(hù)終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能 設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè) 定模塊等部分組成。(3) 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)宿舍內(nèi)所有學(xué)生都外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防 狀態(tài)，探測(cè)器工作起來(lái)；當(dāng)有竊賊闖入時(shí)

4、，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到有人靠近 ，設(shè)置 在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送 至門(mén)限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出 TTL電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行報(bào)警電路使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。(4) 紅外線具有隱蔽性， 在學(xué)生宿舍門(mén)口的隱蔽處設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到 是否有人出入。此種裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可 能地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警 可采用聲光信號(hào)。2方案設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)控制、報(bào)警等子模塊

5、。 電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶(hù)終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào) 警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來(lái)說(shuō)，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱(chēng)。單片機(jī)應(yīng)用 系統(tǒng)的研制過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)： 熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、 單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 1

6、總體設(shè)計(jì)框 圖所示：圖1總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在 監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至 門(mén)限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門(mén)限閥門(mén)送出 TTL電平至AT89C5仲片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢(xún)、 識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光 報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲 6s 一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警 信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警6s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。22 具體電路模塊設(shè)計(jì)2.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的熱釋感

7、器就采用這種雙探測(cè)元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖2所示。在VCC電源端利用C1和R2來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件 穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過(guò)FET放大后，經(jīng)過(guò)C2, R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過(guò) NPN的轉(zhuǎn)化，輸出為低電平。3V12V圖2熱釋電紅外傳感器原理圖2.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖3所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。2.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因

8、為一個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè) 機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ 個(gè)振蕩 周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖4所示為時(shí)鐘電路。圖3放大電路圖XTAL1XTAL2圖4時(shí)鐘電路圖2.2.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后在RESETS持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率 為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于 2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部按鍵手動(dòng)復(fù)位電 路。如圖5示為復(fù)位電路。39UCCI-o I 2 3 4 5 c

9、T11 - 1- Tx Tx IM -II vpppfpfe1J191671*roEESETED3736353+33311011處r-i29RXDALETEPSEN0-12 7- 4 5-07 FfFpfpFPo 1 i 3 4 .6- 72 2 2 2 5 2 3 2 f p f T p p f圖5復(fù)位電路圖2.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的 RXD的引腳，外接VCC當(dāng)單片機(jī)的RXD 引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。圖6所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。226蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器俗稱(chēng)喇叭（如圖7所示），是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件

10、，它用 于提示、報(bào)警、音樂(lè)等許多應(yīng)用場(chǎng)合。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比較大，電 路上的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以，這一 點(diǎn)與家用電器中的功放有相似之處。蜂鳴器的正極性的一端聯(lián)接到5V電源上面，另一端聯(lián)接到三極管的集電極，三極管 的基級(jí)由一個(gè)I/O管腳來(lái)控制，I/O管腳為低時(shí)，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音。當(dāng)I/O 管腳位高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。用戶(hù)可以通過(guò) 程序控制I/O管腳的置低和置高來(lái)使蜂鳴器發(fā)出聲音和關(guān)閉。蜂鳴器的聲音大小及音調(diào)可以通過(guò)調(diào)整I/O管腳的置高時(shí)間及輸出的波形進(jìn)行控 制

11、，這一點(diǎn)可以在調(diào)試程序的時(shí)候來(lái)試驗(yàn)圖6發(fā)光二極管報(bào)警電路圖圖7蜂鳴器報(bào)警電路2.3系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明硬件電路的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖所示，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到以下元器件：AT89C51熱釋電紅外傳感器、LED按鍵、反相器74LS04 （實(shí)際安裝時(shí)省去）、蜂鳴器 等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手動(dòng)復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3-D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)，D3-D6 亮紅燈開(kāi)始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開(kāi)始工作。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵，S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.1主程序工作流

12、程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖8所示:圖8主程序工作流程圖3.2中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào)后，表 示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警，報(bào) 警持續(xù)6秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警，然后程序開(kāi)始循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào), 等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間 未到6秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作 流程圖，如下圖9所示；圖9中斷服務(wù)程序工作流程圖4軟件仿真本設(shè)計(jì)通過(guò)利用Proteus仿真，將所

13、編寫(xiě)的程序用 Keil軟件編譯，所仿真原理圖 附錄四。本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目標(biāo)是在接收到紅外傳感器帶來(lái)的低電平信號(hào)，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報(bào)警結(jié)束后，綠燈亮起。5 總結(jié)本設(shè)計(jì)研究的是一種基于單片機(jī)技術(shù)的無(wú)線智能防盜報(bào)警器。該防盜 報(bào)警器通過(guò)以AT89C51單片機(jī)為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器, 它是一種新穎的被動(dòng)式紅外探測(cè)器件，能夠以非接觸方式探測(cè)出人體發(fā)出 的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出，同時(shí)能有效的抑制人體輻 射波長(zhǎng)以外的紅外光線與可見(jiàn)光的干擾。平時(shí)傳感器輸出低電平，當(dāng)有人 在探測(cè)區(qū)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機(jī)，作 為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸 出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警。該報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是使用 戶(hù)能夠操作簡(jiǎn)單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低。隨著 現(xiàn)代人們安全意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報(bào)警器必將在更 廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 吳政江 . 單片機(jī)控制紅外線防盜報(bào)警器錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2001.2 蘇海賓 主編 .電力電子技術(shù) 第一版高等教育出版社， 2004.3 胡漢才 . 單片機(jī)原理及接口技術(shù) （第 2版） . 清華大學(xué)出