通信工程毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的实验室防盗报警系统的设计.doc
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1、毕业设计说明书 实验室防盗报警系统的设计 学生姓名: 学号: 系 别: 专 业: 指导教师: 2010 年 6 月 信息与通信工程系 通信工程 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 实验室防盗报警系统实验室防盗报警系统 摘摘 要要 随着科学技术的迅猛发展,现代生活水平也随之提高,人们更希望在一种安 全、舒适的环境下生活。然而不法分子的手段也在不断进步,传统防盗手段明显 不能满足人们的需要。 本文介绍了一种实验室防盗报警系统的设计,该系统是以 AT89C51 单片机为 控制核心,采用热释红外传感器和自动拨号系统实现防盗报警。该系统具有结构 简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠、
2、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可 靠、安装隐蔽等特点,可用于实验室或家庭防盗报警。 关键词关键词:单片机,报警,自动拨号,传感器 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 The system of laboratory anti-theft alarm Abstract With the rapid development of science and technology,the level of peoples life will also be improved in modern time, that people hope live in a safe and comfo
3、rtable living environment. However, the means of crime elements are also continuously progressing. Obviously, the traditional means of security can not meet peoples needs. The article introduces a design of Laboratory Anti-theft alarm system. The system used AT89C51 microcontroller as the core of co
4、ntrol, used heat spread infrared rays sensor as sensor, used automatic dial-up system as alarm. It is simple, inexpensive and easy to be operated, anti-interference capability and secure, and the automatic dial-up alarm function can be used into laboratory and family as the alarm system. Keywords: m
5、icrocontroller, alarm, automatic dial-up, sensor 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 I 页 共页 目目 录录 1 引言 1 1.1 本课题的研究意义 1 1.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态 1 2 系统总体介绍 3 2.1 入侵探测器介绍 3 2.1.1 红外探测器 3 2.1.2 微波探测器 5 2.1.3 玻璃破碎探测器 6 2.1.4 电容变化探测器 7 2.2 微控制器介绍 7 2.2.1 AT89C51 芯片介绍.7 2.2.2 AT89C51 主要特性参数.8 2.2.3 AT89C51 的管脚介绍.8
6、 2.2.4 AT89C51 振荡器特征10 2.2.5 AT89C51 的时钟特性11 2.2.6 AT89C51 功能特性概述11 2.3 执行电路 .12 3 系统硬件电路设计 .13 3.1 热释电人体红外线传感器 .13 3.1.1 热释电人体红外线传感器的工作原理 .13 3.1.2 热释电人体红外线传感器的主要性能参数 .14 3.2 测量及放大电路设计 .14 3.3 热释红外传感信号专用集成电路设计 .15 3.3.1 专用集成电路芯片 BISS0001.15 3.3.3 BISS0001 工作原理.17 3.3.4 BISS0001 应用电路设计.18 中北大学信息商务学院
7、 2010 届本科毕业设计说明书 第 II 页 共页 3.4 “看门狗”复位电路 .19 3.4.1 “看门狗”的工作原理 .19 3.4.2 DS1232 的功能特性.20 3.5 工作指示及声光报警电路设计 .21 3.6 自动拨号系统 .22 3.6.1 MT8888 的介绍.22 3.6.2 MT8888 的工作原理.23 3.6.3 MT8888 的接口.26 3.6.4 MT8888 与单片机接口电路设计.26 3.6.5 电话线接口电路 .27 3.7 语音电路 .28 3.7.1 ISD1420 语音芯片29 3.7.2 ISD1420 引脚功能描述29 3.7.3 地址输入端
8、的工作模式 .30 3.7.4 ISD1420 语音电路设计30 3.8 显示电路 .31 3.9 电源电路的设计 .33 4 报警系统软件设计 .34 4.1 系统主程序设计 .34 4.2 PROCESS 控制模块设计35 4.3 自动拨号模块程序设计 .36 4.3.1 信号检测 .36 4.3.2 DTMF 拨号程序设计.37 5 系统的调试及运行 .38 5.1 系统的硬件电路调试 .38 5.2 系统的软件调试 .38 6 结论 .40 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 III 页 共页 附 录 41 参 考 文 献 42 致 谢 44 中北大学信息商务学院
9、 2010 届本科毕业设计说明书 第 1 页 共 44 页 1 1 引言引言 1.11.1 本课题的研究意义本课题的研究意义 随着社会的不断进步和科学技术经济的不断发展,人们的安全意识也逐渐加 强,但是一些不法分子的手段也在改变,传统防盗手段明显不能满足人们的要求, 而大型的监控系统又价格不菲,需专门的技术人员来管理,不适用于普通实验室, 中小企业和家庭。针对此类现象,研究设计了一种基于单片机控制的智能防盗报 警系统,具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠,抗干扰能力强, 灵敏度高,安全可靠安装隐蔽等特点。它利用 AT89C51 系列单片机的强大功能和 可扩充性为后盾,能够快速报警保护
10、人民生命财产的安全1。 1.21.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态防盗报警系统的研究状况以及发展动态 在国内防盗报警最初被应用于博物馆,20 世纪六十年代主要采用的手段是声 音报警,通过罪犯行窃时发出的声音作为报警信号,值班人员听到声音后再采取 相应的措施。随着科学技术的发展,1982 年公安部和公安部第一研究所,根据当 时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超 声波、声控等防盗探测器,形成了多种探测手段的防盗报警系统,防盗报警技术 提高到一个新水平。1984 年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段,而且发 展迅速。特别是 84 年为了加强庆祝国庆 35
11、周年的安全保卫工作,在天安门广场 建立了电视监控工程,从此以后电视监控技术便进入到防盗报警系统中和城市交 通安全管制中,提高了系统功能。 在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下,电子地图、多 媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技 术同时处理多种信息,并使信息之间、信息与设备之间、设备与设备之间建立逻 辑联系,集成为一个交互式的系统,从而达到自动识别、自动预测、自动处理警 情,使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统,让它发挥巨大、有效、 可靠、灵活的系统功能2。 目前,国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌,如:早期的美国安定保、 C国内
12、防盗报警产品厂商发展时间比较短,真正取 得长足发展也是在 2000 年以后,特别是在 2004 年国内有些厂商迅速成长,投资 规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。 现阶段,大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌,其中,安装的 国外产品主要来自美国、日本和韩国,这三个国家的产品占据我国报警市场的近 80%的市场份额。这主要是因为,在产品供给市场上,绝大部分国外品牌来自美 国和日韩,防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟,产品功能稳定、性能 完善,再加上进入我国是时间较早,所以在我国市场上占有相当大的份额。 随着现代高新技术的发展和进步,以及安防各行业的共同努
13、力,防盗、防非 法入侵报警系统必将为营造安全、舒适的工作和生活环境,为保障公共安全、维 护社会稳定、构建和谐社会发挥更大的作用,并从中得到更大的发展3。 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 3 页 共 44 页 2 2 系统总体介绍系统总体介绍 本系统主要由入侵探测器、控制器和执行电路组成。探测器主要是对入侵信 号的探测,微控制器是系统的核心部分,主要对入侵信号处理并控制执行电路, 执行电路是系统的实现部分,包括报警系统、自动拨号系统、语音系统等。系统 框图如图 2.1。 微控 制 器 入侵探 测 器 执 行 电 路 图 2.1 系统框图 2.12.1 入侵探测器介绍入侵
14、探测器介绍 随着不法分子犯罪手段的不断改变,对于报警系统的要求也不断提高,尤其 是探测器的准确度、隐蔽性和抗破坏性的提高尤为重要。目前探测器的种类繁多, 主要有红外探测器、微波探测器、玻璃破碎探测器、超声波探测器、电容变化探 测器等。 2.1.1 红外探测器 它是根据人体红外光谱原理,由发射端主动发射多束红外光线,在接收到红 外线射束时,形成红外的网状,并进入防卫状态,当防卫射束被完全阻断超过 40 毫秒时,接收端的蜂鸣器会产生现场提示音,报警信号输出电路即向主机发出无 限报警信号。红外探测器有主动式红外探测器、被动式红外探测器两种。 (1)主动式红外探测器 主动红外探测器由红外发射机、红外接
15、收机和报警控制器组成。分别置于收、 发端的光学系统一般采用的是光学透镜,起到将红外光束聚焦成较细的平行光束 的作用,以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围,有 人经过这条无形的封锁线,必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号 的强度会因此产生变化,从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器 遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警,人或相当体积的物品遮 挡将发生报警。由于光束较窄,收发端安装要牢固可靠,不应受地面震动影响, 而发生位移引起误报,光学系统要保持清洁,注意维护保养。因此主动式探测器 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 4
16、 页 共 44 页 所探测的是点到点,而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对 一个空间进行布防,则需有多个主动式探测器,价格昂贵。主动式探测器常用于 博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封 锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等4。 主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置 的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式,反射型安装方式的接收机不 是直接接收发射机发出的红外光束,而是接收由反射镜或适当的反射物(如石灰 墙、门板表面光滑的油漆层)反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变 化或红外发射光束和反射光束之一被阻
17、挡而使接收机无法接收到红外反射光束时 发出报警信号。 (2)被动式红外探测器 在室温条件下,任何物品均有辐射。温度越高的物体,红外辐射越强。人是 恒温动物,红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外,即探测器本身不发 射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适 应环境,在无人或动物进入探测区域时,现场的红外辐射稳定不变,一旦有人体 红外线辐射进来,经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号,而发出警报。 被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。 被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警 控制器等部分组成。其核心是不见光红外探测器件
18、,通过关学系统的配合作用可 以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是 814m,人体辐射的红外峰值波长约为 10m,正好在范围以内。 被动式红外探测器(Passive Infared Detector,PIR)根据其结构不同、警戒范 围及探测距离也有所不同,大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束 PIR 采用反射聚焦式光学系统,利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传 感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄,一般在 5以下,但作用距离较远, 可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器,适合保护狭长的走廊、 通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚
19、焦式光学系统,目前大都采用红 外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型, 若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态,组成 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 5 页 共 44 页 立体扇形感热区域,构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排,上面透镜较 多,下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强,正好对着上边的透镜。 下边透镜较少,一是因为人体下部红外辐射较弱,二是为防止地面小动物红外辐 射干扰。多波束型 PIR 的警戒视场角比单波束型大得多,水平可以大于 90,垂 直视场角最大也可以达到 90,但作用距离较近。所有透镜
20、都向内部设置的热释电 器件聚焦,因此灵敏度较高,只要有人在透镜视场内走动就会报警。 红外光穿透力差,在防范区内不应有高大物体,否则阴影部分有人走动将不 能报警,不要正对热源和强光源,特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将 引起误报警。为了解决物品遮挡问题,又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安 装在顶棚上向下 360范围内进行警戒,只要在防护范围内,无论从哪个方向入侵 都会触发报警,在银行营业大厅,商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛 使用5。 2.1.2 微波探测器 微波探测器分为雷达式和墙式两种。 (1)雷达式微波探测器 雷达式是一种将微波收、发设备合置的探测器,工作原理基于多普勒效应
21、。 微波的波长很短,在 1mm1000mm 之间,因此很容易被物体反射。微波信号遇到 移动物体反射后会产生多普勒效应,即经反射后的微波信号与发射波信号的频率 会产生微小的偏移。此时可认为报警产生。 采用多普勒雷达的原理,将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应 管作微波固态振荡源,通过与波导的组合,形成一个小型的发射微波信号的发射 源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源 耦合回来的信号混频,从而得到一个频率差,再送到低频放大器处理后控制报警 的输出。微波段的电磁波由于波长较短,穿透力强,玻璃、木板、砖墙等非金属 材料都可穿透。所以一般安装不能面对室外,以免室
22、外有人通过引起误报。金属 物体对微波反射较强,在探测器防范区域内不要有大面积物体存在,如铁柜等。 否则在其后的阴影部分会形成探测盲区,造成防范漏洞。多个微波探测器安装在 一起时,发射频率应该有所差异,防止交叉干扰产生误报。另外,如日光灯、水 银灯等气体放电光源产生的 100Hz 调制信号由于在闪烁灯内的电离气体容易成为 中北大学信息商务学院 2010 届本科毕业设计说明书 第 6 页 共 44 页 微波的运动反射体而引起误报。探测器对警戒区域内活动的目标的探测范围是一 个立体防范空间,范围比较大,可以覆盖 6090 的水平辐射角,控制面积可达几 十到几百平方米。雷达式微波探测器的发射能图与所采
23、用的天线结构有关,采用 全向天线(如 1/4 波长的单极天线)可产生圆球形或椭圆形的发射范围,这种能 场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线(如喇叭天线)可以产生宽泪 滴形或有窄又长的泪滴形能图,适合保护狭长的地点,如走廊或通道等。 (2)墙式微波探测器 墙式微波探测器利用了场干扰原理或波束阻断式原理,是一种微波收、发分 置的探测器。墙式微波探测器由微波发射机、发射天线、微波接收机、接收天线、 报警控制器组成。微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束,工作频率通 常选择在 9 至 11GHz,微波接收天线与发射天线相对放置。当接收天线与发射天 线之间有阻挡物或弹出目标时,由于破坏了
24、微波的正常传播,使接收到的微波信 号有所减弱,以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。墙式微波探测器 在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线,可以长达几百 米、宽 2 到 4 米、高 3 到 4 米,酷似一道围墙,因此称为微波墙式探测器或微波 栅栏。 2.1.3 玻璃破碎探测器 利用压电陶瓷片的压电效应(压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将 会在其表面产生电荷) ,可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音 (10k15kHZ)进行有效检测,而对 10kHZ 以下的声音信号(如说话、走路声) 有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积
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