1、毕业论文题目：室内防盗智能控制系统设计专业：电气自动化技术班级：学生姓名：杨承东学号：指导教师：盖明莉摘要随着社会经济的日益开展，防盗成了人们越来越关心的问题。铁门铁窗等已经不能给人们带来太多的平安感，社会对报警器材的需求日益迫切。智能防盗系统，是以保障平安为目的建立起来的技术防范系统。他包括以现代物理和电子技术及时发现侵进入破坏行为、产生声光报警阻吓罪犯以及提醒值班人员采取恰当的防范措施。室内防盗智能控制系统作为一种新型的电子防盗设备广泛应用于家庭住宅区。目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的开展要求，所以很有必要对家庭电子防盗器
2、进一步完善和提高。这是一种基于单片机信号处理技术的防盗检测器的软硬件设计方法。应用该方法设计的系统在反响速度、误报率、漏报率以及抗干扰能力方面都具有较好性能。本系统利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，设计的新型探测器，测量范国广，响应速度快，灵敏度高，抗干扰能力强，平安可靠。并采用单片机89C51作为人体探测系统的核心，以热释电红外线为数据采集部件，经过比拟放大之后，输入单片机进展数据判断及处理。当检测到有被测物体进入测量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延迟时间后自动消除报警信号，并可手动解除报警信号。当有主人在家系统无需报警时,可开启楼道灯控制系统，即传感器探测到有人经
3、过时照明灯亮,等待一段延迟时间后自动熄灭,并可手动来控制延迟时间的长短。系统的另外一个功能是检测人数及最大容量人数控制，当探测头探测到有人经过时,系统自动计数加一，并可以通过键盘控制最大容量人数，如果探测到的人数超过最大容量人数时那么发出自动报警信号，并通过1.ED显示检测到的人数与最大容量报警人数。系统使用单片机与Pe机通信原理，把采集到的数据传输给计算机统一处理。关键词：热释电传感器单片机声光报警键控第一章绪论1第二章应用元件的介绍22.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理构造22.2红外测温原理22.3热释红外传感器的构造32.4菲涅尔透镜5第三章总体电路设计63.1系统组成63.2
4、单片机系统73.3热释电传感器的根本电路分析及设计83.3.1 上下通放大器83.3.2 电压比拟器93.3.3 开关电路103.3.4 延时电路103. 4执行电路104. 5键盘控制电路设计103. 61.ED路设计12第四章软件设计144. 1主控程序154. 2键盘扫描程序16174. 3动态显示程序设计5. 4系统的总程序18第五章系统的测试分析216. 1测试设备217. 2测试方法218. 3功能测试219. 4指标测试及结果分析21第六章本设计的功能及使用环境246.1 本设计的功能246.2 本设计使用环境24结论25参考文献26致谢27附录128附录229考试资料第一章绪论
5、随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断开展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅开展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区开展，向高空中开展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的开展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器根底上进展了很大的改良，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比拟大规模住宅区的防盗系统，它的工
6、作性能好，不易出现不报和误报现象，平安可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户根本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比拟常见的报警器都存在一些缺点：一压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停顿工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。二开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。三遮光式触发防盗报警器在受到太阳
7、光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比拟高，价格也比拟昂贵，不利于广泛利用。综合以上报警器的缺乏，本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、本钱低，安装比拟方便，而且防盗性能比拟稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、平安可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后利于跟PC机通信,便于多用户统一管理。第二章应用元件的介绍2.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理构造热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红外测温属非接触式测温，是
8、测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。非接触红夕卜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，从而具有较高的测温准确度。测温范围宽。3探测器的响应时间短，反响速度快，易于快速与动态测量。4不必接触被测物体，操作方便。5可以确定微小目标的温度。非接触测温技术的意义是显而易见的。随着工农业、国防事业、医学的开展，对温度测量越来越迫切。在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。通常将电磁波谱间隔在0.76100Om的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红
9、外线。热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化AP的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电一铁电体。例如：1.iTao2（担酸锂）、BaTiO2（钛酸领）和TGS硫酸三甘酿等。为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了TGS晶体制作的双型探测器2.2红外测温原理红外测温是通过探测物体外表发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝对温度一273.15以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其
10、转换与温度成比例的电信号，由此测出其温度。据斯蒂芬-波兹曼常数，绝对黑体其温度T于与辐射能之间的关系为:EO=3Tl5C3h3其中：。为蒂芬-波兹曼常数，其值为5.6697IO12wcm2,k4为黑体的温度；E为黑体辐射能。实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为:E=E0其中：E为物体在一定温度下的辐射能力；E（I为与E在同一温度下的黑体辐射能力;为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在01之间。由2可知，任何物体只要温度不是绝对零度都不断地发射红外辐射，物体的温度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发射的辐射功率。所以如果能量出物体的辐射功率，
11、那么可确定它的温度。2. 3热释红外传感器的构造红外探测器是红外热释传感器的重要组成局部。它可以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的探测器，其响应速度虽不如光子型,与由路困频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用Tao2（锂酸锂）探测器、BaTiO2（钛酸领）探如图1为热释电红外传感器的构造图、电路图。传感器的敏感元为PZT,在上下两面做上电极，并在外表加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，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，以到达阻抗变目的。在管壳的顶部设有虑光镜TO-5封装
12、热释电体的自发极化强度与温度有关。随着温度升高，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。温度超过居里温度，铁电体发生变化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。由于自发极化，在与极化轴相垂直的晶体两外外表上出现正负极化强度。但是这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。因此不能在静态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷所需的时间很长，因晶体自发极化的弛豫时间很短，约IOT2s,因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在动态条件下测量自发极化。如果在热释电晶体沿极化轴的端
13、面装上电极，那么自发极化在电极上感应的电荷量为：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，因此电极外表上感应电荷减少，这相当于“释放”了一局部电荷，因此称之为热释电现象。如图2所示的电路连接负载，那么在红外辐射时，就有电流流过负载经放大后成为输出信号。假设没有经过调制的红外辐射热释电晶体，使温度升高到一个新的平衡值，那么电极外表的感应电荷也变化到新的平衡值，不再“释放”电荷，也就不再输出信号。因此,热释电探测器与其他热释探测器不同，它只存在温度升降的过程中才有信号输出。所以利用热释电探测器探测的红外辐射必须经过调制。期变化。如果1/f小于自由电荷
14、中和面束缚电荷所需要的时间，那么在垂直于PS的晶体的两如果用调制频率为f的红外线照射热释电晶体，那么晶体的温度自发极化强度PsJ及其引起的面束缚作电荷密度均以频率f作周个端面之间就会产生开路电压。如果用负载电阻Rg把两个电极连接起来，就会有热释电电流1.通过负载。热释电晶体自发极化强度随温度变化，使电极外表感应电荷发生变化，其等效电路如图3所示。电流源的电流强度为1.为:a(AT)is=pdt式中:P一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数,2.4菲涅尔透镜图3传感器等效电路图目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只有
15、与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的探测半径从缺乏2m提高到至少8m范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不穿插，都相隔一个盲区（如图4所示）。这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进入一个视场后，又走出这个视场，再进入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，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信
16、号。菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而且还有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅尔透镜一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明技。需要说明的是:在每次接通电源时，传感器要有几秒到十几秒的“预热”时间，在这段时期内该传感器不起作用。图4菲涅尔透镜外形图第三章总体电路设计3. 1系统组成系统组成如图5所示。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经测量放大电路、比拟电路送至门限开关，翻开门限阀门送出下TT1.电平至89C51单片机.在单片机内，经软件查询，统计平均及识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设
17、备完成。相应动作，当报警延迟一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号。然后通过1.ED显示报警次数。同时,还可把整个系统变为自动开关灯系统,当有主人在时,可用手动解除报警功能,并且可以开启开关灯执行电路,在探测头感应到有人时执行电路执行开灯。同时系统还可以使用在一些大型的公共场合，作为检测人数个数和人数的最大容量控制。图5总体设计框图如下列图6为系统总体电路图航VOCTHRCVOlTDISCTOGCNDOUT3.2单片机系统MDPOIP02M3PWNSM.?P2DPuP口P23PUPUPMPl?Tca乜rpuu-7OOITGU阚DPYj汨DPYJ-S?图6系统总体电路图本系统采用了89C5
18、1,由P3.4进展数据采集，并通过PO传输数据到1.ED显示，同时用P2.2P2.7进展动态扫描控制。键盘通过P1.3和P1.4控制最大报警人数。如图7所上上工一工-J1.工K-TOGZjlHlHlTDcawtc三DijIHJIH一6,oDaWY-VSJDIYJSWY3单片机系统的电路图11.S8M1.?3. 3热释电传感器的根本电路分析及设计3.1.1 上下通放大器ICl使用廉价的通用四运放1.M324,用其中两个运放组成高、低通放大器。按图8所示参数计算得到,第一级放大增益为:Av=R6R4=220,第二级放大增益为:Av2=R10R9=270,总放大增益为:Av=220X270=5940
19、0=95.5dB我们知道,在运算放大电路中,放大倍数一般不宜取的太大,否那么容易引起输出端波形失真且导致电路自激振荡。故将R6改为20Ok。,将RlO改为IMC,此时的总增益为AV=20X100=2000=66dB,比拟符合实际应用,能保证电路工作可靠。3.1.2 电压比拟器1.M324另外两个运放组成电压比拟检测窗口,由R3、R5和R7、R8将高、低通放大器的脚和脚图9电压比拟电路图OUTRS图10执行电路EA/VPP0.0P0.1XlPO.2PO.3P0.4X2PO.5P0.6PO.7RESETP2.0P2.1INTOP2.2INTlP2.3TOP2.4TlP2.5P2.6P1.0P2.7
20、P1.lP1.2RDP1.3WRPl.4PSENPI.5A1.E/PPl.6TXDP1.7RXDi3j89C5I图11键盘按钮与单片机的接口电路键按下号及小数点，这种显示器有共阴和共阳两种，如图13所示。图131.ED数码管本系统采用了共阴极的1.ED,阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管构成字型“8的各个笔画ag,另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压那么暗。为了保护各段1.ED不被损坏，需外加限流电阻。共阴极七段1.ED显示数字0F、文字、符号及小数点的编码a段为最低位，dp点为最高位如表
21、1所示。表1共阴七段1.ED显示字型编码表显示字符共阴极段选码显示字符码共阴极段选O3FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DHr31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭OOH黑A77HB7CH1.ED显示器有静态显示和动态显示两种方式。本系统采用了1.ED动态显示方式,在多位1.ED显示时，为了简化电路，降低本钱，将所有位的段选线并联在一起，有一个8位I/O口控制。而共阴公共端分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。图14所示为6位共阴极1.ED动态显示接口电路。Erc1.4HAkk三d-H三=H一-Hk一l三FS图
22、141.ED动态显示接口电路由于所有6位段选线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位1.ED会显示一样的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位1.ED,即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/Q口输出相应字符段选码字型码，而位选那么控制I/O口在该显示位送入选通电平因为本系统选用共阴1.ED,故因送低电平，以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。段选码、位选码每送入一次后应延时ImS来等待数码管响应,因人眼的视觉暂留时间为Sls(100ms),所以每位显示的间隔不能超过20ms,并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去
23、每个数码管总在亮。第四章软件设计单片机控制电路采用89C51。主要实现对人体的检测并计数，报警，键盘设定最大容量报警人数速度，显示人数及最大容量报警人数。显著特点是用软件简便实现某些硬件功能。本系统使用单片机汇编语言编程。通过分析本系统的功能要求，系统程序可以划分为以下几个模块来写：数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。本系统的程序巧妙地利用单片机的内部定时/计数器TO来计时，每50ms中断一次，并用该值为基准来计算时间；系统检测到人体的信号经过比拟放大之后得到标准的脉冲信号，然后输入单片机的INTO端口，使用外部中断的方式进展计算。4. 1主控程序主控程序主要是利用单片机内部计数器TO对所
24、采集到的脉冲数进展累加，并存放于RAM的40H中，经过数据转换后显示所采集到的人数。如图15为指控程序的流程图。图15主控程序流程图4. 2键盘扫描程序在按下某个按键时，被按按键的横片总会有轻微的抖动，这种抖动经常会持续IomS左右时间。因此，CPU在按键抖动期间扫描键盘必然会得到错误的行值和列值，最好的方法是使CPU在检测到有按下时延迟20ms再进展扫描。如图16为键盘扫描流程图。图16键盘控制程序流程图4. 3动态显示程序设计显示器的扫描，每隔1.25ms轮流点亮一位显示器，对每一位显示器来说每隔6.25ms点亮一次，点亮的时间为1.25ms。本系统中有六位显示器，在89C51中设置有六个
25、显示缓冲单元，分别放置六位显示器的显示数据。并通过P2.2P2.7对1.ED进展控制。如图17为显示程序流程图。图17动态显示程序流程图4. 4系统的总程序具体程序如下:ORGOOOOHSJMPMAINORG0030Hmain：bojingledequpi.5MOVRO,#32HMOV40H,#00HMOVTMOD,#04HMOVTHO,#00HMOVT10,#00HMOVTCON,#10HKEY:MOV40H,TlOOR1.P1,#18HMOVA,PlPUSHA;上限;实人数;计数器初期化;调入计数器数据;上限加减DE1.AY:MOVR6,#26HDl:MOVR2,#0AH;调用显示ACA1
26、1.DISD2:DJNZR2,D2DJNZR6,DlPOPAJBACC.4,JBl1.CA1.1.DE1.JBACC.4,JBl1.CA1.1.POFJBl:JBACC.3,JB21.CA1.1.DE1.JBCC.3,JB21.CA1.1.PlF;上限比拟报警JB2:1.C1.1.BIJIAOSJMPKEYDE1.:MOVR4,#49HDIO:MOVR3,#50HD20:DJNZR3,D20DJNZR4,D10RETPOF:INCRORETPlF:DECRORETBIJIAO:PUSHAMOVA,ROCJNEA,40H,BIJIAOiBIJIAO1:POPAJCBAOJINGJNCBubao
27、jingretBAOJING:考试资料POP(X)H考试资料.word.zl.考试资料1.5被测物探测头图18探测头最大角度探测考试资料考试资料考试资料考试资料4039333736353433323130292827262524232221 VCC P0.0(ADO) P0.1(AD1) PO.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EAPP A1.EROG PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P22(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)40-leadPDIPP1.0C1P1.1匚2P1.2C3P1.3C4P1.4C5(MOSI)P1.5C6(MISO)P1.6E7(SCK)P1.7C8RSTC9(RXD)P3.0C10(TXD)P3.1C11(INTO)P3.2C12(iNT1)P3.3C13(TO)P3.4C14(T1)P35C15(WR)P3.6C16(RD)P3.7匚17XTA1.2C18XTA1.1C19GNDE20附录二系统总体电路图
