实验室防盗报警系统毕业设计说明书

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月陈慧楠06050741X01信息与通信工程系通信工程时允田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摘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、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THESYSTEMOFLABORATORYANTITHEFTALARMABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY，THELEVELOFPEOPLESLIFEWILLALSOBEIMPROVEDINMODERNTIME,THATPEOPLEHOPELIVEINASAFEANDCOMFORTABLELIVINGENVIRONMENTHOWEVER,THEMEANSOFCRIMEELEMENTSAREALSOCONTINUOUSLYPROGRESSINGOBVIOUSLY,THETRADITIONALMEANSOFSECURITYCANNOTMEETPEOPLESNEEDSTHEARTICLEINTRODUCESADESIGNOFLABORATORYANTITHEFTALARMSYSTEMTHESYSTEMUSEDAT89C51MICROCONTROLLERASTHECOREOFCONTROL,USEDHEATSPREADINFRAREDRAYSSENSORASSENSOR,USEDAUTOMATICDIALUPSYSTEMASALARMITISSIMPLE,INEXPENSIVEANDEASYTOBEOPERATED,ANTIINTERFERENCECAPABILITYANDSECURE,ANDTHEAUTOMATICDIALUPALARMFUNCTIONCANBEUSEDINTOLABORATORYANDFAMILYASTHEALARMSYSTEMKEYWORDSMICROCONTROLLER,ALARM,AUTOMATICDIALUP,SENSOR中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第I页共页目录1引言111本课题的研究意义112防盗报警系统的研究状况以及发展动态12系统总体介绍321入侵探测器介绍3211红外探测器3212微波探测器5213玻璃破碎探测器6214电容变化探测器722微控制器介绍7221AT89C51芯片介绍7222AT89C51主要特性参数8223AT89C51的管脚介绍8224AT89C51振荡器特征10225AT89C51的时钟特性11226AT89C51功能特性概述1123执行电路123系统硬件电路设计1231热释电人体红外线传感器13311热释电人体红外线传感器的工作原理13312热释电人体红外线传感器的主要性能参数1432测量及放大电路设计1433热释红外传感信号专用集成电路设计15331专用集成电路芯片BISS000115333BISS0001工作原理17334BISS0001应用电路设计18中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第II页共页34“看门狗”复位电路19341“看门狗”的工作原理19342DS1232的功能特性2035工作指示及声光报警电路设计2136自动拨号系统22361MT8888的介绍22362MT8888的工作原理23363MT8888的接口26364MT8888与单片机接口电路设计26365电话线接口电路2737语音电路28371ISD1420语音芯片29372ISD1420引脚功能描述29373地址输入端的工作模式30374ISD1420语音电路设计3038显示电路3139电源电路的设计334报警系统软件设计3441系统主程序设计3442PROCESS控制模块设计3543自动拨号模块程序设计36431信号检测36432DTMF拨号程序设计375系统的调试及运行3851系统的硬件电路调试3852系统的软件调试386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2010届本科毕业设计说明书第1页共44页1引言11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，能够快速报警保护人民生命财产的安全1。12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21。微控制器入侵探测器执行电路图21系统框图21入侵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。211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。因此主动式探测器所探测的是点到中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第4页共44页点，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，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（PASSIVEINFAREDDETECTOR，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，组成立体扇形感热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。212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。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。213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、面积有关。玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHZ）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双技术玻璃破碎探测器，其中包括声控震动型和次声波玻璃破碎高频声响型。声控震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。次声波玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第7页共44页金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。214电容变化探测器基于电桥测量电容的基础，利用电容的变化触发报警的探测器称为电容变化式报警探测器。由于电桥的平衡状态受桥臂上元器件值的影响，探测灵敏度较高，但受环境（温度、湿度等）影响较大。设计成差分方式工作则可有效地降低因环境影响而造成的误报警。传感器的平衡电桥伸出的感应线细小、轻便、柔软，安装不受地形限制，安装在入侵者可能翻越、靠近的场所6。22微控制器介绍MCS51系列单片机系统结构的完整、特殊功能寄存器的规范化以及指令系统的控制功能等特色，使其成为单片机中的主流机型，确立了单片机作为微控制器（MCU）的地位，引起了微型计算机领域新的变革。在功能相同的基础上，考虑到成本和功能问题，作者在此选用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机为核心，为了理解这些功能是如何实现的，本节主要介绍89C51单片机的特性，功能与结构等。221AT89C51芯片介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFLASHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容7。下面就是一个AT89C51单片机的外观及引脚图中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第8页共44页图22AT89C51引脚封装图222AT89C51主要特性参数（1）与MCS51兼容（2）4K字节可编程闪烁存储器（3）寿命1000写/擦循环（4）数据保留时间10年（5）全静态工作0HZ24HZ（6）三级程序存储器锁定（7）1288位内部RAM（8）32可编程I/O线（9）两个16位定时器/计数器（10）5个中断源（11）可编程串行通道（12）低功耗的闲置和掉电模式（13）片内振荡器和时钟电路223AT89C51的管脚介绍VCC供电电压。GND接地。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第9页共44页P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表21所示表21部分管脚定义口管脚备选功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32/INT0（外部中断0）P33/INT1（外部中断1）P34T0（记时器0外部输入）P35T1（记时器1外部输入）P36/WR（外部数据存储器写选通）P37/RD（外部数据存储器读选通）中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第10页共44页P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间13。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现8。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。224AT89C51振荡器特征XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端，如下图所示。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应悬空。由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第11页共44页图23内部振荡电路图图24外部时钟驱动电路图225AT89C51的时钟特性AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。226AT89C51功能特性概述AT89C51提供以下标准功能4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，5个中断向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所以部件工作直到下一个硬件复位9。考虑到AT89C51本身固有的特点，设计时需注意以下几点首先，它的程序存储器空间为2KB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其次，它没有MOVX指令，也就是说，它不支持外部存储器操作，这一点设计时一定要考虑到。此外，AT89C51自身还有一些其它特点，譬如通过使用命令使其工作在低功耗模式等。单片机利用T0定时器和INT0引脚来测量输入方波信号的周期，而使用外部中断0来控制定时器T0是否开始定时。当定时器T0的运行控制位复位时，不管P32引脚是何值，定时器都不工作。只有当定时器T0的运行控制位置位后，才能根据P32引脚状态来决定定时器是否工作。当P32引脚出现高电平时，定时器T0开始定时；而在其出现低电平时，定时器T0停止工作，并将测量信号的周期保存在定时器的存储器中11。系统初始化时可通过设置使T0和T1定时器中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第12页共44页工在模式1。23执行电路执行电路是本课题设计的重点，是防盗报警系统的重要组成部分，组成框图如图25它主要包括报警系统、自动拨号系统、语音电路及显示电路。控制器语音电路DTMF收发电路摘挂机电路电话接口报警显示电路报警器图25执行电路框图在执行电路中报警器是一种传统的报警方式，当发现警情是报警器受控制器控制发出报警声音，但当用户远离警区时简单的声光报警器就失去了它的作用，因此我们在电路中接入了自动拨号报警系统，自动拨号报警系统是随着科技的发展应人们的需求而发展出来的一种新技术产品，它能在发现警情时通过单片机的控制实现向预存电话号码自动拨号，并由语音电路实现语音报警。3系统硬件电路设计中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第13页共44页热释红外探头声光报警驱动电路键盘AT89C51单片机拨号电路MT8888放大电路BISS0001看门狗DS1232语音电路ISD2500电话接口电路电源电路LED数码管驱动电路图31系统硬件结构总图本设计为单片机应用系统，结构图如图31所示。防盗报警电路以AT89C51为主控核心，主体电路由单片机系统基本电路、传感器模块电路、声光报警电路和语音拨号报警电路组成。单片机系统具有看门狗系统监控电路，可以应付大多数的意外干扰和程序错误。输入部分具有多种传感器模块输入接口，可以实现多种场合的防盗检测。输出部分具有声光报警电路和拨号报警电路，可以在警报触发的时候发出声光警告，同时自动拨打预设的电话号码报告主人。31热释电人体红外线传感器防盗报警器入侵信号的探测是由热释电人体红外线传感器完成的，系统要探测非法入侵信号，用传统的办法目标明显易于被破坏，灵敏度低。因此我们考虑采用热释电人体红外线传感器，它具有反应速度快、准确、稳定性好、不易被破坏安全性好等特点。因此，广泛用于银行、办公楼、实验室、家庭等场合的防盗报警系统中。311热释电人体红外线传感器的工作原理热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0110HZ）和对特定波长红外线（一般为515UM）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第14页共44页对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰12。热释电人体红外线传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心探测元件，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，红外传感器将信号传入专用集成电路并由专用集成电路转换后输入单片机控制系统，由单片机控制系统完成控制报警器报警任务。312热释电人体红外线传感器的主要性能参数热释电人体红外线传感器的主要性能参数电源电压22100V源极电压0320V源极阻抗47KID643UA电平衡10MAX）频率响应0330HZ12DB（MAX）响应波长7514UM平均大于70工作温度1050。其输出电压与特性曲线如图32所示。图32RV与的关系曲线32测量及放大电路设计如图33所示的电路是由测量元件、补偿元件及电阻组成的测量电路，其中A1为测量元件，A2为补偿元件，R1、R2为纯电阻。在正常情况下，调节A2是电桥输出电压U00，当控制区域的探测温度增加时，A1的阻值增加，则输出电压也增加，通过测量输出电压U0即可得探测的温度变化。其中UI为稳压源，它的稳定性决定了测量的精度。由于探测电路的输出信号比较弱，必须对信号进行放大，本设计采用由单运放组成的测量放大器，如图34所示。电路中，利用三个运放组成了一同相差动放大中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第15页共44页电路，其中电路配置时，一般使RF1RF2，通过调整RW，改变放大器的增益。图33测量电路图34放大电路33热释红外传感信号专用集成电路设计331专用集成电路芯片BISS0001根据系统的需要作者在这里选择了BISS0001芯片，其内部原理框图如图35。图35BISS0001原理BISS0001采用CMOS工数模混合、16脚DIP封装、具有独立的高输入阻抗运算放大器、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰、静态电流极小等特点。BISS0001芯片管脚图如图36。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第16页共44页图36BISS0001芯片管脚图表31管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。2VOO控制信号输出端。3RR1输出延迟时间TX的调节端4RC1输出延迟时间TX的调节端5RC2触发封锁时间TI的调节端6RR2触发封锁时间TI的调节端7VSS工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VCVR时允许触发VR02VDD10IB运算放大器偏置电流设置端11VDD工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132INI第二级运算放大器的反相输入端141INI第一级运算放大器的同相输入端151INI第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端光控电路由光敏电阻器RG、电阻器RL和IC第9脚内电路组成。控制执行电路由电阻器RL0、晶体管V、二极管VD和继电器K组成。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第17页共44页333BISS0001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。我们以其不可重复触发工作方式下的波形和可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。来说明其工作过程。图37不可重复触发工作方式下的波形首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM05VDD后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号VS。由于VH07VDD、VL03VDD，所以，当VDD5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VCVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在TX时间内任何V2的变化都被忽略，直至TX时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当TX时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期TI。在TI时间内，任何V2的变化都不能使VO跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰10。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第18页共44页图38可重复触发工作方式下的波形可重复触发工作方式下的波形在VC“0”、A“0”期间，信号VS不能触发VO为有效状态。在VC“1”、A“1”时，VS可重复触发VO为有效状态，并可促使VO在TX周期内一直保持有效状态。在TX时间内，只要VS发生上跳变，则VO将从VS上跳变时刻起继续延长一个TX周期；若VS保持为“1”状态，则VO一直保持有效状态；若VS保持为“0”状态，则在TX周期结束后VO恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间TI时间内，任何VS的变化都不能触发VO为有效状态。通过以上分析可见BISS0001是一款结构新颖、功能强大的红外信号处理芯片。334BISS0001应用电路设计红外探测传感模块由热释红外传感器（PIR）、热释电红外专用接口芯片BISS0001和外围电路组成。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第19页共44页图39专用集成电路应用原理图热释电红外控制电路由集成电路LCBISS0001和电阻器R3R9、电容器C3C8组成。BISS0001是热释电红外控制专用集成电路，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成。34“看门狗”复位电路随着计算机技术的发展，单片微型计算机在工业自动化领域和智能化产品中得到了广泛的应用，如何提高单片机产品的抗干扰能力是产品开发和设计人员所面临和必须解决的问题。美国DALLAS公司生产的“看门狗WATCHDOG”集成电路DS1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。“看门狗”有时又称为定时器，它的作用是强迫单片机（微控制器）进入复位状态，使之从硬件或软件电路故障中解脱出来。341“看门狗”的工作原理在系统运行以后就启动了“看门狗”计数器，“看门狗”开始自动计数，如果到了一定的时间还不清空“看门狗”定时器，则“看门狗”计数器就会溢出从而引起“看门狗”中断，造成系统复位。所以在使用有“看门狗”芯片时要注意不时的清空“看门狗”定时器。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第20页共44页图310看门狗电路原理图DS1232是常用的硬件“看门狗”芯片，其应用电路如图310。DS1232的RST端接单片机的复位端，SET端接单片机的输出I/O端。看门狗的实质是一个定时器，当定时器溢出时，就会输出复位信号使单片机强制复位。因此需要在看门狗定时器溢出前，通过单片机I/O端口对看门狗重置，也就是说在主程序的运行过程中，要在定时时间到来之前对定时器进行复位。如果出现死循环，或者PC指针不能返回。则定时时间到后就会使单片机复位。342DS1232的功能特性1电源电压监视DS1232能够实时监测向微处理器供电的电源电压，当电源电压VCC低于预置值时，DS1232的第5脚和第6脚输出互补复位信号RST和RST。预置值通过第3脚TOL来设定；当TOL接地时，RST和RST信号在电源电压跌落至475V以下时产生；当TOL与VCC相连时，只有当VCC跌落至45V以下时才产生RST和RST信号。当电源恢复正常后，RST和RST信号至少保持250MS，以保证微处理器的正常复位。2按键复位在单片机产品中，最简单的按键复位电路是由电阻和电容构成的，如果系统扩展存在需要和微处理器同时复位的其他接口芯片，这种简单的阻容复位电路往往不能满足整体复位的要求。DS1232提供了可直接连接复位按键的输入端PBRST第1脚，在该引脚上输入低电平信号，将在RST和RST端输出至少250MS的复位信号。3“看门狗”定时器中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第21页共44页在DS1232内部集成有“看门狗”定时器，当DS1232的ST端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，DS1232的RST和RST端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的。“看门狗”定时器的定时时间由DS1232的TD引脚确定。“看门狗”定时器的周期输入信号ST可以从微处理器的地址信号、数据信号或控制信号中获得，不论哪种信号都必须能够周期性的访问DS1232，对于MCS51系列单片机，推荐使用ALE信号。DS1232曾经应用到“粮食中心库粮仓温度监测系统”、“银行利率显示屏”、“多功能电脑时钟”、“电厂皮带秤测速系统”和“全自动限电计量系统”中，在实际使用中收到了良好的效果。而本文在系统的设计时则是运用了“看门狗”的定时器功能1535工作指示及声光报警电路设计工作指示及声光报警电路如图311所示，工作指示灯为绿色闪烁灯，其工作状态的控制由P13完成。通过软件设置，从P13输出一方波来控制三极管Q2的通断，从而控制工作指示灯的闪烁。图311报警电路当传感器探头受到触发时，由软件将P14和P15置位，此时三级管Q3和Q1均导通，红色报警灯亮，峰鸣器发出报警声。当警报解除后，由软件将P14和P15清零，此时三极管Q3和Q1截止，红色报警灯灭，峰鸣器关闭，停止报警。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第22页共44页36自动拨号系统该系统主要通过一个单片机控制中心与电话网相连接。在正常情况下一直处在等待状态，监视是否有紧急情况发生。一旦有意外情况发生，通过发送中断信号驱动单片机，让它从等待状态进入报警过程，从而实现远程报警。361MT8888的介绍DTMF控制芯片为常用的MT8888，MT8888是一种具有INTEL微处理器接口的功能较强的双音多频DTMF发送和接收器件。可用于寻呼系统、交换机系统和移动通信、转帐卡系统、互接拨号器、数字通信和计算机等领域。其主要功能有1完整的DTMF发送和接收功能；2高速INTEL微处理器接口；3可工作于自动音频突发模式；4可调整保护时间；5呼叫音检测到30DBM。MT8888引脚排列如图312所示。各引脚功能如下图312MT8888引脚定义IN、IN1，2运放的同相和反相输入端；GS3增益选择端。在该引脚与IN引脚间接反馈电阻可调节运放增益；VREF4基准电压输出端。通常为VDD/2，作为运放的偏置电压；VSS5芯片电源负端，接地；OSC1、OSC26、7时钟或振荡器的输入、输出端。两引脚间接3579545MHZ晶体与内部电路构成芯片振荡器；若由外部电路提供时钟，则OSC2引脚开路；TONE8DTMF信号输出端，也可通过编程设置为单音输出；9微处理器写输入端，低电平有效，与TTL电平兼中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第23页共44页容；10片选信号输入端，低电平有效。该引脚可由微处理器的地址锁存信号ALE直接提供；RS011寄存器选择控制输入端；12微处理器读输入端，低电平有效，与TTL电平兼容；/CP13中断请求信号，为开漏输出。在中断模式下，当一个有效DTMF信号突发发送或接收时，输出低电平信号。若控制寄存器设定电路工作于呼叫处理CALL模式和中断使能，则该端输出代表运放输入的方波信号音，但该信号频率必须落在呼叫处理滤波器的带宽内；D0D31417数据总线，与TTL电平兼容。输入需发送的DTMF编码或输出译码的DTMF信号数据。当CS1时呈高阻状态；EST18初始控制输出。若电路检测到一种有效的单音对时，EST为高电平；若信号丢失，则EST返回低电平；ST/GT19控制输入/时间监测输出。若ST电压大于门限VTST，电路寄存被检测的DTMF单音对，并更新输出锁存器内容。若ST电压低于VTST，则电路不接收一新单音对，GT输出的作用是设置外部时间监测常数；VDD20芯片电源正端，典型值为5V。362MT8888的工作原理MT8888是集DTMF发送和接收功能的器件，内带呼叫处理滤波器。接收部分与DTMF接收器件MT8870类似，发送部分包括行、列计数器和D/A变换器，另外增加了一些控制寄存器和接口、数据总线缓冲器，很容易实现与微处理器的直接接口，其功能框图如图5所示。MT8888通过微处理器接口可以由RS0、D0D3等信号选择与设定内部寄存器，并控制电路的工作状态或工作模式。它共有5个不同作用的寄存器发送数据寄存器TDR、接收数据寄存器RDR、状态寄存器SR、控制寄存器ACRA和控制寄存器BCRB，其控制关系如表32所示。表32内部寄存器控制关系RS0/WR/RD功能001写数据发送寄存器010读数据接收寄存器101写控制寄存器110读状态寄存器中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第24页共44页图313MT8888内部功能框图MT8888共有6种工作模式，它们分别为1DTMF模式发送与接收DTMF信号。输入数据经TDR控制可编程行、列计数器、D/A变换器，合成需要发送的DTMF信号。或DTMF信号经拨号音抑制、分离带通滤波器、监频与确认，译成相应的4比特码，经RDR输至数据总线。2呼叫处理CALL模式电路可以检测电话呼叫过程中的各种信号音，只要信号的频率落在320HZ510HZ范围内，片内呼叫处理滤波器便可滤出。经限幅得到的方波信号，由/CP端输出，以用于微处理器对呼叫性质和类别进行判断。若无信号滤出，则/CP端始终保持低电平。3突发BURST模式在DTMF模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为511MS在CALL模式下，工作于突发状态，信号突发和暂停时间各为1022MS，此时电路只可发送DTMF信号，但不能接收。4单/双音S/产生模式电路可产生单音或DTMF信号由CRB控制，用于测试和监测。5测试TEST模式使电路从DTMF接收部分得到延迟监测信号，并从/CP端输出。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第25页共44页6中断模式此模式下若选择DTMF状态，当DTMF信号被接收或出现在监测时间内，或准备发送更多数据突发模式下时，则/CP端下接至低电平。各种模式的选择由控制寄存器CRA和CRB的相应位完成，如表33和表34所示。状态寄存器SR各位所表示的关系如表35所示。表33控制寄存器ACRA的功能控制寄存器控制位名称功能说明CARB0TOUT信号音输出控制逻辑“1”使能信号音输出B1CP/DTMF模式控制逻辑“1”为CP模式，逻辑“0”为DTMF模式B2IRQ中断使能逻辑“1”使能中断模式，当B01时，接收到DTMF信号或发送完一DTMF双音信号，DTMF/CP引脚电平由高变低B3RSEL寄存器选择逻辑“1”下次访问寄存器CRB，访问结束转回寄存器CRACABB0BURST双音突发模式逻辑“0”使能双音频突发模式B1TEST测试模式逻辑“1”使能测试模式，以在IRQ/CP引脚输出延迟控制信号B2S/D单双音产生逻辑“0”允许产生DTMF信号，否则输出单音频B3C/R列、行音选择B21时，逻辑“0”使能产生行单音信号逻辑，逻辑B21时，逻辑“1”使能产生列单音信号中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第26页共44页表34状态寄存器SR的功能状态位名称状态标志置位状态标志清零B0IRQ发生中断B1或B20读状态寄存器清除B1发送寄存器空（突发模式）暂停结束准备发送新数据读状态寄存器清除B2接收寄存器满接收寄存器的数据有效读状态寄存器清除B3DTMF信号标志位检测不到DTMF信号时置位检测DTMF信号已清除363MT8888的接口MT8888提供了与微处理器相连的接口，以对其发送、接收和工作模式进行控制。MT8888可与INTEL微处理器直接接口，即使使用16MHZ的单片机80C51，也无需插入等待周期。与其它微处理器接口时，则必须通过转换构造MT8888所需的时序。图314为MT8888的控制时序图。图314MT8888的控制时序364MT8888与单片机接口电路设计MT8888与单片机接口电路如图315。中北大学信息商务学院2010届本科毕业设计说明书第27页共44页图315MT8888与单片机接口电路R4为输入信号增益调整电阻，晶体的频率是359454MHZ，和单片机的接口为4位的并行接口，在MT8888输出DTMF信号的同时也会在IRQ引脚产生中断请求信号，这个功能可以在MT8888的控制寄存器A中设置，也可以在单片机程序中，发送的时候关闭外部中断，以避免出现中断紊乱。365电话线接口电路电话线接口有