毕业设计（论文）-CAN总线的银行自动报警系统.doc

本科生毕业设计（论文）摘 要在当今社会，犯罪率逐年增长，威胁着人民的生命安全和财产安全。面对这种社会状态，提高人民的法律意识和素质是必须的。但是同时也要提高犯罪事件的预防手段。目前国内有许多种报警系统，每种报警系统都具有自己的特点，但是每种报警系统均存在不足，使不法分子可以轻松利用其缺点进行犯罪。本课题设计一种多传感方法的自动报警系统，使各种传感方法互补，将某种传感方法的缺点和不足得到弥补，达到真正的达到真正的全方位报警，并合理布置传感器，使系统达到最佳监控效果，并在检测过程中报警测量精度防止误报警。CAN总线的银行自动报警系统，弥补了当今市场上的报警系统检测手段单一的缺点。在发生偷盗事件时，能够迅速的发出报警，并且拨打110自动报警。该系统采用的多种传感方法，扩大了监测的范围。减少了银行内的盲点。CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。采用CAN现场总线网络已经成为银行自动报警系统技术发展必然趋势。所以采用CAN总线网络技术实施对银行的监控具有很重要的现实意义。 关键词：银行；CAN总线; AT89C52；自动报警AbstractIn todays society, the crime rate is growing year after year. A threat to peoples lives and property safety and security.Faced with this social state, raising peoples awareness of the law and the quality is necessary. But at the same time, It also enhance crime prevention methods. At present, there are many kinds of domestic alarm systems, but often there are many shortcomings with them,so that criminals can easily use their weaknesses to crime. This topics will design a method of automatic multi-sensor alarm system to make all the methods help each other. And cover the shortcomings of other sensing method.Go up to a real alarm which all around it. Rational arrangement of sensors to make the system go up to a best monitoring results,and prevent the mistakes in the testing process. These are the functions achieved by the system, CAN Bus Bank automatic alarm system of this design covered the single shortcoming of Alarm Detection System in the market today.It can alarm quickly when the theft incident happened and call the 110 by itself. It has expanded the scope of monitoring and reduced the banks blind spots by using many kinds of sensing methods. CAN bus is a high-speed communications, easy implementation, and cost-effective features of a higher number of international standards has become fieldbus. The use of CAN field bus network has become a bank automatic alarm system technology development inevitable trend. So the use of CAN bus network technology to monitor the implementation of the banks have a very important practical significance.Keywords: Bank; CAN;multi-detection; AT89C52; automatic alarm目 录第1章 引 言11.1 课题的背景和现实意义11.2 探测报警监测系统的技术意义11.3 探测报警监测系统的技术现状与发展2第2章 银行自动报警系统总体方案论证52.1 CAN总线银行自动报警系统的设计方案52.2 系统的组成图62.3 上节点电路设计72.3.1 CAN总线概述72.3.2 CAN总线特点82.4 CAN总线控制器及驱动器的选择82.4.1 CAN总线控制器SJA1000 简介82.4.2 CAN总线驱动器PCA82C250 简介102.5 CAN总线接口电路112.5.1 银行门口门窗监测与报警132.5.2 银行大厅监测与报警132.5.3 银行金库监测与报警14第3章 硬件电路的设计及工作原理153.1 单片机的选择及外围电路的设计153.1.1 单片机的选择153.1.2 晶振电路的设计163.1.3 ADC0809与单片机连接电路163.2 报警电路设计173.2.1红外线报警电路的设计173.2.2超声波报警电路的设计193.2.3压力报警电路的设计223.2.4振动报警电路的设计243.2.5高压反击式报警设计283.3 其它电路设计293.3.1 键盘电路293.3.2 显示电路设计303.3.3 电源电路的设计323.3.4 看门狗电路的设计333.3.5 声光报警电路的设计333.3.6 误差分析34第4章 系统的软件设计36第5章 结论39参考文献40致 谢42附录I43附录II49附录50IV第1章 引 言1.1 课题的背景和现实意义 随着我国经济的快速发展，生活水平的不断提高，人们对银行的概念已从最初满足简单的存储功能发展到注重对银行的人性化需求。安全、舒适、快捷、方便的智能银行系统，已成为智能银行系统发展的主流趋势，其中，安全性是首要目标。智能安全防范系统是智能化银行建设中不可缺少的一项，而以往的做法是安装防盗门、防盗网，但普遍存在有碍美观，不符合防火要求，而且不能有效地防止犯罪分子对住宅的入侵，故利用高科技的电子防盗报警系统也就应运而生。目前我国大多数银行很简单，当发生警情时，不能有效地处理，因此，必须设计一种可以现场报警功能的装置，在发生警情时，除了自动报警外，同时可由办公人员报警，以便警情得到迅速处理，确保每一个银行和人员的生命财产安全。1.2 探测报警监测系统的技术意义入侵探测系统也被称之为防盗报警系统，主要应用于小区、大厦、工厂，火车站、机场、高速公路、码头、监狱、边防线和城市等其它场所，针对不同的应用场所名称可能不同，比如针对小区可能成为两个系统：周界防范报警系统和家庭防盗报警系统。如果将防盗报警系统的范围扩大，还要包括防盗门、保险柜、商品防盗系统、金属探测系统和安检系统等，不进行更多探讨。防盗报警系统是利用各种类型的探测器对需要进行保护的区域、财物、人员进行整体防护和报警的系统，由前端探测器、传输线路（有线或无线）、报警主机（含配套设备）和报警接收中心四个部分构成。系统可以灵活的设置以多种方式进行布撤防、以多种方式进行报警，同时系统能够自动记录报警时间、防区，在可能的情况下，可以直接将音视频信息传送到接警中心，或通过闭路电视监控系统联动实现音视频报警功能。报警主机是系统的核心，用来接收前端探测器发来的报警信号的同时进行及时的反馈和处理，主机在接收到报警信号后，会产生高分贝的警号声，同时会借助电信网络（电话线、移动网络或者互联网）向外拨打多组预先设置的报警电话，如果报警主机接入接警中心，则由接警中心来判断和处理警情。报警接收中心（Alarm Receiving Centre）是指接收一个或多个安防控制中心的报警信息并处理警情的场所。通常也被称为接处警中心（如公安机关的接警中心）。主要采用中心接警机并配备大量的工作人员，是整个防盗报警系统的中枢。接警中心可以通过多种方式（电话线、移动电话网络和互联网等）接收报警主机发出的报警信号、判断报警的所在地和防区、进行远程的布撤防、记录报警信息、联络当事人、远程监控、并派遣工作人员现场处理警情。防盗报警系统是技防和人防结合的系统，利用先进的技防系统弥补人防本身的缺陷，用科学技术手段提高人们生活和工作环境安全度。除了硬件设备外，还需要有经过严格训练和培训的安保人员，只有技防和人防相结合才能发挥防盗报警系统的强大作用。1.3 探测报警监测系统的技术现状与发展探测报警监测系统的技术现状与发展改革开放以来，伴随着经济建设和消防事业的迅速发展，我国消防产业进入蓬勃发展时期。目前，国内消防产品生产企业已由20世纪80年代初100多家猛增到近300家，已能生产火灾探测器报警设备、固定灭火设备、消防车等900多个品种近万种规格的消防产品。许多过去依赖进口的产品实现了国产化，一些产品的主要技术指标达到或接近了国际先进水平。我国消防产业的年产值已超过了200亿元，成为国民经济发展中最具有活力的产业之一。 技术现状 中国消防电子产业是中国消防产业的一部分，又是技术含金量较高的一部分，并且还是发展最快的一部分，国际上一般性通用型的各消防报警设备都能生产。 面对高新技术的发展机遇和国内市场国际化的竞争挑战，消防产品向高可靠、智能化、网络化的早期火灾探测报警技术发展 传统火灾自动报警系统与现代火灾自动报警系统之间的第一个区别主要在于探测器本身性能。由开关量探测器改为模拟量传感器上一个质的飞跃，将烟浓度、上升速率或其他感受参数以模拟值传给控制器，使系统确定火灾的数据处理能力和智能化程度大为增加，减少了误报警的概率。区别之二在于信号处理方法做了彻底改进，即把探测器中模拟信号不断送到控制器评估或判断，控制器用适当算法辨别虚假或真实火警，判断其发展程度和探测受污染的状态。这一较高质量的信号处理技术，意味着系统具有较高“智能”。 增加系统可靠性是现代火灾探测报警技术的发展方向。智能式火灾探测报警系统按其智能的分配可分为三种系统 ：一是探测智能，二是监控智能，三是探测智能和控制智能兼有。后者是智能化程度更高的系统，其可靠性更高，但缺点是成本高。人们对于火灾自动报警系统期望在于：首先要求系统早期发现火灾，其次是消除误报和降低系统的成本费。火灾智能报警系统最终可能发展机器人智能报警系统。 现代火灾自动报警系统迅速发展另一方面是复合探测器和多种新型探测器不断涌现，探测性能越来越完善。多传感器多判据探测器技术发展，从响应火灾不同现象的多个传感器获得信号，并从这些信号寻出多样的报警和诊断判据。高灵敏吸气式激光粒子计数型火灾报警系统、分布式光纤温度探测报警系统、计算机火灾探测与防盗保安实时监控系统。电力线传输火灾自动报警系统等新技术问世并获得应用。在诸多新技术新产品中，一种将通常用的离子感烟改进为用CO传感器组合的复合探测器，由于空气中的CO含量变化早于烟雾和火焰的生成，因此，它响应速度更高（可测出120PP的变化），发展前景很好。另一种点型激光感烟探测器，其灵敏度高于目前光电感烟探测器倍，用它代替吸气式感烟报警系统提供甚早期火灾探测，而成本费用低得多，应用前景十分良好。笔者认为这二种新技术及其系统产品是现今火灾自动报警系统发展方向。 近年来红外光束感烟探测、缆式线型定温火灾探测器、可燃气体探测器等在消防工程中的应用日渐增多，并已有相应的产品标准和设计规范。 红外光束线型感烟探测器是应用烟粒子吸收或散射红外光束强度发生变化的原理而工作的。探测器的工作原理与光电感烟探测器类似，只是烟不必进入点型光电感烟探测器的采样室中，在保护空间任何地点上的烟都可能使红外光束衰减。线型光束探测器在一个长达100的路径上可代替若干个点型感烟探测器，具有保护面积大、安装位置较高、在相对湿度较高和强电场环境中反映速度快等优点，适宜保护较大的室内、外场所，尤其适宜保护难以使用点型探测器甚至根本不可能使用点型探测器的场所。 空气采样感烟探测技术自70年代中期由澳大利亚首创后，在国外已得到广泛应用，并逐步进入我国消防市场。该技术在探测方式上，完全突破被动式感知火灾烟气、温度和火焰等参数特性的局面，跳跃到主动进行空气采样，快速、动态地识别和判断可燃物质受热分解或燃烧释放到空气中的各种聚合物分子和烟粒子。国际上将空气采样式感烟火灾探测器定义为：通过管道抽取被保护空间的空气样本到中心检测室，以监视被保护空间内烟雾存在与否的火灾探测器。该探测器能够通过测试空气样本了解烟雾的浓度，并根据预先确定的响应阈值给出响应的报警信号。目前先进的高灵敏度空气采样式感烟火灾探测报警系统，High Sensitivity Artificial- intelligence Smoke Detecion System，以下简称HSASD，按其探测原理可分为浓度计数式和激光计数式两种。如澳大利亚GODEX极早期火灾智能预警系统主要由用于抽取空气样本的管道网络、高效长寿的气泵、空气流速控制器、烟粒子激光探测器、信号处理电路、“人工神经网络”微处理器和报警信号显示电路等组成。它采用了分布智能和神经网络算法以及专用的集成电路，在探测器内补偿了灰尘等污染和温度等对激光器的影响，并对信号进行数字滤波，用神经网络对烟等信号的幅度、动态范围和持续时间等特征进行处理后，输出四种级别的报警信号。 4第2章 银行自动报警系统总体方案论证2.1 CAN总线银行自动报警系统的设计方案系统设计在保证系统可靠工作和降低成本的同时，充分考虑了通用性、实时性和可扩展性等要求。整个系统主要分为显示和智能节点。各种传感器将探测到的信号传送给智能节点，如果遇有报警信号，智能节点能产生控制信号触发报警装置，并将信号发到CAN总线上，信号经由总线发送控制室。网络拓扑结构采用总线式结构。这种结构比环形结构信息吞吐率低，但结构简单、成本低，并且采用无源抽头连接，系统可靠性较高这个系统是基于CAN总线的银行自动报警系统，整个网络采用总线式网络拓扑结构，结构简单，成本低。整个监控系统由各个需要检测参数的传感器CAN智能节点群、监控上节点构成。监控上节点通过与各个网络节点通信，进行数据采集、显示，也可以根据需要对网络节点进行参数设置和控制等。CAN智能节点由微处理器和可编程的CAN控制芯片组成，主要完成银行各个参数信号的采集、显示处理，控制各现场设备的运行，并通过CAN总线完成与监控主机的通信系统的总体构成框图2.1所示图2.1系统的总体构成框图1对银行门口门窗进行监测与报警在这个系统中，门口门窗的检测主要是对门的破坏以及对有无人进入门口的检测。所以在门口要采用震动和压力传感器，同时还要采用红外线传感器对门口的监测。2对银行大厅的监测与报警在这个系统中，对于窗户主要防止的是对犯罪分子对窗户进行破坏，主要的测量对象为震动和压力，相应的采用震动、触摸和压力传感器对其进行监测。采用温度传感器进行监测，当发生火灾时，系统会打开银行内部除金库外所有门窗并且以声光报警的形式提醒在银行内的人员。3.对银行金库的监测与报警在这个系统中，对于最重要的金库会采用所有的传感方式进行监测，同时还要采取高压电防护系统。采用温度传感器进行监测，当发生火灾时，系统会打开银行内部除金库外所有门窗并且以声光报警的形式提醒在银行内的人员。4对银行其它细节的监测与报警在这个系统中，为了防止在休息时间发生内盗，给系统增加设定时间的功能。通过系统的键盘设定时间区域。使任何人在特定时间内都不能开启金库。当发生偷盗时，系统会关闭所有门窗并且以声光报警的形式提醒在银行内的人员。在这个系统中，采用液晶显示实时显示检测结果，并显示检测系统工作状态，判断系统工作是否正常，不正常即进行小功率声光报警；盗窃报警采用大功率声光报警。2.2 系统的组成图在某一个功能的传感器报警后，智能节点的控制器将要响应传感器的报警，对报警信号进行处理，判断是哪类传感器的报警，然后置相应的报警输出，系统输出由报警继电器驱动相应的执行机构。系统中每个节点由单片机和CAN总线接口(包括CAN控制器和CAN收发器)组成。单片机主要用于系统的计算能力及信息处理等功能;CAN控制器主要用于系统的通信;CAN收发器主要用于增强系统的驱动能力。系统的发送过程是:单片机将外围设备或其它节点传送来的信息理后，按CAN规范规定的格式将其写人CAN控制器的发送缓冲区，并启动发送命令，把数据发送到CAN总线上。接受过程是:CAN总线上自动接收数据，并经过滤后存 人 CAN接收缓冲区，且向单片机发出中断请求 ，此时单片机可从CAN接收缓冲区读取要接收的数据 。系统实现如下通信功能:节点可相互向对方发出报警信号;每个节点可接受另一节点发来的报警信号;系统能随时检测CAN通信的正确性，出错时可报 警;每个节点能够与上位机进行通信;上位机能够与每个节点通信。图2.2 单一系统组成图2.3 上节点电路设计2.3.1 CAN总线概述CAN, 全称为“Controller Area Network”,是国际上应用最广泛的现场总线之一。20世纪80年代初,德国Bosch公司为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪表之间的数据交换问题,开发出CAN总线。CAN总线能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,具有抗干扰性强和使用可靠等优点,最初主要应用汽车工业,现在广泛应用于汽车工业、航空工业和工业控制等自动化领域,如分布式环境监测系统、温室环境监控系统、变电站变监测系统等。 CAN总线是一种串行数据通信协议,其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对数据的成帧处理,用户可在其基础上开发适应系统实际需要的应用层通信协议。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块编码,采用这种方法可使网络内节点个数在理论上不受限制,还可使不同的节点同时收到相同的数据。 CAN总线提供高速数据传送, 在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力,而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力,极适合在高速的工业自控应用上,CAN总线可在同一网络上连接多种不同功能的传感器（如位置,温度或压力等）。2.3.2 CAN总线特点 1)CAN可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向 网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活。 2)CAN网络上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要。 3)CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动 停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪。 4)CAN可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远10 km(5 kb/ s)，节点数目可达110个。 5)CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRC校验和其它检测措施，数据出错几率小。CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作。6)通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。CAN可以以多主方式工作,网络上任意节点均可以在任意时刻主动地向总线上其它节点发送信息,实现点对点、一点对多点及全局广播几种方式发送接收数据;CAN采用非破坏性总线仲裁技术,当两个节点同时向总线上发送信息时,优先级低的节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据,节省了总线冲突仲裁时间。2.4 CAN总线控制器及驱动器的选择2.4.1 CAN总线控制器SJA1000 简介对于任何系统而言，通过对CAN控制器的编程，CPU可设置他的工作方式，控制它的工作状态，进行数据的发送与接收。目前，一些知名的半导体厂家都生产CAN控制器芯片。其类型是一种独立的。一种和微处理器做在一起。前者使用上比较灵活，他可以与多种单片机、微型计算机的各类型标准总线进行接口组合。后者在许多特定情况下，是电路设计简化和紧凑，效率提高。然而，考虑到本设计的CPU需要完成一些特定的软件算法功能，使用比较灵活，所以本设计选中Philips公司半导体公司的SJA1000芯片作为CAN总线的控制器。SJA1000是一种独立的CAN控制器，它是Philips公司半导体公司PCA82C200CAN控制器(BasicCAN)的替代产品，而且增加了一种新的操作模式PeliCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN2.0B协议。和PCA82C200独立CAN控制器引脚兼容；和PCA82C200独立CAN控制器电气兼容；PCA82C200模式(即默认的BasicCAN模式)；扩展的接收缓冲器(64字节、先进先出FIFO)；和CAN2.0B协议兼容(PCA82C200兼容模式中的无源扩展帧)；同时支持11位和29位识别码；位速率可达1Mbits/s；PeliCAN模式扩展功能：24MHz时钟频率；对不同微处理器的接口；可编程的CAN输出驱动器配置；增强的环境温度范围(-40-+125)。SJA1000支持两种不同的模式，PeliCAN模式，(BasicCAN)模式，由于本设计是PeliCAN模式。对其进行介绍。（1） CAN控制器模式寄存器 表2.1 CAN控制器模式寄存器（01单元）MOD.7MOD.6MOD.5MOD.4MOD.3MOD.2MOD.1MOD.0MOD.7 保留位MOD.6 保留位MOD.5 保留位MOD.4 保睡眠模式位，1表示没有CAN中断待决和总线活动时，CAN控制器进入睡眠模式；0表示从睡眠状态唤醒进入正常工作状态。MOD.3 验收滤波器模式位，1表示选择单向验收滤波器（32位字长）起作用；0表示选择双向滤波器（每个16位长）起作用。MOD2 自检模式位，1表示进入自检模式位；0表示进入正常模式。MOD.1 只听模式位，1表示在此模式下，即使成功接收报文，CAN控制器也不向总线发应答信号；错误计数器停止当前值；0表示正常模式。MOD.0 复位模式位，1表示检测到该位为1；就中止当前报文的发送、接收；进入复位模式；0表示正常模式。（2） CAN控制器命令寄存器表2.2 CAN控制器命令寄存器（01单元）MOD.7MOD.6MOD.5MOD.4MOD.3MOD.2MOD.1MOD.0MOD.7 保留位MOD.6 保留位MOD.5 保留位MOD.4 自接收请求位，1表示信息可以被同时发送和接受；0表示空缺。MOD.3 清除数据溢出位，1表示数据溢出状态位被清除；0表示无动作。MOD2 释放接收缓冲器位，1表示释放接收缓冲器中当前呈现的报文存储空间；0表示无动作。MOD.1 中止发送位，1表示如果不是正在处理，将取消等待中的发送请求；0表示空缺。MOD.0 发送请求位，1表示当前报文被发送；0表示空缺。（3） CAN控制器状态寄存器 表2.3CAN控制器状态寄存器（01单元）MOD.7MOD.6MOD.5MOD.4MOD.3MOD.2MOD.1MOD.0MOD.7 总线状态位，1表示总线关闭，CAN控制器不参与任何总线活动；0表示总线开启，CAN控制器参与总线活动。MOD.6 错误状态位，1表示至少一个错误计数器达到或超过由报警限额寄存器（EWLR）定义的CPU报警限额。MOD.5发送状态位，1表示CAN控制器正在发送报文，0表示总线空闲。MOD.4接收状态位，1表示CAN控制器正在接收报文，0表示总线空闲。MOD.3发送完成状态位，1表示最近一次发送已成功；0表示先前请求的发送还未完成。MOD2发送缓冲器状态位，1表示CPU可以向发送缓冲器写报文；0表示CPU不能访问发送缓冲器，报文是在等待发送或者正在发送中。MOD.1数据溢出状态位，1表示报文因RXFIFO中无足够存储空间而丢失；0表示自从上一次执行清除数据溢出命令以来无数据溢出发生。MOD.0接收缓冲器状态位，1表示RXFIFO中存在完整有效地报文；0表示RXFIFO中无有效地报文。2.4.2 CAN总线驱动器PCA82C250 简介CAN总线控制器PCA82C250的特点及功能引脚说明PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，PCA82C250第8脚与地间的电阻Rs成为斜率电阻，它的取值决定了系统系统处于高速工作方式还是斜率控制方式。把该引脚直接与地相连，系统将处于高速工作方式。而在斜率控制方式时，上升及下降的斜率取决于Rs的阻值，通信的速率越快，则Rs的阻值越小。实验数据表明15200K为Rs较理想的取值范围。在这里把PCA82C250第8引脚接地使系统处于高速工作方式。PCA82C250的第五引脚Vref提供了一个VCC/2的输出电压，是为了给前面CAN控制器的模拟比较器提供一个参考电压，使比较器能够准确的读出总线上的位置。如果系统传输距离近，环境干扰小，可以不用电流隔离，这样可以直接把PCA82C250的Vref端与RX1脚相连，从而简化了电路。如果采用电流隔离，SJA1000的RX1引脚应该输入VCC/2的电压。PCA82C250的主要特点有：高速率（最高可达1MmbPs）;具有抗汽车环境下的瞬间干扰，保护总线能力；采用斜率控制（Slope Control）,降低射频干扰（RF1）；总线与电源及地之间的短路保护；低电流待机模式；总线至少可连接110个节点；82C250的引脚功能如表2-1所示标记引脚功能描述TXD1发送数据输入GND2接地VCC3电源RXD4接收数据输出Vref5参考电压输出CANL6低电平CAN电压输入/输出CANH7高电平CAN电压输入/输出Rs8斜率电阻输入2.5 CAN总线接口电路本设计所设计的CAN总线智节点，采用AT89C52作为节点的微处理器，在CAN总线通信接口中，CAN通信控制器采用SJA1000，CAN总线驱动器采用82C250。图 2.3所示为CAN总线智能节点CAN接口硬件电路原理图。从图中可看出电路主要由4部分组成，微控制器AT89C52、独立CAN通信控制器SJA1000、CAN总线驱动器PCA82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器AT89C52负责 图 2.3 CAN接口硬件电路SJA1000的初始化，通过控制SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。SJA1000的AD0AD7连接到AT89C52的P2口，CS连接到74LS138的Y4端。Y4为0时CPU片外存储器地址可选中SJA1000，CPU通过这些地址可对SJA1000执行相应的读/写操作。SJA1000的RD、WR、ALE分别与AT89C52的引脚相连，INT连接AT89C52的INT，AT89C52也可以通过中断方式访问SJA1000。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接与PCA82C250的TXD 和RXD相连，而是通过高速光藕6N137后与PCA82C250相连，这样很好的的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离。不过，应该特别说明的是，光藕部分的电路采用的是两个电源VCC和VDD必须完全隔离，否则采用光藕也就失去了意义电源完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现。这些部分虽然增加了接口电路电路的复杂性，但是却提高了节点的稳定性和安全性。PCA82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施。PCA82C250的CANH 和CANL引脚各自通过一个50欧姆的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护PCA82C250免受过流冲击。CANH 和CANL与地之间并联了两个30的小电容，可起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力。另外，在两根CAN总线输入端与地之间分别装了一个防雷击管，当量输入端与地之间出现瞬间干扰时，通过防雷击管的放电可起到一定的保护作用。瞬变干扰（Transient Interference）是电磁兼容领域中主要的一种干扰方式，特别是雷击狼涌波由于持续时间短，脉冲幅值高，能量大，给电子电气设备的正常运行带来集中的光敏三极管导通时输出低电平，截止时输出高电平；另一方面，这也是CAN总线的要求。具体而言，PCA82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN电压输入/输入端CANH 和CANL的状态，CAN总线规定，总现在空闲期间应呈隐性，即CAN网络中节点的缺省状态是隐性，这要求PCA82C250的TXD端的缺省状态为逻辑1（高电平）。为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD端的状态为逻辑1（高电平）。CAN总线末端必须接2个120欧姆的电阻，他们对总线阻抗匹配有重要的作用，不可省略，否则，将大大降低总线数据通信时的可靠性与抗干扰性，甚至有可能无法通信。2.5.1 银行门口门窗监测与报警银行正常白天工作时这个模块是不工作的，只有到了银行不营业时或者夜间这个模块才由主控系统开启。这个模块主要对银行门口窗口信息进行监测，当遇到有入侵时，发出信号给单片机由单片机处理并发给主控制系统通知值班室人员。本模块包括热释电传感器，超声波传感器，振动传感器，用这些传感器来对银行门窗活动进行监测。其中，热释电传感器是对人体发出的红外线进行监测，根据法拉第法则，人的体温约为37时，辐射最多红外线的波长是10m左右，因此，采用合理的热释电传感器对信号进行采集，并和标准信号进行比较，判断是否有人进入报警区域；超声波传感器是对人进行活动时测量人和传感器的距离。首先，超声波传感器会发射一组高频声波，一般为40-45KHz，当声波遇到物体后，就会被反弹回，并被接受到。通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344 米/秒，空气中）。就可以获得人相对于传感器的距离值。当有人入侵，超声波传感器获得的信息后测量的距离和标准值出现差距时，就可以认为有人入侵该区域而引发报警；振动传感器是监测银行门窗是否有被入侵而破碎，当有人敲击或炸碎银行门窗时，振动传感器会对振动信号进行收集，并和标准值进行比较，这样就可以避免风雨等自然环境的振动而引发的误报。2.5.2 银行大厅监测与报警这个模块主要是对银行大厅进行监测和报警，本模块包括振动传感器，压力传感器。当大厅玻璃遭受到诸如猛烈撞击，爆炸冲击等要从银行大厅进入营业柜台的情况时，振动传感器和压力传感器接收到信号后，和标准值进行对比，避免营业时客户的敲击引发误报，同时，营业柜台内还装有隐秘的手动报警系统，便于银行员工报警。2.5.3 银行金库监测与报警这个模块主要是对银行金库进行监测和报警，本模块包括振动传感器，压力传感器，热释电传感器，超声波传感器对金库进行实时监测和报警，同时金库的外部还有高压电防护系统，其电源采用的是有备用电源的双电源系统，用来防止窃贼切断银行电源盗窃金库；并且不同时间开启金库的密码不同，想要开启金库，还需2把钥匙同在，缺一不可，以防止以防止内部人员监守自盗第3章 硬件电路的设计及工作原理3.1 单片机的选择及外围电路的设计3.1.1 单片机的选择单片机是在一块芯片上集成了中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、定时计数器及I/O接口电路等部件，构成了一个完整的微型计算机。它的特点是：高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠。本设计是以单片机AT89C52为控制核心。AT89C52单片机系统具有设计简单、性能可靠、功耗低、价格便宜等优点。AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能3.1.2 晶振电路的设计晶振是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲就是单片机工作速度单片机内部也有晶振，接外部晶振可以获得更稳定的频率。为了电路的稳定在晶振的两个引脚上接入两个10pf50pf瓷片电容接地来削减谐波对电路的稳定性的影响，本设计的晶振电路接入的电容为30pf。晶振电路图如图3.1 所示图3.1 晶振电路图3.1.3 ADC0809与单片机连接电路本次设计中采用ADC0809对检测电路输出的模拟信号进行A/D转换。ADC0809是带有8位的A/D转换器8路多路开关以及微处理机兼容的的控制逻辑的CMOS组件。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。满足本设计的要求，价格相对比较合理。由于ADC0809具有输出三态锁存器，故其8为数据输出引脚可直接与数据总线连接。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。A/D转换器在每次A/D转换结束后，A/D转换器内部转换结束信号触发器复位，并输出转换器结束标志电平。所示的ADC0809与AT89C52的接口十分简单单片机通过地址线P 和读写信号来控制转换器模拟输入通道地址锁存、启动和输出容许，ALE为其他地址锁存信号。根据下面地接线方案，8个模拟输入通道（int0int7）的地址分别为0FEF8H0FEFFH。如图所示3.2 ADC0809与AT89C52的接口图3.2 ADC0809与AT89C52的接口3.2 报警电路设计3.2.1红外线报警电路的设计1红外线传感器原理红外传感器有多种类型，一般分为量子型和热电型。量子型传感器主要有利用光生伏特效应的光敏二极管，利用光导电效应的Pbs和Cds等；热电型传感器主要有利用热电动势效应的热电堆，利用热电效应的PZT 和LiTaO3等，以下列出如图3.3所示。图3.3 红外线传感器分类图2 热释电传感器原理及特性本次设计中采用的是热释电传感器，热释电传感器是一种检测物体辐射和红外能量的传感器，它是利用PZT等晶体结构的表面电荷极化随其温度变化而改变这中特性的传感器，表面电荷随温度变化的移动情况。当红外线照射热释电元件时，其内部极化作用有很大的变化，其变化部分作为电荷释放出来，从外部取出该电荷就变成传感器的输出电压。由此可知，热释电传感器只有在温度变化时才有输出电压。热释电传感器的特性取决于热和点的性能。传感器光敏元件上的温度变化（T）与入射的红外辐射的关系如式3-1所示。式中：a0= CsV；Cs比热；V传感器的体积；传感器的热容量。 =Fd。和Fd分别表示单位传感器表面辐射、对流的热损耗引起的热阻和传感器元件表面面积；a：热敏元件对辐射的吸收系数；W(t):入侵辐射功率。将T作为S=iw的函数，对式3-1进行拉普拉斯变换户给出：T (s) = a w(s)/( a0s+ a1 ) 热释电材料产生的电流i（s）=SQ(s)。电荷Q(s)式热释电系数、T（s）和Fd的乘积；Fd为热释电光敏元件的面积由式3-3可推导出得式3-4证明，热释电光敏元可看作一个电流源，阻抗变换器作为其负载。3红外线报警电路设计本次设计的电路采用热释电传感器P7178。电路由放大器、比较器和输出控制部分等组成。根据法拉第法则，人的体温约为37时，辐射最多红外线的波长是10m左右，为此，热释电传感器选用对7-20m范围波长比较敏感的P7178。A1和A2选用低噪声、低损耗的CMOS运算放大器Mpc358，并接入RC构成的带通滤波器，阻止高低段的噪音与错误信号的进入，进取出人体移动时的信号。A3和A4构成比较器，根据传感器检测的信号，判断在某设定电平时人体移动的情况。为了在信号正负摆动时也能输出准确的信号，采用窗口比较器。CD4538为输出控制电路，当窗口比较器判断由人进入防范区时，输出信号。其电路图如下图： 图3.4 红外线报警电路 用热释电红外报警器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有很大的关系。正确的安装应满足下列条件：1. 报警器应离地面2.02.2米；2. 报警器应远离空调、冰箱、火炉等空气、温度变化比较敏感的地方；3. 报警器探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物；4. 报警器不要直接对窗口，否则窗外的热气扰动和人员走动会引起误报，有条件的话最好把窗帘拉上。另外，报警器也不要安装在有强气流活动的地方。3.2.2超声波报警电路的设计 超声波传感器是用来测量物体的距离。首先，超声波传感器会发射一组高频声波，一般为40-45KHz，当声波遇到物体后，就会被反弹回，并被接受到。通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344 米/秒，空气中）。就可以获得物体相对于传感器的距离值了。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也具有发送和接收的双重作用，即为可逆原件。一般市场上出售的超声波传感器有专用型和兼用型，专用型是发送器用作发送超声波，接收器用来接收超声波。兼用型就是发送器和接收器为一体的传感器。即可发送超声波有可接收超声波。超声波传感器结构如图3.5 它采用双晶振子，即吧双压电陶瓷片以相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长，另一片就缩短。在双晶振子的两面涂薄膜电极。其上面用引线通过金属板接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电极端。这两处的支持点就为振子震动的节点。金属板的中心有圆锥形阵子。发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，因而高效性的发送超声波；接收超声波。超声波的振动集中于振子的中心。所以，能产生高效率的高频电压。图3.5 超声波传感器的结构超声波传感器检测方法1 穿透式超声波传感器检测方法穿透式超声波传感器检测原理为当物体在发送器与接收器之间通过时，检测超声波束衰减或遮挡的情况从而判断有无物体通过。这种方式的检测距离约为1m，作为标准检测物体的使用100mm*100mm的方形板。他与光电传感器不同，也可以检测透明体等。2 限定距离式超声波传感器检测方式当发送超声波束碰到被检测物体时，仅检测电位器设定距离内物体反射波的方式，从而判断在设定的距离内有无物体通过。若被检测物的检测面为平面时，则可检测透明体。若被检测物体相对传感器的检测面为倾斜时，则有时不能检测到被测物体。因此，被检测物体不是平面形状，实际使用超声波传感器时一定要确认是否能检测到被测物体。3 回归反射式超声波传感器检测方式检测方法与穿透式超声波传感器检测方法式基本相同，主要用于发送器设置与不限困难的场合。若反射面为固定的平面物体，则可用回归反射式超声波传感器的反射板。另外光电传感器所用的反射板同样也可以用于这种超声波传感器。这种超声波传感器可利用脉冲调制的超声波代替光电传感器的光，因此，可检测透明的物体。利用超声波传播的速度比光速慢的特点，调整用门信号控制被测物体反射的超声波的检测时间，可以构成限定距离式与限定范围式超声波传感器。结合本次的设计要求和环境，本次设计中采用穿透式超声波传感器的检测方式。超声波传感器的系统构成超声波传感器系统由发送器、接收器、控制部分以及电源部分构成，如图 所示发送器常使用直径为15mm左右的陶瓷振子，将陶瓷振子的电振动能量转化为超声波能量并向空中辐射，除穿透式超声波传感器外，用作发送器的陶瓷振子也可以