智能家庭安防系统设计 毕业设计.doc

东华理工大学长江学院毕业设计 论文 东华理工大学长江学院 毕 业 设 计 论 文 题 目 智能家庭安防设计 英文题目 Intelligent Home Security Design 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 摘 要 摘 要 随着居民经济收入的提高 生活条件和质量的改善 再加上家中老年人和 孩子的增多 居民的安全防范已普遍为大家所关注 在我们的身边 每天都不 同程度地存在着社会犯罪现象 入室盗窃 抢劫 甚至爆炸 杀人放火 灭门 惨案等恶性案件时有发生 因此 我们的生命和财产安全都需要重点保护 家用安防系统是将探测与报警并加以控制处理的系统 为了及时发现火灾 非法入侵及煤气泄漏隐患并报警 家庭住宅已采用家用安防报警系统 随着我 国经济建设的发展 住宅对火灾报警非法入侵和煤气泄漏报警系统提出了更高 的要求 家用安防系统己成为家庭住宅中必不可少的安防装置 因此 设计简 单实用的家用安防系统有着防止和减少入室盗窃 火灾危害 保护人身安全和 财产安全的重要意义 小区安防报警信息集中管理也将会是以后居民小区发展的趋势 小区值班 室内主控计算机将对接收到的报警信息准确显示 如警情发生的住户名称 地 址和所遭受的入侵方式等 提示保安人员迅速确认警情 及时赶赴现场 以确 保住户人身和财产安全 本系统中主控单片机留有与上位机进行串行通讯线 以便在以后进行系统升级联网时完成将各类报警信息传送给中央报警主机 进 行集中管理 关键词 安防系统 检测 保护 报警 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 ABSTRACT ABSTRACT Income residents with improved living conditions and quality improvement coupled with the elderly and children at home increase the security of the residents has generally been of concern to everyone Around us in every day to varying degrees there is a social crime burglary robbery or even an explosion set fire to kill and so the vicious massacre cases occur from time to time Therefore our lives and property protection needs Home security system is to detect and control and alarm handling systems In order to detect fires illegal invasion and potential gas leak and the police the family has been adopted for residential home security alarm system With the development of China s economic construction residential fire alarm on the illegal invasion and gas leak alarm system put forward higher requirements Home Security Systems has become an indispensable household security devices Therefore the design is simple and practical home security system to prevent and reduce a burglary fire hazards to protect the personal safety and property security significance Alarming district information management will be focused on the future development trend of residential area office area within the control computer will receive an accurate display of alarm information such as occurred in the situation of households police name address and the invasion suffered by the mode of suggesting that the police confirmed that the security situation quickly and promptly to the scene to ensure that personal and household property Single chip control of the system have with the host computer serial communication lines in order to upgrade at a later time to complete the interconnection of various alarm information to a central alarm console for centralized management Key Words Security Systems detection protection alarm 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 目录 目 录 1 绪论 1 1 1 课题来源及背景 1 1 2 国内外安防系统的现状及发展情况 1 1 2 1 家用安防系统的发展历程 1 1 2 2 家用安防系统在国外的发展情况 2 1 2 3 家用安防统在国内的发展情况 2 1 3 课题研究内容及意义 4 1 3 1 课题研究内容 4 1 3 2 课题研究意义 4 2 系统方案论证 5 2 1 概述 5 2 2 系统方案分析 5 2 3 系统方案确定 6 3 家用安防系统硬件简介 7 3 1 探测模块设计 7 3 1 1 火灾及煤气泄漏探测电路设计 7 3 1 2 非法入侵电路 9 3 2 A D 转换电路模块设计 10 3 3 显示模块设计 11 3 4 声音报警电路 12 3 4 1 键盘电路 13 4 家用安防系统软件设计 14 4 1 探测模块设计 14 4 1 1 火灾探测程序设计 14 4 1 2 非法入侵程序设计 16 4 2 A D 转换模块设计 18 4 3 系统监视模块设计 20 4 3 1 显示程序 20 4 3 2 声音报警程序 22 3 3 3 不足与展望部分 24 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 目录 结论与展望 25 致 谢 26 参考文献 27 附录 A1 软件总流程图 28 附录 A2 系统监视流程图 29 附录 B 电路原理总图 30 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 绪论 1 1 绪论 1 1 课题来源及背景 随着居民经济收入的提高 生活条件和质量的改善 再加上家中老年人和 孩子的增多 居民的安全防范已普遍为大家所关注 在我们的身边 每天都不 同程度地存在着社会犯罪现象 入室盗窃 抢劫 甚至爆炸 杀人放火 灭门 惨案等恶性案件时有发生 因此 我们的生命和财产安全都需要重点保护 以前 传统的家庭安全防范的概念 就是装上坚固而又笨重的防盗门 栏 锁 把自己关在一个 笼 内 以这个 笼 的坚固来抵御外来入侵者 道高一尺 魔高一丈 随着犯罪分子作案手段的多样化 智能化和狡诈性 先进性 传统 的实体防护手段已难以适应现代家庭安全防范的需要 而且 一旦发生诸如煤 气泄漏 火灾等意外事故 牢 门 兽 窗反而成了居民逃生的屏障 因而现代 家庭迫切需要高科技的家庭安全防范系统 来 保护 我们生命和财产的安全 1 2 国内外安防系统的现状及发展情况 1 2 1 家用安防系统的发展历程 家用安防系统 从发展过程来看 大体可分为三个阶段 第一阶段为多线型安防系统 每个探测电路除需提供两根电源线外 还需 要提供一根报警信号线 探测电路电源由报警系统提供 探测电路的信号线均 连接到报警显示盘上 报警时点亮相应的指示灯 如日本 日探 公司生产的 CPF 火灾报警系统 此类系统的功能一般以报警为主 辅以一些简单的联动功 能 也为多线制 如驱动警铃等 其报警器队外围探测电路 无故障检测功能 只会对电源线的断线作出故障反应 安装此类系统比较繁锁 特别是校线工作 量较大 第二阶段为总线型安防系统 已采用微处理器控制 其线制一般为四线制 三线制 二线制 探测电路和模块通过总线与控制器实现信号传送 其探测电 路的输出形式为开关量 它的灵敏度在制造时 通过硬件决定 不可调整 此 类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制 此类系统已具有系统 自检以及对外围器件的故障检验等功能 但对故障类型不能区分 目前国内生 产的火灾自动报警系统大多数为此类产品 由于此类产品具有先进的报警和控 制功能施工 安装较为方便 且价格较低 己被大量使用 第三阶段为智能型安防系统 由于采用了先进的计算机控制技术 传感器 输出信号的调理具有智能性 其智能化程度大大提高 探测电路的输出形采用 模拟量 并可通过软件对其灵敏度根据使用场合 时间进行设定和调整 可设 定白天 夜间 休息日不同灵敏度 对探测电路的使用环境参数变化较大的所 灵敏度设定相对低一些 对环境较稳定或一些重要的场所 灵敏度设定相高一 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 绪论 2 些 这一功能可提高系统的稳定性及可靠性 减少误报 1 2 2 家用安防系统在国外的发展情况 自从世界上第一幢智能建筑 1984 年在美国出现后 美国 加拿大 欧洲 澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案 智 能家居在美国 德国 新加坡 日本等国都有广泛应用 1998 年 5 月新加坡举 办的 98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会 上 通过在场内模拟 未来 之家 推出了新加坡模式的家庭智能化系统 它的系统功能包括三表抄送功能 安防报警功能 可视对讲功能 监控中心功能 家电控制功能 有线电视接入 电话接入 住户信息留言功能 家庭智能控制面板 智能布线箱 宽带网接入 和统软件配置等 这种 未来之家 家庭智能化系统 市场真正启动尚需时日 目前在新加坡也有近 30 个社区 住宅小区 近 5000 户的家庭采用了 家庭智能 化系统 美国已有近四万户家庭安装了这一类的 家庭智能化系统将会有更多 的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品目前美国有一种占据市场主流的产 品 X 一 10 销售己超过 1 亿个 设计户型为单体别墅 应用多为旧房改造 仅 在美国便有超过 400 万个家庭在使用 但这些产品技术限制较多 并不适合在 我国原样照搬使用应用 三星公司从今年春节后 开始在中 韩两国同时推出其智能家居系统 通 过机顶盒和网络 将家居自动化控制 信息家电 安防设备以及娱乐和信息中 心这四部分集成一个全面的 面向宽带互联网的家居控制网络 根据美国该行 业的专业顾问公司 PARKS 的统计资料显示 1995 年美国一个家庭要安装家庭自 动化设备的平均费用在 7000 至 9000 美元之间 1995 年美国家庭已使用先进家 庭自动化设备的比率为 0 33 看来市场真正启动尚需时日 预计这五年内 家庭自动化的市场年平均增长率为 8 PARKs 公司的资料亦显示 到 2004 年家 庭网络市场总额可达 57 亿美元 由于智能家居的诱人前景和巨大市场 尽管国 外市场真正启动也尚需时日 但并未能阻止企业去争食智能家居市场 虽然每 家公司的策略各不相同 但它们都坚持同样的信念 山那边遍地是金 IBM 公司 的迈克尔凯罗斯克说 这是个不容 IBM 公司忽视的市场机会 在网络经济时 代的大潮中 智能社区的安防建设显得越来越重要 国外的许多大公司已进入 到该领域中 IBM 公司与建筑商合作 为用户提供装备先进的安防系统的智能 化住宅 美国联邦政府和以 IBM AT为检查可燃气体做准备 MOV A P1 ONE JNB ACC 1 TWO P1 1 0 则转 TWO DJNE DATA LOOP 比较是否大于 2 CLR 93H P1 3 0 启动报警器工作 RET END 图 4 1 火灾探测流程图 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 16 4 1 2 非法入侵程序设计 因为入侵者进入住宅后需要移动 而热释电红外传感器通过接收移动人 体辐射出的特定波长的红外线 可以将其转化为与人体运动速度 距离 方向 等有关的低频电信号 传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比 因此 当恒定的红外辐射照射在探测器上时 探测器没有电信号输出 所以恒 定的红外辐射不能被检测到 而物体移动速度越快 同样的入射功率下 输出电 压就会越小 只有电压达到报警阀值电平时 探测器才会有电压信号输出 根 据该特性 选择热释电红外探测器适用于盗情信号的检测 开始 热释电红外传感器接收移动人体 辐射出的特定波长的红外线 电压达到报警阀 值电平 输出电压 N 报警 结束 ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP PINT0 MOV P1 0FFH 图 4 2 非法入侵流程图 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 17 MOV P3 0FFH AGAIN MOV R6 34H JB P3 6 TINAIN JB P3 0 AGAIN CALL DYES JB P3 0 AGAIN MOV A P3 END 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 18 4 2 A D 转换模块设计 采集的气体烟雾信号和温度的变化和电压变换是模拟信号 需转换成数字 信号才能输入单片机以识别 设计中采用延时方式模数转换 单片机 AT89C51 控制 ADC0809 的开始转 换 延时等待 A D 转换结束以及读出转换好的 8 位数字量至单片机进行处理 其流程图如图 3 8 所示 开 始 设置转换通道地址 启动 A D 转换 读数据 存数据 返 回 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H AJMP INT1 MAIN MOV R1 30H 设置数据区首址 MOV R7 08H 设置通道数 MOV DPTR OFEF8H P2 0 0 且指向 INO SETB IT1 开中断 SETB EX1 SETB EA READ MOVX DPTR A 启动 A D HERE SJMP HERE 等待中断 DJNZ R7 READ 巡回未完继续 INT1 MOVX A DPTR 读转换结果 图 4 3 A D 转换子程序流程图 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 19 MOVX R1 A 存放数据 INC R1 指向下一储存单元 INC DPTR 指向下一通道 RETI 中断返回 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 20 4 3 系统监视模块设计 家用安防系统完成对火灾信号 非法入侵信号和煤气泄漏信号的探测 信 号转换及控制系统处理后 需通过监视电路对报警信号做出声音报警 现场有 毒气体和烟雾排放及与小区联动等 从而完成整个系统的功能 保障人员和财 产的安全 系统监视模块包含显示程序 声音报警程序 及小区联动三部分 4 3 1 显示程序 显示电路 可以对系统所采集的红外信号以电压的形式进行显示 以便住 宅内的人员可以准确的设定入侵上限值 而当键盘设定烟雾浓度等级报警值或 煤气泄露等级报警值时 数码管显示当前的设定值 显示电路作为单片机系统 中最简单的输出设备 用以显示单片机系统的运行结果与运行状态等 开始 获取程序信号 是否超过设定值 显示当前数据值 返回 N Y 图 4 4 显示程序模块 DIR MOV DPTR 7FFFH MOV A 90H MOVX DPTR A MOV RO 30H MOV R7 08H MOV DPTR 7FFEH LOOP MOV A RO 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 21 MOVX DPTR A INC RO DJNZ R7 LOOP RET 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 22 4 3 2 声音报警程序 当系统判断有火灾 非法入侵及煤气泄漏后 单片机从 P1 7 引脚输出高电 平信号 输入给报警电路 进而扬声器发出声音报警 开始 输出电平 是否为高电平 发音 N Y 结束 ORG 8000H START SETB P1 0 LOOP LCALL DELAY CPL P1 0 LJMP LOOP DELAY MOV R5 20 延时 20ms MOV R6 20 MOV R7 248 DJNZ R7 DJNZ R6 D2 DJNZ R5 D1 图 4 5 声音报警流程图 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 23 RET END 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 家用安防系统软件设 计 24 3 3 3 不足与展望部分 在安防系统中 需要报警控制器与小区之间进行通信 从而将灾情信息告 知小区终端 AT89C51 单片机包含串行输入和输出口 P3 0 P3 1 可以实现双 机通信 如图 3 20 所示 TXD AT89C51 RXD RXD 小区 TXD 以上是本系统中软件流程的设计 具体设计电路 原理总图见附录 图 4 6 双机通信 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 结论与展望 25 结论与展望 家用安防系统采用自动报警方式 与传统报警网络相比 提高了报警的可 靠性 降低了费用 并能及时向户主报告灾情情况 便于针对性处理 采用可编程并行接口芯片 8255 A 来扩展单片机的接口 解决单片机接口不 够用的情况 报警程序采用的是 AT89C51 单片机作为控制核心 外接 E2PROM 用于存储信 息 这样可以达到准确快捷的信息反馈 本设计己经完成了对住宅火情 非法入侵和煤气泄露进行自动监测并实 现了自动报警功能 完全可以作为一套简易系统投入使用 但是随着微电子技 术 通讯技术 自动控制技术和传感器技术的发展 还将有很大的发展空间 随着人们生活水平的不断提高 人们对住宅的要求也会越来越高 因而需 要监测的物理参数也会越来越多 例如室温的监测 室内空气的清洁度监测 湿 度的监测 电磁波污染的监测等 在实际使用中 本系统可以增添更多的探测 器 传感器 这样基本可以满足一般用户的需求 小区安防报警信息集中管理也将会是以后居民小区发展的趋势 小区值班 室内主控计算机将对接收到的报警信息准确显示 如警情发生的住户名称 地 址和所遭受的入侵方式等 提示保安人员迅速确认警情 及时赶赴现场 以确 保住户人身和财产安全 本系统中主控单片机留有与上位机进行串行通讯线 以便在以后进行系统升级联网时完成将各类报警信息传送给中央报警主机 进 行集中管理 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 致谢 26 致 谢 在论文即将完稿之际 我要感谢知道我的王晓荣老师和于我同组的张振华同学 因为 个人原因我论文进度较慢 他们给了我很大的指导和帮助 在此谨向他们致以诚挚的谢意 同时 在撰写论文的过程中得到了电子教研室里的其他老师的大力支持和帮助 在此 感谢他们 另外还要感谢所有帮助我的同学和朋友 衷心的感谢 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 参考文献 27 参考文献 1 周立功 MagiCARM2410 教学试验开发平台试验指导 广州致远电子有限公司 2006 年 2 于明 范书瑞 曾祥烨 ARMg 嵌入式系统设计与开发教程 电子工业出版社 2006 3 杨斌 微机原理与接口技术试验及课程设计 西南交通大学出版社 2005 4 周立功等 ARM 微控制器基础与实战 北京航空航天大学出版社 2003 年 5 李驹光等编 AMR 应用系统开发详解 基于 53C451B0 的系统设计 清华大学出版社 2003 年 6 徐虹 何嘉 操作系统试验指导 清华大学出版社 2004 7 张进 姜威 U 一 B00T 的启动流程及移植 国外电子元器件 2005 8 白伟平 包启亮 基于 ARM 的嵌入式 Bootl ader 浅析 微计算机信息 2006 11 9 王东 李哲 U 一 Bo t 在 53C44B0 上的移植方法 北京交通大学学报 2005 10 罗蕾 嵌入式实时操作系统及应用开发 北京 北京航空航天出版社 2007 11 李伯成 基于 MCS 51 单片机的嵌入式系统设计 M 北京 电子工业出版社 2004 12 宋浩等 单片机原理及应用 M 北京 清华大学出版社 2005 13 吴英才等 住宅防盗防火多媒体集中监控系统的设计 J 上海 上海理工大学学报 2004 26 2 176 179 14 陈颖 基于 C8051F 单片机的火灾智能报警控制系统的设计 D 大连海事大学工学硕 士位论文 2007 15 欧阳文 ATMEL89 系列单片机的原理与开发实践 M 北京 中国电力出版社 2007 16 Devdas Shetty Mechatronics System Design M BEIJING China Machine 2004 17 Zhao Y Liao Y B Lai S R Simultaneous measurement of down hole high pressure and temperature with a bulkmodulus and FBG sensor C IEEE Photonics Tech Lett 2002 18 N Sriskanthan F Tan A Karande Bluetooth based home automation system Microprocessors and Microsystems 2002 26 281 289 19 Farah Magrabi Nigel H Lovell Branko G Celler A web based approach for electrocardiogram monitoring in the home International Journal of Medical Informations 1999 54 145 153 20 G S Cheung J Y M Azzi D Intelligence in building M the protential of advanced modeling Loveday D L Virk Automation in Construction 1997 447 461 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 附录 A 系统监视流程图 28 附录 A1 软件总流程图 开 始 探测电路子程序 显示子程序 A D 转换子程序 数据处理子程序 报警子程序 按键子程序 结 束 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 附录 A 系统监视流程图 29 附录 A2 系统监视流程图 开 始 赋电压设定显示值 显示初始化 显示数值 返回 Y N Y N Y N 设置烟雾浓度等级状态 赋烟雾浓度等级设定显示值 设置入侵状态 赋煤气浓度等级设定显示值 设置煤气浓度等级状态 东华理工大学长江学院毕业设计 论文 附录 B 电路原理总图 30 附录 B 电路原理总图 C X2 33pF C X1 33pF Y 12M XTAL1 XTAL2 D2 7 O1 5 O3 9 GND 10 O5 15 D3 8 O4 12 O7 19 D0 3 D7 18 D5 14 O0 2 D4 13 D1 4 VCC 20 D6 17 OE 1 O2 6 LE 11 O6 16 U7 74LS373 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLK 10 VCC 11 REF 12 GND 13 D1 14 D2 15 REF 16 D0 17 D4 18 D5 19 D6 20 D7 21 ALE 22 ADD C 23 ADD B 24 ADD A 25 IN0 26 IN1 27 IN2 28 U6 ADC0809 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 ECI 3 P1 3 CEX0 4 P1 4 CEX1 5 P1 5 CEX2 6 P1 6 CEX3 7 P1 7 CEX4 8 RST 9 P3 0 RxD 10 P3 1 TxD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 INT1 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 P2 7 A15 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 P0 7 AD7 32 P0 6 AD6 33 P0 5 AD5 34 P0 4 AD4 35 P0 3 AD3 36 P0 2 AD2 37 P0 1 AD1 38 P0 0 AD0 39 VCC 40 U22 AT89C51 IN0 U10 NOT P2 7 P2 7 1 SW PB 2 SW PB 3 SW PB 4 SW PB 5 SW PB 6 SW PB 7 SW PB 8 SW PB 9 SW PB 10 SW PB 11 SW PB 12 SW PB 5 1K R32 5 1K R33 5 1K R34 5 1K R35 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 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