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毕业设计 智能报警系统设计摘要随着社会经济的日益发展，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安全感，社会对报警器材的需求日益迫切。智能报警系统，是以保障安全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。本文以声音传感器和红外传感器为探头简单设计了一个适合办公室、仓库、商店及学校机房的室内防盗器。关键词：PLC 555定时器 信号采集 声光报警Abstract ：along with the people living standards unceasing enhancement, the family safe service is bringing to peoples attention gradually. Establishes the networking alarm system in the residential district, enables the plot administrative center to carry on the stitch in time to inhabitants police sentiment, is precisely the people hoped. Telephone equipments large-scale popularization, causes the use public telephone network to realize the plot auto-alarm joint logistics system possibly to become. introduces one kind briefly by the public switched telephone network date transmission medium residential district automatic peaceful against alarm system. The system by the micro controller core, the inhabitant provides the safe surveillance and the service to the plot, has the reliability to be high, the cost low, easy to popularize and so on merits. this article narrated based on plot housing intellectualization by public telephone network transmission medium Intellectualization Residential district Safe Service system the design with realizes. first, introduced this systems development background, the significance in the introduction. hereafter, this article elaborated the system hardware design process in the second chapter, had determined the type and components choice, elaborated the system hardware circuit design, the hardware design structure diagram and to uses each kind of chip the function and the characteristic has carried on the detailed introduction; Analyzed the software design development process with emphasis in the third chapter, particularly master routine, gathering and demonstration subroutine and warning subroutine work flow. finally in connection and so on fourth chapter of concrete elaboration alert control software and hardware debugging. Keywords : programmable logic controller ;program control;ladder diagram; sound and light alarm目 录摘要1第一章 设计任务及方案51.1 设计任务51.2 设计方案5第二章 PLC控制系统62.1 常见报警装置的基本功能62.2程控装置62.3程控报警装置的硬件设计62.4 程控报警装置的软件设计6第三章 信号采集83.1 硬件构成83.2 声音、光电信号采集模块93.3 报警器主体模块103.4 程序设计部分103.5 盗窃判断与报警程序11第四章 555定时器124.1 器件特性134.2 单稳态触发器154.3 史密特触发器164.4 自激多谐振荡器17第五章 声光报警器系统 185.1 声光报警电路图185.2 单片机与Modem通信模块19第六章 手动报警206.1 按钮延时消抖电路图206.2 电路组成及工作原理206.3 数据计算226.4 电路特点22结语24谢词24参考文献25第一章 设计任务与方案1.1 设计目的与要求1 当发生非法侵入偷盗时，由传感器探测到信息，并传给PLC控制系统，由PLC控制系统发出报警指令，启动报警系统。2 报警时，声光同时报警：灯光明暗交替闪烁；扬声器高低报警声。3 没有发生火灾时，工作灯亮。1.2 设计方案 设计方框图，如下图：存储器CPU输入模块输出模块电源报警器指示灯状态信号手动控制第二章 PLC控制系统2.1 常见报警装置的基本功能报警装置是将被检测的参数由正常值变为异常或由异常变为正常时,根据事先设定的程序予以判断,然后以不同的灯光,并辅喇叭、蜂鸣器等不同音响表示越限情况。报警系统一般由报警装置、按钮、LED显示器、音响设备和报警信息组成,如国内常用的XXS 系列和AN系列。当报警装置某一检测回路出现报警信号时,对应报警发光,音响器发出警示。2.2程控装置目前,就电力系统而言,独立应用的程控装置几乎应用于除DCS 系统以外的所有控制系统,如输煤程控、锅炉补给水程控、除灰除渣程控、输灰输渣程控等,甚至于胶球清洗程控等。可编程控制器有很强的开关量处理能力,因此,利用可编程控制器处理报警信号代替常报警装置的智能处理部分,在理论和实际应用上都是切实可行的。一般程控系统中,闪光报警器的报警信号类别都属于程控过程中可编程控制器的开关量处理信号,警铃信号可作为可编程控制器的输出信号(采用相应的开关量输出模件) ,由PLC 处理,直接输出闪光、报警驱动信号2.3 程控报警装置的硬件设计程控报警装置的硬件可根据各种程控系统而定。对于采用上位机或后台控制的程控报警系统,可采用计算机多媒体技术模拟报警装置的声光现象,需要增加的硬件不多。对于采用操作盘或模拟盘台上安装报警装置形式的程控系统,其硬件包括LED显示灯、警铃、按钮等,而不采用常规的智能部分。2.4 程控报警装置的软件设计根据报警装置的原理要求,可以画出常用报警装置的报警动作过程如图所示。输入信号报警触点光电隔离输入接口单片微机 输出接口指示灯音响报警输出接口手动控制根据报警装置的原理要求,可以画出常用报警装置的报警动作过程如图所示。监视对象正常状态 正常灯光常亮音响无声不正常监视对象不正常或恢复正常已确认状态闪烁灯光喇叭发声闪烁报警监视对象状态灯光音响音响发声正常时确认出现不正常恢复正常确认鉴于此,可以在可编程控制器中做出相对应的软件。不过,由于在程控系统中采用的可编程控制器厂家、类型众多,其软件编程也有所差异。第三章 信号采集3.1 硬件构成报警器硬件部分如图1所示的8个基本部件组成，可分为2个模块。其中，传感器、信号调制电路和AD转换电路组成信号采集模块。机房中的声音和红外线信号通过传感器转换为电信号，在信号调制电路中将信号放大，滤波，再经AD转换电路将模拟信号转换为数字信号。另一个模块是报警器主体模块，由单片机和声光报警系统、GM16C550串行端口扩展芯片和RS 232电平转换电路组成。单片机控制实现声光报警功能。GM16C550串行端口扩展芯片和RS 232电平转换电路与单片机一起实现报警器经Modem与学校网络值班中心的通信，使有关工作人员能够对机房的情况及时发现和处理。声、光信息传感器信号调制电路 路A/D转换电路图1 基本部件电平转换（RS232）Modem单片机AT89C51GM16C550报警系统3.2 声音、光电信号采集模块因为偷盗行为一般发生在夜晚，所以防盗系统通常使针对夜晚设计，在本设计中选择把房内的声音和红外线作为采集信号，所以用集成声音传感器PS2109和红外传感器BH用作采集系统的敏感元件。夜晚的房内应该是非常安静的，设置一个噪音最高分贝(一般在3040 dB之间)，一旦机房的噪音超过预设的底限，声音传感器就会发出信号。当有人或其他动物进入室内时，就会产生红外线，红外线传感器也会发出信号。数据采集模块的电路图2如图所示，AD转换电路采用常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，声音、红外线传感器的输出端分别接到ADC0809的IN0和IN1。由图2可知ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P0.0P0.2经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.70时，与写信号WR共同选通ADC0809。图2中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，当输出地址为7FF8H即可选通通道IN0，实现对声音传感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H即可选通道IN1，实现对红外线传感器输出的模拟量进行转换。图2中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当AD转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。3.3 报警器主体模块声光报警电路由单片机P3.7口控制，输出报警信号(高低电平间隔1 s的脉冲信号)，驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图所示。RESET VCCTRIG DIGCHG THOLD CVOLTOUT END32BY555765C40.01FP3.7VCCR2 10 KR3100KC330F图3报警器主体模块其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机AT89C51的P3.7端相连，受P3.7脚输出的脉冲信号控制。由电容C4的充冲放电作用，当P3.71时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.70时，555输出脉冲的振荡频率较高。该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时P3.7脚输出的高低电平间隔1 s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。当报警器检测到房内的异常信息后，除了在电脑室现场产生声光报警信号外，还需要将现场信息通知到值班人员。为此，系统设计了单片机与Modem通讯模块，该模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS 232电平转换电路组成。3.4 单片机与Modem通信模块当报警器监测到盗窃信息后，除了在盗窃现场产生声光报警信号外，还需要将盗窃信息按事先预留的电话号码自动拨号通知单位有关人员，并迅速上报防盗指挥中心，为此，系统设计了单片机与Modem通讯模块，该模块由单片机、GM16C550串行端口扩展芯片和RS232电平转换电路组成(如图所示)。 3.5 程序设计部分监控程序流程图如图4所示。系统复位后，首先要进行初始化，包括对各个控制用寄存器的初始化、设置中断服务程序的入口地址、设置堆栈等。系统初始化第一次采集信号第二次采集信号数据处理判断正常否异常光声报警复位正常开始数据采集部分的程序设计包括：驱动ADC0809的输入端IN0和IN1进行AD转换，分别由子程序ADC1(噪声控制)和ADC2(光电信号转换)完成；单片机接收转换好的数据，存入指定存储单元，由INT1中断服务程序完成。每次驱动AD转换后等待外部中断1，中断到来说明AD转换已经完成，通过中断服务程序读取转换得到的数据。3.6盗窃判断与报警程序为了降低误报率，系统采用了多次采集、多次判断的方法。每次数据采集后根据得到的数据对现场情况进行判断：00H表示正常、01H表示异常、02H表示有盗情；然后综合多次判断结果做出最终的盗情判断。数据在内部RAM存储单元中的存放情况如表1所示。具体判断方法如下： (1)对声音和红外进行了两次数据采集与判断分贝值异常，置标志位为1，否则为0；红外感测值，置标志位为1，否则为0。 (2)根据声感和红外感测的异常标志位判断现场情况 2个标志位均为0，表示情况正常，给53H或56H单元送00H；2个中仅有1个为1，表示情况异常，送01H；2个均为1，表示有盗窃发生，送02H。 (3)综合两次情况做最后判断，并予以报警 若53H和56H中数据不相同，说明是误报，调故障报警子程序；否则按该单元中的数据调相应的报警子程序。 00H为情况正常，返回。 01H为情况异常，调异常报警子程序。02H为现场有盗窃，调防盗报警子程序，并向消防中心报告盗情。第一次数据采集第二次数据采集声音数据51H54H声音数据 52H红外传感数据 55H红外传感数据 53H 现场情况 56H现场情况 表1 数据在RAM的存放第四章 555定时器4.1 器件特性555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。图8.2 555定时器逻辑符号和引脚引脚功能：Vi1（TH）：高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。Vi2（）：低电平触发端，简称低触发端，标志为。VCO：控制电压端。VO：输出端。Dis：放电端。：复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生VCC和VCC两个基准电压；两个电压比较器C1、C2；一个由与非门G1、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。是复位端，低电平有效。复位后, 基本RS触发器的端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。4.2 单稳态触发器 如图所示为单稳态触发器的电路和波形图以及窄负脉冲用的“微分电路”。微分电路单稳态触发器电路与波形图单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（TW）：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。另外，单稳态触发器也常用于定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在图6（a）的电路中，Vi接555定时器的端，其工作原理如下： 稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出VO为低电平，放电管T导通，定时电容器C上的电压（6、7脚电压）VC = VTH = 0 ，555定时器工作在“保持”态。 触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电，VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（VTR=1），但VC充电尚未达到VCC时（VTH=0），555定时器工作在保持状态，VO为高电平，T截止，电容器继续充电。 恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于VCC ，因VTHVCC使555定时器“高触发”，VO跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V，这时，VTR=1，VTH=0，555定时器恢复“保持”态。 高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在电容器上的电压VCC时，电路高触发，输出VO变为低电平，放电管T导通，电容器经R2放电，当放电至VC=VTRVCC时，电路又进入低触发，VO变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号第六章 手动报警6.1 按钮延时消抖电路图 如果出现误触发而报警时可以通过触发延迟时间（50s定时器）去接触6.2 电路组成及工作原理 延时时间精密可控的消抖动电路的原理图如图2所示。该电路由4块CMOS集成芯片和若干电阻、电容组成。 其中555定时器组成多谐振荡器用来给计数器提供时钟脉冲；1块CC40161型四位同步二进制计数器用来设定消抖动电路输出信号Y的延迟脉冲个数。1块CC4043 四RS锁存器(只用了1组，其余3组未用)和1块CC4011四2输入与非门用来实现信号的锁存和控制。 当按键信号K由低电平变为高电平时，电阻尺3和电容C3组成的微分电路使V点产生一个正脉冲，该正脉冲一路经与非门G2反相后加到计数器CC40161的CR端使其清零；另一路加到锁存器CC4043的1R端(此时由于计数器没有进位输出，CO端为低电平，即lS端为低电平)，使锁存器输出端1Q为低电子。与此同时，按键信号K已加到了与非门G1的输入端使G1门开门，那么，由555定时器组成的时钟信号发生器3端输出的时钟脉冲通过与非门G1加到计数器的CP端，计数器开始计数。计到15个脉冲，计数器产生进位信号，其CO端输出高电平，使锁存器的1Q端变为高电平，该信号加到与非门G3的一个输入端(与非门G3的另一个输入端为K，已为高电平)，则与非门G4的输出Y端为高电平；只有当按键信号K由高电平为低电平时，Y端才随之变为低电平。 另一方面，由于按键信号K变为低电平，封锁了G1门，时钟脉冲不能通过G1门到达计数器的CP端，计数停止。 当出现干扰脉冲时，计数器也计数，但只要干扰冲的宽度小于15个CP脉冲宽度，计数器的进位输陆号CO端就保持低电平，那么Y信号为低电平，即际脉冲的影响不会出现在Y端。 可以用置数法或复位法将十六进制计数器CC40161接成任意进制计数器，然后通过任意进位信号控制1S端的电位，来调整消抖动电路输出信号Y的延迟时间。如图 按键时的抖动按键的闭合稳定时间的长短由操作人员的按键动作决定，一般为零点几秒至数秒。按键抖动会引起按键被误读多次，为了确保CPLD对键的闭合仅作一次处理，必须去除按键抖动。通常在按键较少时可以用硬件方法消除抖动，一般可用RS触发器作为常用的消抖电路。如果按键较多时，常用软件消除抖动。在EDA的设计应用中，软件消抖的方法既可使用RS触发器进行消抖，也可通过检查按键按下的时间进行消抖。6.3 数据计算 555定时器组成的时钟信号发生器产生的CP脉冲的周期为： T1ln(R1+2R2)C1 CP脉冲的占空比为： q=( R1+ R2)(R1+2 R2) 按图中所给参数计算，CP脉冲的周期T1=0.1s，CP脉冲的占空比为： q23。 消抖动电路输出信号Y的延迟时间为： Td=15Tl151n2(Rl+2R2)C16.4 电路特点 (1)该电路由CMOS集成芯片组成，功耗低，抗干