仓储安防监控系统的设计

摘要随着经济的发展，仓储的安全问题越来越受到人们的重视。仓储的安全，就是有一个迅速、有效、连动的防火、防盗、防爆的安防监控体系。该系统设计是用STC89C52单片机作为控制核心，应用多种传感器以及其他元器件，组成的基于单片机的仓储安防监控系统。其主要实现的功能有入侵检测、烟雾检测、温度检测等功能，并附有按键输入以及液晶显示输出和蜂鸣器报警等。该系统通过红外传感器来对入侵进行检测，通过烟雾传感器和温度传感器共同来对火灾进行检测，一旦检测到有入侵或者火灾，蜂鸣器就会报警。其通过利用不同的传感器对不同的情况分别进行检测，加上单片机的控制作用，可以达到报警和显示作用，可以有效地进行安防监控，从而达到我们需要的仓储安防监控目的。本系统设计详细介绍了红外传感器、烟雾传感器、温度传感器的原理和特性，以及STC89C52单片机的一些性能和特点，给出了以STC89C52为核心的仓储安防监控系统的硬件电路和软件设计方法。该系统设计具有设计简洁、工作稳定、性能良好等优点。关键词：仓储安防监控系统；STC89C52单片机；温度传感器；烟雾传感器；红外传感器。AbstractWiththedevelopmentofeconomy，moreandmorepeoplepayattentiontothesafetyofstorage.Storagesafetyishavingafast，effectiveandlinkedfireprevention，anti-theftandantiexplosionsecuritysystem.ThisdesignisbasedonSTC89C52microcontrollerasthecontrolcore，appliedavarietyofsensorsandothercomponents，formedstoragesecuritymonitoringsystembasedonsinglechipmicrocomputer.Thissystemismainlytoachievethefunctionsofintrusiondetection，smokedetection，temperaturedetectionandotherfunctions，andwithkeyinputandliquidcrystaldisplayoutputandbuzzeralarm，etc.Thesystemthroughinfraredsensorstodetectintrusion，throughthesmokesensorandtemperaturesensortodetectthefire，oncehavetheintrusionorfire，itwillalarm.Itthroughusedifferentsensorsfordifferentsituationstodetect，andwiththecontrolofsingle-chipmicrocomputer，canachievethefunctionofalarmanddisplay，caneffectivelyforsecuritymonitoring，soastoachieveweneededstoragesecuritymonitoringpurposes.Thesystemdesignindetailintroducedtheinfraredsensor，smokesensor，temperaturesensorprincipleandcharacteristics，andSTC89C52somepropertiesandcharacteristics，givedthehardwarecircuitandsoftwaredesignmethodofstoragesecuritymonitoringsystembasedonSTC89C52.Thesystemdesignhastheadvantagesofsimpledesign，stableoperation，goodperformanceandsoon.KeyWords:Storagesecuritymonitoringsystem；STC89C52MCU；Temperaturesensor；Smokesensor；infraredsensor.目录摘要.IABSTRACT.I第1章绪论.11.1课题背景，目的和意义.11.2仓储安防监控系统的现状.11.3安防监控技术的发展方向.11.4本章小结.2第2章仓储安防监控系统.32.1系统的主要功能.32.2传感器基本原理.32.2.1红外传感器原理.32.2.2烟雾传感器原理.42.2.3温度传感器原理.42.3总体方案设计.52.4本章小结.5第3章硬件系统设计.63.1单片机系统.63.1.1单片机系统概述.63.1.2STC89C52单片机.63.2红外传感器模块.73.3烟雾传感器模块.83.4温度测量模块.93.5显示电路模块.113.6报警电路模块.133.7主控系统.133.8本章小结.14第4章系统软件设计.154.1主程序设计.154.2仓储安防监控系统主程序框图.164.3基于DS18B20的测温子程序.184.4本章小结.19第5章系统测试及调试.205.1系统硬件调试与硬件测量实验.205.1.1硬件调试.205.1.2硬件测试实验.205.2软件调试.215.3本章小结.21第6章结论.22致谢.23参考文献.24附录一基于STC89C52单片机仓储安防监控系统电路原理图.25附录二基于STC89C52单片机系统PCB图.26附录三基于STC89C52单片机系统C语言原程序.27第1章绪论1.1课题背景，目的和意义随着经济的发展，物流仓库随之兴起，物流仓库负责物质资源的存储、转运，在经济生产中占有着很重要的地位。仓库包括下面几种：粮库、油库、金库、物资库等。在仓库中，它里面存储的物品都是关乎国计民生的物质，有国民使用的物资、企业单位生产用的物资、易燃易爆的危险品物资、国家军用物资等等。仓库里面除了上面所说的生产物资外，还放有许多的设备、财务等多种设施。每天在仓库工作的人员、车辆的流动很频繁，它的安防工作仅仅靠保安人员的巡逻是不足的，必须一起在仓库内的重要场地布置安防系统，才可以达到实现仓库的综合管理与安防的综合目的。因此，基于这样的形势下，为了社会的安定、国家的长治久安，安防监控技术发展起来了。而计算机技术、网络技术和多媒体技术的发展和成熟，为仓储的管理、安防自动化提供了强大的技术支持。传统机械式仓储安防监控系统，比如防盗网、防盗窗，在实际使用中出现了很多问题，除了操作繁琐之外，还没达到安全的效果。同时，随着社会信息化进程的逐步深入，特别是传感器技术和先进的电子通信技术的迅猛发展，仓储管理的网络化与智能化将成为人们新的需求，智能仓储安防监控系统也由此成为了目前世界范围内的热门的研究领域之一。所以，本毕设要求设计一仓储安防监控系统，其主要功能包括防火监测和入侵检测等。1.2仓储安防监控系统的现状在如今互联网经济日益繁荣的时代，仓储的安防监控已经受到越来越多的重视，国外很多知名企业已经能为仓储提供带有安防报警系统的智能化的解决方案，为众多仓储提供全面的安全防护和信息服务，其自动化、智能化水平已相当的高。如西方发达国家，他们具有比较完善的火灾，闯入等预防，监测，报警，检修及善后处理等体系。他们采用有计算机通过网络将各个节点的数据信息采集，统一到中央计算机来进行实时的分析处理，准确地发现险情隐患地方，并判断出险情是什么类型、特点，来启动不同的应急方案。这些发达国家已经将仓储火灾报警等安防系统和公共监控系统连接在一起，及时准确的发现险情，把损失降到最低，值得我们学习。1.3安防监控技术的发展方向按照目前的经济发展趋势来看，安防监控技术必定是沿着数字化综合安防集成系统发展。前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础2。因此，安防监控技术发展的方向必定是数字化。1.4本章小结本章是全文的开篇概述，主要介绍了本设计题目的提出背景和意义，介绍了仓储安防监控系统的现状，仓储安防技术的发展方向。为下文的深入研究做了充分的铺垫。第2章仓储安防监控系统2.1系统的主要功能仓储安防监控系统的主要功能包括防火监测、入侵检测、实时报警和显示等。防火监测：当有火灾发生的时候，安防监控系统能够立即检测到。入侵检测：当有外人入侵的时候，安防监控系统能够立即检测到。实时报警：一旦安防监控系统检测到有火灾发生或者有外人入侵的时候，会立即报警。显示：一旦安防监控系统检测到有火灾发生或者有外人入侵的时候，会立即显示，供给工作人员查看。2.2传感器基本原理2.2.1红外传感器原理世界上的任何物体只要它的温度超过零度就会产生红外辐射，事实上和可见光一样，红外辐射能够进行折射与反射，于是便产生了红外技术。红外技术是在最近几十年来发展起来的一门新兴的技术。红外光探测器因为其独有的优越性而得到广泛的重视，并且在军事和民用领域得到了很广泛的应用。军事方面，红外探测用在导弹制造、火控跟踪、警戒、目标侦查、武器热瞄准器、舰船导航等；在民用方面，广泛使用于工业设备监控、安全监控、救灾、遥感、交通管理和医学诊断技术等。红外检测就是用仪器接收被探测物发出或者反射的红外线，以此来掌握被测物所在位置的技术。作为红外探测系统的核心元件，红外传感器（也称红外探测器）成为研究的一个热点。红外传感器infraredtransducer,是一种能够将红外光辐射能转换成电能的光敏器件。红外传感器按其应用能分为下面几个领域：（1）红外辐射计，用于辐射与光谱测量；（2）搜索及跟踪系统，用来搜索与跟踪红外目标，确定它的空间位置并对它的运动进行追踪；（3）热成像的系统，会生成整个物体红外辐射的分布图像，比如红外图像仪和多光谱扫描仪；（4）红外测距离和通讯系统；（5）混合系统-是指上面各种系统中的两个或两个以上的组合。红外线是一种不可见光,波长比红光要长，由于是位于可见光中红色光以外的光线所以称为红外线。其波长在0.78um至1000um范围内。红外传感器按工作原理的不一样可以分为光子型与热电型两类。光量子型可以直接把红外光的能量转换成电能，比如对红外线很敏感的光敏电阻与PN结型光生伏特效应器件，它们能在温度低的情况下工作，灵敏度高并且响应速度快，但红外线的波长响应范围窄，可以用于遥感成像等方面。热电型传感器是利用辐射热效应，当探测元件接收到红外光后变成热能使材料的温度上升，进而电化学特性改变。测量其中一种性能的改变，就可以测量出红外辐射。很多情况下是通过热电的变化来测量辐射的。一旦元件接收辐射，进而引起非电量的物理变化的时候，可以通过合适的变换后探测与其相应的电量变化。人们利用这个原理制成了测量光辐射的元件。这类器件中应用最广泛的是红外光敏热释电效应器件。热电型传感器对红外辐射的响应时间比光子型传感器的响应时间要长得多。但热电型传感器不需要冷却，光子型传感器大部分要冷却。红外传感器测量时不和被测物体直接接触，对于应用环境温度要求不高，并且灵敏度高，响应快。2.2.2烟雾传感器原理烟雾传感器是通过检测烟雾的浓度来实现预防火灾的，烟雾报警器的内部使用离子式的烟雾传感器，这种离子式烟雾传感器具有技术先进，工作稳定可靠的特点，被广泛使用在各种消防报警系统中，它的性能比气敏电阻类的火灾报警器要好得多。它的工作原理是一旦有烟雾进入的时候，由于中和作用，电离室的电离电流会减少很多，电离室的阻抗随之会增大，所以可以按照R值的改变显示出烟雾的变化。经过一些电路转换，输出检测电信号，以此来驱动蜂鸣器报警。用得最多的烟雾探测方法有两种：离子感烟探测和光电感烟探测方法。离子感烟探测方法的里面的电离室是密封的，烟雾不可以进去，没有烟雾的时候离子能到达另一个电极，里面和外面的电离室电压与电流平衡；如果有烟雾进入外电离室的时候，烟雾就会阻挡离子去对面电极，外电离室的电场从而失去平衡，报警器探测到后就会报警。光电感烟探测主要利用红外线探测，分前后反射式、后向反射式。后向反射式对黑烟、灰烟不够敏感。2.2.3温度传感器原理温度传感器（temperaturetransducer），是根据物质的许多物理性质随温度变化的规律，把温度转变成可以方便处理的电信号输出的传感器。这些有规律性变化的物理性质大多数是气体。温度传感器是温度测量仪器的最主要部分，种类丰富。温度传感器根据测量方式的不同可分为接触式和非接触式。接触式温度传感器中的探测部分与被测物体有良好的接触，又叫温度计。温度计利用传导或者对流达到热平衡状态，从而使温度计的显示数值能够直接表示被测物体的温度。非接触式温度传感器当中的的敏感元件和被测物体不直接接触，又叫非接触式测温仪表。这种仪表可以测量运动着的物体、目标不大与热容量小或温度变化很快（瞬变）物体的表面温度，也可以测出温度场的温度是怎样分布的。根据传感器制作材料与电子元件的特性，温度传感器又可以分成热电阻与热电偶这两种。热电阻类型的传感器，它的金属随着温度会改变，它的电阻值也会发生变化。对于不一样的金属来说，其温度每改变一度，它的电阻值变化是不一样的，而其电阻值的改变可以直接作为可利用的信号输出。热电阻一共有两种变化的类型：一种是正温度系数，另一种是负温度系数。热电偶由两个不一样材料的金属线组成，将两个的其中一头焊接在一起。对这个连接在一起的一端进行加热，在两金属不加热的部位就有出现电位差。出现的电位差的数值大小和不加热地方测量点的温度有关，与这两种金属的材质有关。这种情况会在很宽的温度范围内出现，假如能够准确测量出这个电位差，然后测量出没有加热地方的环境温度，就可以推出加热点的温度。由于其必须要两种不同材质的金属，所以叫它为热电偶。不一样材质制作的热电偶使用在不一样的温度范围，它们的灵敏度也各不一样。热电偶的灵敏度是指加热地方的温度每改变1时，输出电位差的变化量。对于大部分金属材料制作的热电偶而言，这个变化量大约在540微伏/之间。2.3总体方案设计仓储安防监控系统一般包含三个模块：数据采集部分、数据处理部分、报警显示部分。按照系统设计的功能的要求，初步确定设计系统由单片机主控模块、温度测量模块、烟雾检测模块、红外检测模块、声报警模块、显示模块等几个模块组成。单片机主控模块的芯片使用51系列STC89C52单片机，该单片机工作性能稳定并且廉价，同时也是在单片机课程设计中经常使用到的控制芯片。系统设计总框图如图2-1所示：红外探测模块烟雾探测模块单片机控制系统（STC89C52）显示模块温度测量模块声报警模块图2-1系统设计总框图供电单元2.4本章小结本章就仓储安防监控系统进行了基本的介绍，包括系统的主要功能、红外传感器原理、烟雾传感器原理、温度传感器原理，并提出了系统的总体设计方案。第3章硬件系统设计硬件设计电路是系统的基础，硬件电路的设计是否合理，性能是否优秀，将直接影响整个系统的稳定性和可实现性，如果硬件电路没有设计好，那么软件程序做得再好也是无用的。这一章中将就系统的硬件部分的各个模块的设计进行阐述，包括硬件的核心控制部分单片机模块、红外传感器模块、烟雾传感器模块、温度测量模块、声报警模块、显示模块。3.1单片机系统3.1.1单片机系统概述单片机（Single-Chip-Microcomputer），非常适用在控制领域，所以又叫作微控制器（Micro-controller）。一般情况下，单片机由一块集成电路芯片组成，其基本结构包含有CPU（CentralProcessingUnit，中央处理器）、存储器、I/O接口电路、定时/计算器及中断系统等。所以，单片机只需要与简单的软件及外部设备相组合，就可以成为一个单片机应用控制系统。3.1.2STC89C52单片机由于STC89C52单片机具有低功耗、高性能的特点，又满足系统功能的要求，所以本系统的单片机模块使用STC89C52单片机。其主要性能参数：与MCS-51系列产品指令系统互相兼容8k字节应用程序空间1000次擦写周期工作电压：（5V单片机）3.3V5.5V工作频率范围：0Hz40MHz片上集成512字节RAMISP（在系统可编程）32个可编程IO口3个16位定时计数器全双工串行UART通道工作温度范围：-40+85（75）内带2K字节EEPROM存储空间掉电标识和快速编程特性并行I/O口引脚功能说明：图3-152单片机引脚功能图（1）P0口：内部有8个双向I/O口，即可以当地址口使用，也可以当数据口使用。当作为通用口应用的时候，要求外接上拉电阻。（2）P1口：内部自带上拉电阻，所以作通用口使用的时候不需要外接。（3）P2口：内部自带上拉电阻，所以作通用口使用的时候也不需要外接。（4）P3口：内部自带上拉电阻，其主要功能有两个：一个是作为通用I/O口，另一个是具有第二功能。3.2红外传感器模块该系统的红外传感器电路模块使用的是E18-D80NK红外光电开关漫反射式避障传感器。E18-D80NK是一种即可以发射又可以接收的光电传感器，它发射出来的光经过调制后发射出去，接收器对反射回来的光线实现解调输出，可以避免可见光的影响。透镜的设置，让红外传感器最大范围可以检测80厘米的地方（因为红外光的特性，不一样颜色的物体，可以探测的最大距离也有不一样；白色物体的探测距离最远，黑色物体的探测距离最近）。探测障碍物的范围能按照要求通过后面的电位器旋钮进行调节。这种传感器具有探测范围广、受可见光影响小、价格便宜、装配简单、使用方便等优势，能广泛应用在机器人躲避障碍物、流水线计件等大部分场所。E18-D80NK红外光电开关漫反射式避障传感器的实物图与电路图如图3-2、3-3所示：图3-2红外光电传感器实物图图3-3红外光电传感器电路图电气特性：U:5VDCI:100mASn:3-80CM引脚：棕色：VCC；黑色：OUT；兰色：GND。尺寸：直径:17MM传感器自身长度:45MM引线的长度:45CM红外光电传感器E18-D80NK的一些参数：（1）输出电流DC100mA（2）消耗电流DCWD_set|MQ2=0|HW_flag=0)/判断警报JB=0;/有警报elseJB=1;/无警报4.3基于DS18B20的测温子程序Y初始化写命令跳过读序列号操作（0xCC）写命令启动温度转换（0x44）温度转换结束?初始化写命令跳过读序列号操作（0xCC）写命令读温度寄存器（0xBE）写EPROM，储存结果开始结束N图4-2测温子程序流程图数字温度传感器DS18B20的控制能分为3个流程，分别是初始化、写操作与读操作。初始化流程为：（1）开始把数据线置高电平“1”（2）延时（3）数据线拉到低电平“0”（4）延时（5）数据线拉到高电平“1”（6）延时等待（倘若初始化成功那么15至60ms之内能有一个由DS18B20所返回的低电平“0”，按照这个状态能来确定它的是否存在）（7）如果CPU识别到了数据线是低电平“0”后，又要延时一下，它延时的时间是从发出的高电平“1”开始计算（第（5）步的时间算起）至少在480s以上（8）然后把数据线再拉到高电平“1”后完成。写操作流程为：（1）第一要把数据线设置成低电平“0”（2）延时15s（3）根据从低位到高位的次序发送字节（每次仅发送一位）（4）延时45s（5）将数据线拉到高电平“1”（6）重复上面（1）至（6）的操作直到全部字节都发送完为止（7）最后将数据线拉高。读操作流程为：（1）将数据线拉高“1”（2）延时2s（3）将数据线拉低“0”（4）延时15s（5）将数据线拉高“1”（6）延时15s（7）读取数据线的状态可以得到1个状态位，并且进行数据处理。4.4本章小结本章对系统的软件部分进行了讨论和设计，系统的软件程序是用C语言来编程的，并使用KeilC软件进行编译写入单片机。软件系统设计采用模块化设计，使得主程序变得简洁，条理清晰，方便阅读和调试。第5章系统测试及调试系统的硬件电路设计和软件编程设计做好之后，很多时候系统并不是就一定能够实现我们想要的功能，想要达到预期的结果还需要经过调试这一步。只要硬件电路设计或者软件编程设计有那么一点点的出错，如果不经过调试，可能系统根本没有办法运行。所以说，想要有完美的系统，必须要经过调试，可见调试这一步是必不可少的。5.1系统硬件调试与硬件测量实验5.1.1硬件调试硬件电路制做完成后，便可进入硬件调试工作。制作完成的电路板如图5-1所示。最上面的波动开关S1是给系统上电的，下面从左到右的3个按键分别为火灾温度设定值加1、火灾温度设定值减1、系统复位键。通电后显示当前实际温度值、火灾温度设定值、入侵情况（Y、N）、火灾情况（Y、N）。系统硬件由直流5V直接供电。调试过程比较简单，系统基本上达到预想的设计要求。接下来进行测试实验。图5-1实物图5.1.2硬件测试实验入侵检测：一旦红外光电传感器检测到有人入侵，会直接报警和在液晶显示屏上显示“Y”。烟雾检测：一旦烟雾传感器检测到有烟雾，会直接报警和在液晶显示屏上显示“Y”。检测结果如图5-2所示：图5-2工作图5.2软件调试在软件测试的时候，由于ds18b20编程的不合理和延时的不恰当，使实际温度检测出现问题，系统没能达到预期效果。后来经参照资料和修改，终于达到了如期的效果。5.3本章小结本章主要是对系统的软硬件进行了调试，针对没有实现功能的部分进行了修改。第6章结论论文在查阅国内外相关资料，对现有安防监控系统性能比较的基础上，完成了仓储安防监控系统的设计。该设计是以单片机为核心的应用系统，利用火灾检测和入侵检测原理，通过硬件设计和软件程序的编写，最终实现了仓储安防监控功能。系统硬件包括超入侵检测模块、烟雾检测模块、测温模块、显示模块和报警模块等；在软件设计中，采用了模块化程序设计思想。本次设计主要由硬件和软件两方面结合来实现仓储安防监控功能。在完成设计之后，又分析了影响系统功能实现的因数，对今后改进提供了理论基础。致谢经过了几个多月的时间，本次毕业设计最终圆满的完成了。在本次设计中，我深深的体会到了实践是理论最好的检验方式。本次设计是对我四年来所学知识的一次综合性考验，无论是动手能力还是理论知识都得到了很大提高。本次设计是在李震老师的精心指导下完成的。李老师认真负责的工作态度、严谨的治学精神和深厚的理论水平都使作者受益匪浅。在撰写过程中，李老师提出的积极的修改意见和建议帮助我克服了许多困难，使论文得以圆满完成，在此表示衷心的感谢！也向在本文在撰写过程中所有提供过帮助的老师和同学表示感谢。最后我要感谢我的母校以及在母校辛勤工作的各位老师，是你们的无私奉献，让我能够在知识的海洋畅游，你们的诲人不倦的师德及以身作则的作风必将对我以后的学习、生活及工作产生深刻的影响，在此表示崇高的敬意和衷心的感谢。参考文献1物流仓储安防监控系统的解决方案2网络视频监控系统的现状和发展-网游漫笔-博客频道-CSDN.NET3物联智能家居家庭安防系统关键技术研究刘畅-武汉工程大学硕士论文-20144张正义,张永征,郑晓海,段敬恩.自动仓储系统及其应用J.物流技术与应用,2006(07).5林建敏,李伙友.浅谈龙岩烟草行业监控系统设计J.中小企业管理与科技(上旬刊),2009(11).6王建,王汝琳,王学民,刘世民.煤矿瓦斯监测无线传感器网络系统设计与实现J.煤炭工程,2006(10)7唐建新.开放式智能化、网络化的数控技术J.长春理工大学学报(综合版),2005(02)8马笑.我国自动化立体仓库市场与技术发展分析J.物流技术(装备版),2011(18).9樊贵香,闫执中.自动化仓库的发展现状及展望J.机械管理开发,2010(01).10谢芸,吴俊才,李莉.红外遥控防盗报警器J.咸宁学院学报,2010,(06).11梁礼明,翁发禄,丁元春.基于生产调配功能的自动化立体仓库系统设计研究12仓库安全管理综合信息系统-网页13家庭智能化安全防范系统分析与运用-杨东；肖洁；曹红萍-科技资讯-200614Rao.GuthikondaV.MicroprocessorsandmicrocomputersystemM.VanNostrbandReinblodCompany,1982,(43).187-21015N.Sriskanthan,P.Tan,A.Karande.BlutoothbasedhomeautomationsystemJ.MicroprocessorsandMicrosystems,2002,(26).281-289附录：外文翻译-基于Davinci平台的近红外成像检测系统外文翻译-基于单片机的火灾自动报警系统附录一基于STC89C52单片机仓储安防监控系统电路原理图VS20XTAL189P3(RD)IN456W7/ECOGUMHzYpFKu.传传传传传DS18B20QMQ-2传传传传传传传传传传传传传传传传传传传LCD1602传传传附录二基于STC89C52单片机系统PCB图附录三基于STC89C52单片机系统C语言原程序/*文件名称：main.c文件功能：主程序文件说明：*/#include#include#includelcd1602.h#includeds18b20.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/引脚定义sbitKEY_1=P10;sbitKEY_2=P11;sbitMQ_P04=P04;sbitHW_P06=P06;sbitP37=P37;/变量定义ucharcodedigit10=0123456789;/定义字符数