基于单片机家用防盗系统设计[1]

1、机电与车辆工程学院毕业设计（论文） 题 目：基于DTMF技术的智能报警系统设计 专 业： 09电子信息工程 班 级： 09级（1）班 姓 名： 李 庆 学 号： 1665090116 指导教师： 张玉山 日 期： 2013年5月 摘 要 本系统采用了微型计算机、自动控制、通信与网络及智能卡等技术，建立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统、信息通信服务与管理系统和家庭智能化系统组成的“三合一”住宅小区服务与管理集成系统，最终目的是使每一住户得到满足其要求的最佳方案。而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。本

2、设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用单片机AT89S52，整个系统是在系统软件控制下工作的。该系统由红外线对射、双音多频和AT89S52单片机电路组成。若有人体在警戒范围内移动，红外线对射检测出信号，会触发继电器给出低电平，通知节点电路板，节点电路板得到此信号后，将报警信号利用双音多频技术，将报警信号传到中心计算机系统。管理中心主控计算机在查询到报警信号的同时能够及时显示。关键词：单片机；双音多频；AT89S52单片机；报警电路The Design of Imfrared AlarmAbstract T

3、his system used Pyroelectric infrared sensor. Its manufacture is simple, and its cost is low, and fixing is convenient. Besides, the system has many merits, such as steady guard against theft, and strong antijamming ability, and high thesensitivity, and high reliability. The fixxing of this alarm is

4、 covert, which is discovered easily by cracksman. After has been processed by SCM, the signal of alarm communicates with PC, which is convenient for uniform management. This design includes hardware part and software part. The hardware part includes the control circuit of SCM, and the infrared probe

5、 circuit,and the alarm circuit, and LED control circuit. The SCM uses AT89C51, the overall system works under the control of the systemsoftware. Key words: SCM; infrared sensor; data collection; alarm circuit目 录引言41 概况及现状分析61.1 概况61.2 现状分析62 基础知识索引72.1 DTMF信号概述72.2 AT89S52单片机简单概述82.2.1 AT89S52单片机的结构

6、112.2.2 AT89S52单片机管脚说明112.3 PIR的原理特性123 系统的总体设计123.1 总体设计要求13 设计方案13.1计时方案14.2遥控方案15.3键盘显示方案153.2.5 传感器选择方案3.3 具体电路模块设计3.3.1 热释电红外传感器原理3.3.2 放大电路的设计3.3.3 时钟电路的设计3.3.4 复位电路的设计3.3.5 发光二极管报警电路的设计3.3.6 声音报警电路的设计3.4 系统硬件电路的选择及说明153.5软件的程序实现163.5.1 主程序工作流程图165 总结206 参考文献21附录一 设计编程程序22附录二 原理图24附录三 PCB图25附录

7、四 Proteus仿真原理图26引言 随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。目前住宅小区应实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范系统自动化监控管理：住宅的火灾、有害气体泄漏实行自动报警；火灾报警系统应是以烟、温及可燃气体等探测器为主体；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器;系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。基于此项规定，住宅防盗防火系统实现智能化势在必行。为保障小区人身

8、财产安全，通过运用多传感器探测、双音多频远程数据传输(DTMF)及计算机通信等技术综合形成智能报警系统，从而达到保障小区安全的目的。双音多频(DTMF)信令的传输速度1，使得它广泛应用于各种通信和控制系统中。DTMF信号收发芯片的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出多种双音多频DTMF信号;接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。当遇到盗情、火情等各种险情的时候，该系统可以通过 网络自动向相关部门发出语音求救信号，同时将报警信息送至小区监控管理中心作记录、打印处理，从而达到保护用户生命财产的目的。 1 概况及现状分析1.1

9、 概况 目前随着科技的不断进步，电子技术的快速发展，人们的生活水平得到了很大的提高， 、空调等高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律。但是，除了环境因素外，科学技术的发展也给人们的生活、财产带来不安定因素，利用社会进步创造出来的技术产品达到个人犯罪目的的事情时有发生。这就为监控设备在居家安全、政府文件保密等领域的研究提供了必要的前提。随着人们生活质量的提高、安防观念的增强，报警系统将会得到越来越广泛的应用。1.2 现状分析 现在世界各国都在致力于研究和开发能早期预报火灾的火灾探测方法和设备，如利用神经网络所具有的自学习和自适应等特点，就可组成智能火灾探测系统冈，提高火灾探测系统的检出率，增

10、进系统的可靠性。在我国，小区安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警3、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，增设内分机用于接收室内各探测器的报警信号。室内分机有多个探测器接口，可接收感烟探测器温度探测器二、红外及微波探测器煤气泄漏探测器等传来的报警信号。我国智能住宅安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。智能住宅、智能小区将成为21世纪建筑业的发展主流。特别是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否完备、可将成为评价住宅小区

11、的重要指标。2 基础知识索引2.1 DTMF信号概述 双音多频 DTMF（Dual Tone Multi Frequency），双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。DTMF信令有16个编码。利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机双音多频信号（DTMF）， 系统中 机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。在使用双音多频信号之前， 系统中使用一连串的断续脉冲来传送被叫号码，称为脉冲拨号。脉冲拨号需要电信局中的操作员手工完成长途接续。双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫。DTMF信号

12、还用于自动控制系统，如果把DTMF的发送电路用于主控系统，接收电路用于被控系统，就可以方便地组成有线或无线通信系统，其通道数视需要而定，16通道以内每通道只需编一位号码即可，若需要更多通道，则可像 号码编号一样编为两位或两位以上的号码。2.2 AT89S52单片机简单概述图1 AT89S52单片机2.2.1 AT89S52单片机的结构 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上

13、，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。图2为AT89S52单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存储器256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 ×16 AT89S52CPU64 KB总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全双工串行口内中断定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。 图2 AT89S52功能方块图2.2.2 AT89S52单片机管脚说明AT89S52

14、是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编 AT89S52-24PU程Flash存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，

15、 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0不具有内部上拉电阻。 在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程

16、序校验 时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2 的触发输入（P1.1/T2EX）。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具

17、有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR） 时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双

18、向I/O 口，p3 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。 P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能：P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是

19、单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）

20、输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输

21、入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.3 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为9-10um，而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作

22、探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。3 系统的总体设计针对目前的安防需求和技术水平，本课题将遵循以下思路： 远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面,本设计是一种以AT89S52单片机为核心的多功能定时控制器5。接收外部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；主机控制器主要完成DTMF解码，同时将该报警信息通过RS232发送给智能报警计算机管理系

23、统。本设计的工作过程是当有人经过红外线对射区域时，红外对射被遮挡，会触发继电器给出低电平，通知分机电路板，分机电路板得到此信号后，将报警信号利用双音多频技术，将报警信号传到终端主机控制器，主机控制器对分机送来的信息进行显示并送给中心计算机管理系统，通过计算机管理系统对报警信息显示到相应的地理位置，并对报警信息进行存储，以便对报警信息进行查询。该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。本系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输

24、入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图3总体设计框图所示： AT89S52复位电路信号检测电

25、路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动图3 总体设计框图 整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警4。3.2 设计方案 3.2.1 计时方案 本设计利用89C52单片机内部的定时/计数器进行中断

26、计时，配合软件实现时、分、秒的计时，从而不需要额外的时钟芯片，节省了硬件成本，可行性更高。3.2.2 遥控方案 遥控用于布撤放， PT2262/PT2272是目前常用的红外遥控芯片，因其工作在业余频段，不用花钱购买频点，且有丰富的地址码供用户选择，由于遥控器和遥控器接收板上应用的PT2262/PT2272 编解码芯片对都提供8位三态的编解码状态，也就是说有3的8次方地址码可供用户选，可提供多组密码给用户选择。从而本设计也采用该思路。 3.2.2 键盘/显示方案 从技术要求考虑，报警器需显示较长字符串，因而系统设计显示采用LCD1602液晶显示，这样既能够满足显示要求有不浪费成本，1602显示有

27、较强的稳定性。 报警通信方案 系统采用无线通信方式报警，通过GSM模块向 发送报警信息。TC35i是一款功能较为强大的GSM模块，这种无线模块功能上与TC35i兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS232数据接口，该模块及射频电路和基带与一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和 提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。 传感器选择方案 本系统的报警要求有三个，即偷窃事故、火灾事故、气体泄漏事故，用于监测的传感器必需要灵敏、稳定。本设计采用红外传感器监测外人的闯入，离子式烟雾传感器监测火灾

28、事故，电化学型气体传感器监测煤气泄漏事故。 3.2 具体电路模块设计3.2.1 热释电红外传感器原理本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图4所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。图4 热释电红外传感器原理图 放大电路的设计如图5所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。图5 放大电路图3.2.3 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入

29、和输出。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应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us5。如图6所示为时钟电路。图6 时钟电路图3.2.4 复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作6。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us7。本设计采用的

30、是外部手动按键复位电路。如图7示为复位电路。图7 复位电路图3.2.5 发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用8。图8所示为发光二极管报警电路。图8 发光二极管报警电路图3.2.6 声音报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图9示为声音报警电路。图9 声音报警电路图3.3 系统硬件电路的选择及说明硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89S52、热释电红外传感器、LED、按键、反相器

31、74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。 软件的程序实现3.4.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；系统初始化声光报警结束检测外部有无信号输入声光报警是否持续10秒开始启动声光报警电路开始报警是否还有检测信号等待下次报警结束YNNYYN图10 主程序工作流程图3.4.2 中

32、断服务程序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图11所示；中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图11 中断服务程序工作流程图4 软件仿真本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序

33、用Keil软件编译，所仿真原理图见附录C。本设计所要求达到的目标是在接收到红外传感器带来的低电平信号，可使图中的绿灯由暗变亮，红灯产生报警，可观察到红灯一闪一闪的。当报警结束后，绿灯亮起。5 总结本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89S52单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信

34、号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。6 参考文献 1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报, 2001.2 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余锡存. 单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000.4 唐桃波, 陈玉林. 基于AT89S52的智能无线安防报警器 J. 电子设计应用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利. 单片机原理及接口技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.6 薛均义, 张彦斌. MCS-51系列单片微型计算机及其应用M. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.7 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言C51应用程序设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.8 康华光. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.附录一