基于Arduino的防盗报警系统的设计与制作

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目录

1产品功能分析..............................................................................................1

2设计方案遴选..............................................................................................1

2.1开发板的选择...................................................................................1

2.2蜂鸣器的选择...................................................................................2

2.3显示屏的选择...................................................................................2

2.4红外模块的选择...............................................................................2

3系统总体设计..............................................................................................3

3.1产品设计框图...................................................................................3

3.2产品功能...........................................................................................3

4产品硬件设计..............................................................................................4

4.1arduinounor3开发板介绍..........................................................4

4.2面包板...............................................................................................5

4.3ArduinoUno核心板模块................................................................6

4.4霍尔传感器模块...............................................................................6

4.5人体红外热释电传感器模块...........................................................7

4.6OLED12864显示屏模块....................................................................7

4.7蜂鸣器模块.......................................................................................7

4.8蓝牙模块...........................................................................................8

5产品软件设计..............................................................................................9

5.1软件介绍...........................................................................................9

5.2流程图设计.....................................................................................12

5.3程序设计.........................................................................................13

5.4产品程序清单.................................................................................14

6产品使用说明............................................................................................14

6.1产品装配图.....................................................................................14

6.2使用说明.........................................................................................15

7参考资料....................................................................................................21

I

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8产品设计技术标准....................................................................................21

附录.....................................................................................................................22

附录1元器件清单...................................................................................22

附录2电路原理图...................................................................................23

附录3PCB设计图...................................................................................24

附录4产品实物图..................................................................................25

附录5主程序代码.....................................................................................26

II

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基于Arduino的防盗报警系统的设计与制作

1产品功能分析

家庭住宅安全是我们每个人都很重视的问题。虽然现在是法治社会，也得

防患于未然。尤其对于独居者来说，更是要重视安全问题。不仅是财产安全，

还有人生安全。此时防盗系统就显得格外重要。他就像是一位无微不至的保

安，时刻保护我们的安全，为我们的生活增添一份安心。

防盗报警系统其主要功能是检测人体的活动，当有人体经过时，会发出警

报或触发其他安防措施。其工作原理是通过感应人体发出的红外线辐射，将其

转化为电信号，再通过信号处理和比较，判断是否有人体经过。

具体来说，人体红外报警器的工作分为两个阶段：检测和报警。在检测阶

段，红外传感器会不断地感应周围的温度变化，当有人体经过时，人体会发出

较高的红外线辐射，传感器就会将其感应到并转化为电信号。在报警阶段，传

感器会将电信号传输给信号处理器，经过处理和比较后，如果判断出有人体经

过，则触发报警或其他安防措施。

2设计方案遴选

2.1开发板的选择

方案一：STC89C51系列单片机是STC推出的一种新型的基于80C51内核

的单片机，可以运行使用C语言、汇编语言等高级语言编写的程序。使用Keil

软件进行编写，程序可以直接从串口下载，非常便捷，价格便宜，而且使用起

来参考资料多，性价比较高，适合中小型项目的编写。

方案二：STM32系列单片机基于ARMCortex-M内核，最高工作频

72mh。具有超高性能，低成本，低功耗等特点。有IIC,SPI,CAN,UART,USB等

接口以及DAC,ADC,DMA等很多的外设，功能非常强大。程序模块化，自身

带有好多功能，运作速度较51单片机快非常多。

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方案三：ArduinoUno是一款使用简单，能够快速上手操作的开源硬件产

品，可以极其简便的与各种传感器连接，来开发交互产品。它的处理核心是

ATMEGA328P，有14个数字输入/输出引脚，其中6个可用作PWM输出，6

个模拟输入引脚，16MHz晶振时钟，USB连接，DC电源插孔，ICSP接头和

复位按钮。编程软件采用arduinoide，使用USB数据线连接电脑就能供电以及

下载程序，使用搭配mind+拖动图形化模块进行编程，使开发变得更简单。

综合三个方案，使用Arduino开发板，不管是软件的使用，还是外接电路

操作起来都会更加的方便，故选择方案三。

2.2蜂鸣器的选择

方案一：无源蜂鸣器。内部不含震荡源，输入直流信号不产生声音。

方案二：有源蜂鸣器。内部有震荡源电路，输入直流信号能够发出声音，

使用起来比较方便。

因为单片机输出的是直流信号，故选方案二。

2.3显示屏的选择

方案一：LCD1602液晶显示屏模块。是字符型液晶，可显示的内容丰

富，功能强大，控制简单，成本较低，电路连接简单。

方案二：OLED12864显示屏模块。功耗低，体积小，可以设置很多种字体

显示风格，调整字体大小方便。

选择OLED12864显示屏模块可以减少空间的使用，而且能更方便的与

arduino开发板连接。

故选择方案二。

2.4红外模块的选择

方案一：红外传感器模块。主要原理是感应目标辐射的红外光，利用红外

线的物理特性进行测量。可用于测量物体的热量或者检测物体的运动，常用于

检测障碍物。

2

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方案二：人体红外热释电传感器模块。检测到人体或者动物身体发射的红

外线会输出电信号。本身不发出任何类型的辐射，隐蔽性好。

因为所设计的产品是在室内使用，空间相对狭小，如果采用红外传感器模

块很容易就会有物体出现在其检测范围内，不好控制。而人体红外热释电传感

器模块对人体的温度敏感，在人移动的时候会检测到，能更方便的体现产品功

能。

故选择方案二。

3系统总体设计

3.1产品设计框图

图3.1系统框图

此产品由arduinounor3外接有源蜂鸣器、霍尔传感器，人体红外热释电传

感器，OLED12864显示屏模块和蓝牙模块构成。通过蓝牙来控制该报警器，显

示屏显示相应提示内容。

3.2产品功能

利用霍尔传感器来做门锁报警，当霍尔传感器感受不到磁场时，蜂鸣器就

3

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会进行报警。用人体红外热释电传感器来检测人体，当人在移动时，就会被检

测到，蜂鸣器进行报警。

4产品硬件设计

此产品通过面包板用导线将arduinouno开发板与各传感器进行连接来组

成。

4.1arduinounor3开发板介绍

图4.1arduinounor3开发板

Arduinounor3有三种供电方式：

第一种外部直流电源通过电源插孔进行供电，需输入直流电源7-12V，再

通过稳压电路将电压稳压至5V；

第二种外部直流电源通过VIN和GND引脚对开发板供电，也需输入直流

电源7-12V；

第三种通过USB线供电。电脑的USB口可以为Arduinouno开发板提供最

大500mA的电流，可以驱动LED灯和低功耗传感器，但无法驱动马达、电磁

阀等大电流负载。

4

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4.2面包板

图4.2面包板

使用面包板可以很方便的与其他元器件进行连接，只需要将元器件插入面

包板上的小孔即可，省去了焊接的成本也使得元器件可以重复利用，为产品开

发带来了很多的便利。

外面两行连接电源或者元器件的正负极，“+”接正极，“-”接负极，每5

个小孔为一组，各组相互导通，相当于一根导线。内层部分竖直方向每5个小

孔为一组，每个小孔之间导通；水平方向行与行之间不导通。中间凹槽部分把

面包板分成上下两部分，彼此不导通，上下两部分的正负极也互不导通。

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4.3ArduinoUno核心板模块

图4.3核心板模块

ArduinoUno核心板一般直接与其他的传感器相接。连接时看传感器上的

引脚，GND与核心板的GND连接、VCC看传感器参数选择3.3V或者5V，其他的

引脚根据传感器自身的要求与核心板的数字口或者模拟口相连接。

4.4霍尔传感器模块

图4.4霍尔传感器模块

霍尔传感器的D0口与核心板的11脚相接，当霍尔传感器感受到磁场时

D0口会输出低电平，反之输出高电平。VCC连接核心板的5V，GND连接核心板

的GND。

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4.5人体红外热释电传感器模块

图4.5人体红外热释电传感器模块

人体红外热释电传感器的D0口与核心板的6脚相连，当人体红外热释电

传感器检测到人体时，D0口会输出高电平。VCC连接核心板的5V，GND连接核

心板的GND。

4.6OLED12864显示屏模块

图4.6OLED12864模块

显示屏模块的SDA脚接核心板的8脚，SCL脚接核心板的9脚，VCC连接

核心板的5V，GND连接核心板的GND。

4.7蜂鸣器模块

图4.7有源蜂鸣器模块

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有源蜂鸣器模块的I/O口接核心板的3脚，当核心板3脚输出低电平时，

蜂鸣器会响。VCC连接核心板的5V，GND连接核心板的GND。

4.8蓝牙模块

图4.8蓝牙模块

使用蓝牙模块时，先给单片机下载一个空程序，防止单片机因上个程序产

生一些问题，下载程序时蓝牙模块不接线。程序下载成功后再将蓝牙模块的

RXD与核心板的RX相接，TXD与核心板的TX相接即正接，VCC连接核心板的

5V，GND连接核心板的GND。

接下来就是蓝牙的配置，此时依旧是正接。打开蓝牙配置软件SSCOM，打

开串口，选择端口号，波特率选择9600。发送蓝牙测试指令AT,串口返回OK，

表示蓝牙模块已经成功进入AT指令模式。发送AT+NAME=FT04，串口返回OK表

示成功设置蓝牙设备名称FT04。发送AT+PSWD=0000，串口返回OK表示成功设

置蓝牙设备密码为0000。这时蓝牙模块就配置成功了。

图4.91蓝牙模块配置

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接下来给单片机下载自己的程序，下载成功后再将蓝牙模块的RXD与核心

板的TX相接，TXD与核心板的RX相接即反接，VCC连接核心板的5V，GND连

接核心板的GND。用手机连接蓝牙，就可以通过手机控制产品了。

5产品软件设计

5.1软件介绍

编译软件采用arduinoide，软件界面如下。voidsetup(){}里的代码只会运

行一次；voidloop(){}里的代码会不断重复运行。

Arduino项目一个最好的特点是可以通过添加第三方库来增加对硬件的支

持，特别的灵活和方便。以下有三种添加库文件的方法：

第一种在工具中点击管理库，通过搜索安装来添加库。

第二种通过添加一个zip库来添加电脑上已有的库。

第三种打开arduinoide软件的文件所在位置，将电脑上的库文件复制到

libraries文件夹下。该方式不需要联网。

图5.1Arduino软件界面

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编译程序前选择对应的开发板和端口号。如下图

图5.2软件编写图

编写好程序后点击“√”进行编译，编译通过如下图

图5.3程序编译图

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点击“→”将程序下载到开发板，下载成功如下图

图5.4程序烧录界面

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5.2流程图设计

图5.5程序设计流程图

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5.3程序设计

添加所需库，定义和初始化各传感器引脚，通过读取串口指令来进行操

作。

图5.6程序流程图

13

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5.4产品程序清单

图5.7程序清单

6产品使用说明

6.1产品装配图

图6.1产品装配图

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6.2使用说明

产品接5V电源，连接蓝牙后在上位机发送指令：

发送a开启门磁报警，显示屏显示“alarmmode”,上位机接收“Thealarm

ison”的提示，当霍尔传感器感受不到磁场会响起警报，警报响起后，显示屏

显示“！！！”霍尔传感器感受到磁场时警报关闭。

图6.2门磁报警APP实物操作图

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图6.3门磁报警实物效果图

图6.4门磁报警实物操作图

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发送b开启人体红外报警，显示屏显示“infraredmode”,上位机接收

“Theinfraredison”的提示，当红外传感器检测到人体时会响起警报，警

报响起后，显示屏显示“！！！”人离开后警报关闭。

图6.5红外报警APP实物操作图

图6.6红外报警实物操作图

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图6.7红外报警实物效果图

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发送c门磁警报和人体红外报警都开启，显示屏显示“dualmode”,上位机

接收“dualmode”的提示。

图6.8红外+门磁APP实物操作图

图6.9红外+门磁实物操作图

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发送d关闭报警系统，显示屏显示“close”,上位机接收“Thealarmsystem

isoff”的提示。

图6.10关闭报警APP实物操作图

图6.11关闭报警实物操作图

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7参考资料

[1]陈吕洲.Arduino程序设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[2]李明亮.Arduino项目DIY[M].北京：清华大学出版社，2015.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].北京：清华大学出版社，2012.

[4]张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2002.7.

[5]王宜怀.刘晓升.嵌入式应用技术基础教程.北京:清华大学出版社,2005.7.

[6]蒙朋超.基于单片机的防盗报警系统设计分析[J].信息系统工程,2015(06):31-32.

8产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求

[2]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修

[3]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求

[4]GB/T28179-2011电工电子产品环境意识设计.环境因素的识别

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范

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附录

附录1元器件清单

22

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4产品实物图

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附录5主程序代码

//基于arduino的防盗报警系统的设计与制作

//20移动互联3班樊婷

#include<CN_SSD1306.h>//显示中文库

#include<Adafruit_ssd1306syp.h>//显示屏所需库

#defineBEEP3

#defineHall11

#defineSR5016

#defineSDA_PIN8

#defineSCL_PIN9

//引脚宏定义

Adafruit_ssd1306sypdisplay(SDA_PIN,SCL_PIN);

CN_SSD1306lucky(SDA_PIN,SCL_PIN);//实例化对象

charin;

booleanflagA,flagB,flagC;

voidsetup(){

Serial.begin(9600);//串口初始化，波特率为9600

display.initialize();//显示屏初始化

lucky.Initial();//显示中文初始化

pinMode(BEEP,OUTPUT);//初始化有源蜂鸣器

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pinMode(Hall,INPUT);//初始化霍尔传感器

pinMode(SR501,INPUT);//初始化人体红外热释电传感器

digitalWrite(BEEP,HIGH);//初始化有源蜂鸣器为高电平

lucky.Fill_Screen(0x00);//清屏

lucky.ShowCN(16*0,0,0);

lucky.ShowCN(16*1,0,1);

lucky.ShowCN(16*2,0,2);

lucky.ShowCN(16*3,0,3);

lucky.ShowCN(16*4,0,4);

lucky.ShowCN(16*5,0,5);

lucky.ShowCN(16*0,2,6);

lucky.ShowCN(16*1,2,7);

lucky.ShowCN(16*2,2,8);

lucky.ShowCN(16*3,2,9);

lucky.ShowCN(16*4,2,10);

lucky.ShowCN(16*5,2,11);

lucky.ShowCN(16*0,4,12);

lucky.ShowCN(16*1,4,13);

//中文显示

}

voidloop(){

in=Serial.read();//读取串口数据

if(in=='a')

{

flagA=true;//设置标志位

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display.clear();//清屏

display.setTextSize(3);//设置字体大小为

display.setCursor(16,8);//显示的位置

display.println("alarm");//显示的内容

display.setCursor(16,32);//显示的位置

display.println("mode");//显示的内容

display.update();//开启显示屏所需语句

Serial.println("Thealarmison");//串口显示

}

if(flagA==true&&digitalRead(Hall)==HIGH)//霍尔传感器没有感受到磁场

产生高电平

{

digitalWrite(BEEP,LOW);//蜂鸣器报警

display.clear();

display.setTextSize(4);

display.setCursor(0,24);

display.println("!!!");

display.update();

}elseif(flagA==true&&digitalRead(Hall)==LOW)

{

digitalWrite(BEEP,HIGH);

}

if(in=='b')

{

flagB=true;

display.clear();