防火防盗系统设计研究论文

第1章 绪 论随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加。针对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行检测和报警的系统，其需求也越来越高。本设计运用单片机技术设计了一新颖红外线防盗报警器。而本设计中的输入部分主要是各种各样的传感器。不同类型的探测器用不同的手段探测各种入侵行为；不同作用的传感器，也可检测出不同类型的情况。本章节主要介绍了本设计的选题背景、课题介绍、本文主要工作、方案论证。选题背景单片机现在已越来越广泛地应用于智能仪表、工业控制、日常生活等很多领域，可以说单片机的应用已渗透到人类的生活、工作的每一个角落，这说明它和我们每个人的工作、生活密切相关，也说明我们每个人都有可能和有机会利用单片机去改造你身边的仪器、产品、工作与生活环境。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，他在各领域都得到广泛的应用。由于他是不可见光，因此用他做防盗报警监控器，具有良好的隐蔽性，白天黑夜均可使用，而且抗干扰能力强。这种监控报警装置广泛应用与博物馆、单位要害部门和家庭的防护[1]。通常红外线发射电路都是采用脉冲调制式。红外接收电路首先将接收到的红外光转换为电信号，并进行放大和解调出用于无线发射电路的调制信号。当无人遮挡红外光时，锁相环输出低电平，报警处于监控状态；一旦有人闯入便遮挡了红外光，则锁相环失锁，输出高电平，驱动继电器接通无线发射电路，监控室便可接收到无线报警信号，并可区分报警地点[2]。当我们考虑的范围广一点：若是在小区每一住户内安装防盗报警装置。当住户家中无人时，可把家庭内的防盗报警系统设置为布防状态，当窃贼闯入时，报警系统自动发出警报并向小区安保中心报警[3]。周界报警系统：在小区的围墙上设置主动红外对射式探测器，防止罪犯由围墙翻入小区作案，保证小区内居民的生活安全[4]。目 录第1章 绪 论 选题背景 课题介绍 本文主要工作 方案选择论证 单片机的选择 显示器工作原理及其选择 液晶显示和数码显示 防盗报警选择传感器的选择 硬件系统总体设计 AT89C51芯片的介绍 引脚功能 结构原理 AT89C51定时器/计数器相关的控制寄存器介绍 MAX708芯片介绍 单片机复位设置 8255A芯片介绍 8255A的引脚和结构 8255的工作方式 8255的控制字 AT89C51与8255的接口电路 显示部分 七段显示译码器 7448译码驱动 单片机与7448译码驱动器及LED的连接 外部地址锁存器 23第3章 检测信号放大电路设计 热释红外线传感器典型电路 红外光敏二极管警灯电路 光敏二极管控制电路 红外线探测信号放大电路设计 光电耦合器驱动接口 集成电路运算放大器 精密多功能运算放大器INA105 低功耗、双运算放大器LM358 34第4章 电源设计 单片机系统电源 检测部分电源 主程序设计 核对子程序设计 中断子程序设计 读数子程序设计 程序设计说明 程序清单 41第6章 调试 安装调试 音响（和继电器）驱动线路具体连接 程序修改 程序执行过程 47结论 48参考文献 49致谢 51原理图 52基于单片机控制的红外防盗报警器的设计[摘要]：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。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。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51系列单片机AT89S51。整个系统是在系统软件控制下工作的。系统程序可以划分为以下几个模块： 数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。[关键词]：单片机、红外传感器、数据采集、报警电路。Infrared burglar alarm design controls which basedon the monolithicintegrated circuitAbstract :Along with society's unceasing progress and science and technology,economical unceasing development, the people living standard obtainsthe very big enhancement, to private property protection consciousnessin unceasing enhancement, thus set the new request to the securitymeasure. This design is for satisfy the family type electron securitysystem which the modern housing security needs to present in the market condition equips mainly has the pressure totouch the hair style burglar alarm, the switch electron burglar alarmand the pressure shields light the hair style burglar alarmand so on each kind of alarm apparatus, but these kind of quite commonalarm apparatuses all have some shortcomings. This system used hashotly released the electricity infrared sensor, its manufacturesimple, cost low, installm the antijamming ability strong, thesensitivity high, safe was reliable. This kind of security installmenthiding, was not easily discovered by the bandits and its signal after monolithic integrated circuit systemprocessing the convenience and P the C machine correspondence, isadvantageous for the multiuser unification design designs two parts including the hardware and software. Thehardware partially including the monolithic integrated circuit controlcircuit, infrared pokes head in the electric circuit, the actuationexecution alarm circuit, the LED control circuit and so on the partialcompositions. The processor uses 51 series monolithic integratedcircuits AT89S51, the overall system is works under the systemsoftware control. The system program may divide into following severalmodules: The data acquisition, the keyboard control, reports to thepolice with the demonstration small steelyard words: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor,data acquisition, alarm circuit.目 录1. 绪论 1 前言 设计任务与要求 12. 热释电红外传感器概述 PIR传感器简单介绍 PIR 的原理特性 PIR 结构特性 33. AT89S51单片机概述 AT89S51单片机的结构 管脚说明 主要特性 振荡器特性 AT89S51单片机的工作周期 AT89S51单片机的工作过程和工作方式 AT89S51的指令系统 164. 方案设计 系统概述 总体设计 系统硬件选择 硬件电路实现 软件的程序实现 215. 结论概述 主要结论 结束语 27致谢 28参考文献 29

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家庭智能化防火防盗报警系统设计论文 1、 引言 随着经济的发展，生活水平的日益提高，人们对居住环境的要求也日渐提高，希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。家庭防火防盗问题就成为人们极为关心的问题。近年来，防火防盗报警装置已成为银行、商店、办公室、居民区、宾馆、库房、住宅等场所普遍应用的设备，为维护社会治安、保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用。但是由于经济、技术的各种原因，目前防火防盗报警系统设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上面还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报。报警系统不动作、误动作率比较高。正是基于目前这种现状，本文提出一种基于公用电话网，多传感器综合应用的新型家庭防火防盗智能报警系统的设计思想。该系统是以烟雾传感器、温度传感器、远红外线传感器、微波传感器和CO传感器为检测元件，以89C51单片机为控制核心，组成的一种自动防火防盗报警系统。它可以通过多种方式进行报警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。系统有两种报警类型，即火灾报警和非法侵入报警（盗情）。系统采用多传感器电路检测火灾的发生和人体侵入，一旦出现火灾或是出现非法侵入，传感器检测电路发出信号，向单片机申请中断，单片机响应中断后，启动自动拨号电路，根据报警类型的不同拨打不同的电话号码，发送不同的报警信息。比如，到发生非法侵入的时候，系统自动拨打110，并在确认对方已摘机的情况下，启动语音报电路，报出非法入侵现场位置等信息。同时，还可以拨打用户事先预置的电话、手机等，直接向用户报警。这些报警信息的内容和电话号码可以由用户自己设置、存储，还可以随时修改。发生火灾的处理方式与此类同。本系统与电话机并联，只在报警期间占用电话线路，报警结束后与电话线路脱离，不影响电话的正常使用。 2、 系统硬件设计 防火防盗智能报警系统硬件主要由七大部分组成：传感器检测电路部分，主控单元单片机，DTMF拨号电路，语音报警电路，键盘接口电路及显示电路，忙音、回铃音检测电路以及区域控制中心的计算机接口电路。系统硬件结构框图如图1所示[1]。图1 报警系统框图 Block diagram of alarm system该智能报警系统可以实现如下功能：防火、防盗报警；89C51单片机对双音多频（DTMF）编、译码器的控制，使住宅通过电话网实现与相关部门之间的数据交换；实现对各种传感器的信号检测和控制。DTMF拨号电路与89C51单片机通过电话网络完成住宅与外部的联络。当探测器检测到意外情况后就发出报警电平信号到主机控制部分89C51单片机处，单片机通过接口电路对读取的电平进行处理，然后控制双音多频拨号芯片向电话线路拨出电话号码，与此同时控制语音芯片拨出事先录制好的语音信号到电话线路，实现语音报警，拨号完成后接听回铃声后，模拟挂机。从而完成向区域控制中心的单位保卫科、110/119报警台单位电话机或用户发出呼叫信号，告知对方住宅被盗或有火灾发生。2．1 传感器检测电路本电路负责各种异常信号的采集和转换，同时向主控部分发送信息。它主要由五种传感器组成。（1）光电感烟探测器整个电路主要分为红外脉冲发射部分和接收部分，一旦发生火灾，烟雾中的细微颗粒将对红外脉冲发生漫反射，并变换成相应的电信号，该信号由运放交流放大后经比较器送单片机处理并报警。电路原理图如图2所示。图2 光电感烟探测器原理图Fig 2 Principle of photoelectric smoke sensing（2）温度探测器温度探测器使用数字温度传感器DS1820，它有三个引脚，是将温度传感器和信号调理电路集成在一块芯片中，节省了外围硬件，使用非常方便。在本系统中，温度传感器和烟雾传感器一起实现火灾检测。如果温度和烟雾同时超标，表示发生火灾报警；如只是一项超标，表示参数异常，只是预警。预警与报警的区别主要在于发送的语音信箱不同，预警时通知用户温度（或烟雾）偏高，以提醒用户注意，而报警则是通知119或用户现场发生火灾。温度和烟雾信号合成的火灾信号，与键盘中断信号共用89C51的INT0外部中输入端，如图3所示[2]。图3 中断信号连接示意图 The diagram of interrupt signal当现场温度或烟雾出现超过设定值，或是有键盘操作时，触发INT0中断，协调执行火灾及键盘中断服务程序，在中断服务程序中查询和，若，，说明发生火灾，则转入火灾处理程序，进行火灾报警；若，，表示温度异常，则转入温度处理程序，进行高温预警；若；，，表示烟雾异常，则转入烟雾处理程序，进行烟雾预警；若，，表示有键盘操作，则转入键盘处理程序，对用户输入的报警号码等数字信息进行显示何存储。（3）CO气体探测器 CO气体探测器是采用MGS1100一氧化碳传感器作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，具有灵敏度高，稳定性好等特点。在信号采集的同时加于温度补偿。该传感器主要作为火灾辅助检测，和上述的光电感烟探测器和温度探测器结合使用。（4）远红外线防盗探测器采用远红外线传感器作为防盗信号检测手段，具有价格便宜、抗干扰性能好、工作范围广等优点。该电路所产生的盗情信号接到89C51的INT1外部中断输入端。当检测范围内有人体活动时，检测电路输出一系列脉冲信号，引起INT1中断，系统执行盗情中断服务程序。在实际应用过程中，该传感器可安装于需要监控的任何地方，并可通过开关设定为监控和监控解除两种工作状态。（5）微波防盗探测器微波防盗探测器是由MOS场效应管C3355、电阻和电容组成的高频振荡电路，电路产生微波信号后经过人或物体反射和原信号产生频移，微小的频移信号经过放大处理后输出报警信号。报警范围实测约为7~8m,可有效地进行实时探测。微波防盗探测器原理图如图4所示[1]。图4 微波防盗探测器原理图 Principle of microwave sensor防盗探测器电路是由以上两种类型探测器组成，在单片机内部进行信号处理时，将探测到的红外和微波两种信号进行与运算，只有同时检测到两个传感器端口信号时，主机才会发出盗情报警信号，否则不予报警。 DTMF拨号电路系统使用MK8870型DTMF拨号专用芯片，该芯片原本是行列式按键输入芯片，即4条行线及4条列线组成16个按键，实践证明，该芯片不但具有行列式键盘输入，而且与51系列单片机具有良好的接口性能。如图5所示，系统利用89C51完成对拨号芯片的控制，其中R8、C5为复位元件，完成上电复位，JT1使用6MHz晶体。这里用P1口的8根线完成对拨号芯片的控制。图5 DTMF拨号电路 DTMF dialing circuit电路中电话号码的拨出方式采用双音多频拨号方式。电话号码的拨出，是利用控制MK8870型DTMF拨号专用芯片的键盘行列输入端R1~R4和C1~C4来实现的，首先要使相应的行线和列线接通一段时间，然后再断开一段时间，这样芯片便将双音多频信号送到电话交换机网络，实现电话拨号。 语音报警电路系统采用了语音芯片APR9600构成语音电路，该部分电路如图6所示，主要由语音电路，译码器和电子开关组成[2]。图6 语音报警电路框图 The diagram of voice alarming circuit语音电路APR9600采用模拟存储技术，噪音低，不怕断电，可以反复录放。语音信息可以分八段存放，分别用八个按键控制。按下哪个键就可以录、放哪一段而不影响其它段。本系统中的语音信息分为两大类，预警信息和报警信息。其中预警又分为温度偏高预警和烟雾过大预警，报警分为火警和盗警。使用时，用户可以通过简单地按键操作，随时录制和播放任意一段。当出现预警或报警时，单片机通过控制电子开关实现按键操作，启动相应的录音段，放出相应的语音预、报警信息，并且可以根据需要循环播放，播放次数由用户自行设置。除以上电路外，系统还对忙音、回铃声检测电路和键盘接口电路和显示电路进行了硬件设计。忙音、回铃声检测电路主要是为了实现可靠报警而设计的。在电话号码拨出后，必须判断对方是否摘机，只有在 确认对方已经摘机的情况下，才能发语音信息。系统采用忙音和回铃声的检测来判断对方是否摘机。键盘接口电路和显示电路由4×4键盘、液晶显示器及控制电路组成。主要用来实现数字信息的显示、修改和存储。 3、 系统软件设计 该系统主要完成初始化、警情信号检测（火警/盗情）、电话信号语音检测（忙音/回铃声/接通）、系统设置、模拟摘机、DTMF信号收发等工作。系统软件主程序流程图如图7所示。 4、 结束语 本文所述的家用智能化防火防盗报警系统为家庭安防提供了一条可行途径。该系统利用多传感器检测，通过公用电话网络自动实现对外求助，具有智能化、自动化特点。系统具有较为广阔的应用前景。对于日趋提高的安防要求，在系统今后的进一步改进中，可通过在探测器上加微处理器的方法，进行实时探测，系统具有自学习和自适应等特点，使系统更为可靠，更为实用[3]。图7 主程序流程图 Flow diagram of main process 参考文献 1．王芳，马幼军等．智能化住宅防盗防火报警系统设计，传感器技术．2002（21）：p25-27； 2．张金泉．一种新型民用防火防盗报警器的研制，燕山大学学报．2000(24)：p71-73；3．刘虎、章惠．基于电话网络的办公楼防火防盗报警系统设计与实现，微型电脑应用，电声技术2004（2）：p33-36； 4．吕俊芳．传感器接口与检测仪表电路[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1994．178-193；5．王芳，林蔚等．住宅防盗防火智能电话报警系统设计，河南师范大学学报[J]．2004：p121-123；

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