学生公寓防盗报警系统设计.doc

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1、目 录摘 要1引 言21 方案设计及分析31.1 功能要求31.2 方案论证32 系统硬件设计42.1 HC-SR501人体传感器42.2 STC89C52单片机简介52.3 液晶显示电路设计82.4 GSM通讯模块82.5 继电器电路设计93 系统软件设计103.1 主程序工作流程图103.2 GSM子程序工作流程图124 系统调试124.1 系统的硬件调试124.2 系统的软件调试135 总结13参考文献14附 录15Abstract:.17致 谢1817学生公寓防盗报警系统设计作 者 指导教师 摘 要：根据经济可行的前提设计出了本防盗报警系统。电路结构可分为单片机控制电路、时钟电路、复位

2、电路、继电器电路、LCD控制电路及相关的控制管理软件组成。主要模块可分为红外传感、数据处理、无限传输、蜂鸣器报警。其中以GSM模块和STC89C52单片机、HC-SR501红外人体传感器为核心，继电器和蜂鸣器为报警功能辅助模块。选用的HC-SR501是红外线自动控制模块，它反应快，高灵敏，而且超低电压工作模式，很耐用。选用的STC89C52单片机兼容标准MCS-51指令系统和片内功能强大的微型计算机为提供优越可行的方案成为可能。如果有人进入探测区域，绑定的手机上面就会收到报警信息。通过回复短信可以取消蜂鸣器报警，也可以通过回复短信驱动继电器模拟打开防盗网。本设计结构比较简单，性能比较稳定，安装

3、及使用方便，是一种技术水平比较好的无线防盗报警器系统。还可以拓展功能，具有一定的应用前景。关键词：传感器；GSM；无线报警引 言科技的进步让人们的生活水平不断提高，但是也带来了一些不稳定的社会因素，人们的生命财产受到了越来越多的重视，安防观念逐渐加强，很必要采取一定的防盗措施，于是防盗报警系统应运而生，走进了广大人民的议事日程。防盗报警系统是通过电子探测、信号报警来实现它的安保工作的。因为有线防盗的诸多不便，无线防盗报警系统开始崭露头角，广泛应用。有些防盗现场（如公寓大门，庭院）距离主人较远，这时更需要对这些地方进行无线监控。本课程设计的电子防盗报警系统就是为学生公寓的安防加强量身打造的。其中

4、用到的51单片机是该智能控制系统的主角。当传感器检测到防盗信号时，就会产生光电转换信号传达给51单片机，单片机经过识别处理并做出相应的决策来控制外围执行电路，这样就实现了控制，达到了安防报警目的。无线安防系统的技术已经渐渐成熟，以往的不足和弊端已经得到很大改善提高。高安全、低维护、智能化、低误报率、强抗干扰有了较大进步。因为客户多是居民，防盗系统的便捷性和操作性有别于有线防盗系统。现代安防系统具有如下特点：（1） 适用于家庭安装使用，设计美观；（2） 操作简单，配备遥控，有语音提醒功能；（3） 双向性监听监控，可用于远程通信、报警求救；（4） 多种布防方式，满足多种需要。目前我国无线安防报警主

5、要与联网报警结合，能够支持GSM 通讯格式，而且各种常用信息（信号忙、信号弱、电池低电等）齐备。也有跟智能楼宇结合的，支持X-10电器控制、PSTN电话线、TCP/IP卡、有线电视等方式，人性化设计为防盗报警系统的大量普及提供了广大空间。1 方案设计及分析1.1 功能要求（1）设计一个学生公寓防盗报警系统，系统能通过显示设备显示系统的信息；（2）当有人非法进入学生公寓时，系统发出报警；（3）用户通过某种方式对系统进行解防和布防，同时当系统发出警报时，系统可通过某种方式将报警信息通知用户；（4）其他的拓展功能。1.2 方案论证电路结构可分为单片机控制电路、时钟电路、复位电路、继电器电路、LCD控

6、制电路及相关的控制管理软件组成。它们之间构成系统设框图如图1：传感器信号处理电路复位电路STC89C52单片机继电器声光报警系统1602液晶显示器时钟电路 图1系统设计框图如果有人进入探测区域，人体传感器就会把探测到的信号转换传给51单片机。探测信号经过单片机识别处理，然后做出相应指令传达给报警系统，可以人工手动解除报警信号。传感器可供2种方案选择：（1）主动式红外入侵探测报警器；（2）被动式热释电红外传感器。经论证，决定采用方案（2），理由如下：对方案（1）分析：主动式红外探测器可以分为发射装置和接收装置，发射装置向安装在另一处的接收装置发射红外线，如果红外线被中断接收装置就好报警，所以也叫

7、对射式红外探测器4。因为对射探头的响应时间难控制，受外界的干扰也比较大，所以容易错报。对方案（2）分析：被动式红外探测器是根据人体辐射红外线来探测报警信号的，当人体在指定范围内移动，引起接收到的红外辐射电平变化而产生报警状态。被动红外入侵探测器采用热释电红外探测元件来探测活动目标。 不同物体的红外线辐射峰值波长也不同。本设计对被动式红外探测器灵敏度的要求是：当人体以常规移动速度在探测区内移动，探测器便能产生报警状态。 不同温度下物体的红外线辐射峰值波长如表1： 表1 红外线辐射峰值波长 物体温度573K(300)373K(100)人体(约36.5）273K红外辐射峰值波长5m7.8m10m10

8、.5m被动式红外探测器的主要优点有：(1) 灵活性高，探测的广角空间比较大：(2)被动工作的特殊性保证了安防系统的独立性和稳定性；(3)可连续24小时不间断工作，没有照明亮暗的要求；(4) 功耗低，结构牢固，可靠性高。 2 系统硬件设计2.1 HC-SR501人体传感器探测器是防盗报警系统的重要组成部分，本设计采用了HC-SR501人体传感器。它是基于红外线技术的自动控制模块，对人体红外线探测很灵敏，本设计中作为入侵信号的“捕捉手”。实物如图2所示：图2 HC-SR501人体传感器HC-SR501人体传感器的主要功能特点有：（1）自动探测入侵信号，有入侵信号就会转变输出高电平，没有入侵信号就会

9、恢复输出低电平；（2）提供可重复触发和不可重复触发俩种触发方式选择。（3）特有的感应封锁时间保证了输出信号和封锁信号的间隔工作，具有高效工作和抗干扰能力；（4）输出高电平信号，可方便与各类电路实现对接。HC-SR501人体传感器在本设计中应用如图3：图3 人体感应传感器它与单片机的P2.0端口相连，人体红外线通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外感应源上面，红外感应源在受到人体红外辐射时其内部的温度就会发生变化，然后失去电荷平衡，向外释放电荷，再经过人体感应模块后面一系列的电路处理后就会产生高电平报警信号。2.2 STC89C52单片机简介STC89C52单片机是一种性能相对比较高、功率损耗比较低的C

10、MOS8位微控制器，该器件兼容标准MCS-51指令系统和片内功能强大的微型计算机为提供优越可行的方案成为可能。本设计中的STC89C52单片机是核心部件，它是人体感应器的中枢，保证人体感应、显示报警和发送接收模块的协调工作，并实现信号接收与警报处理。STC89C52主要功能列举如下： (1)兼容MCS-51指令系统（2）晶片内部具有时钟振荡器（工作频率最高 12MHz）（3）32个双向I/O口（4） 可直接驱动LED（5） 8K可反复擦写（1000次）Flash ROM（6） 全双工UART串行通道（7） 内部RAM为 256KB（8）8 个中断向量源（9）三个 16 位定时器/计数器（10）

11、三级加密程序存储器（11）全双工UART串行通道STC89C52的引脚功能示意图如图4所示：图4 STC89C52引脚图STC89C52的主要引脚端口功能如下：P0口是一个8位漏极开路双向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。 P1口是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，可以作为输出口。P2口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可作输入端口。P3口

12、是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，内部上拉电阻拉高，可作为输入端口，此时P3端口将用上拉电阻输出电流。其中，P3端口引脚第二功能如表2：表2 P3口引脚第二功能端口引脚第二功能说明P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INT0(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，它可以对外

13、输出时钟或者用于定时目的。PSEN： PSEN是外部程序存储器的读选通信号，当单片机由外部程序存储器读取指令（或数据）时，输出两个脉冲。RST：复位输入。EA/VPP：外部访问允许，如果要CPU单单访问外部程序存储器，外部访问允许端就必须保持低电平。XTAL1：振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。2.3 液晶显示电路设计本设计用到的是1602液晶显示器。其硬件电路设计如图5所示:图5 1602液晶显示硬件电路主要引脚端口功能说明如下：第3脚：VO是显示器显示亮暗的调整引脚端口，本设计中通过连接10k电位器改变其阻值来实现对显示器的明暗调节；第4脚：RS是

14、寄存器选择，电路是高电平的时候选择数据寄存器、电路是低电平的时候选择指令寄存器；第5脚：R/W是读写信号线，电路是高电平的时候进行读操作，电路是低电平的时候进行写操作；第6脚：EN端是使能端，当高电平跳变成低电平的时候，液晶模块执行命令；第7-14脚：D0至D7是八位双向数据线。本设计中显示器主要作用是实时显示系统信息，另外外接排阻是作为显示器的电源驱动，单片机的P0口作I/O读取数据时就必须用到上拉电阻，在通过显示器显示出来。2.4 GSM通讯模块GSM防盗报警系统通过全球短信信息数据来实现远程传输报警的功能。强大的信号覆盖和智能化无线远程传输更为突显了无线防盗报警的优越性，为安防工作的大力

15、发展和全面普及提供了广阔空间和无限可能。下面就GSM主要特性说明作简要说明：信息传送内容：语音和数据 频段：双频GSM900MHz 和 DCS1800 MHz(Phase 2+) 发射功率：2W（GSM900MHz Class 4）1W（DCS1800MHz Class 1）SIM 卡连接方式： 外接 外型尺寸：54.5 x 36 x 6.7mm 通讯接口：RS232（指令和数据的双向传送） SIM卡操作电压：3V/1.8V 模块复位： 采用掉电复位或AT指令软件下载功能 (improved service and maintenance) ：通过RS232或SIM接口 定时器功能： 可用AT

16、命令编程GSM模块电路如图6所示:图6 GSM模块电路GSM模块通过与单片机P3.0（串行输入口）、P3.1（串行输出口）端口相连，实现了信息的发送和接收、报警（手机收到报警短信）和解除报警（手机回复短信C）目的。2.5 继电器电路设计 继电器最主要的特点就是自动隔离功能。这一功能使得它在监测、遥控、自动控制等方面成为活跃分子。继电器主要有以下几点作用：（1）能够实现控制范围的扩大化，加强了整体控制的效果；（2）具有放大作用，可以用一个很小的控制量，实现较大功率的电路控制；（3）为子电路和主电路的衔接提供方案，实现自动化电路。本设计使用的继电器型号为SRD-5VDC-SL-C继电器，应用了继电

17、器能对控制电路实现“开”控制，实现了远程控制打开防盗网的功能。其原理图如下图7所示： 图7继电器原理图本设计通过继电器模拟防盗网开关。当绑定的手机发送短信O时，GSM模块接收到指令信息并传达给51单片机，单片机下达要打开防盗网的命令给继电器，实现了远程打开防盗网。3 系统软件设计整个系统包含硬件电路和软件电路，软件电路可划分为监控软件（主程序）和执行软件（子程序），监控软件是整个控制系统的核心，协调各执行模块。执行软件是用来完成具体的实际性功能。3.1 主程序工作流程图主程序工作流程图如图8所示： NNYY开始传感器有无信号？单片机识别判断光电信号转换手机回复C则取消报警，回复O则启动继电器声

18、光报警启动GSM向手机发送信息系统初始化 图8 系统主程序流程图当人体感应器探测到信号时，迅速将探测信号处理转变为电信号（低电平转变为高电平）传达给单片机，单片机对接收到的信号进行识别判断。然后启动蜂鸣器（控制三极管的导通和关断时间）报警，同时向GSM模块发出指令，命令其向捆绑的手机发送报警短信。当户主收到报警信息并回复短信C时，GSM模块收到指令又向单片机传达，单片机再次做出识别判断，取消报警。同理，当户主回复短信O时执行防盗网打开命令，进入布防状态。3.2 GSM子程序工作流程图GSM子程序工作流程图如图9所示：NNYY开始系统初始化是否有指令？指令是否正确？向手机发送信息报警手机回复C则

19、取消报警，回复O则启动继电器图9 GSM子程序工作流程图4 系统调试4.1 系统的硬件调试焊接元件前首先对其进行测试。人体感应模块采用5V的电压供电，经测试，当红外探测器之前100度的夹角范围内伸手和人出现时输出信号已经出现。刚刚开始因为不熟悉模块探测距离只有5厘米，经查阅资料我对人体感应模块有了一定了解，解决了这一问题。但是通过调节距离电位器并未得到7米理论最大感应距离，实际测试只有4米。LED的压降为2.0V时，电流通过是15mAh，均达到了本设计的硬件参数要求。刚调试时我无法利用串口和无线模块进行通信，我怀疑GSM模块已损坏，但是我在电脑上用串口调试软件和GSM模块连接能正常运转，证明我

20、的推断是错的。在尝试调换51单片机和GSM模块的接线后（RXD接单片机端口P3.0、TXD接单片机端口P3.1），终于实现了正常通信。经测试，硬件系统达到了设计要求。4.2 系统的软件调试在硬件电路的基础上，C语言编程实现了系统的软件部分。软件模块化可用划分为：主控模块、感应探测模块、显示模块，报警模块等。单片机起主要控制作用，控制各模块的中断申请，判断报警条件是否满足，是否应该中断，并向控制器件发出相应指令信息。人体红外传感器可以用一个外部中断实现。开始时，系统上电复位，红外感应探头工作，调用检测函数，判断有无信号输入，如若有信号，就转换传给单片机进行判断确认，单片机再调用蜂鸣器报警函数进行

21、报警，同时给GSM输入报警指令，令其报警。5 总结本设计研究了基于51单片机技术的学生公寓安防系统。该系统以STC89C52单片机为工作处理器核心，外接人体红外传感器，可以通过非接触就探测出人体发出的红外线。当没有探测到信号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，经单片机识别处理后输出控制信号驱动蜂鸣器报警和GSM开始报警。该系统突出特色是简单、稳定、高命中，具有良好的兼容性，能过在防盗报警功能上实现多种拓展功能（如检查温度、显示时间）并存。经过这次毕业设计，我从理论到实践都学到了很多知识，同时也有很多不足的地方。更可贵的是我学会了查阅资料，利用

22、网络和工具书查找资料，很多参数都要自己去调整。理论对实践的巨大指导作用，让我更加注重实践环节。参考文献1 王淑娟,蔡惟铮.拟电子技术基础M.3版.高等教育出版社，2009.2 姜志海，黄玉清，刘连鑫.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社， 2009.3阎石数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，1997.4 彭军. 传感器与检测技术M. 西安电子科技大学出版社,2003.5 王化祥，张淑英.传感器原理及应用M.3版.天津大学出版社，2006.6韩志军.单片机应用系统设计M.机械工业出版社，2004.附 录附录1：图1系统总原理图附录2：图2 系统实物图Anti-theft alarm sy

23、stem design student apartmentsAbstract: According to the feasible premise the anti-theft alarm system are designed. Circuit structure can be divided into single chip microcomputer control circuit, clocking circuit and reset circuit, relay circuit, LCD control circuit and related control management s

24、oftware. Main module can be divided into infrared sensing, data processing, transmission, buzzer alarm. With GSM module and STC89C52 single-chip microcomputer, the HC - SR501 human body infrared sensor as the core, auxiliary relay and buzzer alarm function module. Choose the HC - SR501 is infrared a

25、utomatic control module, its response is fast, high sensitivity, and ultra low voltage mode, very durable. Chooses STC89C52 single-chip microcomputer compatible with standard of MCS - 51 instruction system on chip and powerful microcomputer to be superior to provide feasible solutions. If someone en

26、ters the detection area, the binding of mobile phone will receive the alarm information above. Through the text back can cancel the buzzer alarm, also can decorate a defense by reply message relay simulation control state. The design structure is simple, stable performance, installation and easy to

27、use, is a kind of technology better wireless burglar alarm system. Can also expand function and has a certain application prospect.Keywords: Sensors; GSM; wireless alarm致 谢本课题研究是在指导老师黄杰和我的同学们的指导下完成的，是我们所有人的劳动结晶。这几个月里，我遇到了很多大的困难。起初我尝试自己独自解决这些问题，但是我花了很多时间和精力都没有能攻克，我意识到自己能力有限。于是我尝试着大胆跟同学交流心得，并向指导老师悉心请教，最终问题都得到了逐一的解决。在此，我要特别感谢指导老师给我的关心和帮助。他遇事实事求是、科学严谨，有着极高的工作热情和敏锐的洞察力，让我能够在这么多困难和问题里坚持走下来。也感谢我的同学们对我的关心和鼓励。对我的指导老师和同学们表示崇高的敬意和衷心地感谢！