智能门窗防盗
本科课程设计说明书
智能门窗防盗应用系统
DESIGN OF INTELLIGENT DOORS ANG WINDOWS SECURITY APPLICATION SYSTEM
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智能门窗防盗设计
摘要
随着近几年来房地产市场的火爆，越来越多的楼宇需要安装门窗防盗系统，并且在这个追求个性化的年代里，许多人都想拥有自己的个性化报警系统。本次课程设计的任务是设计并制作一款简单，实用的智能防盗应用系统，目的是学习并运用单片机最小系统，做一些基于单片机的实验性课题，以及成功设计出门窗防盗系统。
当有较大体积（比如人）从窗口或门入侵时，系统给予提醒，在此基础上本文使用双道激光，在规定尺寸范围内的物体通过时，系统不报警，当物体充分大时，两束激光同时被阻挡，系统报警。本系统采用以STC89C52RC系列单片机为控制中心，以及外围供电、复位、晶振、MAX232构成电频转换电路组成单片机最小系统电路，用AMS1117构成的稳压模块、WT588构成的语音模块以及双激光组成的检测模块共同组成驱动系统电路，当激光传感器感应到外物时、语音播报系统发出警报。
该系统可以实现智能化报警功能，且成本低廉，具有较好的实用性，将对自动化管理、安全技术防范、提高内部安全状况等方面起到促进作用。
关键词：门窗防盗，防盗报警器，智能监控
目录
目录.................................................................
1 绪论 0
引言 0
国内外研究应用现状与发展趋势 0
本文研究的内容 0
2 设计方案 (2)
单片机的选择 (2)
语音芯片的选择 (2)
系统总框图 (3)
3 系统硬件设计 (4)
STC89C52RC单片机 (4)
STC89C52最小系统设计 (8)
复位电路 (8)
晶振电路 (9)
USB转串口设计 (10)
语音播报模块 (10)
WT588D功能介绍 (11)
ASM1117的概念与特性 (13)
4 软件设计 (14)
主程序流程图设计 (14)
子程序流程图设计 (15)
5 系统调试 (17)
主板实验检测 (17)
数码管动态显示实验现象 (17)
LCD1602字符显示实验现象 (18)
应用板实验现象 (18)
设计总结 (19)
参考文献 (20)
致谢 (21)
附录A 硬件图 (22)
附录B 源代码 (24)
1 绪论
引言
随着我国市场经济的发展，居民生活水平越来越高，生活越来越裕，人们对家居安全越来越重视。相关资料显示，我国已成为防盗产品的消费大国尤其在门窗防盗这方面。
特别是近几年来房地产市场的火爆，越来越多的房子需要安装门窗防盗系统，这为门窗防盗系统提供了越来越多的市场需求。而市场上许多防盗产品不是智能系统，笨重，安装不方便或者有的价格太高，并且在这个追求个性化的年代里，许多人想拥有自己的个性化报警系统，急需一款智能，能自己设置的报警声音的个性化防盗系统。
本次本文设计的系统恰能满足这些消费者需求。本系统成本低廉，经济耐用且用户能设置自己想要的报警声音，是款实用并且有很大市场前景的产品。
国内外研究应用现状与发展趋势
目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在2000年以后，特别是在2004年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。
现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国的时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。
智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。
本文研究的内容
在本文的设计中，包含有硬件设计和软件设计两个模块。就设计来说，单片机的使用是其中的核心环节，本文采用的是，因此从某种意义上看，此防盗系统也是单片机的具体应用。单片机的应用系统同样也是由软件和硬件所构成的，其
中硬件包含了单片外围应用电路、输入输入设备等等，而软件则是所有工作程序的集合。
此设计主要包含有以下的结构：报警电路、激光传感技术电路、单片机、复位电路还有一些控制管理的软件。本文所采用的处理器是单片机AT89C52，系统整体都是在软件的调节控制下运行的，首先是被设置于监测点的激光传感器，它对称放置在门或者窗户的两侧，当人穿过去激光就会被阻挡，这个信号就会转变成电流信号，再通过放大和比较电路，传送到门线开关，将门限的阀门打开将TTL电平传送到单片机AT89C52。在单片机内部，通过软件进行查询以及识别，最终判决是否应该实时的发送出警报信息。一旦入侵控制信号被发出，驱动电路就会将该警报进行放大，并且控制相应的声音光线警报设备来配合相应指令。警报状态在持续了15秒后能够自动解决，人们也可以手动进行解除。最后复位电路会将整个警报系统复位，或者系统内的定时器也会自行的进行复位。
当人们外出的时候，能够将家里的警报系统设置为运行状态，当有人闯入到检测区域的时候，激光传感器就会检测到相应的入侵行为，从而及时迅速的通过转换输出，发送出警报，从而起到防盗的效果。红外线具有高方向性，高单色性，高相干性，在监控区域设计激光，能够较为的便捷的探测到某位置是否有人进出，不仅能够较为准确的判断是否有人进出。系统的有效性和稳定性一直都是报警系统追求的目标，最终的警报形式则是采用声音信号。
2 设计方案
单片机的选择
方案一:选择8031单片机芯片
8031芯片内部无ROM,需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难,况且使用8031还需要另外购买其他的芯片,从而造成成本较高,性价比低。
方案二: 选择STC89C52RC
STC89C52RC芯片内部有ROM,且片内ROM全部采用Flash ROM,它能于3的超低压工作,与MCS-51系列单片机完全兼容。结合实际，选择STC89C52RC单片机来设计。
图 STC89C52单片机实物图
语音芯片的选择
方案一：采用APR9600语音芯片
台湾公司最新推出的APR9600语音录放芯片，是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。它较ISD系列语音芯片易于控制且价格也较便宜。
方案二：采用WT588语音芯片
WT588系列语音芯片是中国广州唯创科技有限公司中国台湾华邦共同研发出来的集单片机与语音电路与一体的可编辑语音芯片。可控制的语音地址位能达到220个，每个地址位里能加载可组合语音为128段，总共28160段语音。其特点：1.支持2M~32M的SPI-Flash内存，播放时长较大；
2.内嵌DSP高速音频处理器，处理速度快；
3.内置13Bit/DA转换器，以及12Bit/PWM输出，音质好；
4.可通过专业上位机操作软件，随意组合语音；
下载方式，支持在线下载/脱机下载，即便在WT588通电的情况下，也一样可以正常下载数据到SPI-Flash；
6.抗干扰能力强，可用于公共或者工业场合。
系统总框图
图系统总框图
本系统包括两块电路板，基础板和扩展板。其中基础板电路包括：○1串口通信电路单元（MAX232 芯片）○2总供电电路单元（设置一拨动开关）○3复位时钟电路单元（）○4独立按键电路单元○5 LCd1602液晶显示电路单元（12864液晶显示电路单元）○6LED发光二极管电路单元○7蜂鸣器电路单元（PNP三极管驱动）○8数码电路单元。
3 系统硬件设计
STC89C52RC单片机
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。
主要特性如下：
1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，
指令代码完全兼容传统8051.
2.工作电压：～（5V单片机）/～（3V单片机）
3.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
4.用户应用程序空间为8K字节
5.片上集成512字节RAM
6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/,TxD/）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
8.具有EEPROM功能
9.具有看门狗功能
10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2
11.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
13.工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
封装
STC89C52RC单片机的工作模式：
1.掉电模式：典型功耗<μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。
2.空闲模式：典型功耗2mA
3.正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA
4.掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
STC89C52RC引脚功能说明：
VCC（40引脚）：电源电压
VSS（20引脚）：接地
P0端口（～，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8
位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（～，1～8引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。
此外，和还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（T2）和定时器/计数器2的触发输入（T2EX），具体参见下表：
在对Flash ROM编程和程序校验时，P1接收低8位地址。
表1 和引脚复用功能
引脚号功能特性
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（～，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX @R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。
P3端口（～，10～17引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口
使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（）。
在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表所示：
表2 P3口引脚复用功能
引脚号复用功能
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
（外部中断0）
（外部中断1）
T0（定时器0的外部输入）
T1（定时器1的外部输入）
（外部数据存储器写选通）
（外部数据存储器读选通）RST（9引脚）：复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部
执行模式下无效。
（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。
/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，必须接GND。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。
XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。
STC89C52最小系统设计
图 52最小系统原理图
复位电路
在报警系统的复位问题上，提供了两种方式。一种是电自动复位，另外一种
就是在系统外部通过按键进行手动复位。单片机运行过程中，在时钟电路进行工作后，在复位端口持续性的实现2个机器周期的高电平就能够完成复位工作。比如所采用的晶振频率是12MHz的时候，那么复位信号所应该持续的时间不能够低于2us。在本文防盗报警系统的设计中，采用的是人为的在外部通过手动按键的方式进行系统复位。如下图所示。
图复位电路原理图
晶振电路
在防盗报警系统的时钟电路设计中XTAL1和XTAL2两部分分别代表了反向放大器的输入端口和输出端口。这个反向放大器能够配置成片内振荡器。即可能够采用石晶振荡，也可以通过陶瓷振荡。如果需要在系统中使用外部时钟源的驱动器件，应该将XTAL2的连接断开。
由于单个机器的周期总共包含有六个状态周期，而每一个状态周期又能够划为2个振荡周期。因此，在一个完整的机器周期之中总共包含了12个振荡周期，如果采用的是石晶振荡器，其振荡的频率是12MHZ的话，那么单独一个振荡周期时间就是1/12us，那么一个完整的机器周期就是1us。
图晶振电路原理图
USB转串口设计
当电脑主机的USB接口接入USB设备时，通过USB接口的5Ｖ供电为电路板供电，电路板得到供电后，内部电路开始工作， USB接口的D+连接芯片的VD+并向VD+针输出高电平信号，同理，USB接口的D-连接芯片的VD-并向VD-针输出低电平信号。主板芯片中的USB模块会不停的检测ＵＳＢ接口的VD+-的电压。当芯片中的USB模块检测到信号后，就认为USB设备准备好，并向USB设备发送准备好信号。接着USB设备的控制芯片就通过USB接口向电脑主板的USB总线发送USB设备的数据信息。电脑主板接收后，操作系统就会提示发现新硬件，并开始安装USB设备的驱动程序，驱动安装完成后，用户在系统中看见并使用ＵＳＢ设备。如图所示。
图 USB通信电路原理图
语音播报模块
图语音播报模块电路原理图
WT588D功能介绍
（1）WT588D 特征
1.模块封装（带 FLASH 存储器）为 16 脚、28 脚嵌入式形式，芯片封装为DIP18、SSOP20 和 LQFP32 形式；
2.根据外挂或者内置 SPI-Flash 的不同，播放时长也不同，支持 2M～32M 的 SPI-Flash 内存；
3.内嵌 DSP 高速音频处理器，处理速度快；
4. 内置 13Bit/DA 转换器，以及 12Bit/PWM 输出，音质好；
5. PWM 输出可直接推动8Ω 扬声器，推挽电流充沛；
6. 支持 DAC/PWM 两种输出方式；
7. 支持加载 MP3/WAV/WMA/三种音频格式；
8. 可通过专业上位机操作软件，随意组合语音，可插入静音，插入的静音不占用内存的容量，一个已加载语音可重复调用到多个地址；
9. USB 下载方式，支持在线下载/脱机下载；即便是在WT588D 通电的情况下，也一样以正常下载数据到SPI-Flash；
10.支持 MP3 控制模式、按键控制模式、3×8 按键组合控制模式、并口控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式以及三线串口控制 I/O 口扩展输出模式；
11．三线串口控制模式切换到三线串口控制 I/O 口扩展输出模式只需发送数据就可以进行切换。切换后仍可把切换前的最后一工作状态带进切换后的模式工作；
12.任意设定显示语音播放状态信号的 BUSY 输出方式；
13.抗干扰性强，可应用在工业领域；
14. 220 段可控制地址位，单个地址位最多可加载 128 段语音，地址位内的语音组合播放；
15. 支持对已加载语音播放试听；
16. 语音播放停止马上进入 Sleep 模式，在 sleep 模式下，芯片转为完全停止状态。
17. 15 种按键控制模式，任意一个按键可设定任意一种控制模式；
18. 配套 WT588D VioceChip 上位机软件，接口简单，使用方便。能极大限度的发挥出 WT588D 语音单片机的各项功能；
19. 简单的单片机编写方式，摆脱以往复杂繁琐的汇编思维；
20. 最多可加载 500 段用于编辑的语音；
21. 插入的静音时间范围 10ms～25min；
22. 芯片复位时间 17ms；
23. 串口发码时间 40us～4000us；
24. 工作电压～；
25. 静态休眠电流小于 10uA；
26. 按键触发时间 10ms；
27. 支持加载 6K～22K 采样率音频；
28. 支持 8 和弦 MIDI 播放。
(2)WT588D 功能概述
WT588D 是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。 WT588D 让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。配套 WT-APP 上位机操作软件可随意更换WT588D 语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到 SPI-Flash 上即可。软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间。完全支持在线下载，即便是 WT588D 通电的情况下，一样可以通过下载器给关联的 SPI-Flash 下载信息，给WT588D 电路复位一下，就能更新到刚下载进来的
控制模式。
支持插入静音模式，插入静音不占用 SPI-Flash 内存的容量，一个地址位可插入 10ms～25min 的静音；
MP3 控制模式下，完全迎合市场上 MP3 的播放/暂停、停止、上一曲、下一曲、音量+、音量-等功能；
按键控制模式下触发方式灵活，可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不循环、电平保持可循环、非电平保持可循环、单键向前不循环、单键向后不循环、单键向前可循环、单键向后可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等 15 种触发方式，最多可控制 10 个按键触发输出；
3×8 按键组合控制模式下能以脉冲可重复触发的方式触发 24 个地址位语音，所触发地址位语音可在 0～219 之间设置；
并口控制模式最多可用 8 个 I/O 口进行控制；
一线串口控制模式可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发 0～219 地址位的任意语音，发码速度 600us～2000us；
三线串口控制模式和三线串口控制 I/O 口扩展输出模式之间可通过发码切换，三线串口控制模式下，能控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发 0～219 地址位的任意语音，发码速度 40us～4000us 可调，三线串口控制 I/O 口扩展输出可以扩展输出 8 位，在两种模式下切换，能让上一个模式的最后一种状态保持着进入下一个模式。
PWM 和 DAC 输出方式，PWM 输出可直接推动8Ω 的扬声器，DAC 输出外接功放，音质好。应用范围广，几乎可以涉及到所有的语音场所，如报站器、报警器、提醒器、闹钟、学习机、智能家电、治疗仪、电子玩具、电讯、倒车雷达以及各种自动控制装置等场所，工艺上达到工业应用的要求。
ASM1117的概念与特性
AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的压差保证最大不超过，并随负载电流的减小而逐渐降低。
AMS1117的片上微调把基准电压调整到%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力。AMS1117器件引脚上兼容其他三端SCSI稳压器，提供适用贴片安装的SOT-223，8引脚SOIC，和TO-252(DPAK)塑料封装。 AMS1117 参数 AMS1117 基本参数输出电流 (A) 1 输出电压 (V) Adj,, , ,, , , * AMS1117 其他特性初始误差(%) ± 压差 (V)
AMS1117 封装类型 SOT-223 TO-252 SO-8三端口可调节或固定输出电压, , , , 和输出电流1A 工作压差低至1V 线荷载调节：% Max. 负载调节：% Max. 可选SOT-223,TO-252和SO-8封装。
4 软件设计
主程序流程图设计
图主程序流程图
系统初始化以后，系统开始检测外部是否有信号输入(通过两组摄像头收集信号)。如果检测没有信号输入，则一直检测。当检测到外部有信号输入时，单片机控制报警器开始报警，报警结束后继续持续检测是否有信号输入。
子程序流程图设计
（1）对管检测流程设计
图对管检测流程图
先将系统初始化，根据语音芯片的特性，编写语音芯片的报警程序，在主程序里判断如果检测到两个激光对射管同时被阻挡，则可以判断有人进来，驱动语音芯片报警。若两个中的任何一个被杂物阻挡则不会产生误报警。接着通过复位电路自动复位或者通过按键手动复位，从而可以再次检测激光对射管。
（2）延时子程序流程设计
图延时子程序流程图
延时子程序由while循环和for循环组成，while循环里的是形参，当使用此延时子程序时，根据设定值，延时一定的时间。
（3）语音播报子程序