电气自动化技术专业毕业设计_防盗报警器毕业论文

摘要：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。本设计是利用单片机对防盗报警系统进行控制，为满足学生宿舍具体到设计时,又分硬件设计和软件设计，硬件设计主要分两大部分：单片机部分和检测部分。软件设计分主程序设计和中断子程序设计。在完成正文部分后，主要工作就是要进行调试，为了实现设计预计现象，软件和硬件都要作必要的修改。

关键词：单片机；报警器；红外线传感器

绪论 (1)

1项目方案设计 (2)

1.1项目概述 (2)

1.2设计原则 (2)

1.3设计依据及规范 (2)

1.4设计参数 (3)

1.5设计目标 (3)

1.6确定报警器方案 (4)

1.7报警总体框图 (4)

2防盗报警器硬件电路设计 (5)

2.1电源电路设计 (5)

2.2报警电路的设计 (5)

2.2.1声音报警电路 (5)

2.2.2灯光警示电路 (6)

2.2.3低频带通放大电路 (6)

2.2.4电压比较整形电路 (8)

2.2.5状态显示电路 (8)

2.2.6单片机最小系统 (9)

2.3报警器的设备选择及清单 (10)

2.3.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构.10

2.3.2热释电红外传感器控制电路芯片选择 (11)

2.3.3蜂鸣器器的选择 (12)

2.2.4设备清单 (13)

3报警器的软件设计及程序 (14)

3.1主程序流程图 (14)

3.2中断函数流程图 (15)

3.3 软件编写程序见附录 (17)

4报警器的安装与调试 (17)

4.1报警器的安装 (17)

4.2报警器的调试 (18)

5报警器的特点 (18)

结论 (20)

致谢 (21)

附录 (23)

绪论

随着人们生活水平的不断提高，我国已经成为奢侈品消费大国，各种奢侈品已经普遍进入了人们的生活。生活在高校宿舍的大学生们所拥有的贵重物品如笔记本电脑、Mp4、数码相机等也越来越多。一些不法分子利用学校没有在学生宿舍安装防盗系统的漏洞，频频侵入大学生宿舍入室盗窃学生贵重财物，给不少同学造成巨大财产损失，人们对此深恶痛绝。

然而，现实的情况却令大学生们感到沮丧：图书馆早已安装有比较成熟的防盗系统，教学楼等其它地方虽也未安装防盗系统但那是没有必要所致，唯有大学生宿舍这块儿，学校出于种种现实考虑，短期内我们也看不到安装的迹象。

因此，本设计就是为了满足现代宿舍防盗的需要而设计的电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一，也可以规模用于比较大规模的防盗系统，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。

1项目方案设计

1.1项目概述

宿舍楼共分为5层，每层为20个左右房间，每个房间面积约为25平方米，主要分为一室一卫一阳台，没有窗户。由于没有窗户，所以现主要是安装在宿舍的主门上也就是进入宿舍的第一扇门上。通过安装此报警器可有效提高宿舍的安全系数，保障学生财产和人身安全。

1.2设计原则

1、安全性

更稳定、可靠，防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。

2、经济性

该设计体积小，制作简单、成本低，安装比较方便价格低廉，充分考虑了整体其经济性。

3、先进性

防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，防盗入侵报警应能准确及时地探测入侵行为、发出报警信号

1.3设计依据及规范

[1]《安全防范验收规则》GA/308-2001

[2]《入侵报警技术要求》GA/368-2001

[3]《安全防范工程程序和要求》 GA/T75—94

[4]《安全方法工程程序要求》GA/T75-94

[5]《防盗报警控制其通用技术条件》GB12663-2001

[6]《民用电气设计规范》JGJ/T16—92

[7]《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》CECS/119—2000

1.4设计参数

①工作电压：5V-12V

②蜂鸣器工作电压：直流12V

③炫目灯工作电压：12V

④时钟晶振：20HZ

⑤报警响度：≥70dB

⑥工作温度：－50℃～＋60℃

1.5设计目标

一般来说，学生普遍喜欢的防盗报警器具有高效、安全、可靠、灵敏度高、价格低廉等特点。通常来讲，犯罪分子入室偷盗基本上是从门或窗进入的。但是由于宿舍只有前门还有阳台，所以不需要考虑不法分子会翻越阳台，只需要在正门处安装报警器即可。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:压力触发式防盗报警器由

于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。

因此，我从种类繁多的防盗报警器中选择了热释电红外门防盗报警器。宿舍的门全部都是的门都是平开门，这种防盗报警器安装方便，可以安装在开门的一边和门框上面。其优点是体积小，隐蔽性较强，不易被人发现，除了人们观念中的高效、安全、可靠、灵敏度高、价格低廉优点之外，它还具有稳定性好的特点。作为安全防范系统的第一道防线，门报警器起着预警的作用，它能及时地提醒安防人员注意周围环境的异常情况，报警器的灵敏度的高低，极大程度地影响着盗窃率的高低。因此在安防系统中，报警器有着举足重轻的地位。门式报警器它不太受天气及环境温度的影响，稳定高效，可以进行全天候的监测，尽最大程度地保

障人们的生命财产安全。通过安装在门上的防盗报警器，当有人从门或开门进入到屋内时，门报警器被触发，发生报警。在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低价格，实现最佳的性能价格比。

1.6确定报警器方案

防盗报警系统一般是由入侵探测器、防盗报警控制器和接警中心（硬件加软件）组成。它的最简单形式是本地（家庭、单位）报警系统，它的组成部分是入侵探测器和本地报警控制器，以及声光报警器。

该系统设计方案有以下两种：

方案一：利用固定点电话联网防盗报警系统来实现防盗报警，该系统由编程主机、探测器、门磁和遥控器组成，一旦发生警情，能把报警信息通过邮电通讯网络瞬间远程传输到用户设定的固定电话上，同时向接警中心报告，中心联网电脑可通过电子地图、数据库、电脑语音提示、监听现场情况，显示发生警情的单位、地址、方位、发案时间、所辖派出所（巡逻大队）经历分布，及时调动警力做出快速处理。

方案二：通过传感器检测安全隐患，把检测结果送入单片机，通过单片机控制报警灯和高音报警器的启动。

通过比较，本人觉得方案一的行程缓慢，需要大量的电子设备，需要外界的人力物力，因此可能无法在第一时间赶到案发现场；相比之下，方案二则更加方便快捷，稳定高效，能让人快速的接收到信息。固本设计选择方案二。

1.7报警总体框图

AT89 C51 电源电路

低频变通电路

状态显示电路

声光报警电路放大驱动驱动

2防盗报警器硬件电路设计

2.1电源电路设计

电源电路如下图2.1所示，本系统采用L7805CV来做电压芯片，因为其输出电流可达1.5A,可满足本系统5V供电电压

图2.1

2.2报警电路的设计

2.2.1声音报警电路

如下图2.2所示：高音报警电路选用12V的高音喇叭作为报警装置，使用SS8050大功率三极管做驱动电路，当SPK为高电平时，三极管导通。反之则截至。本系统中经过软件设置使报警器真实模拟了声音频率均匀拉高，还原、再拉高的过程。形成频率在976~1945Hz之间平滑递增的声音效果。实现报警器声音非常逼真。

图2.2

2.2.2灯光警示电路

如下图2.3所示：这里我们选用12V的炫目灯做灯光警示电路，因炫目灯在正常工作状态下电流比较大，所以这里我们选用使用继电器控制其开关的方案。这里我们照样使用三极管驱动继电器工作。

图2.3

并联在线圈的两端的是续流二极管，线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如三极管，等造成损坏。续流二极管并联在线两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时其两端的电动势并不是立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流二极管。

2.2.3低频带通放大电路

热释电红外传感器输出的检测信号很小，仅1mV左右，频率为0.1~10HZ，需经高增益、低噪声低频放大器放大后，才能进一步处理，一般来讲，要求放大器的增益为60~70dB,带宽0.3~7HZ。放大器的带宽对可靠性和灵敏度有重要影响，带宽窄，噪声小误动作率低；带宽宽，噪声大，误动作率高！

如图2.4所示，本系统采用LM324中的两个集成运算放大器

构成低频带通放大电路，LM324内部集成了四个独立的高增益运算放大器，其电流小（典型值Is=1.0mA），且与所加电源电压的大小无关，频率补偿及偏置电流均采用了温度补偿措施，性能稳定。采用单电源供电。

图2.4

放大器要求：

增益：60~70DB

带宽：0.3~7HZ

工作原理：

放大电路的电压增益为：

A=1+2πfR12C4/(1+2πfR7C4)(1+2πfR12C4)

一般要求放大电路的增益为65Db。

电路的上下限截至频率为：

F H=1/R12C7,F L=1/R7C4

在单电源供电的情况下，外加电压分压器后，可保证运放输出电压有较大的动态范围。静态下应将输出端电位设在1/2处，方法是：ICA外接R4、R10分压器，将1/2VCC引至运放的同相输入端，这相当于将输入偏置电压垫高1/2VCC,从而使输出电压的静态电位定在1/2VDD处。与ICA一样，ICB为了保证运放输出电压有较大的动态范围，同样设置了分压器。

2.2.4电压比较整形电路

电压比较器的作用是将一个模拟电压与一个参考电压相比较。在二者幅度相等的附近，输出电压将产生越变。本系统应用LM324剩余的两个集成运算比较器构成一个双限电压比较器。如图2.5所示。

图2.5

2.2.5状态显示电路

如下图2.6所示：本系统使用共阴极数码管做为状态显示电路，在正常无人非法闯入室内时数码管的DP点闪烁，若有人闯入数码管则显示E来提示有人非法闯入。

图2.6

在这里，串联的几个470欧电阻是限流电阻。因为数码管是由发光二极管按照一定的顺序排列制成的元件，每个发光二极管的内阻非常小，正常工作电流大致在10~25mA,如不串入限流保护电阻，直接连接很有可能瞬间烧坏数码管。我们可以依公式来计算出限流电阻的阻值：R=U/I;其中U=5V,I=（10~15）mA,可得R=330~500欧。这里我们选用典型值470欧。10K电阻为上拉电阻，以保证P0口可以输出高电平。

2.2.6单片机最小系统

如下图2.7所示，单片机的电源采用5V供电，时钟电路也就是振荡电路采用11.0592MHZ晶振，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。图中的电容起稳定作用。其复位电路采用混合复位电路，在上电的时候会自动复位，也可

手动复位。方便在单片机死机的时候进行重启。

图 2.7

2.3报警器的设备选择及清单

2.3.1热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构

热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。

非接触红外测温有以下几点优点：

（1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。

（2）测温范围宽。

（3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。

（4）不必接触被测物体，操作方便。

（5）可以确定微小目标的温度。

非接触测温技术的意义是显而易见的。随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。在某些场合，温度测

量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。

通常将电磁波谱间隔在0.76～1000μm 的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红外线。

热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化ΔP 的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电——铁电体。为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了TGS 晶体制作的双型探测器。

2.3.2热释电红外传感器控制电路芯片选择

热释电红外传感器输出的检测信号很小。要经过放大、比较等几个环节才能输出控制信号。使电路执行相关动作。热释电红外传感器控制电路就是根据检测信号的特点和输出信号的要求，完成上述功能的电路。本套系统采用通用原件构成热释电红外传感器的控制系统。下图2.8是控制电路的结构框图：

图2.8

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图2.9所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo ”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图 2.10 低频放大比较整形 Vi

V o

图

2.9

图2.10

LM324的特点：

1.短路保护输出

2.真差动输入级

3.可单电源工作：3V-32V

4.低偏置电流：最大100nA

5.每封装含四个运算放大器。

6.具有内部补偿的功能。

7.共模范围扩展到负电源

8.行业标准的引脚排列

9.输入端具有静电保护功能

2.3.3蜂鸣器器的选择

蜂鸣器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于提示、报警、音乐等许多应用场合。选用12V 的高音喇叭作为报警装置，使用SS8050大功率三极管做驱动电路，当SPK

为高电平时，三极管导通。反之则截至。

蜂鸣器的正极性的一端联接到12V电源上面，另一端联接到三极管的集电极，三极管的基级由一个I/O管脚来控制，I/O管脚为低时，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。当I/O管脚位高电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。用户可以通过程序控制I/O管脚的置低和置高来使蜂鸣器发出声音和关闭。蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整I/O管脚的置高时间及输出的波形进行控制，这一点可以在调试程序的时候来试验。

2.2.4设备清单

表2.1

元器件名称规格型号数量电阻68k，2k，5.1k，560Ω各1个

电阻 2.2M，220k 各2个

电阻100k 5个

电阻470Ω8个

电阻10k 13个

各1个电容 4.7uF、47uF、470uF、22uF、

220uF

电容0.01uF 8个

电容10uF，30PF 各2个

单片机AT89C51 1个

电源开关2个导线若干

三极管SS8050 2个

警报器SPK 1个

炫目灯1个

传感器热释红外SD02 1个

电压芯片L7805CV 1个

放大器LM324 4个

二极管LN4148 1个

状态显示器Dpy Red-CC 1个电路板1000mm*350mm 1个

3报警器的软件设计及程序

3.1主程序流程图

如下图3.1所示:在开机后，单片机首先进行初始化，将数码管、高音警报器、炫目灯等外设关闭，同时将中断总允许位、外

部中断0允许位和定时计数器T1开启，关闭外部中断1允许位和定时计数器T0。其中布防/撤防按键用来触发外部中断0，热释电传感器用来触发外部中断1，外部中断1允许位的开启与关闭由外部中断0来控制。方便对报警器进行布防与撤防功能。定时计数器T0用来控制高音报警器的发音频率以使其发出逼真的报警声；定时计数器T1用作延时函数。初始化完成后，若无中断请求信号，系统则使数码管的Dp小点闪烁。

开始

初始化

DP点闪烁

图3.1

初始化完成后，若布防/撤防按键第一次按下，则触发外部中断0，将外部中断1允许位打开，也就是说现在单片机可以接收传感器的信号并作出相应的动作，若传感器感受到在检测范围内有人活动，则将信号传输给单片机，触发外部中断1，使数码管显示E、同时炫目灯与高音报警器打开，实现声光报警功能。3.2中断函数流程图

下图3.2、3.3为中断函数流程图：

外部中断0请求

打开外部中断1允

许位，并将数码管、

高音报警器、炫目

灯关闭。