XINYU UNIVERSITY
课程设计报告
题 目 防盗报警器设计 二级学院 机械工程学院 专 业 电子信息工程 班级学号 学生姓名 指导教师
引言
基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术的正在不断的发展。与此同时，红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施。
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AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目录
引言·································································· 1 一 设计任务与要求 ················································· 1 二 方案设计····························································· 2 2.1总体设计思路 ······················································· 2 三 具体电路模块设计 ····················································4 3.1 热释电红外传感器原理············································ 4 3.2 放大电路的设计····················································· 4 3.3时钟电路的设计···················································· 5 3.4复位电路的设计············································ 6 3.5发光二极管报警电路的设计········································· 6 3.6声音报警电路的设计··················································7 3.7系统硬件电路的选择及说明············································7四 软件的程序实现····················································· 8 4.1主程序工作流程图·····················································8 4.2中断服务程序工作流程图··············································9 五 软件仿真···························································· 10 六 总结································································ 11 七 参考资料·····························································12 八 附录····························································13 附录1电路图设计与仿真············································· 13附录2设计编程程序········································13
一 设计任务与要求
(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。
(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。
(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。
(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。
二 方案设计 2.1 总体设计思路
本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图1总体设计框图所示：
图1总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在
监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警[4]。
三 具体电路模块设计
3.1 热释电红外传感器原理
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图2所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
图2 热释电红外传感器原理图
3.2 放大电路的设计
如图3所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。
图3 放大电路图
3.3 时钟电路的设计
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5]。如图4所示为时钟电路。
图4 时钟电路图
3.4 复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图5示为复位电路。
图5 复位电路图
3.5 发光二极管报警电路的设计
由2个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图6所示为发光二极管报警电路。
图6发光二极管报警电路图
3.6 声音报警电路的设计
如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图7示为声音报警电路。
图7 声音报警电路图
3.7系统硬件电路的选择及说明
硬件电路的设计见附图1所示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1是正常工作指示灯，D2—D5是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D2—D5亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为模拟盗窃信号输入键, S2键作为作为电路复位键。
四 软件的程序实现
4.1 主程序工作流程图
按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图8所示；
图8 主程序工作流程图
4.2 中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图9所示；
图9 中断服务程序工作流程图
五 软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录1图所示。
由于在proteus软件中没有专门用作红外线发射与接收的器件，所以在仿真电路图中以开关代替红外器件，其原理和效果是一致的。
本设计所要求达到的目标：
（1）在正常工作情况下，电源指示灯绿灯亮。
（2）在接收到开关S1带来的低电平信号，可使图中的绿灯由亮变暗，红灯产生报警，可观察到红灯亮一直亮产生报警信号。并且报警喇叭一直响，持续10秒后红灯灭，喇叭停止报警，电源指示灯绿灯亮。
（3）在报警过程中，外部中断开关S2可使警报解除。
六 总结
本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平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，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。
在利用proteus软件仿真过程中，出现了很多的问题，初次接触这个软件，一点都不熟悉，很多知识都是用的时候在网上找的，或者查资料得出的。对于器件库中的元件的性能不熟悉，不如说是最常用的电容器就有好多种，并不了解我们需要的是哪一个，而且电容的种类那么多，很难一次性选择正确。再者就是本图中所用的三极管放大器，由于是从单片机的输出端来导通三极管，所以也要选择功率很小的器件，这样单片机才能驱动。
电路图画好之后就是装入程序进行仿真。用Keil软件编译好程序后载入，满足设计的要求，我们小组充分感受到团队合作重要性和自主克服困难的喜悦。通过本次的单片机课程设计，我们不仅掌握了硬件电路设计的基本步骤和方法，还认真的回顾了汇编语言编程方面的知识。将我们所学的知识应用于生活实践中。真正的做到了学以致用的效果。同时也锻炼了我们小组每位成员的动手能力，加强了团队合作的意识和能力。大家都是受益匪浅。
七 参考资料
1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器[J]. 锦州师范学院学报, 2001. 2 宋文绪. 传感器与检测技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
3 余锡存. 单片机原理及接口技术[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000. 4 唐桃波, 陈玉林. 基于AT89C51的智能无线安防报警器 [J]. 电子设计应用, 2003, 5 李全利. 单片机原理及接口技术[M]. 高等教育出版社, 第二版 6、学校图书馆的中文电子期刊 7、电子爱好者网站
8、《电子技术应用》（期刊）
9、http://www.picavr.com/ 10、http:// www.51c51.com/bbs/
11、www.p8s.com或www.icbase.com（查找器件） 12、http://www.mcustudy.com/ 13、其它一些相关网站
七 附录
附录1 电路图设计与仿真
附录2 设计编程程序
#include
#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit red=P2^1; sbit green=P2^2; sbit ming=P1^5;
sbit button=P2^0; void delay() {
uint i,j;
for (i=100;i>0;i--) for (j=110;j>0;j--); }
void main() {
red=0; green=1;
while(button==1); { green=0; ming=0; red=1; }
while(button==0); green=1; ming=1; red=0; delay(); }
课程设计（论文）任务书
二级学院：机械工程学院
年 月 日
课程设计评审意见表
XINYU UNIVERSITY
课程设计报告
题 目 防盗报警器设计 二级学院 机械工程学院 专 业 电子信息工程 班级学号 学生姓名 指导教师
引言
基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术的正在不断的发展。与此同时，红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施。
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AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目录
引言·································································· 1 一 设计任务与要求 ················································· 1 二 方案设计····························································· 2 2.1总体设计思路 ······················································· 2 三 具体电路模块设计 ····················································4 3.1 热释电红外传感器原理············································ 4 3.2 放大电路的设计····················································· 4 3.3时钟电路的设计···················································· 5 3.4复位电路的设计············································ 6 3.5发光二极管报警电路的设计········································· 6 3.6声音报警电路的设计··················································7 3.7系统硬件电路的选择及说明············································7四 软件的程序实现····················································· 8 4.1主程序工作流程图·····················································8 4.2中断服务程序工作流程图··············································9 五 软件仿真···························································· 10 六 总结································································ 11 七 参考资料·····························································12 八 附录····························································13 附录1电路图设计与仿真············································· 13附录2设计编程程序········································13
一 设计任务与要求
(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。
(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。
(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。
(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。
二 方案设计 2.1 总体设计思路
本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图1总体设计框图所示：
图1总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在
监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警[4]。
三 具体电路模块设计
3.1 热释电红外传感器原理
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图2所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过FET放大后，经过C2，R1的稳压后使输出变为高电位，再经过NPN的转化，输出OUT为低电平。
图2 热释电红外传感器原理图
3.2 放大电路的设计
如图3所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。
图3 放大电路图
3.3 时钟电路的设计
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us[5]。如图4所示为时钟电路。
图4 时钟电路图
3.4 复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图5示为复位电路。
图5 复位电路图
3.5 发光二极管报警电路的设计
由2个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图6所示为发光二极管报警电路。
图6发光二极管报警电路图
3.6 声音报警电路的设计
如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图7示为声音报警电路。
图7 声音报警电路图
3.7系统硬件电路的选择及说明
硬件电路的设计见附图1所示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1是正常工作指示灯，D2—D5是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D2—D5亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为模拟盗窃信号输入键, S2键作为作为电路复位键。
四 软件的程序实现
4.1 主程序工作流程图
按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图8所示；
图8 主程序工作流程图
4.2 中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图9所示；
图9 中断服务程序工作流程图
五 软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录1图所示。
由于在proteus软件中没有专门用作红外线发射与接收的器件，所以在仿真电路图中以开关代替红外器件，其原理和效果是一致的。
本设计所要求达到的目标：
（1）在正常工作情况下，电源指示灯绿灯亮。
（2）在接收到开关S1带来的低电平信号，可使图中的绿灯由亮变暗，红灯产生报警，可观察到红灯亮一直亮产生报警信号。并且报警喇叭一直响，持续10秒后红灯灭，喇叭停止报警，电源指示灯绿灯亮。
（3）在报警过程中，外部中断开关S2可使警报解除。
六 总结
本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平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，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。
在利用proteus软件仿真过程中，出现了很多的问题，初次接触这个软件，一点都不熟悉，很多知识都是用的时候在网上找的，或者查资料得出的。对于器件库中的元件的性能不熟悉，不如说是最常用的电容器就有好多种，并不了解我们需要的是哪一个，而且电容的种类那么多，很难一次性选择正确。再者就是本图中所用的三极管放大器，由于是从单片机的输出端来导通三极管，所以也要选择功率很小的器件，这样单片机才能驱动。
电路图画好之后就是装入程序进行仿真。用Keil软件编译好程序后载入，满足设计的要求，我们小组充分感受到团队合作重要性和自主克服困难的喜悦。通过本次的单片机课程设计，我们不仅掌握了硬件电路设计的基本步骤和方法，还认真的回顾了汇编语言编程方面的知识。将我们所学的知识应用于生活实践中。真正的做到了学以致用的效果。同时也锻炼了我们小组每位成员的动手能力，加强了团队合作的意识和能力。大家都是受益匪浅。
七 参考资料
1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器[J]. 锦州师范学院学报, 2001. 2 宋文绪. 传感器与检测技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
3 余锡存. 单片机原理及接口技术[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000. 4 唐桃波, 陈玉林. 基于AT89C51的智能无线安防报警器 [J]. 电子设计应用, 2003, 5 李全利. 单片机原理及接口技术[M]. 高等教育出版社, 第二版 6、学校图书馆的中文电子期刊 7、电子爱好者网站
8、《电子技术应用》（期刊）
9、http://www.picavr.com/ 10、http:// www.51c51.com/bbs/
11、www.p8s.com或www.icbase.com（查找器件） 12、http://www.mcustudy.com/ 13、其它一些相关网站
七 附录
附录1 电路图设计与仿真
附录2 设计编程程序
#include
#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit red=P2^1; sbit green=P2^2; sbit ming=P1^5;
sbit button=P2^0; void delay() {
uint i,j;
for (i=100;i>0;i--) for (j=110;j>0;j--); }
void main() {
red=0; green=1;
while(button==1); { green=0; ming=0; red=1; }
while(button==0); green=1; ming=1; red=0; delay(); }
课程设计（论文）任务书
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