基于单片机的安全报警系统.docx
- 文档编号:9943770
- 上传时间:2023-05-22
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:513.60KB
基于单片机的安全报警系统.docx
《基于单片机的安全报警系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的安全报警系统.docx(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
基于单片机的安全报警系统
摘要
随着时代的不断进步,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。
本系统采用了激光红外传感器,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。
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。
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。
关键词:
单片机;红外传感器;报警电路
Abstract
Alongwiththeadvanceofepoch,electronicalarmthisdoorofcomprehensivetechnologyongoingdevelopment.Atthesametime,infraredtechnologyadvancedscienceandtechnologyhasbecomeanimportantpartof,duetotheinfraredisnotvisiblelight,andthereforeontheinfrareddetectionmonitoring,havegoodconcealment,dayandnightcanbeused,andtheanti-interferenceability.Securityalarmsystemusingsingle-chipmicrocomputercontroltechnology,automaticdetectionoccurredintheinvasionoftheprotectionact,haveawarningsignal.ThissystemUSESalaserinfraredsensors,itsmakesimple,lowcost,installationismoreconvenient,andpropertiesofsecurityisstable,stronganti-interferenceability,highsensitivity,safeandreliable.Hardwarepartincludessinglechipmicrocomputercontrolcircuit,infraredsensorcircuit,drivetheimplementationofthealarmingcircuit,LEDthecontrolcircuitcomponents.Thesinglechipprocessor51seriesAT89S51,thewholesystemisinthesystemsoftwareworkundercontrol.Soinsecurity,alertsecuritydevicessuchasinawiderangeofapplications.Inaddition,intheelectronicsecurity,humanbodydetection,etc,pyroelectricinfrareddetectorwithitslowprices,technologystableperformance,etcbythemassesofusersandprofessional'swelcome.
Keywords:
singlechip,Infraredsensor,alarm
1绪论
1.1课题背景
随着时代的不断进步,人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。
现在很多小区都安装了智能报警系统,因而大大提高了小区的安全程度,有效保证了居民的人身财产安全。
由于红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,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,被动式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。
1.2防盗报警系统的发展概况
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,再加上进入我国是时间较早,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。
2红外防盗报警器
就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。
而本设计中所使用的红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。
这种激光红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,激光红外传感器既可用于防盗报警装置,也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。
红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。
2.1常见的几种红外传感器介绍
(1)红外探测器:
红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同,可以分为热探测器和光子探测器两大类。
热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。
检测其中某一性能的变化,便可探测出辐射。
多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。
当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。
(2)红外测温产品:
HEITRONICS拥有40多年非接触红外测温经验,50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。
在高性能和高品质的红外测温产品市场,来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录,被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。
(3)压电传感器
压电传感器(Piezoelectricsensor)是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的。
压电传感器的应用:
可分为单向力,双向力和三向力传感器.压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向.由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力位移振动加速度等.
(4)磁电传感器
磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器,磁敏管不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性;而且体积小功耗低,因而具有广泛的应用前景。
(5)光电传感器
光电传感器(Photoelectricsensor)是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单,性能可靠,精度高,反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器。
(6)飞思卡尔激光红外传感器
此激光红外传感器具有微电流省耗,无误报,无漏报,探测距离远,工作稳定,性能可靠等特性。
红外探头的防范区域是以其透镜始点,向外能够探测到长度几米的范围内,在这区域内,只要是有人或动物在区域内活动,其散发的红外线就能检测到,精准率极高而且无误。
由于它具有这些优良特性广泛应用于仓库和家庭等场所的安全防范,本设计就采用的这种传感器。
2.2激光红外传感器工作原理
激光红外发射与接收传感器如图1所示,正常工作时红外激光发射管发射的红外线能被接收管所接收到,此时红外接收管所输出的电压为高电平。
当有人或动物挡住发射管所发出的红外信号时,接收管不能接收到信号,此时输出就会发生变化,输出为低电平,这时二极管就会发光,报警系统开始启动。
图1激光红外传感器原理图
3系统的硬件设计
3.1硬件组成模块
本设计所包括的模块可划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构可划分为:
激光红外传感器、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:
激光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2总体设计框图所示:
图2总体设计框图
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。
当有人在设置的监测范围内经过时,激光红外探头辐射的红外光谱就会被遮挡住,红外接收探头就不能接收到红外信号,这时输出的电信号将会发生变化,这时在单片机内,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报警设备完成相应动作。
此时报警器会一直发出报警蜂鸣声,为了保证安全性,已经启动的报警装置不能够自动解除,必须是人工手动解除报警信号。
人工手动解除报警信号的方法非常简单,只需按一下复位键即可消除当前的警情。
3.2系统硬件电路的选择及说明
硬件电路的设计见附图示,从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件:
AT89S51、激光红外传感器、LED、按键、反相器74HC04、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D4为电源工作指示灯,D2,D3是报警指示灯,起报警指示作用,当P1.1脚被置低电平时,红灯开始报警,按键S作为电路复位键。
3.2.1AT89S51单片机的结构
AT89S51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大。
AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
图3为AT89S51单片机的基本组成功能方块图。
有图可见,在这一块芯片上,集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等,各部分通过内部总线相连。
下面介绍几个主要部分。
外时钟源外部事件计数
外中断控制并行口串行通信
图3AT89S51功能方块图
1.中央处理器(CPU)
中央处理器是单片机最核心的部分,是单片机的大脑和心脏,主要完成运算和控制功能。
AT89S51的CPU是一个字长为8位的中央处理单元,即它对数据的处理是按字节为单位进行的。
2.内部数据存储器(内部RAM)
AT89S51中共有256个RAM单元,但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128个,后128个被专用寄存器占用。
3.内部程序存储器(内部ROM)
AT89S51共有4KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据等。
4.定时器/计数器
AT89S51共有2个16位的定时器/计数器,可以实现定时和计数功能。
5.并行I/O口
AT89S51共有4个8位的I/O口(P0、P1、P2、P3口),可以实现数据的并行输入、输出。
6.串行口
AT89S51有1个全双工的可编程串行口,以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
7.时钟电路
AT89S51单片机内部有时钟电路,但晶振和微调电容需要外接。
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。
8.终端系统
AT89S51的中断系统功能较强,可以满足一般控制应用的需要。
它共有5个中断源:
2个外部中断源/INTO和/INT1;3个内部中断源,即2个定时/计数中断,1个串行口中断。
由上所述,AT89S51虽然是一块芯片,但它包括了构成计算机的基本部件,因此可以说它是一台简单的计算机。
ATMEL公司的AT89S51是一种高效微控制器。
采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,如图4所示。
AT89S51单片机是高性能单片机,因为受引脚数目的限制,所以有不少引脚具有第二功能。
图4DIP封装引脚图
AT89S51单片机个引脚功能如下:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3口管脚备选功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号端。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
AT89S51单片机的主要特性:
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器寿命:
1000写/擦循环数据保留时间:
10年
·全静态工作:
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
(1)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。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
(2)芯片擦除
整个EPROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。
在芯片擦除操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。
此外,AT89S51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下,CPU停止工作。
但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。
3.2.2AT89S51单片机的工作周期
单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作,控制信号必须定时发出,为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。
这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的,并组成下面几种工作周期,如图5所示。
图5振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期
振荡周期:
是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。
状态周期:
每个状态周期为振荡周期的2倍,是振荡周期经二分频后得到的。
在一个状态周期中有两个时钟脉冲,通常称它为P1、P2。
机器周期:
一个机器周期包含6个状态周期S1~S6,也就是12个振荡周期。
在一个机器周期内,CPU可以完成一个独立的操作。
指令周期:
它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。
控制部件是单片机的神经中枢,以主振频率为基准(主振周期即为振荡周期),控制器控制CPU的时序,对指令进行译码,然后发出各种控制信号,它将各个硬件环节组织在一起。
一般情况下,算术逻辑操作发生在时相P1期间,而内部寄存器之间的传送发生在时相P2期间,这些内部时钟信号无法从外部观察,故用XTAL2引脚振荡信号作参考。
3.2.3AT89S51单片机的工作过程和工作方式
单片机工作过程遵循现代计算机的工作原理(冯·诺依曼原理),即程序存储和程序控制。
存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)及运行中所需的数据,通过一定的方式输入并存储在计算机的存储器中。
程序控制是指计算机能自动地逐一取出程序中的指令,加以分析并执行规定的操作。
单片机的工作方式有:
复位、程序执行、掉电保护和低功耗、编程、校验与加密等方式。
1.复位方式
通过某种方式,使单片机内各寄存器的值变为初始状态的操作称为复位。
复位方式是单片机的初始化操作。
单片机除了正常的初始化外,当程序运行出错或由于
操作错误而使系统处于死循环时,也需要按复位键重启机器。
MCS—51单片机复位后,程序计数器PC和特殊功能寄存器复位的状态如表1所示。
复位不影响片内RAM存放的内容,而ALE、
在复位期间将输出高电平。
由表3.1可以看出,复位后:
(1)(PC)=0000H表示复位后程序的入口地址为0000H,即单片机复位后从0000H单元开始执行程序;
(2)(PSW)=00H,其中RS1(PSW.4)=0,RS0(PSW.3)=0,表示复位后单片机选择工作寄存器0组;
(3)(SP)=07H表示复位后堆栈在片内RAM的08H单元处建立;
(4)P0口~P3口锁存器为全1状态,说明复位后这些并行接口可以直接作输入口,无须向端口写1。
定时器/计数器、串行口、中断系统等特殊功能寄存器复位后的状态对各功能部件工作状态的影响。
表1PC与SFR复位状态表
寄存器
复位状态
寄存器
复位状态
PC
A
B
PSW
SP
DPTR
P0~P3
IP
IE
TMOD
0000H
00H
00H
00H
07H
0000H
FFH
XX000000B
0X0000000B
00H
TCON
T2CON
TH0
TL0
TH1
TL1
SCON
SBUF
PCON
00H
00H
00H
00H
00H
00H
00H
XXH
(0XXX0000B)
单片机在时钟电路工作以后,在RST/VPD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。
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位以及“看门狗”复位三种类型。
前两种见图6所示。
“看门狗”电路则是一种集成有单片机的电源监测、按键复位以及对程序运行进行监控,防止程序“跑飞”而出现死机而设计的电路。
图6(a)上电复位电路(b)上电/外部复位电路
2.程序执行方式
程序执行方式是单片机的基本工作方式。
由于复位后PC=0000H,因此程序执行总是从地址0000H开始,为此就得在0000H处开始的存储单元安放一条无条件转移指令,以便跳转到实际程序的入口去执行。
3.待机方式
待机方式也称空闲方式,是一种节电工作方式。
在待机工作方式中,振荡器保持工作,时钟脉冲继续输出到中断、串行口、定时器等功能部件,使它们继续工作,但时钟脉冲不再送到CPU,因而CPU停止工作。
4.掉电方式
掉电方式,也被称为停机方式。
在掉电方式中,振荡器工作停止,单片机内部所有功能部件停止工作。
它同样是一种为降低功耗而设计的节电工作方式。
待机方式和掉电方式都是为了进一步降低功耗而设计的节电工作方式,它们特别适合于电源功耗要求很低的应用场合。
这类系统往
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 安全 报警 系统