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1、毕业设计说明书实验室防盗报警系统的设计学生姓名： 学号： 信息与通信工程系系 别： 通信工程专 业： 指导教师： 2010年6月实验室防盗报警系统摘 要随着科学技术的迅猛发展，现代生活水平也随之提高，人们更希望在一种安全、舒适的环境下生活。然而不法分子的手段也在不断进步，传统防盗手段明显不能满足人们的需要。本文介绍了一种实验室防盗报警系统的设计，该系统是以AT89C51单片机为控制核心，采用热释红外传感器和自动拨号系统实现防盗报警。该系统具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠、抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠、安装隐蔽等特点，可用于实验室或家庭防盗报警。关键词：单片机，报警，自动拨号，
2、传感器The system of laboratory anti-theft alarmAbstractWith the rapid development of science and technology，the level of peoples life will also be improved in modern time, that people hope live in a safe and comfortable living environment. However, the means of crime elements are also continuously prog
3、ressing. Obviously, the traditional means of security can not meet peoples needs.The article introduces a design of Laboratory Anti-theft alarm system. The system used AT89C51 microcontroller as the core of control, used heat spread infrared rays sensor as sensor, used automatic dial-up system as al
4、arm. It is simple, inexpensive and easy to be operated, anti-interference capability and secure, and the automatic dial-up alarm function can be used into laboratory and family as the alarm system.Keywords: microcontroller, alarm, automatic dial-up, sensor 目 录1 引言11.1 本课题的研究意义11.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态1
5、2 系统总体介绍32.1 入侵探测器介绍32.1.1 红外探测器32.1.2 微波探测器52.1.3 玻璃破碎探测器62.1.4 电容变化探测器72.2 微控制器介绍72.2.1 AT89C51芯片介绍72.2.2 AT89C51主要特性参数82.2.3 AT89C51的管脚介绍82.2.4 AT89C51振荡器特征102.2.5 AT89C51的时钟特性112.2.6 AT89C51功能特性概述112.3 执行电路123 系统硬件电路设计133.1 热释电人体红外线传感器133.1.1 热释电人体红外线传感器的工作原理133.1.2 热释电人体红外线传感器的主要性能参数143.2 测量及放大
6、电路设计143.3 热释红外传感信号专用集成电路设计153.3.1 专用集成电路芯片BISS0001153.3.3 BISS0001工作原理173.3.4 BISS0001应用电路设计183.4 “看门狗”复位电路193.4.1 “看门狗”的工作原理193.4.2 DS1232的功能特性203.5 工作指示及声光报警电路设计213.6 自动拨号系统223.6.1 MT8888的介绍223.6.2 MT8888的工作原理233.6.3 MT8888的接口263.6.4 MT8888与单片机接口电路设计263.6.5 电话线接口电路273.7 语音电路283.7.1 ISD1420语音芯片293.
7、7.2 ISD1420引脚功能描述293.7.3 地址输入端的工作模式303.7.4 ISD1420语音电路设计303.8 显示电路313.9 电源电路的设计334 报警系统软件设计344.1 系统主程序设计344.2 PROCESS控制模块设计354.3 自动拨号模块程序设计364.3.1 信号检测364.3.2 DTMF拨号程序设计375 系统的调试及运行385.1 系统的硬件电路调试385.2 系统的软件调试386 结论40附 录41参 考 文 献42致 谢441 引言1.1 本课题的研究意义随着社会的不断进步和科学技术经济的不断发展，人们的安全意识也逐渐加强，但是一些不法分子的手段也在
8、改变，传统防盗手段明显不能满足人们的要求，而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于普通实验室，中小企业和家庭。针对此类现象，研究设计了一种基于单片机控制的智能防盗报警系统，具有结构简单、价格低廉、易于操作、工作性能可靠，抗干扰能力强，灵敏度高，安全可靠安装隐蔽等特点。它利用AT89C51系列单片机的强大功能和可扩充性为后盾，能够快速报警保护人民生命财产的安全1。1.2 防盗报警系统的研究状况以及发展动态 在国内防盗报警最初被应用于博物馆，20 世纪六十年代主要采用的手段是声音报警，通过罪犯行窃时发出的声音作为报警信号，值班人员听到声音后再采取相应的措施。随着科学技术的发展，
9、1982年公安部和公安部第一研究所，根据当时的防盗报警技术的发展为故宫很多展厅安装了主动红外、被动红外、微波、超声波、声控等防盗探测器，形成了多种探测手段的防盗报警系统，防盗报警技术提高到一个新水平。1984年以后安防事业在中国进入了普及与提高阶段，而且发展迅速。特别是84年为了加强庆祝国庆35周年的安全保卫工作，在天安门广场建立了电视监控工程，从此以后电视监控技术便进入到防盗报警系统中和城市交通安全管制中，提高了系统功能。在现代计算机技术、自动控制技术和现代通信技术的支持下，电子地图、多媒体操作、管理与控制软件引入到防盗报警系统中。这种新的系统采用多媒体技术同时处理多种信息，并使信息之间、信
10、息与设备之间、设备与设备之间建立逻辑联系，集成为一个交互式的系统，从而达到自动识别、自动预测、自动处理警情，使整个安防系统成为一种具有智能化的“活”的系统，让它发挥巨大、有效、可靠、灵活的系统功能2。目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如:早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国CE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力;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
11、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。随着现代高新技术的发展和进步，以及安防各行业的共同努力，防盗、防非法入侵报警系统必将为营造安全、舒适的工作和生活环境，为保障公共安全、维护社会稳定、构建和谐社会发挥更大的作用，并从中得到更大的发展3。2 系统总体介绍本系统主要由入
12、侵探测器、控制器和执行电路组成。探测器主要是对入侵信号的探测，微控制器是系统的核心部分，主要对入侵信号处理并控制执行电路，执行电路是系统的实现部分，包括报警系统、自动拨号系统、语音系统等。系统框图如图2.1。微控制 器入侵探测 器执 行电 路 图 2.1 系统框图2.1 入侵探测器介绍随着不法分子犯罪手段的不断改变，对于报警系统的要求也不断提高，尤其是探测器的准确度、隐蔽性和抗破坏性的提高尤为重要。目前探测器的种类繁多，主要有红外探测器、微波探测器、玻璃破碎探测器、超声波探测器、电容变化探测器等。2.1.1 红外探测器它是根据人体红外光谱原理，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红外线射束时
13、，形成红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过40毫秒时，接收端的蜂鸣器会产生现场提示音，报警信号输出电路即向主机发出无限报警信号。红外探测器有主动式红外探测器、被动式红外探测器两种。(1)主动式红外探测器主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾
14、遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等4。主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而
15、是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。(2)被动式红外探测器在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达
16、到数十米。被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。其核心是不见光红外探测器件，通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是814m，人体辐射的红外峰值波长约为10m，正好在范围以内。被动式红外探测器（Passive Infared Detector，PIR）根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5以下，但作用距离较远，可长达百米。因此
17、又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90，垂直视场角最大也可以达到90，但作用距离较近。所有透镜都向
18、内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛使用5。2.1.2 微波探测器微波探测器分为雷达式和墙式两种。(1)雷达式微波探测器雷达式是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm1
19、000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移。此时可认为报警产生。采用多普勒雷达的原理，将微波发射天线与接收天线装在一起。使用体效应管作微波固态振荡源，通过与波导的组合，形成一个小型的发射微波信号的发射源。探头中的肖基特检波管与同一波导组成单管波导混频器作为接收机与发射源耦合回来的信号混频，从而得到一个频率差，再送到低频放大器处理后控制报警的输出。微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透。所以一般安装不能面对室外，以免室外有人通过引起误报。金属物体对微波反射较强，在探测
20、器防范区域内不要有大面积物体存在，如铁柜等。否则在其后的阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞。多个微波探测器安装在一起时，发射频率应该有所差异，防止交叉干扰产生误报。另外，如日光灯、水银灯等气体放电光源产生的100Hz调制信号由于在闪烁灯内的电离气体容易成为微波的运动反射体而引起误报。探测器对警戒区域内活动的目标的探测范围是一个立体防范空间，范围比较大，可以覆盖6090的水平辐射角，控制面积可达几十到几百平方米。雷达式微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关，采用全向天线（如1/4波长的单极天线）可产生圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线(如喇叭天
21、线)可以产生宽泪滴形或有窄又长的泪滴形能图，适合保护狭长的地点，如走廊或通道等。(2)墙式微波探测器墙式微波探测器利用了场干扰原理或波束阻断式原理，是一种微波收、发分置的探测器。墙式微波探测器由微波发射机、发射天线、微波接收机、接收天线、报警控制器组成。微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束，工作频率通常选择在9至11GHz，微波接收天线与发射天线相对放置。当接收天线与发射天线之间有阻挡物或弹出目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微波信号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百米、宽2
22、到4米、高3到4米，酷似一道围墙，因此称为微波墙式探测器或微波栅栏。2.1.3 玻璃破碎探测器利用压电陶瓷片的压电效应（压电陶瓷片在外力作用下产生扭曲、变形时将会在其表面产生电荷），可以制成玻璃破碎入侵探测器。对高频的玻璃破碎声音（10k15kHZ）进行有效检测，而对10kHZ以下的声音信号（如说话、走路声）有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。玻璃破碎探测器按照工作原理的不同大致分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃破碎探测器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警探测器。另一类是双技
23、术玻璃破碎探测器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。次声波-玻璃破碎高频声响双技术探测器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。玻璃破碎探测器要尽量靠近所要保护的玻璃，尽量远离噪声干扰源，如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等，减少误报警。2.1.4 电容变化探测器基于电桥测量电容的基础，利用电容的变化触发报警的探测器称为电容变化式报警探测器。由于电桥的
24、平衡状态受桥臂上元器件值的影响，探测灵敏度较高，但受环境（温度、湿度等）影响较大。设计成差分方式工作则可有效地降低因环境影响而造成的误报警。传感器的平衡电桥伸出的感应线细小、轻便、柔软，安装不受地形限制，安装在入侵者可能翻越、靠近的场所6。2.2 微控制器介绍MCS-51系列单片机系统结构的完整、特殊功能寄存器的规范化以及指令系统的控制功能等特色，使其成为单片机中的主流机型，确立了单片机作为微控制器（MCU）的地位，引起了微型计算机领域新的变革。在功能相同的基础上，考虑到成本和功能问题，作者在此选用的是ATMEL公司生产的AT89C51单片机为核心，为了理解这些功能是如何实现的，本节主要介绍8
25、9C51单片机的特性，功能与结构等。2.2.1 AT89C51芯片介绍AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容7。下面就是一个AT89C51单片机的外观及引脚图：图 2.2 AT89C51引脚封装图2.2.2 AT89C51主要特性参数（1）与MCS-51 兼容 （2）4K字节可编程闪烁存储器 （3）寿命：1000写/擦循
26、环（4）数据保留时间：10年（5）全静态工作：0Hz-24Hz（6）三级程序存储器锁定（7）128*8位内部RAM（8）32可编程I/O线（9）两个16位定时器/计数器（10）5个中断源 （11）可编程串行通道（12）低功耗的闲置和掉电模式（13）片内振荡器和时钟电路2.2.3 AT89C51的管脚介绍 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FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出
27、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
28、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AT89C51的一些特殊功能口，如表2.1所示：表 2.1 部分管脚定义口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/I
29、NT1（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时间13。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。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A
30、LE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。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8。 /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
31、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。2.2.4 AT89C51振荡器特征XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入端和输出端，如下图所示。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应悬空。由于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。图 2.3 内部振荡电路图图 2.4 外部时钟驱动电路图2.2.5 AT89C51的时钟特性AT89C51的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡
32、眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。2.2.6 AT89C51功能特性概述AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，5个中断向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0 HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电
33、方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所以部件工作直到下一个硬件复位9。考虑到AT89C51本身固有的特点，设计时需注意以下几点：首先，它的程序存储器空间为2KB，因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内。其次，它没有MOVX指令，也就是说，它不支持外部存储器操作，这一点设计时一定要考虑到。此外，AT89C51自身还有一些其它特点，譬如：通过使用命令使其工作在低功耗模式等。单片机利用T0定时器和INT0引脚来测量输入方波信号的周期，而使用外部中断0来控制定时器T0是否开始定时。当定时器T0的运行控制位复位时，不管P3.2引脚是何值，定时器都不工作。只有当定时器T0的运行控制
34、位置位后，才能根据P3.2引脚状态来决定定时器是否工作。当P3.2引脚出现高电平时，定时器T0开始定时；而在其出现低电平时，定时器T0停止工作，并将测量信号的周期保存在定时器的存储器中11。系统初始化时可通过设置使T0 和T1定时器工在模式1。2.3 执行电路执行电路是本课题设计的重点，是防盗报警系统的重要组成部分，组成框图如图2.5它主要包括报警系统、自动拨号系统、语音电路及显示电路。控制器语音电路DTMF收发电路摘挂机电路电 话接 口报警显示电 路报警器图 2.5 执行电路框图在执行电路中报警器是一种传统的报警方式，当发现警情是报警器受控制器控制发出报警声音，但当用户远离警区时简单的声光报
35、警器就失去了它的作用，因此我们在电路中接入了自动拨号报警系统，自动拨号报警系统是随着科技的发展应人们的需求而发展出来的一种新技术产品，它能在发现警情时通过单片机的控制实现向预存电话号码自动拨号，并由语音电路实现语音报警。3 系统硬件电路设计热释红外探头声 光报 警驱 动电 路键 盘AT89C51单片机拨号电路MT8888放大电路BISS0001看门狗DS1232语音电路ISD2500电话接口电路电源电路LED数码管驱 动电 路图 3.1 系统硬件结构总图本设计为单片机应用系统，结构图如图3.1所示。防盗报警电路以AT89C51为主控核心，主体电路由单片机系统基本电路、传感器模块电路、声光报警电
36、路和语音拨号报警电路组成。单片机系统具有看门狗系统监控电路，可以应付大多数的意外干扰和程序错误。输入部分具有多种传感器模块输入接口，可以实现多种场合的防盗检测。输出部分具有声光报警电路和拨号报警电路，可以在警报触发的时候发出声光警告，同时自动拨打预设的电话号码报告主人。3.1 热释电人体红外线传感器 防盗报警器入侵信号的探测是由热释电人体红外线传感器完成的，系统要探测非法入侵信号，用传统的办法目标明显易于被破坏，灵敏度低。因此我们考虑采用热释电人体红外线传感器，它具有反应速度快、准确、稳定性好、不易被破坏安全性好等特点。因此，广泛用于银行、办公楼、实验室、家庭等场合的防盗报警系统中。3.1.1
37、 热释电人体红外线传感器的工作原理热释电人体红外线传感器由敏感单元、阻抗变换器和滤光窗等三大部分组成。热释电人体红外线传感器对红外线的敏感程度主要表现在传感器敏感单元的温度所发生的变化，而温度的变化导致电信号的产生。环境与自身的温度变化由其内部结构决定了它不向外输出信号；而传感器的低频响应（一般为0.110Hz）和对特定波长红外线（一般为515um）的响应决定了传感器只对外界的红外线的辐射而引起传感器的温度的变化而敏感，而这种变化对人体而言就是移动。所以，传感器对人体的移动或运动敏感，对静止或移动很缓慢的人体不敏感；它可以抗可见光和大部分红外线的干扰12。热释电人体红外线传感器与报警器配套使用
38、，是报警器中的核心探测元件，红外光谱原理，由发射端主动发射多束红外光线，在接收到红外线射束时，形成红外的网状，并进入防卫状态，当防卫射束被完全阻断超过40毫秒时，红外传感器将信号传入专用集成电路并由专用集成电路转换后输入单片机控制系统，由单片机控制系统完成控制报警器报警任务。3.1.2 热释电人体红外线传感器的主要性能参数热释电人体红外线传感器的主要性能参数：电源电压 2.210.0V源极电压 0.32.0V源极阻抗 47KId=643uA电 平 衡 10%Max） 频率响应0.330Hz 12db（Max）响应波长7.514um 平均大于70%工作温度-1050。其输出电压与特性曲线如图3.
39、2所示。图 3.2 Rv与的关系曲线3.2 测量及放大电路设计如图3.3所示的电路是由测量元件、补偿元件及电阻组成的测量电路，其中A1为测量元件，A2为补偿元件，R1、R2为纯电阻。在正常情况下，调节A2是电桥输出电压U0=0，当控制区域的探测温度增加时，A1的阻值增加，则输出电压也增加，通过测量输出电压U0即可得探测的温度变化。其中Ui为稳压源，它的稳定性决定了测量的精度。由于探测电路的输出信号比较弱，必须对信号进行放大，本设计采用由单运放组成的测量放大器，如图3.4所示。电路中，利用三个运放组成了一同相差动放大电路，其中电路配置时，一般使Rf1=Rf2，通过调整RW，改变放大器的增益。 图
40、 3.3 测量电路 图 3.4 放大电路3.3 热释红外传感信号专用集成电路设计3.3.1 专用集成电路芯片BISS0001根据系统的需要作者在这里选择了BISS0001芯片，其内部原理框图如图3.5。图 3.5 BISS0001原理BISS0001 采用CMOS工数模混合、16脚DIP封装、具有独立的高输入阻抗运算放大器、内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰、静态电流极小等特点。BISS0001芯片管脚图如图3.6。图 3.6 BISS0001芯片管脚图表 3.1 管脚说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。2VOO控制信号输出端。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1
41、-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端光控电路由光敏电阻器RG、电阻器Rl和IC第9脚内电路组成。控制执行电路由电阻器Rl0、晶体
42、管V、二极管VD和继电器K组成。3.3.3 BISS0001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。我们以其不可重复触发工作方式下的波形和可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。来说明其工作过程。图 3.7 不可重复触发工作方式下的波形首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、
43、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。 当A端接“0”电平时，在Tx时间内任何V2的变化都被忽略，直至Tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平），可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰10。图 3.8 可重复触发工作方式下的波形可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc
44、=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。通过以上分析可见BISS0001是一款结构新颖、功能强大的红外信号处理芯片。3.3.4 BISS0001应用电路设计红外探测传感模块由热释红外传感器（PIR）、热释电红外专用接口芯片BISS0001和外围电路组成。图 3.9 专用集成电路应
45、用原理图热释电红外控制电路由集成电路lC(BISS0001)和电阻器R3-R9、电容器C3-C8组成。BISS0001是热释电红外控制专用集成电路，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和基准电源等电路组成。3.4 “看门狗”复位电路随着计算机技术的发展，单片微型计算机在工业自动化领域和智能化产品中得到了广泛的应用，如何提高单片机产品的抗干扰能力是产品开发和设计人员所面临和必须解决的问题。美国DALLAS公司生产的“看门狗(WATCHDOG)”集成电路DS1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。 “看门狗”有
46、时又称为定时器，它的作用是强迫单片机（微控制器）进入复位状态，使之从硬件或软件电路故障中解脱出来。3.4.1 “看门狗”的工作原理在系统运行以后就启动了“看门狗”计数器，“看门狗”开始自动计数，如果到了一定的时间还不清空“看门狗”定时器，则“看门狗”计数器就会溢出从而引起“看门狗”中断，造成系统复位。所以在使用有“看门狗”芯片时要注意不时的清空“看门狗”定时器。图 3.10 看门狗电路原理图DS1232是常用的硬件“看门狗”芯片，其应用电路如图3.10。DS1232的RST端接单片机的复位端，SET端接单片机的输出I/O端。看门狗的实质是一个定时器，当定时器溢出时，就会输出复位信号使单片机强制复位。因此需要在看门狗定时器溢出前，通过单片机I/O端口对看门狗
