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论文方法介绍-基于51单片机的室内防盗智能系统
时间:2021-04-28 17:35:35

  随着科技的迅速发展,家庭智能安全防盗问题已得到人们的密切关注,一些盗贼利用技术的发达可以顺利进入到家庭中进行实施盗窃,老式的防盗窗防盗门等防盗工具已不能满足现在用户的需求,特别外出的用户更是担心家庭安全问题,为了让更多的用户可以放心的在外工作或旅游,有针对性的设计出一种家庭智能防盗系统来满足用户的需求。

  本文主要设计了一种利用51单片机为核心控制,通过热释电红外传感器来检测人体,矩阵键盘用来制作密码锁,LCD液晶显示,GSM网络进行通信,蜂鸣器来报警等构成的智能防盗系统,该系统具有结构设计简单、安全性高、功能多的特点。

  随着科技信息的迅速发展,人民对生活的质量也要求越来越高,更多的人都希望自己能够在一个便捷、安全、舒适的家庭环境下生活,由于社会的进步,在此同时也越来越多的不安全因素出现在家庭之中,一些家庭被盗窃也越来越多,导致更多的人因为家庭防盗问题而感到烦恼。

  现在市场上也有很多不同类型的防盗器来进行防盗,比如压力式触发报警器、开关电子报警器、压力遮光报警器等不同报警器,这些类型的报警器都有很大的缺点,他们在防盗的时候会因为探测不灵敏导致误报或漏报,其探测灵敏度较低,可靠安全性低,这些报警器已经不能满足现在用户的需求,如何设计出一种更安全可靠稳定的防盗报警器是本文所要设计的主题[1]。

  家庭防盗报警器主要是在用户外出上班或旅游时布置的防盗系统,从而达到盗贼进入盗窃,它主要是通过移动网络、传感器、智能密码锁等设备实现的,本设计主要利用单片机为核心控制,当有人进入时通过红外传感器进行探测到目标,通过红外对管可以检测出进入的人数,利用密码锁来进行输入密码,LCD液晶显示出实时状态,GSM和蜂鸣器用来进行报警威慑盗贼进入。

  该系统的设计可以让在外的用户更方便的了解到家庭的情况,进而方便用户做出相应的措施来达到防盗,系统设计价格便宜,灵活方便,安全性高,具有很好的应用市场,也可以更好的满足用户的需求,让用户放心的在外工作,解除他们的心里烦恼。

  1.2国内外研究现状

  防盗报警的设计研究国外要比国内的早,在上世纪初,报警系统就在北美开始研究了,在最初研究出一种报警呼救箱,把它放在大街上,通过它来传递呼叫信息给当地附近警察来寻求帮助,在这之后由于通信技术的发展,研究出一种以电报的方式来传递报警信息,这种电报方式的传递距离可以达到更远,但是,这种电报方式的使用并不是很普及,很多人拒绝这种方式,经过研究又发明了电话的方式来报警,该方式在当时是非常流行的,普及到更多的家庭之中,在70年代,开始研究出一些便捷的防盗报警系统,当时最大的安防公司-美国棋诺亚公司通过不断地研究建立了联网报警服务商,通过电子技术和集成技术的结合打造了更先进的报警平台,可以更好的达到报警防盗。

  智能家居这方面的概念在上世纪末才开始引出推出,早期最常用的都是固定的防盗装置,通过门和防盗窗来进行防盗,这样的防盗方式比较死板,相对真正的防盗来说作用不大,安全性比较低,早期人们对智能家居的概念也是比较模糊的,通过大力的宣传和推广后,更多的人才去关注智能家居[2],通过不断地发展,也开始更多的人去研究不同的智能防盗系统,并不断的被应用到小区的家庭中,通过智能化来实现防盗,也为用户提供了更好的生活质量,目前市场上也有大量的不同型号的智能防盗报警器,往后更加智能化防盗也会越来越被使用[3]。

  1.3本文主要内容安排

  本系统是基于51单片机制作的室内智能防盗系统,通过系统实现家庭防盗,本文其主要的内容安排如下所示:

  第一部分为绪论部分,主要描述整体系统是在什么背景下研究的以及研究的意义体现在哪,国内外有什么研究现状。

  第二部分为技术介绍部分,其主要讲述了系统所需要的元器件的原理和应用。

  第三部分为系统分析部分,其主要进行阐述系统实现的可行性分析和功能分析。

  第四部分为系统硬件电路设计,主要说明系统各个模块的电路设计。

  第五部分为系统软件设计,主要讲述各个模块的功能是怎样实现的,以及软件怎样开发的。

  第六部分为测试部分,主要进行各个模块的实物演示以及整体实现。

  第七部分为总计部分,主要对整个系统进行总结。

  2系统相关技术介绍

  2.1单片机

  2.1.1STC89C52单片机基本原理

  该系统采用STC89C52为主芯片设计的智能防盗系统[4],STC89C52单片机是低电压高性能CMOS-8微控制器,由STC公司通过高技术研发的,具有8KB闪存存储器,存储器RAM512KB,基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令。一个闪存单元,STC89C52集成电源,是一种强大的微型计算机,具有强大的功能,给用户带来了更多的用处,并可灵活应用于各种控制领域。

  STC89C52单片机是一个高性能的单片机,具有低能耗,40根针头,32个双向外部输入/输出端口(I/O),包括两个外部和中间开口,三个16位可编程计数器和两个双工串行通信端口,STC89C52可根据标准方法或在线编程,它结合了通用微处理器和闪存,特别是可重复编辑的闪存。这有效地降低了发展成本。

  2.1.2STC89C52单片机的特性

  STC89C52单片机的主要特性:

  具有MCS-51内核,8K片内ROM

  含512字节的RAM

  含有32根可编程I/O线

  具有3个16位可编程定时器

  含有1个全双工的可编程串行通信接口

  空闲模式和掉电模式两种低功耗工作模式

  可编程的3级程序锁定定位

  片内振荡器和时钟电路

  数据保留时间:10年

  全静态工作:0Hz-24Hz

  引脚功能使用说明:

  VCC:供电电压。

  GND:接地。

  P0口:P0端口是一个8漏极双向开放I/O,每个引脚吸收8个TTL门极电流。当写P0端口引脚为1时,它被定义为高阻抗输入,P0输入可用于外部程序数据存储,并被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程中,P0端口用作原始代码输入。验证FIASH时,P0端口可以输出源代码,并且必须将P0的外部拉高。

  P1口:具有8位内部上拉电阻的I/O双向孔。P1缓冲器可以接收4个TTL门的输出电流。当向P1端口写入1时,它可以用作输入并在内部上拉至高电平。P1当端口被下拉至低电平时,由于内部上拉,将输出电流。在检查和编程FIASH时,将接收P1端口作为第八个地址。

  P2口:P2端口是带有内部上拉电阻的双向I/O端口。P2端口缓冲器可以接收和输出4个TTL门电流。当将1写入P2端口时,由于内部上拉电阻增强而输入增加,该引脚被加强。当用作输入时,P2端口引脚在外部被拉低,并且由于内部上拉而将输出电流。当P2端口访问16位地址外部数据存储器或外部程序存储器进行访问时,P2端口输出地址为高。由于内部上拉电阻的优势,当给定地址“1”时为8位,当对外部8位地址数据存储器进行读写时,P2端口将输出特殊功能寄存器的内容。在检查和编程FIASH时,P2端口接收控制信号和地址信号的高8位。

  P3端口:P3引脚是一个I/O双向端口,带有8个内部上拉电阻,能够接收和输出4个TTL极门电流。当P3端口写“1”时,它们在内部被拉高以用作输入。作为输入,由于外部下拉至低电平,P3端口将输出电流。P3口作为STC89C52单片机管脚的备选功能具体如下:

  P3.0 RXD(串行输入口)

  P3.1 TXD(串行输出口)

  P3.2 /INT0(外部中断0)

  P3.3 /INT1(外部中断1)

  P3.4 T0(记时器0外部输入)

  P3.5 T1(记时器1外部输入)

  P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)

  P3.7 /RD(读取外部数据存储器)

  P3口也可以通过接收到的一些控制信号来进行闪烁编程和校验。

  RST:用于复位输入。在系统运行开始时,振荡器会进行一个复位,此时要保持RST这个引脚处于高电平周期时间。

  ALE/PROG:对外部存储器进行访问时,可以选择将通过的地址设定输出级别,用来锁定地址状态字节。对FLASH进行编程时,可用于输入编程脉冲。ALE端子发出恒定的正频率脉冲信号,该信号代表振荡器的频率的六分之一,因此它可用作外部输出脉冲或可用于实现定时的目的。要注意的一件事是,当用作外部数据存储时,需要跳过ALE脉冲。如果要禁用ALE输出,请将SFR8EH地址设置为0。在此阶段,ALE仅在执行MOVX和MOVC指令时有效。如果微处理器从外部执行ALE禁止,则此引脚拉到更高的位置,因此定位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。由于外部程序存储器的获取周期,每个机器周期/PSEN有效两次,但是当执行对外部数据存储器的访问时,不会生成两个有效/PSEN信号。

  /EA/VPP:当/EA保持低电平时,在此期间将存储外部程序存储器(0000H-FFFFH),无论是否有内部程序存储器,如果加密方法为1,则/EA在内部锁定为RESET。当端子/EA保持高电平时,内部程序存储器将保持不变,并且在FLASH编程期间,该引脚用于施加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:反向振荡器的输出。单片机引脚图如图2-1所示:

  图2-1单片机STC89C52引脚图

  2.1.3STC89C52单片机应用

  单片机在市场上应用领域非常广泛,单片机的使用具有如下优点:

  (1)单片机的体积小、使用成本低、运用灵活度高、易于产品化,它能便捷的组成各种智能化设备和仪器,轻易地做到机电一体化;

  (2)性价比高,可以很容易的解决一些控制类任务;

  (3)外界环境的干扰性对它影响不大,适应的温度范围广,在一些恶劣环境也能正常快速运行。;

  (4)能够便捷的实现多种机器和分布式控制,让整个系统都能够稳定工作,效率高,可靠性高。

  下面列举一些具体的应用领域:

  (1)工业控制:传感器、工业机器人、可编程逻辑控制器等;

  (2)智能仪表:玻璃温度计、信号发生器、色谱仪等;

  (3)导航与控制:航天器、导弹制导、人工智能等;

  (4)汽车与节能:点火装置、防滑刹车系统等。

  2.2红外传感器

  2.2.1红外传感器的选择分析

  方案一:采用主动式红外收发传感器检测人体。

  红外收发传感器是利用红外发射管和红外接受管通过红外线进行检测的,在进行检测的时候当有物体遮住时,红外接受管将会收不到红外发射管发出的红外线进而判断有人进入,该传感器价格低,安装方便,但容易受到强光的干扰,安装角度和位置等因素的影响,导致误报率较大。

  方案二:采用被动式热释电红外传感器检测人体。

  热释电红外传感器是通过探测物体所散发的热能进行转化后将探测到有温度差,进而探测到有人体进入,该传感器具有使用便捷、价格低、误报率较小、受外界因素影响度低、探测范围广的优点。

  在该系统中,采用热释电红外传感器进行人体探测,当在一定区域内,通过人体散发出的热能进而识别到有目标闯入进行开启报警系统,热释电红外传感器本身不具有任何辐射,它使用功率低,损耗少,安装的时候便捷,使用起来安全,可以安装在很小的地点不易于被发现的优点,在众多的防盗领域中都有运用到,在本系统中也能起到很好的防盗作用。

  2.2.2热释电红外传感器的结构构造

  热释电红外传感器主要由滤光片、热释电探测元、和前置放大器三大部分组成,由于外部环境的影响,其输出信号将不稳定,所以将这些元件真空放在金属营内,如图2-2所示:

  滤光片又叫带通滤光片,放在传感器最上端,可以将其屏蔽以通过特定的波长,并应将其发送到热电检测元件,该元件将切断红外通行超出其允许范围的范围。

  热释电探测元为传感器的核心,在其表面镀上金属正极,由加电极化制成,当有不同强度的红外照射时,会产生不同的温度变化,使其表面电极的电荷浓度发生变化,由此开始释放电流。

  前置放大器由高内阻场效应管的源极跟随器组成,当电阻变化时,电检测元件的电流信号将转换为有用的电压输出信号。

  图2-2热释电传感器结构图

  2.2.3热释电红外传感器的工作原理

  热释电红外传感器[5]主要是通过热电效应来探测目标的,通过红外线的辐射来感应,热释电效应是指受热物体由高温向低温移动时所产生的电流现象。任何高于绝对零度的物体都会释放红外线,通常来说温度越高,红外辐射的波长就越短,人体的波长大概是9um-10um的红外线,热释电传感器波长大概在0.2um-20um,在这个范围内基本是不变的,由于热释电传感器本身的探测范围在3米左右,所以在进行探测的时候往往会在前面加一个菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是由聚乙烯材料制作的,在薄片上会有一些不同的格子条,这些竖条就是一些通信螺旋线,在进行人体探测时,菲涅尔透镜通过聚焦辐射传递给热释电传感器,经过信号的转换来探测目标进入。

  2.3LCD液晶显示

  2.3.1LCD1602液晶介绍及显示原理

  LCD1602液晶也称为1602字符液晶,可以用它显示一些字母,数字,符号,它由几个5x7或5x10点字符位组成,一个点字符位可以显示出来一个字符,每位之间和每行之间有个点距的间隔,有着字符间距和行间距的作用,通常使用它显示两行,每一行是由16个字符构成,使用的时候用+5V电源供电,与它相连接的外围电路也不复杂,具有体积小,功能损耗低,显示内容也比较丰富,比较轻巧的特点,已经在市场上得到广泛运用。LCD1602液晶实物图如图2-3所示:

  图2-3LCD1602液晶显示实物图

  2.3.2液晶显示管脚功能图

  想要了解使用LCD液晶显示,要熟悉它的一些引脚功能,LCD液晶引脚如图2-4所示:

  (1)?VSS?是用来接地的电源;?

  (2)?VDD?主要是接正电源+5V;?

  (3)?V0用来调整对比度,当接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高;

  (4)?RS?作为选择寄存器,当该引脚为高电平时是选择数据寄存器,当引脚为低电平时是选择指令寄存器;

  (5)?RW是一个读写信号线,?高电平时用来读操作,低电平用来写,当R/W和RS同时为低电平时可以写指令,当RS为高R/W为低电平时可以写数据;

  (6)?如果要在E端发出作用,就要在这里接入低电平;

  (7)?D0?到?D7?都是数据端,在后面还有一个BLA?是背光源正极,一个BLK?是背光源负极。

  图2-4LCD1602液晶引脚图

  3系统分析

  3.1系统的总体设计分析

  本文设计的防盗系统功能主要主要体现在不同的模块上,该系统分为单片机功能模块、红外传感器功能模块、密码锁功能模块、LCD液晶显示模块,GSM通信模块、蜂鸣器报警模块、LED指示灯、红外对管检数模块这几个大模块,采用STC89C2单片机为主控芯片,利用热释电红外传感器可以检测人体,红外对管检测出进入的实时人数,在有人进入时需要输入密码来验证成员信息,输入密码错误时将会进行蜂鸣器和GSM短信报警,输入正确后将关闭报警系统,并且也可以手动解除报警。模块框图如图3-1所示:

  图3-1模块框图

  3.2系统可行性分析

  本文制作的室内智能防盗系统主要是能够利用智能化的方式来实现防盗,不过想要制作出该智能防盗系统,在技术上需要对电路方面的知识有一定的了解,能够熟悉并运用C语言进行编程,需要有一定的设备等。在制作该系统之前已经通过电脑下载了一些编程和画图软件,通过不断地去学习有关单片机方面的知识和软件的使用,已经可以大概的去利用画图软件来进行电路图设计,然后通过编程软件去编写相关的程序,调试好后则可以焊接电路图并下载程序实现功能,这些相关技术操作都是可以去实现的,在经费上只需要去购买一些硬件元器件就可以,相对来说价格也很便宜,研究经费也很低,通过后期的学习和修改,该系统也是完全可以设计出来的。

  3.3系统功能分析

  系统功能图如图3-2所示,该系统是通过单片机的各个不同的引脚来控制一些模块实现的功能,具体功能有以下几点:

  (1)红外传感器功能:在探测区域内,通过热释电红外传感器来探测目标;

  (2)红外对管功能:在目标进入时,利用目标遮挡住红外对管的发射和接收红外线来进行计数;

  (3)LCD显示功能:LCD1602显示可以显示出密码锁的输入在线状态,并且有设置的人数上限,当有人进入开始计数时也会实时显示出来,开门的时候会显示OPRN,关闭时会显示CLOSE状态;

  (4)LED指示功能:设置了两个指示灯,一个当有按键按下时,指示灯会亮一下用来说明有按键按下,另一个当门禁打开时会亮;

  (5)密码锁功能:密码锁的设置用来输入密码,也有清除按键,在密码输入错误后按下清除按键可以清除密码,在确认键按下时才会进行密码匹配,也设置了修改密码按键,可以用来修改密码;

  (6)GSM通信功能:在启动报警时,发送短信给用户提示有人闯入,用户也可以发送短信来解除报警装置;

  (7)蜂鸣器功能:用来进行报警;

  (8)按键输入功能:设置了三个独立按键,一个是人数上限加一个人属上限减,另一个是用来手动解除报警的。

  图3-2系统功能图

  4系统硬件电路设计

  4.1单片机最小系统及下载电路设计

  4.1.1电源电路

  电源电路控制着整个系统,当有电源打开时整个系统才会开启运行状态,在该系统中采用的是低电源电压,常有的低电压由5V和12V的,这采用5V的电压,AT89C51工作的在5V左右,所以可以直接用在单片机上,让其稳定工作。电源电路如图4-1所示:

  图4-1电源电路图

  4.1.2复位电路

  复位电路是给单片机进行复位,让程序从头开始运行,与单片机的IO口连接时低电平才有效果,在进行电位复位时要设置一定的时间初始化,在此过程中,复位引脚必须保持在低电平,并且电压不会由于电容器的作用而突然改变,在进行上电后,电容的电压将为零,里面的芯片开始复位,然后电源通过电阻向电容充电,到由低电平变成高电平时,芯片开始工作。复位电路图如图4-2所示:

  图4-2复位电路图

  4.1.3振荡电路

  振荡电路是单片机内必不可少的,由电容和晶振组成,在单片机工作的时候,晶振电路给单片机提供一个时钟频率,让单片机能够快速运行,时钟频率越高,单片机运行速度越高,在一个系统内通常只有一个晶振,这也有利让单片机工作在一个同步频率,让系统更加稳定工作。电路图如图4-3所示:

  图4-3振荡电路图

  4.1.4外围下载电路

  该系统采用单片机RXD和TXD引脚通过USB转串口接口进行下载程序的,这两个接口是通信口,可以通过不同的芯片进行不同的通讯,在下载的时候使用ISP软件下载,该软件下载速度快,方面操作。下载电路如图4-4所示:

  图4-4下载电路图

  4.2热释电红外传感器探测模块电路设计

  4.2.1热释电传感器HC-SR501模块简介

  HC-SR501是基于热释电红外技术的自动控制模块,该模块用作探测目标时灵敏度高,可靠性强,低电压工作方式,市场上也在大量应用该模块。它具有以下功能特点:

  (1)全自动感应:当有人进入其探测区域时,将输出高电平,人离开探测区域时将会输出低电平;

  (2)工作电压范围广:基本工作电压在4.5V-20V之间;

  (3)输出高电平信号,与其他电路相连接较简单;

  (4)两种触发方式:不可触发方式和可触发方式这两种方式,不可触发方式时,有人进入则输出高电平,但过一段时间会直接输出低电平。可触发方式为探测到有人时会一直输出高电平,让人走后输出电平也将不可变。

  HC-SR501实物图如图4-5所示:

  图4-5HC-SR501实物图

  4.2.2热释电传感器检测电路设计

  热释电红外探测器模块主要由红外传感器信号处理器BISS0001和热释电红外传感器及一些电容电阻等外围器件组成,接在3V-5V的电压之间,BISS0001器件是CMOS数模混合集成电路,含有高输入阻抗放大器,可以有效的抑制外界环境的干扰,性能比较高[6]。其BISS0001管脚如图4-6所示:

  图4-6BISS0001管脚图

  BISS001可以和多种传感器结合进行信号处理,内部有延时和封锁时间定时器。结构图如图4-7所示:

  图4-7BISS001内部结构图

  BISS001采用不可重复触发状态,主要工作过程如下:开始时,运算放大器OP1将热释电感应输出的信号放大,在经过COP1和COP2电压比较器进行处理,VS检测到有信号触发去开启延时定时器,输出信号V0经过晶体管放大后驱动继电器去接通负载。

  在热释电红外传感器检测到有人时,经过内部转换,输出低频电信号到BISS0001芯片进行处理后输出高电平信号,把输出的高电平信号传送到单片机进行处理后开启后面模块的运行。其热释电传感器电路设计如图4-8所示:

  图4-8热释电传感器电路设计图

  4.3液晶显示模块电路设计

  该系统中,采用字符型液晶显示,主要能在液晶上显示出密码锁的状态和人数的上限以及实时人数等功能,LCD1602液晶对外接口如图4-9所示,在该电路设计中,采用八位数据接口,液晶电源正端口接5V电压,在负端口接地,背光正端口接5V电压,负端口接地,在液晶的V0引脚接到电位器的中间,电位器两端一边接5V电压一边接地,可以通过调节电位器来进行调节液晶显示的对比度,LCD1602液晶的D0-D7引脚分别对应接到单片机的P0.0-P0.7引脚,RS/RW/EN分别接到单片机的P1.0/P1.1/P1.2引脚,通过单片机的控制来进行在液晶上显示实现的功能。

  图4-9LCD1602液晶显示电路设计图

  4.4GSM模块电路设计

  本系统采用GSM模块[7]进行远程控制,实现对家庭防盗报警处理,选用SIM900A模块作为电话控制,它是SIMCOM公司生产的基于GSM的改进型GSM/GPRS模块,功能齐全,价格低廉,性能稳定。主要利用他进行收发短信来控制报警系统。硬件系统设计功能图如图4-10所示:

  图4-10GSM模块设计功能图

  该模块采用电源为+5V电源,SIM卡接口采用3V电源,在进行上电后会有电源指示灯常亮,这时会进行一个网络注册,寻找网络,当NET指示灯进行常亮3秒灭0.5秒时说明注册成功,进入工作稳定状态,GPRS[8]天线口使网络信号更加稳定。硬件电路图设计如图4-11所示:

  图4-11GSM模块电路设计图

  该电路图的RXD/TXD与单片机的P3.0/P3.1引脚连接,电源采用5V,在该模块进入稳定工作后,可以通过接收短信进行报警,也可以通过指令进行发送短信关闭报警。

  4.5密码锁模块电路设计

  目前市场上已有很多不同的电子密码锁的设计应用在家庭防盗中,为家庭提供了安全保障。在本系统中采用16个按键构成的矩阵键盘来设计密码锁实现防盗[9],该矩阵键盘设置了1-9个数字,还有一个清除按键,一个设置按键用来修改密码,一个确认按键,一个上锁按键,用户可以通过矩阵键盘来输入密码,当输入密码正确后,单片机会输出开锁信号,同时也要为键盘的扩展功能留出CPU时间,在用户输入密码错误时可以清除密码重新输入,每次用户输入密码错误一次将会发出一次1秒报警,当用户输入密码错误次数超过三次时将会发出长时间的报警。密码锁电路设计如图4-12所示:

  图4-12密码锁电路设计图

  该矩阵键盘构成的密码锁连接在对应单片机的P2.0-P2.7引脚,在对矩阵进行行列扫描时,低四位输出高电平,高位四位输出低电平用于行扫描。当低四位不是高电平时,表明按下了哪一行键,并根据接收到的数据值判断了哪一行键。然后,依次通过高四位输出低电平,低四位输出高电平。当高四位不是低电平时,表示有一个按键按下,然后使用数据确定按键的哪一列按下,最后可以确定按下了哪个按键,并通过按键值去比较密码。

  4.6报警模块电路设计

  本系统设计的家庭智能防盗主要是通过蜂鸣器来进行报警,当有外来人员进入时则会通过蜂鸣器进行威慑外来人员闯入,从而达到防盗。?在市场蜂鸣器主要有电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器两种,在该系统中采用电磁式蜂鸣器进行报警,电磁蜂鸣器主要由振荡器,磁体,振动膜片,电磁线圈和外壳组成,当5V电源打开时,振荡器将通过电磁线圈产生音频信号电流,使其产生磁场,振动膜处于电磁状态,在线圈和磁铁的作用下发出声音警报。

  其蜂鸣器报警电路设计如图4-13所示:该电路设计主要有一个三极管和电阻、蜂鸣器组成,在三极管上方接通电源,三极管的基极接上电阻,用来控制流过三极管的电流,让其稳定工作,在蜂鸣器负极接地,当BEEP节点有低电平时,蜂鸣器才会响。

  图4-13蜂鸣器报警电路设计图

  5系统软件设计

  5.1软件开发工具

  目前单片机软件发开工具使用最多的是Keil软件[10],它是由美国KeilSoftware公司生产的一种51系列的单片机C语言编程系统,该软件用来编程具有很大的优势,具有强大的功能,可读性强,也容易操作使用,支持多种微处理器。

  5.2软件总体设计

  5.2.1主程序设计

  系统主程序设计如图5-1所示,在开启智能防盗布控后,所有的模块设计都建立在热释电红外传感器检测到人之后,最开始会进行一个系统初始化,当热释电红外传感器发生信号变化,检测到人体进入后,会进行一个人数检测,把得到的讯号传给系统的总控制核心模块STC89C52单片机,经过中央处理器处理后,开启密码锁状态,经过按键扫面判断出输入的密码与之前设定的密码是否相同,密码相同则输入正确,关闭报警系统,一旦输入三次与设置的密码不同,则会开启蜂鸣器报警,发送短信报警给主人预定的手机号码,也可以发送短信关闭报警系统,并可以自己重置修改密码。

  图5-1主程序流程图

  5.2.2传感器模块子程序设计

  热释电传感器是利用人体的温度变化来进行探测的,在程序开始进行初始化后,若在其探测范围内温度有△T的变化时,将采集温度变化,感应输出高电平,说明有人闯入,并把信号传递给单片机进行分析处理。传感器程序设计流程图如图5-2所示:

  图5-2传感器探测设计流程图

  5.2.3密码锁子程序设计

  密码锁设计采用16个独立按键构成的矩阵键盘制作的,在开始进行初始化键值,在有按键按下时进行判别是哪一个按键按下,当按下1-9数字键四次后,若按下确认键时,会进行密码比较,若正确则关闭报警装置,若错误则进行一次报警,错误次数超过三次将会长时间报警,若按下清除键时,LCD显示屏上会显示密码清除,这时可以再次输入密码,若在密码正确后按下重置键时,则会进行一个密码修改,输入两次新设置的密码才会设置密码成功。密码锁程序设计如图5-3所示:

  图5-3密码锁程序设计流程图

  5.2.4报警及GSM通信子程序设计

  该模块采用蜂鸣器报警和GSM通信发送短信来报警,程序开始后,会对单片机的报警端口初始化,GSM串口初始化后发送中断请求,在检测到有相应的电平信号时,会触发蜂鸣器进行报警,并且会通过发送短信给用户预定的号码进行报警,用户也可以通过发送短信来解除报警。报警及通信流程图如图5-4所示:

  图5-4报警及通信流程图

  6系统的调试与性能分析

  6.1硬件调试

  在对硬件进行调试时,首先根据设计出的原理图,把各个模块所需要的元器件在电路板上进行排版,通过烙铁进行电路焊接,在焊接好之后用万用表等工具进行检测是否存在电路短路或断路的现象,若有错误则进行更改,确保无故障后进行上电测试。

  6.2软件调试

  对软件进行调试时,通过KeilC51进行对软件部分编译程序,该软件功能比较强大,它可以在编写程序时提示语法错误或编译错误,在编写好每个小模块后进行运行程序,出现错误后进行个别语句的修改,直到把这个模块进行修改完成,这样可以节省时间更容易完成目标。

  6.3硬软联调

  系统在进行软硬联调的时候,在确保软件调试和硬件调试都无误的情况下,通过STC-ISP软件把编译好的程序烧录到开发版上,根据各模块所要实现的功能分别进行调试,调试好各个模块后,对软件和硬件进行整体调试,当整体调试都通过的时候,这个系统就制作完成了。

  6.4模块测试

  在给整体系统测试的时候是按照小模块进行测试的,小模块测试都成功实现了说明整体系统也就可以实体应用在家庭中了,在测试的时候主要进行了人体检测测试、人数检测测试、密码锁功能测试、报警功能测试这几个功能测试,当给系统进行上电后,实物连接图如图6-1所示:

  图6-1实物连接图

  6.4.1人体检测测试

  本系统是采用热释电红外传感器进行检测人体的,因为热释电红外传感器是通过温度变化来检测的,所以在测试的时候为了方便演示使用红外对管收发传感器来进行检测,当有人通过时,人体会因为挡道红外发射管和接收管之间的红外线而探测到目标,在这里用物体遮挡来进行演示,状态指示灯亮的时候说明有人体进入。实物演示如图6-2所示:

  图6-2人体检测实物测试图

  6.4.2人数检测测试

  在该系统使用红外对管检测人数,当有人数通过时,红外对管会进行计数,通过单片机连接的LCD1602显示屏上会显示出具体的进入人数,在这里设置了最大人数上限15人,每当进入一人则人数加一直到加到人数上限15为止,可以通过按键进行人数上限值设置,测试的时候当红外对管状态指示灯都亮的时候则计数成功。测试如图6-3所示:

  图6-3人数检测实物测试图

  6.4.3密码锁功能测试

  该密码锁具有输入密码、清除密码、修改密码等功能,密码设置是采用四位密码,在测试的时候,通过输入密码来进行开锁,每当密码按键按下的时候,LCD1602显示屏上会显示出密码的具体状态,通过清除按键可以清除输入错误的密码,当确认按键按下的时候才会进行比较密码,在开锁成功后也可以自己重置密码,设置自己想要的密码,重置密码需要输入两次才算成功,设置好后一键上锁。测试如图6-4所示:

  图6-4密码锁测试图

  6.4.4报警功能测试

  报警主要有蜂鸣器报警和手机短信报警,在密码输入错误一次后蜂鸣器会进行一个短暂的报警,密码输入错误三次后蜂鸣器会进行长期的报警,并且通过短信进行报警,在测试的时候,GSM模块上电后会进行一个短暂的网络注册,寻找信号,当状态指示灯亮3秒灭0.5秒时说明注册成功,有时可能会因为信号弱的原因导致网络注册比较慢,不过需要等待几分钟。实物图如图6-5所示:

  图6-5GSM模块实物演示图

  GSM报警时,手机会接收到一条“WarningMessage”信息,并可发送“JCJB”短信进行解除报警,也可以通过按键解除报警。演示图如图6-6所示:

  图6-6短信报警测试图

  7结论

  该系统主要实现家庭安全智能防盗控制,对于一些上班族或者出去旅游的家庭,这些功能可以简单的完成他们的要求,目前随着科技的发达,家庭安全隐患也频频出现,一些防盗系统的设计也在不断的改变和更加去满足人们的要求,本文主要简述了该系统的硬件制作和软件设计,最后应用在现实家庭环境中,通过测试结果,说明该系统的设计方法和思路是正确的,硬件和软件的设计合理,实现了该系统所要求的一些功能,达到了自己理想的设计目标,同时也让我在制作的过程感受到我所学的还远远不够,所设计的功能也只能满足少许人们的需求,后面还有更加强大的功能需要我去慢慢改进和实现,还有更多的知识需要我去掌握。

  我相信随着科技的发展,人们的家庭安全需求也在增加,所设计的防盗系统也会不断增高去满足人们的需求,以后市场上也会有更多的新颖的智能防盗科技涌现,很大程度上去解决防盗问题。