多路无线防盗报警系统设计.

多路防盗报警系统设计与仿真

陈小小

（吉林大学物理科学与信息工程学院，辽林长春130000）

摘要

本设计的目的在于设计出一个具有实用价值的、性能较高的无线防盗报警器。该报警器具有误报率较低、安装和配置容易、成本低、使用非常方便的特点。实现的原理是热释电红外传感器感应到入侵者的红外热辐射(人体体温)，将其转换成超低频信号，经电路放大、输出。具体方法是用无线通信技术实现三机（检测器、主机、控制器）分离。检测器是利用红外人体检测探头检测预先设定好的范围内的情况，一旦有危险便向主机发出信号。而主机功能是通过无线接受信号，再经单片机处理，然后数码管显示出信号发出的具体范围并同时音频功放控制喇叭发出警告声音。控制器是设定报警器的开与关。

关键词：电压比较器；无线；AT89C2051；报警系统；

目录

第一章绪论 (1)

1.1 红外防盗报警器的发展状况 (1)

1.1.1无线防盗报警器的分类及其介绍 (1)

1.1.2 无线防盗报警器工作的原理 (2)

1.2 设计的主要内容和意义 (2)

1.2.1 设计无线防盗报警器的内容 (2)

1.2.2 设计无线防盗报警器的意义 (2)

第二章系统的总体设计 (3)

2.1多路无线防盗报警器的组成 (3)

2.2各芯片引脚图与功能 (3)

2.2.1芯片AT89C2051的20个引脚图与功能 (3)

2.2.2编码芯片L X2262引脚图与功能 (4)

2.2.3解码芯片L X2272引脚图与功能 (5)

第三章硬件电路的设计 (7)

3.1系统硬件结构图 (7)

3.2电源设计 (8)

3.3编码与发射电路设计 (9)

3.4数据解码与接收电路设计 (9)

3.5报警电路设计 (10)

3.6显示单元设计 (10)

3.7遥控电路的设计 (11)

第四章软件的设计 (12)

4.1程序流程图 (12)

4.2程序原代码 (13)

第五章总结 (16)

致谢 (17)

参考文献 (18)

第一章绪论

1.1无线防盗报警器的发展状况

红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之上,所以有必要先谈谈红外传感器的发展状况.而传感器技术是21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点。从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。

1.1.1 无线防盗报警器的分类及其介绍

1.被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号,并进行放大,处理,它能可靠的将运动着的生物体(人)和飘落的物体加以区别。同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。目前与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式。其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60 m;透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10 m;折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘、防水、抗击、隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。其工作原理为:由多元组合菲涅尔透镜构成一定视场和距离的警戒区，监视警戒区内红外辐射量的变化。当警戒区内无盗贼出现时，红外辐射场处于稳定状态，红外传感器无信号输出。当盗贼出现在警戒区时，红外辐射场发生变化，这种变化立即被经过巧妙设计的多视场组合菲涅尔透镜会聚，敏感的红外传感器接收后迅速将这种变化转为电信号，这种信号经信息处理部分放大、处理后立即输出报警信号，然后通过传输送达监控器，于是发出报警，示出事发地区[1]。

2.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。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按装方式，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。

1.1.2 无线防盗报警器工作的原理

无论是基于那种方式的无线防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，通过编码，经电路放大，输出并将报警信号通过天线发射出，再用接收电路接收信号,解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路,从而达到防盗的效果。

1.2 设计的主要内容和意义

1.2.1 设计无线防盗报警器的内容

首先是为系统总体设计方案划分功能模块.第一部分是红外探测发射器(可以是多个探测发射器分别安装在需要防护的地方);第二部分是主机(含接收器,处理器,报警器等);第三部分是遥控手柄(对防盗器实行布防和撤防).其次是确定硬件电路的设计，包含芯片的选择，具体电路的设计如探测电路、编码与发射电路、接收与解码电路、遥控器电路等等。最后就是软件的设计，软件的设计主要是以熟悉硬件电路的工作原理为前提来设计的。

1.2.2 设计无线防盗报警器的意义

如今市场上成熟的无线防盗报警产品有被动式的、主动式的和多技术复合式的。但前两者都有致命的缺点就是误报率很高，而多技术复合式的防盗报警器误报率很低，也是未来发展的主要方向。即使如此，我依旧设计的是被动式防盗报警器，因为我以目前的水准很难对已成熟的产品有所突破而设计出一流的产品。个人认为设计无线防盗报警器的意义在于设计的过程，在设计的过程中我们才会把这几年在学校里学到的融合，同时也让自己明白我们的学习道路还很遥远。

第二章系统总体设计

2.1多路无线防盗报警器的组成

多路无线防盗报警器主要是由无线人体探测器(红外探测信号发射电路)、无线接收电路、数据解码电路、中央控制单元、数字显示单元、遥控电路、报警电路和电源电路等部分组成。其框图如图 2.1.现在基本的模块是清晰明了,但最为重要的是每一模块的设计.先从无线人体探测器开始,我们需要一个热释电红外处理芯片来处理所探测的信号.通过查阅资料我选用典型的芯片BISS0001,其详细的引脚功能下面会有叙述.再就是主机中的中央处理器采用AT89C2051，集成电路LX2272-L4 作为数据解码，无线接收采用现成的SH9902模块，编码为LX2262-R4.以下会对每一芯片有详叙。

1. Vcc：电源电压。

2. GND：地。

3. P1口：1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20 mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输

管脚名称 I/O 说明

A0～Ax I 地址管脚，用于进行地址编码，可置“0”，“1”，“f ”（悬），三种状态

D0～Dx I 数据输入端，有一个“1“，即有编码发出，内置下拉 VDD I 电源（+）端 VSS I 电源（-）端

TE- I 编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效 OSC1 I 双端电阻振荡器输入端 OSC2 O 双端电阻振荡器输出端 DOUT O 编码输出端 NC

-- 空脚

2.2.3 解码芯片LX2272引脚图与功能

1.LX2272 是一款与LX2260/LX2262 配对使用的无线、红外线遥控解码专用集成电路。采用CMOS 工艺制造，它最大拥有12 位的三态地址码管脚，可支持多达531441（或312）个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。2272 的所有型号均能封装成DIP18 和SOP20 两种形式，只是SOP20多了10 和11 两个管脚，图

2.2.3 为LX2272引脚图，先了解的是每个引脚的功能，再确定具体的电路设计。

A 01

A 12A 23A 34A 45A 56A 67A 78V s s 9

D 3

10

D 211D 112D 013D I N 14O S C 115O S C 216V T 17V c c 18IC1

LX2272

2.在我的设计中用到的是DIN（数据输入端），用来接收数据编码，这时候VT（有效传输确认）会变为高电平，单片机通过它的电平变化就确认有编码从D0～D3（数据输出端）输出。

第三章 硬件电路的设计

3.1系统硬件结构图

3.1.1系统硬件结构图主要分三个部分：

图3.1.1 遥控器硬件结构图；图3.1.2 红外探测信号发射电路硬件结构图；图3.1.3 主机电路硬件结构图。具体的电路如附录一、附录二所示。

图

图3.1.3 主机电路硬件结构图

3.1.2在这先简单的说一下各结构图的工作方式：

1.遥控器的基本组成就是编码模块与要把编码发射出去的发射模块。它的功能就是对报警器进行布防或撤防，此功能的实现实际上就是发射两组编码，一组是布防的编码，另一组是撤防的编码。

2.红外探测信号发射电路的基本组成是红外探测器、信号处理器、编码模块、发射模块。工作方式是通过红外探测器把探测信号传给信号处理芯片，信号处理芯片再判断是否有异常，若无则不用编码不用发送，若有则通过发射电路把代表有异常

图3.2.2 电源电路的波形图

那么所固定的编码为1000。

3.4 数据解码与接收电路设计

3.4.1无线接收电路

1.接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315 M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接

另为了使报警的音量足够大，在音频信号发生器后面再增加一级功率放大器。经查找相关的功放电路，LM386是款不错的音频功放电路，其工作电压为5～18 V，功率为1.25 W,频率响应的上限为300 kHz,增益可达50 dB，而且外围电路简单，易于设计[4]，其典型应用电路图如图3.6。

第四章软件的设计

4.1程序流程图

软件的设计是基于硬件电路而设计的，简单来说就是处理器怎么样处理外部电路所发送过来的信号，并发送相应的命令，从而保证相应功能的实现。

4.2程序原代码：

；在启动报警后能够遥控撤防

；遥控信号采用数字判断，1100为撤防编码，0100为布防编码信号；报警信号即探测器所发现异常后，通过编码、发射电路所发出的信号；1号探测异常信号：1000，2号探测异常信号：0001

；3号探测异常信号：0011，4号探测异常信号：0010

ORG 0000H ;

CLR P1.6 ;

CLR P1.2 ;

ACALL DYS ;

SETB P1.6

ACALL YS ;

SETB P1.2 ;

CLR P1.3 ;

CLR P1.6 ;

ACALL DYS ;

SETB P1.6 ;

ACALL YS ;

SETB P1.3 ;

CLR P1.4 ;

CLR P1.6 ;

ACALL DYS ;

SETB P1.6 ;

ACALL YS ;

SETB P1.4 ;

CLR P1.5 ;

CLR P1.6 ;

ACALL DYS ;

SETB P1.6 ;

ACALL YS ; ;

MOV P1, #0FFH ;

MOV P3, #0FFH ;

AGARN:

MOV R6, #34H ;

JNB P3.0, AGARN ;是否有有效无线信号输入

ACALL DYS ;

JNB P3.0, AGARN ;

MOV A, P3 ;读入无线信号值

ANL A, #3CH ;0011,1100

CJNE A,#30H, XH ;30H=00(11,00)00 B

;撤防程序

CLR P3.1 ;

CLR P1.6 ;撤防成功响应

CLR P1.4 ;指示灯

CLR P1.5 ;

SETB P3.7 ;

ACALL YS ;

SETB P1.6 ;

AJMP AGARN ;

XH:

CJNE A,#10H, ONE ;判断是否为布防信号 00（001，00）00B SETB P3.1 ;

CLR P1.6 ;布防成功响应

SETB P1.4 ;指示灯

SETB P1.5 ;

SETB P3.7 ;

ACALL YS ;

SETB P1.6 ;

AJMP AGARN ;

ONE:

JNB P3.0, AGARN ;

CJNE A,#20H, TWO ;0H=00(00,00)00B

MOV P1, #0FBH ;

AJMP BJ ;

TWO:

CJNE A,#1H, THREE ;1H= 00(00,01)00B

MOV P1, #0F7H ;

AJMP BJ ;

THREE:

CJNE A,#0CH, FOUR ;0CH=00(00,11)00B

MOV P1, #0EFH ;

AJMP BJ ;

FOUR:

CJNE A,#8H, FIVE ;00(00,10)00B

MOV P1, #0DFH ;

AJMP BJ ;

FIVE: NOP ;

NOP ;

NOP ;

AJMP AGARN ;

BJ:

CLR P3.7 ;启动报警信号

ACALL YS ;延时

JB P3.0, AGARN ;

DJNZ R6, BJ ;

SETB P3.7 ;关闭报警信号

AJMP AGARN ;

DYS:MOV R0, #14H ;

L1: MOV R1, #0F1H ;

L2: NOP ;

NOP ;

NOP ;

DJNZ R1, L2 ;

DJNZ R0, L1 ;

RET

YS:MOV R0, 0FFH ;

L3: MOV R1, 0F1H ;

L4: NOP ;

NOP ;

NOP ;

DJNZ R1, L4 ;

DJNZ R0, L3 ;

RET ;

END ;

第五章仿真结果1）进行放电，报报警电路的仿真电压如图：

2）当电路被断开时，充电池对报警电路进行放电的仿真电压图：

第六章总结

本设计是一套防盗报警系统，其主要的功能是人体探测器检测到异常状况时采用无线的型式把信号传递给主机，主机通过处理将警情信号传给报警器发出报警声，同时能显示出出现警情的具体位置。

此设计中用到了四路探测器，也就是可同时实施多路的监测，也可通过控对它们进行撤防和布防，实用性较强。

参考文献

[1] 康华光.电子技术基础[M].北京.高等教育出版社，1988.

[2] 庞振泰，王采斐，屈宗明译.线性IC手册（模拟部分）[M].清华大学出版社，1997.

[3] 刘迎春.MCS-51单片机原理及应用教程[M].清华大学出版社，1996.

[4] 张友德，赵志英.单片微型机原理、应用与实验[M].复旦大学出版社，2000.

[5] 阎石.数字电路技术基础[M].北京.高等教育出版社,1998.

[6] 谭晖.nRF401无线收发芯片的长距离通信设计[J].今日电子.2004,12(1):78.

[7] 张铭，刘银峰，黄河.基于nRF401的PC机无线收发模块的设计电子技术应用[J]2004,

28(4):76-78.

[8] 奚吉，赵辉，江冰.采用nRF401实现单片机与PC机无线数据通信一微计算机信息

[J].2004,18(9):42-43.

[9] 刘琰,李辉，顾亮.射频识别技术软硬件系统研制[J]. 电子技术，2004,14(3):29.

[10] 陈星.无线通信集成电路与单片无线收发集成电路及无线数据通信IC高级技术[M].北京.

北京电子科技出版社,2006。