毕业设计-家用防盗门防盗报警器的设计

毕业设计-家用防盗门防盗报警器的设计
毕业设计
家用防盗门防盗报警器的设计
1 绪论
1.1选题的依据及意义
区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。

现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。

所以说，小区的安防系统和智能管理系统是现代化小区管理不可缺少的有机组成部分。

考虑设备成本与集中管理的需要，可将周界报警探测系统、住宅联网报警系统加以集成和综合，构成综合防范体系。

由此，居民住宅应当设置安全防范报警系统，对盗窃、入室抢劫等做到早发现、早报警，通过社会力量和科技手段来提高家庭抵御各种意外情况的能力。

传统的防盗门窗越来越不能满足人们日常防范的要求，因此人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统。

对市场上出现的各种报警装置进行了研究之后，发现利用单片机实现报警具有体积小、价格低、集成度高等突出优点,利用单片机来开发防盗系统能使系统易于操作，且花费较小，因而具有广泛的应用性。

1.2研究概况及发展趋势
随着社会的发展，人们的活动、居住区域越来越大，安全问题越显重要。

简洁、经济型报警器成为家庭所需。

我国家用安防系统相对国外来讲，是有较大差距的。

现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。

另外，小区安全措施不足；居民安全意识有待增强；安全防范系统也急需普及。

家用防盗系统近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT 产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。

家用防盗系统建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管
理”。

发展家用防盗系统是住宅产业现代化的必然选择。

家用防盗系统按智能技术开发的功能和作用的不同，小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。

目前欧美已有一些国家正在大力研究无线防盗探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。

如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。

同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。

作为住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。

1.3我国住宅安全防范系统展望
家用防盗系统近几年来在全球以及在中国的快速发展是信息技术发展寻找更广阔的市场结合点的必然结果，是IT 产业向传统住宅产业以及人们生活渗透的必然结果。

家用防盗系统建设目标是向人们提供“方便快捷的信息通信、安全舒适的住宅环境、高效便利的物业管理”。

发展家用防盗系统是住宅产业现代化的必然选择。

家用防盗系统按智能技术开发的功能和作用的不同，小区中报警系统应用一般体现在探测智能、监控智能和抗干扰智能三个主要方面。

目前欧美已有一些国家正在大力研究无线防盗探测报警系统，随着时间的推移，这种产品在我国也会发展成为主流。

如今，人民生活已从温饱型向小康转变，大件耐用消费品己经进入寻常百姓家，因此人们会有更强的安全意识，逐渐接受在住宅内装设质优价廉、功能完善的安全防范系统。

同时人类已经进入二十一世纪，智能住宅己开始引起人们的关注。

作为住宅的一个组成部分，安全防范系统也必将向多功能、全方位、综合性、智能化方向发展。

2系统组成及工作原理
本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成各种传感信号的采集、转换及各种信息的显示等；软件主要完成功能计算和控制功能等。

本次家用防盗报警系统是一种新型的电子安全报警系统，该系统
的设计以AT89C51为核心，将传感器检测技术、智能控制和无线电技术相结合，从而形成一个防盗报警系统。

系统总体构成主要包括防盗检测、断电保护及报警电路设计、密码控制电路（键盘输入及显示）、无线电控制四个模块。

1.具体原理框图如图1:
图1 硬件原理框图
2.1防盗门报警系统组成
2.1.1门磁传感器
无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方。

它由两两部分组成：较小的部分作为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场；较大的是门磁主体，内部有一个常开型的干簧管。

当永磁铁和干簧管靠得很近时（小于5mm），门磁传感器处于工作守候状态；当永磁铁离开干簧管一定距离后，门磁传感器立即产生一个非法入门信号。

2.1.2 电机驱动器
L298N 是SGS 公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。

是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动46V 、2A 以下
的电机。

2.1.3直流电机
直流电机是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电机是电机的主要类型之一，直流电机通常采用连续移动的模拟控制方式。

由于其具有良好的调速性能，在许多调速性能要求较高的场合，得到广泛使用。

此外，直流电动的电势波形较好，对电磁干扰的影响小，调速特性平滑直流电机过载能力较强，热动和制动转矩较大，这可以满足大功率拖动的需求。

2.1.4 555定时器及声光报警
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

下图所示为双极型5G555定时器的逻辑图。

它的电压比较器C
1和C
2
(包括电
阻分压器)、G
1和G
2
组成的基本RS触发器、集电极开路的放电管V和输出缓冲级
G 3三部分组成。

C
1
和C
2
为两个电压比较器，当CO端悬空时，他们的基准电压为
V CC 经3个5kΩ的电阻分压后提供。

U
R1
=2/3V
CC
为比较器C
1
的基准电压，TH（阈值
输入端）为其输入端。

U
R2=1/3V
CC
为比较器C
2
的基准电压，TR（触发输入端）为
其输入端。

CO为控制端，当外接固定电压U CO 时，则U
R1
=U
C0
、U
R2
=1/2U
CO。

R
D
为直
接置0端，只要R
D =0，输出u0便为低电平，正常工作时，R D
端必须为高电平。

555定时器的逻辑功能表：
2.1.5存储器
AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，其引脚功能图如图所示。

CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，CAT24C02有一个2字节页写缓冲器，该器件通过I2C总线接口进行操作,有一个专门的写保护功能。

AT24C02有低功耗，自定时擦写周期，可保存数据100年等特点，很好地应用
在工业领域。

2.1.6无线发射接收
PT2262/2272 是一种C MOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，
PT2262/2272 最多可有12 位(A0- A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441 地址码,PT2262 最多可有6位
(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

PT2262/2272 特点:
1、C MOS 工艺制造，低功耗
2、外部元器件少
3、RC 振荡电阻
4、工作电压范围宽：2.6-15v
5、数据最多可达6 位
6、地址码最多可达531441 种
应用范围:
1、车辆防盗系统
2、家庭防盗系统
3、遥控玩具
4、其他电器遥控PT2262 引脚图:
PT2262 管脚说明:
PT2272 引脚图:
2.1.7按键显示
本设计的显示电路主要是以HD7279为核心的，其主要是由数码管和键盘显
示电路组成，HD7279是一片串行接口芯片，芯片管脚图如3.12所示。

它的主要特性如下：
●串行接口，无需外围元件可直接驱动LED
●各位具有独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性
●具有段寻址指令，方便控制独立LED
●具有64键键盘控制器，内含去抖动电路
引脚说明：
●CS 片选
●DATA 串行数据入/出端
●KEY 按键有效输出端
●SG-SA 段g-段a驱动输出
●DIG0-7数位0-7驱动输出
●CLK 时钟输入端
●CLK0 振荡输出端
●RES 复位端
●DP 小数点驱动输出
●RC RC振荡器连接端
2.1.8 最小系统
STC89C52是宏晶公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机．片内含8K byTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 byTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强大。

STC89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。

STC89C52 提供以下标准功能：8字节FLASH闪速存储器，256字竹内部RAM ,
32个I/O口线，3个16 位定时／计数器，一个6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，STC89C52可降至OHz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。

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。

掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

STC89C52单片机为40 引脚芯片，在本设计中使用的引脚资源分配如表3.1所示。

表3.1 STC89C52引脚资源分配
引脚说明如下：
·V CC：电源电压
·GND：地
·P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端
口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。

·P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

·P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

·P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。

·RST：复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期
以上高电平将使单片复位。

·ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频
率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。

·PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC 89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，
即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次RSEN
信号。

·EA/VPP：外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H－FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：如果加密位LB1
被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

·XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

·XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

3 硬件设计
3.1 最小系统板设计
根据本次毕业设计的技术要求和总体设计方案,设计中用了最小系统板。

最小系统板的主要芯片为STC89C52单片机和HD7279A，STC89C52单片机是主要程序控制芯片，HD7279A是显示电路的主要芯片。

STC89C52单片机是E2PROM型单片机，可寻址64KB字节的程序存储器和64KB字节的外部数据存储器。

以单片机为核心，配以一定的外围电路和软件，实现某些功能，就组成了单片机应用系统。

STC89C5单片机是一个低功耗、高性能、带FLASH存储器的8位微处理器。

由于STC89C52带有FLASH闪烁存储器，可以进行多次的程序写入和修改，方便、实用。

本系统用一片STC89C52单片机代替
了8031单片机和2764程序存储器两块芯片，达到了简化电路的效果。

1、复位电路
系统在启动运行时都要复位，使中央处理器和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这状态开始工作。

采用上电复位方式，在RST复位端接一个电阻R1 至Vcc 和一个电容C3 至Vss(地),就能实现上电自动复位。

在上电的瞬间，电容通过电阻充电，就在RST 端出现一定时间的高电平，只要保持RST 引脚为高电平时间足够长，就可使CPU 复位。

所需高电平时间的长短与Vcc 上升时间和振荡器起振时间有关。

10MHz 时，约1ms，1MHz 时，约10ms 。

若Vcc 上升时间小于20ms ，那么从上电时间算起，只要保持RST 引脚在高电平停留时间不小于20ms 即可。

图3.4中R1=51K?，C3=22μF，若频率为12MHz，可以保证可靠的上电复位。

如果频率降低，可以适当加大电容C3。

图 3.4复位电路图
2、时钟电路
时钟电路是为系统产生所需要的时钟信号，是计算机的心脏，控制着计算机的工作节奏。

其电路图如下图3.5所示，片内电路与片外器件构成一个时钟发生
非电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行，片内振荡器的震荡频率 f
常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz～12MHz 之间选取，这次毕设用的时钟频率是12MHz 。

STC89C52 内部都有一个反相放大器，XTAL1 、XTAL2 分别是反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件就组成震荡器产生时钟送至单片机内部的各个部件。

图3.2中C1、C2 是反馈电容，其值在5pF～30pF 之间选择，典型值是30Pf 。

作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f 起微调（C1、C2 大，f 变小）。

图3.1 时钟电路
3.2 按键及显示电路
显示电路
最小系统板采用HD7279A芯片来控制数据的数码管的显示。

数码管的作用是显示列车运行时的温度和速度，共用8个数码管来显示温度和速度值，前三位显示温度值，后三位显示速度值，超过所设定的最大温度值或速度值时将触发报警电路。

本模块由按键和显示器两部分组成，是人机对话的窗口，主要作用是输入操作命令和观察系统的工作状态。

由于系统自动化程度高，所以本系统的人机对话并不是很多，大部分功能都是系统按照软件设置进行。

共有12个按键，一个是确定按键、一个是清除按键、其余十个是0-9数字按键。

具体电路图如图3.6所示。

3.3 指示灯电路
图3.3 指示灯电路
该部分电路：绿灯用来指示锁的上锁及开锁状态；红灯用来指示改密。

绿灯亮表示开锁，绿灯灭表示已经上锁
红灯亮表示要改密码，红灯灭表示不需改密码。

设计原理：以一个led灯加上一个限流电阻来驱动亮灭。

3.4 AT24C02存储模块
本次设计采用AT24C02来实现对设置信息的存储及断电保护功能。

AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，该器件通过I2C总线接口进
行操作，时钟线SCL与单片机的P1.4连接，数据线SDA与单片机的P1.5口连接，断电后AT24C02可以很好地保存设置的密码。

管脚功能描述：
SCL：串行时钟线。

CAT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。

SDA：串行数据/地址。

CAT24C02双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA是一个开漏输出或集电极开路输出进行线。

A0 A1 A2：器件地址输入端。

这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址当这些脚悬空时默认值为0。

24C02最大可级联8个器件，如果只有一个24C02被总线寻址这三个地址输入脚A0、A1、A2可悬空或连接到Vss。

WP：写保护。

如果WP管脚连接到Vcc，所有的内容都被写保护只能读，当WP管脚连接到Vss 或悬空允许器件进行正常的读/写操作。

单片机通过发送一个起始信号启动发送过程，然后发送它所要寻址的从器件的地址8位从器件地址，高4位固定为1010，接下来的3位A2、A1、A0为器件的地址位用来定义哪个器件以及器件的哪个部分被主器件访问。

器件8位地址的最低位作为读写控制位，“1”表示对从器件进行读操作，“0”表示对从器件进行写操作。

I2C总线数据
传送时，每成功地传送一个字节数据后接收器都必须产生一个应答信号。

应答的器件在第9个时钟周期时将SDA线拉低，表示其已收到一个8 位数据。

CAT24C02在接收到起始信号和从器件地址之后响应一个应答信号。

如果器件已选择了写操作，则在每接收一个8位字节之后响应一个应答信号。

当CAT24C02工作于读模式时在发送一个8位数据后释放SDA线并监视一个应答信号，一旦接收到应答信号。

CAT24C02继续发送数据，如主器件没有发送应答信号器件停止传送数据且等待一个停止信号。

I2C 总线协议定义如下：
a．只有在总线空闲时才允许启动数据传送。

b．在数据传送过程中当时钟线为高电平时数据线必须保持稳定状态不允许有跳变时钟线为高电平时数据线的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号。

起始信号：时钟线保持高电平期间数据线电平从高到低的跳变作为I2C 总线的起始信号。

停止信号：时钟线保持高电平期间数据线电平从低到高的跳变作为I2C 总线的停止信号。

3.5 声光报警电路
本次驱动声光报警的电路是采用555定时器设计，构成一个多谐振荡器，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。

电路
没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利
用电源通过R1、
R2向C充电，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。

电容C在
和之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。

555芯片的清零端接单片机的P1.7，用来控制声光报警。

当P1.7为高时，555多谐振荡器产生一定宽度的脉冲用来驱动发光二级管的间歇式亮灭。

当P1.7为0时，555芯片异步清零，555不工作，不产生声光报警。

电路右端的蜂鸣器是通过三极管的开关作用控制的。

555产生的脉冲控制蜂鸣器间歇式报警。

通过555芯片设计声光报警电路可以简化单片机编程，单片机只需通过对一个I/O口的编程即可完成声光报警器的控制，同时也增强了电路的稳定性。

3.6 电机驱动模块
本次电机是用来驱动门栓的进退来控制开锁和上锁，本次设计所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机及步进电机三种。

直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。

这种直流电机的驱动及控制需要电机驱动芯片进行驱动。

常用的电机驱动芯片有L297/298，MC33886，ML4428等。

本次设计选用LM298N。

L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。

是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双
全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

电路原理图如下：
LM298N有两路电源分别为逻辑电源和动力电源，上图中6V为逻辑电源，12V 为动力电源。

J4接入逻辑电源，J6接入动力电源，J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端，J3与J5分别与两个电极的正负极相连。

ENA与ENB直接接入6V逻辑电源也就是说两个电机时刻都工作在使能状态，控制电机的运行状态只有通过J1与J2两个接口。

由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流，在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。

L298的逻辑功能：
IN1和IN2接单片机的I/O口，通过对I/O的编程可以控制电机的正转和反转。