基于單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)

喻麗麗，朱 艷，吳 婷

（金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212200）

1 研究意義

隨著人們家庭安全意識(shí)的不斷提升以及防盜報(bào)警器智能化水平的不斷提升，防盜報(bào)警器的市場(chǎng)需求越來越大，防盜報(bào)警器能有效保證家庭生命財(cái)產(chǎn)安全。此外，隨著單片機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，使得防盜報(bào)警系統(tǒng)越來越智能化，因此，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)具有重要的實(shí)際意義，也能為建設(shè)平安社會(huì)發(fā)揮重要力量。

2 研究內(nèi)容

文章主要從以下幾個(gè)方面研究基于單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)：首先進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出滿足使用要求，且具有特點(diǎn)的智能防盜報(bào)警系統(tǒng)；其次，進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括進(jìn)行單片機(jī)、紅外傳感器、顯示模塊、時(shí)鐘芯片、外擴(kuò)存儲(chǔ)器及用戶端探測(cè)器的選型等，最后，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能是否滿足使用要求，檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的合理性。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

文章所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：由AT89C51單片機(jī)、存儲(chǔ)芯片AT24C02、時(shí)鐘芯片DS1302、鍵盤、LCD顯示屏、檢測(cè)信號(hào)輸入、聲光報(bào)警電路等組成。用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行控制，AT89C51與存儲(chǔ)芯片交換信息，從DS1302獲取校準(zhǔn)時(shí)間，通過鍵盤輸入信息，LCD顯示屏顯示信息，當(dāng)檢測(cè)到有異常信號(hào)時(shí)向單片機(jī)進(jìn)行中斷申請(qǐng)，聲光報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本系統(tǒng)采用5 V電壓，時(shí)鐘晶振頻率為12 MHz，鍵盤的輸入行接P1.0、P1.3，輸入列接P1.4、P1.7，時(shí)鐘引腳和復(fù)位引腳分別接P1.6、 P1.7， AT24C02用I2C雙總線傳輸，時(shí)鐘信號(hào)接P2.2，數(shù)據(jù)線接P2.3，報(bào)警系統(tǒng)和I/O引腳分別接P3.4、P3.6，報(bào)警指示燈接P3.7，蜂鳴器采用三極管驅(qū)動(dòng)，并接續(xù)流二極管防止三極管擊穿， P0為數(shù)據(jù)的輸入、輸出端口，LCD顯示屏的數(shù)據(jù)輸入、輸出和檢測(cè)信號(hào)（16路）的輸入都通過P0，顯示屏的控制線分別接P2口的高三位；利用74LS373鎖存器將16路監(jiān)測(cè)信號(hào)輸入給AT89C51。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)選型

AT89C51是含4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器，是低電壓、高性能CMOS 8位微處理器。AT89C51有32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，可編程串行通道，具有掉電模式和低功耗空閑模式。芯片中組合了多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器，文章設(shè)計(jì)所用AT89C51單片機(jī)的引腳如圖2所示。

圖2 AT89C51引腳分布

4.2 熱釋電紅外傳感器選型

文章選用的熱釋電紅外傳感器型號(hào)為RE200B，如圖3所示為熱釋電紅外傳感器RE200B內(nèi)部電路，D接工作電壓，工作電壓2.2～15 V，S為輸出電壓，在0.4～1.1 V，GND接地，工作波長7.5～14 um，R=47 kΩ，輸出信號(hào)大于2.0 V，水平角120°，檢測(cè)距離6～10 m，工作溫度-10～40 ℃。

圖3 熱釋電紅外傳感器RE200B內(nèi)部電路圖

4.3 振動(dòng)位移傳感器選型

選取ND-1型傳感器作為振動(dòng)位移傳感器，能檢測(cè)振動(dòng)和位移信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)時(shí)，輸出高電平并通過電路進(jìn)行延時(shí)，反之輸出低電平。

4.4 顯示器選型

LED數(shù)碼管有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，由發(fā)光二極管組成，驅(qū)動(dòng)功耗小、電壓低、信息容量大，在光很亮的情況下也可用，但工作溫度范圍較窄。靜態(tài)顯示法適用于顯示器位數(shù)較少的場(chǎng)合，靜態(tài)顯示時(shí)，顯示一個(gè)字符，相應(yīng)的發(fā)光二極管被導(dǎo)通或截止。動(dòng)態(tài)顯示是顯示器各個(gè)位一位一位點(diǎn)亮，顯示器每一位每隔一段時(shí)間亮一次，須保證掃描速度夠快，字符才不閃爍。設(shè)計(jì)采用1602LCD液晶顯示，其顯示容量為16×2Byte，芯片工作電壓5±0.5 V，工作電流2 mA，字符尺寸2.95 mm×4.35 mm，顯示屏能夠同時(shí)顯示2行信息，每行16個(gè)字符。

4.5 時(shí)鐘芯片選型

DS1302是一種高性能、低功耗，芯片內(nèi)自帶RAM，工作可接2.0～5.5 V電壓?？梢詫?duì)year、month、day、week、hour、minute等進(jìn)行計(jì)時(shí)，附帶閏年補(bǔ)償功能。采用三總線方式與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)或時(shí)鐘信號(hào)。

4.6 外擴(kuò)存儲(chǔ)器選型

AT24C02內(nèi)含256×8位字節(jié)，一個(gè)16 Byte頁寫緩沖器，通過I2C總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)的傳輸，通過地址選擇端A0、A1和A2實(shí)現(xiàn)最多8個(gè)AT24C02器件連接至總線。

4.7 用戶端探測(cè)器設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的檢測(cè)信號(hào)電路圖，信號(hào)檢測(cè)采用復(fù)合式傳感器，其由熱釋電紅外探測(cè)器和動(dòng)位移傳感器通過或非門相連組成，任何一個(gè)傳感器接收到報(bào)警信號(hào)，單片機(jī)都會(huì)響應(yīng)，增加安全性，降低漏報(bào)率。

16路檢測(cè)信號(hào)采用74LS20、74LS25，每4路信號(hào)先與后非，再對(duì)4路與非門輸出取或非，正常狀態(tài)下，檢測(cè)信號(hào)是高電平，反之，當(dāng)檢測(cè)出異常信號(hào)時(shí)則輸出低電平，同時(shí)由高電平到低電平所產(chǎn)生的下降沿進(jìn)行中斷申請(qǐng)，同時(shí)鎖存器74LS373其 LE 端變?yōu)?，鎖存Dn端信號(hào)，P2.0、P2.1為外部中斷程序掃描端，鎖存器74LS373 OC端為0時(shí)，鎖存信號(hào)由Qn端輸出，檢測(cè)信號(hào)（16路）輸入電路。

4.8 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

為了使時(shí)鐘功能更加精準(zhǔn)，且節(jié)省單片機(jī)I/O口資源，選用時(shí)鐘芯片DS1302、DS1302，體積小、線路簡單、易于操作。DS1302與單片機(jī)之間的通信是同步串行，DS1302用于記錄數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)間。

4.9 蜂鳴器設(shè)計(jì)

文章選用蜂鳴器與單片機(jī)的P1.7口相連，按下開關(guān)2時(shí)，P1.7為高電平時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，反之蜂鳴器停止工作。

4.10 危險(xiǎn)指示燈設(shè)計(jì)

當(dāng)檢測(cè)到熱電型紅外傳感器無信號(hào)時(shí)，P1.3輸出高電平，LED指示燈滅，反之，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)時(shí)，P1.3輸出低電平，LED指示燈亮。

4.11 信號(hào)發(fā)送與接收模塊選型

SC2262是一個(gè)8位地址碼和按鍵碼組合的無線射頻發(fā)射模塊，1、2引腳是工作電壓，K0、K3是按鍵輸入，VT腳為發(fā)射指示輸出端，SC2262的地址和SC2272的地址需設(shè)置成一樣，否則無法通信。SC2272是一個(gè)帶射頻接收和譯碼電路的無線射頻接收模塊。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 顯示程序設(shè)計(jì)

選用1602顯示模塊作為LCD顯示，使用前先對(duì)1062模塊進(jìn)行初始化，即上電15 ms后對(duì)1602顯示模式寫指令38H，再對(duì)1602輸入清屏指令，如圖4。

圖4 顯示流程

5.2 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在運(yùn)行前都要進(jìn)行初始化操作，才能保證系統(tǒng)能正常、有效運(yùn)行。系統(tǒng)初始化包括寄存器初始化、LCD初始化、AT24C02檢測(cè)以及報(bào)警時(shí)長設(shè)置。如圖5為系統(tǒng)初始化流程，首先設(shè)置堆棧SP為60H，設(shè)置IE為 07H，中斷優(yōu)先級(jí)IP為01H，再初始化LCD，設(shè)置報(bào)警時(shí)長，設(shè)置好后系統(tǒng)檢查I2C的數(shù)據(jù)通信，若數(shù)據(jù)通信失敗或出錯(cuò)，顯示器顯示“ E”字符；2EH、2FH分別寫FFH，讀取的監(jiān)測(cè)信號(hào)異常位為0，將檢測(cè)信號(hào)與2EH、2FH分別做與運(yùn)算，存在異常的位為0，通過檢測(cè)位顯示當(dāng)前報(bào)警發(fā)生異常的通道，最后從DS1302獲取當(dāng)前時(shí)間，開中斷，啟動(dòng)定時(shí)，初始化結(jié)束。

圖5 系統(tǒng)初始化流程

5.3 報(bào)警系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)16監(jiān)測(cè)信號(hào)發(fā)生異常時(shí)，電平處于低位，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，低電平通知74LS373鎖存異常信號(hào)；進(jìn)入中斷，從74LS373讀信號(hào)，記錄異常時(shí)間，通知外部中斷1報(bào)警，報(bào)警指示燈亮，蜂鳴器開，LCD顯示報(bào)警時(shí)間和通道。報(bào)警時(shí)長到或中途取消，退出報(bào)警。

5.4 查詢記錄程序設(shè)計(jì)

記錄查詢包括單通道和總體狀況查詢，總體查詢檢查異常通道，顯示該通道發(fā)生異常的次數(shù)，查詢出現(xiàn)異常的時(shí)間與記錄。程序?qū)⑼ǖ烙涗洈?shù)地址、光標(biāo)顯示位置和通道號(hào)分別讀入R0、R2、R3。當(dāng)查詢某路詳細(xì)記錄時(shí)，先查該通道記錄是否存在，即R0不為0，再將R0和R3參數(shù)傳遞給詳細(xì)查詢子程序。當(dāng)某通道存在異常記錄時(shí)，詳細(xì)查詢通道的異常記錄，并通過總體查詢獲得記錄數(shù)地址和通道號(hào)，從AT24C02獲取數(shù)據(jù)。

5.5 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)

中斷程序完成對(duì)時(shí)間的計(jì)數(shù)，每完成一次定時(shí)中斷R7加1，當(dāng)R7=20時(shí)，則對(duì)R7進(jìn)行清零。當(dāng)時(shí)間為24時(shí)時(shí)，中斷從DS1302時(shí)鐘芯片校準(zhǔn)時(shí)間。

5.6 外部中斷程序設(shè)計(jì)

當(dāng)前通道若無記錄，則當(dāng)前記錄為第1條，若有記錄，設(shè)置當(dāng)前記錄為第2條。中斷程序完成對(duì)異常信號(hào)的判斷與記錄，拉低P3.1，并發(fā)出提示信號(hào)。

5.7 刪除記錄程序設(shè)計(jì)

刪除記錄程序用于刪除當(dāng)前通道查詢的記錄，清空內(nèi)存數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行寫操作，若刪除的是兩條中最早的記錄，后一條記錄替代前一條。需判斷記錄數(shù)和當(dāng)前刪除記錄的位置，然后再執(zhí)行刪除動(dòng)作。