基于单片机室内防盗智能控制系统

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1、室内防盗智能控制系统共 28 页1第 页第第 1 1 章章 绪论绪论 随着社会经济的日益发展，防盗成了人们越来越关心的问题。铁门铁窗等已 经不能给人们带来太多的安全感，社会对报警器材的需求日益迫切。智能防盗系 统，是以保障安全为目的建立起来的技术防范系统。他包括以现代物理和电子技 术及时发现侵进入破坏行为、产生声光报警阻吓罪犯以及提醒值班人员采取恰当 的防范措施。 室内防盗智能控制系统作为一种新型的电子防盗设备广泛应用于家庭住宅区。 目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅，不利于统一管 理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗器进 一步完善和提高。

2、这是一种基于单片机信号处理技术的防盗检测器的软硬件设计方法。应用该 方法设计的系统在反应速度、误报率、漏报率以及抗干扰能力方面都具有较好性 能。本系统利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，设计的新型探 测器，测量范围广, 响应速度快, 灵敏度高，抗干扰能力强，安全可靠 。并采 用单片机 89C51 作为人体探测系统的核心，以热释电红外线为数据采集部件，经 过比较放大之后，输入单片机进行数据判断及处理。当检测到有被测物体进入测 量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延迟时间后自动消除报警信号， 并可手动解除报警信号。当有主人在家系统无需报警时,可开启楼道灯控制系统， 即传感器探测

3、到有人经过时照明灯亮,等待一段延迟时间后自动熄灭,并可手动来 控制延迟时间的长短。系统的另外一个功能是检测人数及最大容量人数控制，当 探测头探测到有人经过时,系统自动计数加一，并可以通过键盘控制最大容量人 数，如果探测到的人数超过最大容量人数时则发出自动报警信号，并通过 LED 显 示检测到的人数与最大容量报警人数。系统使用单片机与 PC 机通信原理，把采 集到的数据传输给计算机统一处理。室内防盗智能控制系统共 28 页2第 页1 前言前言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅发展的趋势

4、来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资

5、料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点：（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。 （二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。 （三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安

6、装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。综合以上报警器的不足，本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本 低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可 靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理 后利于跟 PC 机通信，便于多用户统一管理。室内防盗智能控制系统共 28 页3第 页第第 2 2 章章 应用元件的介绍应用元件的介绍2 热释电人体红外传感器热释电人体红外传感器21 热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红

7、外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。非接触红外测温有以下几点优点：（1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。（2）测温范围宽。（3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。（4）不必接触被测物体，操作方便。（5）可以确定微小目标的温度。非接触测温技术的意义是显而易见的。随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。通常将电磁波谱间隔在 0.761000m 的区域称为红外光谱区，红

8、外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红外线。热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化 P 的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电铁电体。例如：LiTaO2(钽酸锂)、BaTi O2(钛酸钡)和 TGS（硫酸三甘酞）等。为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了 TGS 晶体制作的双型探测器22 红外测温原理红外测温原理红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝对温度（273.15）以上的任何物体，

9、都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其转换与温度成比例的电信号，由室内防盗智能控制系统共 28 页4第 页此测出其温度。据斯蒂芬波兹曼常数，绝对黑体其温度 T 于与辐射能之间的关系为：4 33450152ThCKE其中： 为蒂芬波兹曼常数，其值为 5.669710-12 w/cm2 ，k4 为黑体的温度；E0 为黑体辐射能。实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为：E=E0其中：E 为物体在一定温度下的辐射能力；E0 为与 E 在同一温度下的黑体辐射能力; 为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在 01 之间。由（2）可知，任何物体只要温度不是绝对

10、零度都不断地发射红外辐射，物体的温度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发射的辐射功率。所以如果能量出物体的辐射功率，则可确定它的温度。2 23 3 热释红外传感器的结构热释红外传感器的结构红外探测器是红外热释传感器的重要组成部分。它可以分成热释电探测器和光子探测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用领域广，容易使用。常用的热释电探测器如：LiTaO2(钽酸锂) 探测器、BaTi O2(钛酸钡) 探测器和 TGS（硫酸三甘酞）探测器等。如图 1 为热

11、释电红外传感器的结构图、电路图。传感器的敏感元为 PZT，在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又极其图 1 热释电传感器的结构图 与电路图室内防盗智能控制系统共 28 页5第 页微弱，故在管内附有 JFET 及厚膜电阻，以达到阻抗变目的。在管壳的顶部设有虑光镜（TO5封装） 。热释电体的自发极化强度与温度有关。随着温度升高，自发极化强度下降。温度升高到 Tc 时，自极化消失，此温度称为居里温度。温度超过居里温度，铁电体发生变化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。由于自发极化，

12、在与极化轴相垂直的晶体两外表面上出现正负极化强度。但是这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。因此不能在静态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷所需的时间很长，因晶体自发极化的弛豫时间很短，约 1012s，因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在动态条件下测量自发极化。如果在热释电晶体沿极化轴的端面装上电极，那么自发极化在电极上感应的电荷量为： Q=APS当红外辐射照射时，热释电晶体温度升高，自发极化电晶体温度升高，自发极化强度降低，因此电极表面上感应电荷减少，这相当于“释放”了一部分电荷，因此称之

13、为热释电现象。如图 2 所示的电路连接负载，则在红外辐射时，就有电流流过负载经放大后成为输出信号。若没有经过调制的红外辐射热释电晶体，使温度升高到一个新的平衡值，那么电极表面的感应电荷也变化到新的平衡值，不再“释放”电荷，也就不再输出图 2 热释电传感器的电路连接室内防盗智能控制系统共 28 页6第 页信号。因此，热释电探测器与其他热释探测器不同，它只存在温度升降的过程中才有信号输出。所以利用热释电探测器探测的红外辐射必须经过调制。如果用调制频率为 f 的红外线照射热释电晶体，则晶体的温度自发极化强度（PS）及其引起的面束缚作电荷密度均以频率 f 作周期变化。如果 1/f 小于自由电荷中和面束

14、缚电荷所需要的时间，那么在垂直于 PS的晶体的两个端面之间就会产生开路电压。如果用负载电阻 Rg 把两个电极连接起来，就会有热释电电流 Is 通过负载。热释电晶体自发极化强度随温度变化，使电极表面感应电荷发生变化，其等效电路如图 3 所示。电流源的电流强度为 Is为： dTdAPI tS)(式中:p 一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数，2 24 4 菲涅尔透镜菲涅尔透镜目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足 2m 提高到至少 8m

15、范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不交叉，都相隔一个盲区(如图 4 所示)。这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进人一个视场后，又走出这个视场，再进人另一视场对传感器而言，相当于一会儿看到人，一会儿又看不到人，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而且还有聚焦作用，其焦距一般在 5cm 左右菲涅尔透镜

16、一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳图 3 传感器等效电路图室内防盗智能控制系统共 28 页7第 页白色半透明状。需要说明的是:在每次接通电源时，传感器要有几秒到十几秒的“预热”时间，在这段时期内该传感器不起作用。第第 3 3 章章 总体电路设计总体电路设计3 31 1 系统组成系统组成系统组成如图 5 所示。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点 上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经测量放大电路、比较电路 送至门限开关，打开门限阀门送出下 TTL 电平至 89C51 单片机.在单片机内，经 软件查询，统计平均及识别判决等环节实时发出人侵报警状态控制信号。驱动电 路将控制信号放大并推动声光报警设备完成。相应动作，当报警延迟一段时间后 自动解除，也可人工手动解除报警信号。然后通过 LED 显示报警次数。同时,还 可把整个系统变为自动开关灯系统,当有主人在时,可用手动解除报警功能,并且 可以开启开关灯执行电路,在探测头感应到有人时执行电路执行开灯。同时系统 还