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1、- 1 -成人高等教育毕业设计学院(函授站）：学院(函授站）： 潍坊工商职业学院年级专业： 10 计算机科学与技术层 次：本科 学 号： 姓 名： 周鑫 指导教师： 焦峰亮 题题 目：目：远程红外报警系统远程红外报警系统系统的设计与实现系统的设计与实现网站设计网站设计 - 2 -目目 录录第一章 绪论1.1 远程安防系统的构成1.2 远程安防系统现状及发展趋势 第二章 系统的总体方案论证与设计 2.1 系统设计方案的论证2.1.1 监控传感器的选择2.1.2 微控制器的选择2.1.3 无线通道方案的选择2.2 系统的总体设计方案第三章 系统的硬件电路设计3.1 红外探测电路设计3.2 单片机最
2、小系统设计3.3 MC55 模块及其外围电路设计3.4 报警电路设计3.5 电源电路设计第四章 系统的软件部分设计4.1MC55 模块的编程4.2 串行口的编程及串口中断服务程序流程4.3 系统的主程序设计第五章 结论与展望 致谢参考文献附录 A: 基于 MC55 远程安防系统整体电路图 附录 B: 软件程序清单 - 3 -第一章第一章 绪论绪论随着社会的进步和科学的发展，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方
3、便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以 HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管 理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备 CMTS、交换机、通讯器、控制器
4、、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。这里由于时间问题，就不做复杂的家居控制系统设计，对其中一项远程红外报警系统做主要设计。目前，我们已基本上摆脱了“手持武器、瞪大眼睛”的人力机械防守手段，科技强兵、靠现代技术武装自己，提高安全防范的可靠性和效率，其中防盗报警系统是安防系统中应用最广泛的手段之一。其独特的功能是其它安防手段所无法比拟的。本设计是一个基于 GSM 模块的远程控制系统，GSM 就是 global system for mobile communications 【电信】全球通, 全球移动通信系统(亦称“泛 欧数字式移动通信系统”), 是一个根据欧
5、洲电信标准协会出版的 GSM 技术规 范建造的国际无线蜂窝网) 。GSM 模块，是将 GSM 射频芯片、基带处理芯片、 存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM 射频处 理、基带处理并提供标准接口的功能模块。本设计是一种利用手机短信息实现 对远程监控设备如交通路灯，家庭里的门锁、家用电器、可视对讲、报警装置 等进行智能控制或信息采集交流的设计思路。系统的开发基于短信息技术、自 动控制技术、计算机技术、数字通信技术及加密技术，系统利用相关的网络、 计算机系统和控制器，以短信息为基本控制指令和数据信息传送方式，实现手 机无线遥控和数据传送，通过专设的短信控制中心和服务中心，
6、为远程监控设 备提供全方位的数字化服务。本设计就是用单片机控制 GSM 模块采集和控制远 程设备信息的无线通信控制系统。本设计采用模块化设计，整个系统由 GSM 模 块、控制模块、电源模块和外围模块组成，系统的整体方案框图如下图 1-1：- 4 -图1.1 方案框图- 5 -第二章第二章 系统的总体方案论证与设计系统的总体方案论证与设计前面我们讨论了报警系统的构成及其发展趋势，本章我们将对远程红外报警系统的各个部分进行论证，进行系统的总体设计。2.1 系统设计方案的论证系统设计方案的论证2.1.1 监控传感器的选择监控传感器的选择监控传感器是用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方很多，可
7、以是某些特定的点、线、面，甚至是整个空间。监控传感器是一种物理量的转化装置，通常把压力、震动、声响、光强等物理量转换成易于处理的电量（电压、电流、电阻等）。再经过后面的信号处理器把传感器转化的电量进行放大、滤波、整形处理，使它能成为一种能够在系统传输信道中顺利转送的信号。凡是温度超过绝对 0的物体都能产生热辐射，而温度低于1725的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。近红外：波长范围 0.753m 中红外：波长范围 325m 远红外：波长范围
8、251000m 人体辐射的红外光波长 350m，其中 814m 占 46%，峰值波长在 9.5m。下面分别介绍被动式红外探测器和主动式红外探测器。方案一：被动式红外探测器方案一：被动式红外探测器在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。被动式红
9、外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。红外传感器的探测波长范围是 814m，人体辐射的红外峰值波长约为 10m，正好在范围以内。被动式红外探测器根据其结构不同、警戒范围及探测距离的不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束 PIR 采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在 5以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封- 6 -锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采用红外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔
10、透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型 PIR 的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于 90，垂直视场角最大也可以达到 90，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警
11、，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下 360范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。方案二：主动式红外探测器方案二：主动式红外探测器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
12、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
13、接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，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- 7 -到红外反射光束时发出报警信号。当使用较多的探测器进行防范布局时应该注意消除射束的交叉误射。综合考虑被动式红外传感器探测性能好、易于布防、价格便宜，本设计采用被动式红外传感器，也就是热释电传感器。2.1.2 微控制器的选择微控制器的选择在选择微控制器的时候，主要需要考虑：处理器的速度，要实现的功能，ROM 和 RAM
14、 的大小，I/O 端口类型和数量，编程语言以及功耗等。方案一：方案一：基于 ARM 的嵌入式系统。这种方案中我们可以使用现有的操作系统（MCOS-），在系统的基础上进行应用程序的开发。由于 ARM 处理器的功能强大，资源丰富，因此使用这种方案可以使系统功能近乎完美，而且由于使用了操作系统，应用程序的设计会变的简单可靠。但是这种方案成本较高，同时使用的嵌入式操作系统也会占用一部分额外的硬件资源，这样会大大的提高开支。目前情况下，我们不考虑这种方案。方案二：方案二：采用常用的 AT89S52 单片机作为核心控制器，此单片机的内部存储器（RAM）和程序存储器（ROM）及其引脚资源，基本上能实现设计指
15、标，并且价格便宜，参考资料很多。完成本设计的控制功能，常用的 AT89S52 单片机完全可以满足要求，并且成本更加低廉。因此综合考虑选用方案二。2.1.3 无线通道方案的选择无线通道方案的选择目前的无线通道的数据传输实现主要分为两种，一种是通过专用网进行数据传输，如 RF（射频）数传电台和无线局域网（WLAN）；一种是通过公共无线通信网络，如 GSM/GPRS 网络的成熟度高，覆盖面较广，因而GSM/GPRS 网络被选为该无线通道总体方案的通信基础。而基于 GSM/GPRS网络的数据传输通常有三种方式，一种是基于短消息的数据传输，第二种是基于 DATA（一种以电路交换为基础的传输方式）的数据传
16、输；最后就是通过 IP（INTERNET PROTOCOL，因特网协议）方式传输数据。下面对三种基于 GSM/GPRS 网络的无线数据传输方式的各自特点作简单的介绍。方案一方案一：基于短消息的数据传输基于短消息的数据传输是通过短消息作为数据传输的载体，利用 AT 指令将短消息读出并将信息还原，这样就完成一次数据通信。基于短消息的数据传输方式的特点是资费较低，组网使用方面，但数据容量较低（140 字节）。短消息数据传输方式特别适合于小数据量且中低采集频率的无线监控系统使用。方案二方案二：基于 DATA 方式的数据传输基于 DATA 方式的数据传输是利用 GSM 的 DATA（与传真相同）传输方式。通过 AT 指令来进行数据拨号，等待数据连接建立后，只需将 ASC码数据- 8 -送入通信模块既可。通信模块会按照设定好的通信协议（默认为 V.32bis）将数传出，目标机接到数据呼叫后，送出应答信号，然后便可
