防盗报警装置的设计

本科生毕业设计（论文） ( 2010届 )

题 目： 防盗报警装置的设计

学 院： 数理与信息工程学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 李佳潞 学号： 06220211 指导教师： 丁宇 职称： 合作导师： 职称： 完成时间： 2010 年 4 月 5 日 成 绩：

浙江师范大学本科毕业设计(论文)正文

目 录

摘要?????????????????????????????????1 英文摘要???????????????????????????????1 1 引言 ???????????????????????????????2

1.1 国内外研究现状????????????????????????2 1.2 未来发展趋势?????????????????????????3 1.3 论文主要工作概述???????????????????????4 2 系统总体设计方案 ?????????????????????????5

2.1 设计任务与要求????????????????????????5 2.2 方案设计???????????????????????????5 2.3 主要指标与功能????????????????????????5 3 硬件系统设计 ???????????????????????????7

3.1 系统设计框图?????????????????????????7 3.2 CPU设计模块 ?????????????????????????7

3.2.1 AT89S52单片机的功能特性 ????????????????7 3.2.2 AT89S52单片机的主要性能 ????????????????8 3.2.3 AT89S52单片机的P0、P1、P2、P3口功能??????????8 3.2.4 AT89S52的管脚排列如下图????????????????10 3.2.5 ECU系统部???????????????????????10 3.3 红外探测模块设计???????????????????????11

3.3.1 功能与原理 ??????????????????????11 3.3.2 被动式热释电红外探头的工作原理及特性 ?????????11 3.3.3 双元热释电红传感器RE200B简介?????????????12 3.3.4 放大电路设计 ?????????????????????12 3.3.5 红外探测信号输入电路 ?????????????????13 3.4 无线收发模块的设计??????????????????????16 3.4.1 PT2262/PT2272芯片???????????????????16

3.4.2 无线收发电路 ?????????????????????19 3.5 语音电路???????????????????????????22

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3.5.1 ISD1420芯片简述???????????????????22 3.5.2 芯片工作原理?????????????????????23 3.5.3 芯片工作模式?????????????????????24 3.5.4 语音芯片及外围电路??????????????????25 3.6 声光报警模块????????????????????????25 3.7 键盘与显示模块???????????????????????27 3.8 电源设计??????????????????????????28 4 软件设计?????????????????????????????29

4.1 程序设计??????????????????????????29 4.2 程序流程设计????????????????????????29

4.2.1 流程图设计的目的???????????????????29 4.2.2 报警主机需要完成的功能????????????????29 4.2.3 控制流程???????????????????????29 4.2.4 各模块具体流程图???????????????????30

5 系统测试与结果分析????????????????????????34

5.1 测试仪器??????????????????????????34 5.2 测试方案??????????????????????????34 5.3 测试结果分析????????????????????????35 6 结束语??????????????????????????????38 参考文献??????????????????????????????39 附录????????????????????????????????40

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正文： 防盗报警装置的设计

防盗报警装置的设计

数理与信息工程学院电子信息工程专业 李佳潞（06220211）

指导老师：丁宇（）

摘要：随着信息技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对住宅的需求已从

追求简单的生存空间向着追求质量、功能、服务等多重需求过度。同时，随着人们的保护意识不断增强，防盗措施的紧破性也逐渐被提上了日程，防盗报警系统应运而生。

本文设计了住宅智能化中的红外无线防盗报警系统。本系统以单片机AT89S52为核心，配以各种功能模块，来满足人们日常生活中的安全需求，本系统制作简单、成本低，安装比较方便，抗干扰力强、灵敏度高，而且安装较隐蔽，不易被发觉。该系统主要包括红外探测电路、无线收发电路、声光报警电路及单片机控制电路。自动检测功能由红外探测电路实现，当有盗贼穿过此装置时，红外传感器立即将检测到的信号传送到无线收发模块，无线电路将收到的信号再传送给主机电路，由主机来判断信号并驱动电路报警。报警功能由警笛、扬声器、锋鸣器等发声装置实现或通过电话网络远程报警。在无线信号的覆盖范围内，无线模块的使用让探测器可以方便转换到任何想要监测的地点，解决了有线报警系统的局限性，而且免去了线路的设计安装。本设计通过红外传感器探测人体红外线信号，从而达到报警的功能，满足了人们日常生活对防盗报警功能的需要。

关键词：防盗报警；红外探测；无线收发；声光报警

Design of Anti-theft and Alarm Equipment

Jianmeng Bao Director： Xiaodong Wang

Abstract：With the rapid development of communication technique and great improvement of people’s living standard, the need has been changed from only the living space to multiform needs of quality, function, service and so on. At the same time, as the increasing of protecting awareness, security measures have gradually been put on the agenda. Anti-theft alarm system came into being.

A kind of intelligent infrared wireless anti-theft alarm system is designed for residential area. In order to meet the security needs of daily life, this system with various function modules cores with microcontroller AT89S52. This system has some advantages such as easy making, low cost, convenient installation, strong anti-interference ability, high sensitivity, and a more hidden installation and difficult to found. This system includes infrared detecting circuit, wireless transceiver circuit, sound and light alarm circuit and MCU control circuit. Automatic detection can be completed by infrared detecting circuit. When theft is detected, the signal produced by infrared sensor will be transmitted to the wireless transceiver module, and then this circuit sends the signal received to the main circuit which will judge it and drive the alarm module. Alarm function is realized by audible devices such as siren, speaker, buzzer, etc., or it can achieve remoting alarm through telephone network. In the wireless signal’s coverage, detector can be change to any place which needs detection with the usage of wireless module. It solves the limitation of wired alarm system such as the circuit’s design and installation. This system detects the infrared signal of human body by infrared sensor, so it has the alarming function. This system meets the need of anti-theft and alarm in people’s daily live.

Key Words：anti-theft and alarm; infrared detecting; wireless transceiver; sound and light alarm

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1 引言

随着生活水平和住房条件的提高，人们对居住环境和安全要求也随之提高，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全。铁窗式的防盗形式已经不能满足当今人们生活的需求，当遇到突发事件时，这一防盗形式给救援及逃生都带来了很大的影响，因而安全可靠、实用方便、功能齐全、价格合理的家庭防盗产品已被提到每个家庭的议事日程。虽然日前大部分住宅区都安装有摄像监控系统，但这只起到了一个整体小区的安全作用，而对个人家庭的安全却得不到满足[1]。

据统计，中国目前家庭失窃案件已占城市刑事案件总数的三分之二。由于贫富差距的扩大，城市外来流动人口大量增加，带来许多不安定因素，刑事案件特别是入室抢劫、盗窃居高不下，过去的那种“夜不闭户，路不拾遗”的情况已不是多见的情况。只有住地安全，人们才能去干工作，考虑更多的事务。

怎样将各种防盗信息收集到一起，同时在必要的时候发出报警，例如拨打报警电话，发出强音威慑小偷，自动联网的小区保安系统通知保安，自动完成探测与报警，这些都是智能化小区中家庭报警系统应当考虑的问题[2]。同时，同样是家庭使用，系统的价格必须合适，性能必须稳定，安装必须方便，而且还不能影响家庭装修。

社区安全防范系统的建立是当今小区建设的重点，也是衡量住宅环境的重要依据。家庭防盗系统是家庭安防的最后一道防线，也是最重要、最有效的一道防护安全线。如今，防盗不再是铜墙铁壁，保安人员温无目标地巡逻也收效甚微；而传统围墙、栅栏等防范手段因效果差、有隐患、影响环境等已被逐步取消，家庭内的安防显得越发重要。因此，旧的防范观念必须彻底更新，只有把高科技家庭安防手段同现代化物业管理相结合，才能建立起真正面向21世纪的新型智能化小区。 1.1 国内外研究现状

现代安防监控系统已有了新的概念，通常称为安全自动化SAS（Security Automation system）,并与防火自动化系统FAS（Fire Automation System）共同构成智能建筑系统最底层的系统。目前国外发达国家已逐渐形成一个集安防、消防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在第二次产业革命中即1950年-1971年，首先在美国、英国等国家形成。60年代视频图像技术、70年代计算机数字技术、80年代生物识别技术以及90年代国际互联网技术的应用，使安防行业得到快速发展[3]。

在我国，小区安全防范报警系统已成为小区中实现安全管理的重要系统，该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲的基础上，不断扩展主机功能，

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看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作[7]。掉电保护方式下，RAM内容保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 3.2.2 AT89S52单片机的主要性能

(1)与MCS-51疾风产品兼容

(2)8K字节在系统可编程Flash存储器 (3)1000次擦写周期 (4)全静态操作：0Hz～33Hz (5)三级加密程序存储器

(6)32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、入个中断源、全双工UART串行通道

(7)低功耗空闲和掉电模式

(8)掉电后中断可唤醒、看门狗定时器 (9)双数据指针 (10)掉电标识符

3.2.3 AT89S52单片机的P0、P1、P2、P3口功能

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节：在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口中，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如表3-1所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

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表3-1 P1口的第二功能

引脚号 P1.0 P1.1 P1.5 P1.6 P1.7

第二功能

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)

MOSI(在系统编程用) MISO(在系统编程用) SCK（在系统编程用）

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1.在使用8位地址（如MOVX @RI）访问外部数据存储器时，P2口P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。 P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

表3-2 P3口的第二功能

引脚号 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7

第二功能 RXD(串行输入) TXD(串行输出) INT0(外部中断0) INT0(外部中断1) T0(定时器0外部输入) T1(定时器1外部输入) WR(外部数据存储器写选通) RD(外部数据存储器读选通)

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3.2.4 AT89S52管脚图

AT89S52的管脚图如图3-2所示。

图3-2 AT89S52引脚图

3.2.5 ECU系统部

鉴于AT89S52的各种良特点，本设计采用AT89S52单片机最小系统构成电子控制单元（ECU）,系统电路图如图3-3所示。

图3-3 AT89S53单片机最小系统

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3.3 红外探测模块设计 3.3.1 功能与理

在自然界中，任何高于绝对温度（-273℃）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的。红外探测技术主要有以下优点：

(1)环境适应性好，在夜间和恶劣气候下也能正常工作。 (2)隐蔽性好，不易被其他信号干扰而自身又不易被发现。

(3)识别能力强，由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率形成的红外辐射差进行探测，因此只要自身能产生温度的物体，不管怎么伪装也能被发现。

(4)红外系统的体积小，重量轻，功耗低。

由于以上的优点，近年来红外线探测技术发展速度很快，特别是一些廉价、实 用的红外探测传感器的出现，使红外探测技术在各领域应用相当广泛，例如国家军事工业、情报部门、民用防盗报警等。本红外探测报警模块主要用来对家庭住宅小区的防盗监控，其是家庭防盗报警的一部分。

根据家庭防盗报警系统整体框架及应用，本模块具有以下一些功能： (1)能够完成对某一监控区域非法入侵者的监控，并将非法入侵信息传递给报警主机，以使监控主机立即采取相应措施。

(2)本模块通过无线数据的收发与报警主机进行通信，用用无线收发的方式，使模块使用起来极为方便。如果想换一个监控区域，则只是把模块从监控区域拿到另一个区域的适合地方重新安置即可。

(3)整个模块电路上具有休眠功能。当红外探测传感器探测到入侵信号时，其首先启动模块主机电路，完成对报警主机的信息发送，发送后5s内若再没有监测信号，则整个模块又将进入低功耗状态，所以大部分时间，模块都工作在低功耗状态下，只是当有入侵者进入监控区域时才会启动模块电路，完成报警信息的发送。 3.3.2 被动式热释电红外探头的工作原理及特性

人体的体温一般在37℃，所以会发出特定波长10μm左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。人体发射的红外线通过菲尼尔滤光增强后聚焦到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，经后续电路检测处理后就能产生报警信号民。该探头具有如下特点：

(1)由于这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10μm左右的红外辐射必须非常敏感。

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(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。

(3)被动红外探头的传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，因此探测器无信号输出。

(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理后即可报警。

(5)根据性能要求不同，菲尼尔滤光片具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 3.3.3 双元热释电红传感器RE200B简介

传感器采用双元热释电红外检测元件RE200B，如图3-4所示。该传感器翻用热释电材料极化随温度变化的特殊探测红外辐射，并采用双灵敏元互补方法抑制干扰，以提高传感器的工作温度。其内部电路如下：1脚接工作电压，其工作电压低且范围宽（2.2～15V）；2脚为输出源极电压；3脚为公共地。使用时，一般在2脚与3脚之间加47KΩ的源极电阻，但应根据实际情况，适当调整源极电阻[8]。

图3-4 RE200B红外检测元件内部电路图

3.3.4 放大电路设计

由于本模块考虑到模块实用性的问题，所以运放芯片采用低电压、单电源、低功耗LMV324芯片，如图3-5所示。LMV324功耗是比同类产品低120μA；在5V时，其典型工作电流为100μA。该运放芯片工作电压为2.5～5.5V，采用轨到轨的输出。LMV324的引脚和NS、TI和Maxim的LMV3XX系列兼容，因此可直接替换。当LMV324工作在5V时，带宽为1.4MHz,转换速率为1.5V/μs。

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图3-5 LMV324引脚图

3.3.5 红外探测信号输入电路

红外探测信号输入部分由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、数字信号输入电路组成。当工作中的红外线传感器J1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由J1的S端引脚输出微弱的电信号（1～10Hz）,经三极管Q1等组成第一级放大电路放大（见图3-6），再通过C2输入到运算放大器U1A中进行高增益、低噪声放大（见图3-7），此时由U1A输出的信号已足够强。如图3-7所示，U1B是电压比较器，二级放大信号OUT2由运放芯片U1B中5脚输入，R6、R7、R9、D1组成基准电压电路，输入信号与反向输入端基准电压比较，一旦有盗贼闯入监控的范围内，热释红外线传感器监测到信号后，发出一个微弱的交变信号，经两级交流放大后，与基准电压进行比较，此时，经过放大的信号大于基准电压[9]。通过U1B的比较，其输出电平为运放工作电压高电平5V，三极管Q2导通，J2输出为低电平；当OUT2端输入没有信号时，输出为0V，所以三极管Q2截止，J2引脚输出为高电平。调试时，在红外线传感器前人走动，调整R9，直到J2引脚输出为低电平。各电路如图3-6到图3-8所示。

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图3-6第一级放大电路图

图3-6中，R1是源极电阻，其阻值可以根据实际情况进行调整；产生的微弱信号由S9014进行放大。S9014是NPN型三极管，其IC静态工作电流达100mA，放大倍数最大可达1000倍。R3给S9014提供静态基极电压。放大后的信号由C2耦合到下一级。

图3-7 二级放大电路图

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图3-8 电压比较器电路图

图3-9中，用三极管S9013把OUT3的信号转换成单片机的入口电平信号。其主要原因是，当产生报警信号后，OUT3输出约为5V的工作电压，需要用三极管将其转换成低电平。这样，当有报警信号时，J2引脚输出低电平，将给单片机一个低电平，而这样一个低电平信号将使单片机退出低功耗状态，同时唤醒整个电路；而没有报警时；将输出持续的高电平。

图3-9 数字信号输入电路

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3.4 无线收发模块的设计

本方案采用无线发送、接收数据分开电路，这样便于选择，例如：主机可以做成单接收的，模块可以做成单发送的。为了方便介绍，这里将接收、发送部分电路分开介绍。首先介绍这两种无线模块使用的主要编/解码芯片。

编/解码芯片采用台湾普城公司生产的PT2262/2272作为无线收发的主芯片，PT2262/2272是一款CMOS工艺制造的低功耗、低价位通用编/解码电路，最多有12位（A0～A11）三态地址端引脚（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）数据端引脚，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[10]。

编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。解码芯片PT2272接收到信号后中，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才能输出高电平。与此同时，相应的数据脚也会输出高电平，如果发送端一直按着按键，则编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作；当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。当17脚为高电平期间，315MHz的高频发射电路起振并发射等幅调频信号；当17脚为低电平期间，315MHz的高频发射电路停止振荡。因此高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅。 3.4.1 PT2262/PT2272芯片

(1)PT2262/PT2272的特点 ① CMOS工艺制造，低功耗； ② 外部元器件少； ③ 具有RC振荡电路；

④ 工作电压范围宽，为2.6～15V; ⑤ 数据最多可达6位； ⑥ 地址码最多可达531441种。 (2)芯片区分

接收PT2272的数据输出位根据其后缀不同而不同，数据输出具有“暂存”和“锁存”两种方式，方便用户使用。后缀为“M”为“暂存型”，后缀为“L”为“锁存型”。其数据输出又分为0、2、4、6位不同的输出，例如：PT2272-M4表示数据输出为4位的暂存型遥控接收芯片。

PT2272的暂存功能是指，当发射信号消失时，其对应数据输出位即变为低电平。

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而锁存功能是指，当发射信号消失时，PT2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。

(3)PT2262芯片

PT2262芯片的引脚排列如图3-10所示。

图3-10 PT2262/PT2272引脚图

PT2262的引脚说明如表3-3所列。

表3-3 PT2262的引脚说明

名称 A0～A11 D0～D5 VCC VSS

管脚 1～8、10～13 13～10、8、7

18 9 14 16 15 17

说明

地址管脚，用于进行地址编码，可置为0、1、f(悬空) 数据输入端，其有一个为1；即有编码发出，内部下拉

电源正端（+） 电源负端（-）

编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率

振荡电阻振荡器输出端 编码输出端（正常时为低电平）

TE

OSC1 OSC2 DOUT

在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节。一般来说，阻值起大，振荡频率越小，编码的宽度越宽，发送一帧码的时间越长。另外，值得说明的是VCC的电压范围很宽（2～15.0V）。

(4)PT2272芯片

PT2272芯片的引脚排列如图3-10所示。 PT2272解码芯片的内部原理图如图3-11所示。

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图3-11 PT2272内部原理图

PT2272芯片的引脚定义如表3-4所列。

PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分。其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时，才能改变。M表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的，而且与发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（PT2272-M4）,对应的地址编码应该是8位；当采用6路的并行数据时（PT2272-M6），对应的地址编码应该是6位。

(5)PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改

在通常的使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码电路PT2272和第1～8脚为地址设定脚。有3种状态可供选择：悬空、接正电源、接地，38为6561，所以地址编码不重复度为6561组。只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时PT2262和PT2272的8位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态。如果用户想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地，第5脚接正电源，其他引脚悬空，那么接收机PT2272只要也第1脚接地，第5脚接正电源，其他引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。

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表3-4 PT2272的引脚说明

名称 A0～A11

管脚

说明

1～8、10～13 地址管脚，用于进行地址编码，可置为0、1、f(悬空)必须与PT2262

一致；否则不解码

D0～D5 13～10、8、7 数据输出端,接收到PT2262的数据时，才能输出对应电平；否则为

低电平，锁存型只有在接收到下一数据时才能转换

VCC VSS DIN OSC1 OSC2 VT

18 9 14 16 15 17

电源正端（+） 电源负端（-）

数据信号输入端，来自接收模块输出端 振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率

振荡电阻振荡器输出端

解码有效确认，输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）

3.4.2 无线收发电路

(1)无线发送电路

PT2262的A0～A7可以接高电平、低电平或悬空(如图3-12)，这样8个地址，每个3种接法，任意组合可以提供38即6561种地址码。这些地址完全能够保证小区内每家装的无线防盗装置互不干扰。因为家庭防盗系统的无线收发局限在一个小范围内，所以传输距离肯定小于200m。假设200m内有多个防盗报警系统，数目肯定小于6561.这样只要各个报警器设一个地址，即使各个系统使用的无线频率相同，也不会互相干扰。PT2262是一款编码芯片，价格便宜，性能可靠，国内已有大部分应用资料可以查询。这里着重说明315MHz的调频电路。现在，国家对315MHz、433MHz等几个频段采取不收费的规定。图3-13所示电路使用的就是315MHz频段。

图3-12 PT2262模块电路图

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正文： 防盗报警装置的设计

图3-13 315MHz的调频电路

(2)无线接收电路

PT2272模块电路图如图3-14所示。

图3-14 PT2272模块电路图

关于PT2262和PT2272的OSC1和OSC2引脚电阻规定的公式如下：

f?1000?16?Rosc(k?)kHz （3-1）

假设，通信频率是315MHz,那么可以算得电阻Rosc约为51k?，可以选择51k?的电阻。

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正文： 防盗报警装置的设计

接收电路采用超再生式接收电路，如图3-15所示。超再生接收机具有电路简单，性能适中，成本低廉的优点。

图3-15 超再生电路图

超再生接收电路主要由Q1、Q2、IC等组成。当天线ANT收到调制波时，经Q1调谐放大其低频成分，再经Q2前置放大后送入IC1(LM358),进一步放大整形后由LM358第7脚输出。DATE为信号输出端，送至PT2272。三极管Q1,Q2选用2SC9018。IC选用LM358。

超再生检波电路的工作原理：实际上该电路是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡（又称淬装饰振荡）是在调频振荡器的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡和间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为一百～几百千赫兹）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低；反之，频率选高了，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。应根据实际情况二者兼顾。其原理示意图如图3-16所示。电路由以下几部分组成：

① 接收天线L1和电容器C1构成调谐回路。 ② 场效应三极管Q1等构成第一高频放大级。 ③ 晶体管Q2等构成第二高频放大级。

④ 电容器等构成的再生电路，可进一步提高灵敏度和选择性。 ⑤ 集成电路LM358等构成的低频功率放大器，将解调后的信号送出。

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正文： 防盗报警装置的设计

图3-16超再生电路原理示意图

超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号干扰和电路自身的热骚动，产生一种特有的喊声，称为超噪声。这个噪声的频率范围为0.3～5kHz，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压。该电压作为电路一种状态的控制信号，使继电器吸合或断开（由设计的状态而定）。当有控制信号到来时，电路产生谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡。而振荡过程建立的快慢和间歇时间的长短，受接收信号的振幅控制。当接收到的信号振幅大时，起始电平高，振荡过程建立快，每次振荡间歇时间也短，得到的控制电压也高；反之，当接收到的信号振幅小时，得到的控制电压也低。这样，在电路的负载上便得到了与控制信号一致的低频电压，这个电压便是电路状态的另一种控制电压。

在发射和接收电路中，为了减小体积，所有电阻均选用1/8W或1/16W的金属膜电阻；电解电容亦用超小型电容，其他电容全部采用调频陶瓷电容。在焊接时，元件引脚应尽量剪短，使其紧贴电路板。电路板材料应选用高频电路板。

3.5 语音电路

3.5.1 ISD1420芯片简述

ISD1420语音芯片是由美国ISD(Information Storage Device)公司开发的高保真、不怕断电、录放一体化的单片固态语音集成电路。其片内设有时钟振荡器、128K字节E2PROM（电可编程可擦除只读存贮器）、低噪前置放大器、自动增益控制电路、反混叠滤波器、平滑滤波器、模拟转发器、差动功率放大器等高品质语音录放系统所需的全部基本功能[11]。

ISD1420引脚排列如图3-17所示。

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正文： 防盗报警装置的设计

图3-17 ISD1420引脚图

ISD系列语音芯片特点：

(1)所需外围元件少，电路简单，操作方便。

(2)采用直接模拟量存贮技术DAST（Direct Analog Storage Technology）,再 现优质原声。

(3)零功率信息存贮，省掉备用电源。

(4)信息可保存10年以上，可反复录放达10万次之多。

(5)易于使用，语音固化无需专用编程或开发装置，可随意改变录音内容。 (6)较强的选址能力，可进行分段管理和分段存储多段信息。

(7)具有自动省电模式，录音和回放后即刻进入等待模式，此时仅需0.5?A的 维持电流。

(8)自带时钟源，高抗干扰性能。

(9)可直接驱动8～16喇叭工作，输出不失真功率大于50mW。也可作激励信号 单端输出，外接功率放大器，输出功率为额定输出功率的1/4，约为120mW左右。

(10)采用总线技术，适于同单片机接口。 3.5.2 芯片工作原理

录音过程中，ISD1420在进行存储操作之前，要分几个阶段对信号进行调整。首先要输入信号放大到存储电路动态范围的最佳电平，这个阶段由前置放大器、放大器和自动增益控制部分来完成。

前置放大器通过隔直流电容与麦克风连接，隔直流电容用来去掉交流小信号中

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正文： 防盗报警装置的设计

的直流成分(大约2mV～20mV)。信号的通路要在模拟输出端（ANA OUT）和模拟输入端（ANA IN）两个管脚之间连接一个电容器。自动增益控制电路动态地监控放大器输出的信号电平并发送增益控制电压到前置放大器。前置放大器增益自动调节以便维持进入滤波器的信号为最佳电平，这样录音的信号能得到最高电平又使削减至最小。我们可以通过选择连接到AGC管脚的电阻和电容值来调节描述自动增益电路特性的两个时间常量，即响应时间和释放时间。

下一个阶段的信号调整是由输入滤波器完成的。由模拟信号的存储仍然是采用取样技术，因此还需要一个抗混淆滤波器以去掉（或至少减到可忽略不计的程度）取样频率1/2以上的输入频率分量。这样就满足了所有数据采集系统都遵循的奈奎斯特取样定律。语音的质量要想优于电话的音质，取样频率要用8kHz。低通滤波器的调频频限选在3.4kHz，可满足奈奎斯特取样定律，而且仍有足够宽的频带以得到高音质的语音。滤波器是一个连续时间五极点低通滤波器，在3.4kHz每个倍频程衰减40dB。

信号的调整完成后，将输入波形通过模拟收发器写入模拟存储阵列中。由8kHz取样时钟取样，并且经过电平移位而产生不挥发写入过程所需要的高电压，同时补偿与Fowler-Nordheim隧道效应相关的一些实际因素。取样时钟也用于存储阵列的地址译码，以便输入信号顺序的写入存储阵列。

放音时，录入的模拟电压在取样时钟的控制下顺序地从存储阵列中读出，恢复成原来的取样波形。输出通道上的平滑滤波器去掉取样频率分量并恢复原始波形后，平滑滤波器的输出通过一个模拟多路开关连接到输出功率放大器，两个输出管脚直接驱动扬声器。 3.5.3 芯片工作模式

ISD1420具有多种工作模式，其地址输入端具有双重功能。它可以根据地址中的A6、A7的电平状态决定A0～A7的功能。如果A6、A7有一个低电平，A0～A7输入全解释为地址位，即作为起始地址用，此时地址线仅作为输入端，在操作过程中不能输出内部地址信息。根据PLAYE、PLAYL或REC的下降沿信号，地址输入被锁定。如果A6、A7同为高电平时，它们即为模式位。操作模式可以方便的与微控制器一起使用，也可通过硬件连线得到所需系统操作。

地址0是ISD1420存储空间的起始端，所有初始操作都是从0地址开始，后面的操作可根据模拟模式的不同，而从不同的地址开始工作。当电路中的录、放音转

PLAYL或REC变为低电平，换将进入省电状态时，地址计数器复位为0.当PLAYE、

同时A6、A7为高电平时， 执行地址线所对应的操作模式。这种操作模式一直执行到下一个低电平控制输入信号出现为止。

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正文： 防盗报警装置的设计

3.5.4 语音芯片及外围电路

本系统的语音电路如图3-18所示。这是应用ISD1420芯片作为基本录放音的电路，所有的地址线均设置为“0”，所以放音的起始地址是0.当按下REC键的，录音就会开始，数据从0地址开始存储，直到存储器满或者松开按键为止。当按下PLAY键后，开始放音，直到PLAY松开或者存储器用完为止。

LED2为录音指示灯，当处于录音状态时，ISD1420的25脚被拉成低电平，LED2发亮。语音信号由驻极体话筒拾取，从MIC和MIC REF两端输入芯片内部的放大器放大，该放大器的输出信号从ANA OUT端引出，外部使用C302耦合至另一个放大器的输入端ANA IN，做进一步放大，经功放后的音频信号从SP-和SP+两端输出并推动扬声器发音。扬声器的接法也可以是一端接地，另一端任意接SP-或者SP+,因此，在此电路里，SP+被用来与电话接口电路相连，以送出语音信号。C305和R305为增益调整电路。

图3-18 语音电路图

3.6 声光报警模块

本设计采用声音报警和光信光报警两种报警方式相结合的方法来通知有人闯

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正文： 防盗报警装置的设计

入。当有人闯入时，信号经CPU处理后，主机电路驱动报警器报警，发出声音信号和光信号来提醒人们。声音报警可用蜂鸣器来实现（如图3-19所示），或者用外部警笛产生110dB的高音来阻吓小偷和窃贼（如图3-20所示）。外部警笛一般采用大功率结构，必须用两级三极管即达林顿方式才能控制。

图3-19 蜂鸣器报警电路图

图3-20 外部警笛报警电路图

光信号报警采用LED灯光闪烁的方式来通知有警情发生，LED可通过单片机直接控制来实现闪烁报警，如图3-21所示。

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正文： 防盗报警装置的设计

图3-21 LED发光信号报警电路图

3.7 键盘与显示模块

键盘可以选用轻触式键盘，结构为4×4，程序的处理使用逐列扫描的方式读取，键盘上布置“0-9”、“设置”、“清除”、“取消”、“确认”、“布防”、“撤防”共16个按键。电路如图3-22所示。

图3-22 键盘电路图

显示采用成型液晶模块LCM，型号为LCD1602，当然也可选用与之等效的液晶。这款LCM是字符型的，比较方便。选用LCM的另一个原因是价格相对数码管来说低，并且功耗低；与LCD比起来开发方便，初次选用无须开模费。显示部分电路如图3-23所示，其中：电位器DW1可以调节字符显示的深浅，为了达到低功耗的要求，操作

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正文： 防盗报警装置的设计

时应根据按键和报警的类别点亮液晶，例如主机电路过了2min没有操作，则需自动关闭背光。

图3-23 LCD液晶显示电路图

3.8 电源设计

本系统电源采用直流电源5V供电原理如图3-24所示。电源部分为典型 的7805应用电路，具有输出直流5V电压的功能。变压器输出12V交流电，经桥路整流，电容滤波，送入7805输入端，最后输出5V直流电。

图3-24 5V电源设计原理图

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正文： 防盗报警装置的设计

4 软件设计

4.1 程序设计

本模系统程序设计采用C语言编写。采用C语言能增强程序结构的模块化，也方便程序阅读及调试[12]。 4.2 程序流程设计 4.2.1 流程图设计的目的

设计本流程图是为了程序编程和后期维护方便，流程图采取总流程图和部分子流程图的结合，目的是能够根据这些开发程序对程序进行必要的维护。 4.2.2 报警主机需要完成的功能

(1)与智能模块进行无线通信； (2)控制语音模块进行有选择的放音； (3)播放警笛； (4)处理液晶显示； (5)处理按键信息。 4.2.3 控制流程

程序总体流程如图4-1所示，从图中可以看出，程序分为6大块，每一块完成一部分特定的功能。划分的6大块是：初始化模块、调试模块、主循环模块、外部中断模块、定时器0中断模块和定时器1中断模块。

图4-1 报警主机总体流程图

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正文： 防盗报警装置的设计

每个程序模块完成的功能大致如下：

(1)初始化模块：完成对CPU即AT89S52的初始化，对液晶、键盘指示灯、语音芯片等外围电路进行初始化。

(2)调试模块：对主机进行设置，包括防区的多少，主机发送查询命令的时间间隔，查看主机的工作状态，清空报警信息等。

(3)主循环：判断、处理是否收到报警数据，进行液晶的各种显示以及按键的处理等。

(4)外部中断：作为模拟串口接收信号的处理开始。

(5)定时器0中断：利用定时器0作为串口的定时器，同时处理无线数据的收、发。

(6)定时器1中断：定时向各模块发出询问信息，每次询问前，判断上次是否接收完毕，若接收完毕，再发送；否则等到下次定时再查询后发送。另外还用于完成按键的判断。

4.2.4 各模块具体流程图 (1)初始化模块

初始化模块程序流程如图4-2所示。

图4-2 初始化模块程序流程图

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正文： 防盗报警装置的设计

(2)主循环模块

主循环模块程序流程如图4-3所示。 (3)外部中断流程图

外部中断流程图如图4-4所示。

图4-4 外部中断流程图

(4)红外探测报警模块程序流程图 红外探测报警模块程序实现的功能如下：

① 程序能自动进入和退出休眠模式，采用休眠模式能降低能耗，也延长了干 电池的使用时间

② 程序在正常运行模式时能实现监测外围输入的报警信息，并与报警主机正 常通信。

红外探测报警模块程序流程图如图4-5所示。

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正文： 防盗报警装置的设计

图4-3 主循环模块程序流程图

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正文： 防盗报警装置的设计

图4-5 红外探测报警模块程序流程图

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正文： 防盗报警装置的设计

5 系统测试与结果分析

5.1 测试仪器

测试中所用仪器如表5-1所示。

表5-1 测试所用仪器

序号 1 2

名称 万用表 稳压稳流电源

型号与规格 DT9205 DH1718E-5

数量 1 1

测试中所用仪器如图5-1所示。

图5-1 测试所用仪器

5.2 测试方案

对整体功能的测试。将红外探测模块安装固定，接通电源后，让人在红外传感器前走动，调整可变电阻R9，直至模块输出端J2输出低电平为止。无线模块的调试，首先将接收电路调至到特定频率315Hz,然后才能使收发电路配对进行发送与接收。无线模块将信号以无线传输的方式传送给主机处理。主机判断处理后，驱动喇叭发声报警，同时LED闪烁。此时，按下复位键，报警声闭。

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正文： 防盗报警装置的设计

对红外探测器的有效范围进行测试。人在红外探测器正前方由远及近走动，测试有效的正前方距离。人在红外探测器有效正前方距离内，左右走动，进行水平距离的有效范围测试。最后，进行垂直有效距离的范围测试。

对无线收发模块的有效范围进行测试。将发送模块，直到接收模块能够接收到发送模块的信号。具体测试时，可将探测与行发送模块按着由远及近逐渐靠近的移动方式，人在红外探测器前来回走动，直到远处的主机电路发声报警为止。此时便可得到无线收发模块的作用范围。测试中的电路实物图如图5-2所示。

图5-2 测试的电路实物图

5.3 测试结果分析

经多次测试，此防盗装置能够探测到人体辐射的红外线，并驱动报警电路发出声音和产生闪光信号来报警，各项数据如表5-2和表5-3所示。

表5-2 红外探测器的测试数据

器件 红外探测器

有效距离 3～4m

有效角度 水平120°，垂直60°

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正文： 防盗报警装置的设计

表5-2 无线收发器的测试数据

器件 无线收发器

有效距离 37～53m

频率 315MHZ

在测试中，主机能够接收红外探测器经过无线传送的信号，并驱动报警模块发声报警和发光报警。但是本系统并没有达到预先的指标，由上面的数据知道，红外探测器的探测距离只达到正前方约3～4m的距离，无线收发器的有效距离也只有预先指标的一半左右。其中的原因可能是本测试实验的数据是在实验室中反复测试所得，而实验室中有部分设备器件会对本系统的红外信号和无线信号有所干扰，实验室的温度相对较高影响本系统的性能。若在空旷的外界场地上，本系统的性能则可能会明显提高，但由于缺少在外部空旷场地测试的条件，本测试并没有在空旷场地上进行，而是在具有测试条件的实验室中进行。

在测试的实验中还发现中间曾几次有人经过而没有反应，或无人经过而出现报警的现象。经过分析，可能存在如下原因：

(1)红外传感器容易受各种热源、光源干扰。

(2)红外传感器被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头 接收。

(3)环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 (4)无线模块中的超再生接收机频率受温度漂移大，抗干扰能力差。 (5)本设计红外探头因缺少菲涅尔透镜来做测试，而使人体所辐射的红外线不能被有效的聚到传感器上，使红外探测模块的感应范围大幅度下降。因此，最好是在红外探头上装上菲涅尔透镜来提高红外探测模块的精确性和有效范围。 此外，在具体应用中还要注意：

防小动物干扰：探测器应安装在推荐的使用高度，这样对探测范围内地面上的小动物一般不产生报警。

抗电磁干扰：探测器水器的抗电磁波干扰性能应符合要求，使得一般手机的电磁干扰不会引起误报。

抗灯光干扰：探测器在正常灵敏度的范围内，当接收3m外H4卤素灯透过玻璃照射时，不产生报警。

红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：

(1)红外线热释电人体传感器应离地面2.0～2.2。

(2)红外线热释电人体传感器应远离空调、冰箱、火炉等空气温度变化敏感的

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正文： 防盗报警装置的设计

地方。

(3)红外线热释电人体传感器探测范围内不得有屏风、家具、大型盆景或其它隔离物。

(4)红外线热释电人体传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，的条件的最好把窗帘接上。红外线热释电人体传感器也不要安装在有强气流活动的地方。

(5)红外线热释电人体传感器的对人体的敏感程度还与人的运动方向有关，它对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报及求得最佳检测灵敏度的极为重要的一环。

在具体的使用中，注意到以上若干防干扰的措施，加之正确的安装使用，可以使防盗性能有很大提升。

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