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作者：青岛大学 陈传宝 季超 刘忠杰
指导教师：傅强

　　作品简介

　　开发背景：随着社会经济的快速发展以及人们生活水平的日益提高，在家庭中液化石油气、管道煤气、天然气进入了大多数家庭，各种家用电器也得到了广泛的使用，人们在享受这些现化设施所带来便利的同时，却也增加了火灾隐患和有害气体中毒等的危险。与此同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出不断增长的趋势，人们越来越渴望有一个安全舒适的生活空间。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于传统的防盗窗、防盗网等机械式家居防卫设备，其虽具有一定的防盗作用，但在实际使用中不仅影响市容的美观，更带来了很多安全隐患。因此人们迫切需要一种智能型的多功能家庭防火防盗报警系统，使其能可靠进行日常安全防范工作，及时发现各种警情并做出相应处理，以便将警情消灭在萌芽状态，保障居民生命和财产的安全。但是因经济、技术等原因，目前防火防盗报警系统设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报，以及报警系统不动作。人们希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全，家庭防火防盗问题就成为人们极为关心的问题。 因此，对防火防盗报警装置的研究对现实意义重大。
　　该作品是以单片机为基础设计的，包括红外模块，温度传感器模块，声光报警模块，显示模块。其中红外模块采用反射模式，当有人从中经过时会产生报警。当温度超过四十摄氏度也会产生报警，这可以避免人中暑，并可以防火。
　　该作品只需放在需要监控的位置便可以达到放到目的，隐蔽性好。

　　平台选型说明

　　该系统选择以STC15F2K61S2芯片为控制核心的单片机开发板为开发平台，经济实用。STC15F2K61S2是1T的增强型8051 CPU，可以进行在线编程，具有双串口、三个定时器、高速10位AD、片内EEPROM等模块，方便进行系统开发。开发板具有显示模块、输入/输出模块、传感模块、电源模块、通信功能、电子日历等模块。开发板功能齐全适用于单片机初学者学习，也适合单片机专业开发者使用。所以我们选用此开发板来完成我们的设计!
　　实物图如下：　　

　　设计说明

　　一、方案选择：
　　1、红外传感器的选择
　　方案一：采用热释红外传感器。该传感器器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、延时电路和报警指示电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警信号。
　　方案二：采用对管式红外传感器。该传感器能够通过发射一定频率的红外线，在有遮挡情况下，通过反射回来的红外信号进行判别是否有生物进入。
　　方案二成本低廉、经济实用，因此选择方案二。
　　2、温度传感器选择
　　方案一：采用DS18B20测温。DS18B20系统结构简单，可靠性更强。耗电量小，抗干扰小，传输距离远，但是成本较高。
　　方案二：采用热敏电阻测量温度。热敏电阻价格低廉，测量温度范围较大，且报警不需要非常精确的温度值，可以通过热敏电阻与温度的函数关系，测量出因此我们采用了方案二。
　　因此选择方案二。
　　3、单片机选择
　　方案一：采用STC15F2K61S2芯片为控制核心。STC15F2K61S2系列抗干扰性强，内部集成EEPROM，运行速度比普通51单片机理论上快12倍，支持在线编程;具有三个定时器，可同时工作，双串口，包含高速8通道10位A/D转换器;片内资源相当丰富。
　　方案二：采用Xilinx Spartan-3E 系列芯片为控制核心。Xilinx Spartan-3E 是一款性价比非常高的FPGA，高速，
　　由于STC15F2K61S2开发板完全可以满足我们作品的速度要求，无需采用价格成本更高的Xilinx Spartan-3E，因此为了节约成本，我们选用方案一。
　　4、时钟芯片的选择
　　方案一：采用DS1302时钟芯片。DS1302是一款高性能、低功耗的时钟芯片，内部带有31字节的静态RAM，提供秒、分、时、日、月、年信息，通过简单的串行接口与单片机进行通信。
　　方案二：采用PCF8563时钟芯片。提供多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务。
　　综合比较，采用成本较低的PCF8563时钟芯片。

　　二、电路设计及其原理
　　1、红外发射电路
　　用单片机生成38KHZ的PWM波，与周期为1.2ms的方波相与，调制出载波为38KHZ的方波，给PE1端，即可是发射出信号。由于仅需要发射接收功能，无需解码此可以采取上述应用方案使红外发射管发射。　　

　　2、红外接收电路
　　红外线接收电路主要由2个红外线一体化接收管组成，主要功能是用来接收发射的红外线并进行解码，正常情况下不能够接收到红外线，输出端OUT一直为高电平，若有人闯入，红外线反射回来，接收管接收到红外线，输出高低电平相间的矩形波，通过检测是否有低电平出现，判断出是否有人入室盗窃，并触发相应的报警系统，达到红外报警的目的。
　　红外接收电路，如图1.2所示。　　

　　3.74HC573缓冲驱动电路
　　由于STC15F2K61S2开发板的IO输出电流很小，输出的PWM波不足以驱动两个红外发射管，因此采用74HC573增大单片机输出的PWM波的驱动能力，用来驱动两个红外发射管，同时74HC573又是很好的硬件隔离缓冲器，利用74HC573将前级电路和后级电路隔离开来，避免后面器件的短路损坏单片机。
　　74HC573缓冲驱动电路，如图1.3所示。　　

　　4.LM324组成比较器电路。
　　LM324是一款通用性运算放大器，在不加负反馈的情况下，输出只有两个值，单片机的IO会认为一个是数字“0”，一个是数字“1”，从而达到比较器的用途。此处的比较器用于热敏电阻，设定一端输入的阈值，从而达到设定报警温度的目的。
　　LM324组成比较器电路，如图1.4所示：　　

　　作品特色

　　1、 具有报警时间记录功能，一旦发生入室盗窃事件，警方可第一时间发现并调取犯罪嫌疑人的作案时间，为案件侦破提供有利线索。
　　2、 夜间黑暗处可正常工作，防止夜间人们熟睡的时候，入室盗窃的发生。
　　3、 红外识别距离较长，可覆盖整个窗户、防盗门及其周边范围。
　　4、 增加火灾报警功能，工作性能稳定。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2729