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毕业论文：红外防盗监控系统
摘要
随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，同时现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，所以保证区域的安全必须从运用现代化的防盗报警技术。
本文将系统介绍一种采用新的先进的红外线对射感应模块和人体红外探测装置制作
而成的红外监控系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。
本文在绪论中首先介绍综合监控系统的发展、特点、功能及红外监控的相关知识。第二章中我们介绍了系统设计的相关知识和软件、硬件的具体设计方案。在第三章中我们将重点介绍硬件、软件的安装调试过程及系统调试的结果。最后我们在结束语中谈谈系统设计的优点、缺点及本次设计的心得收获。
关键字：红外监控、人体红外、89C51、RS232
目录
摘要....I
ABSTRACT.II
1绪论....1
1.1综合监控系统的发展、特点、功能....1
1.2红外监控的相关知识....3
1.3本文所做的工作....5
2系统方案设计....6
2.1相关基础知识....6
1.2.22.1.1MCS-51型系列单片机介绍...7
1.2.32.1.2人
体红外探测器10
1.2.42.1.3主动红外探测器10
1.2.52.1.4串口RS-23213
1.2.62.1.5伟福仿真器使用说明...14
2.2硬件组成、要求....17
2.3控制软件的设计方案....20
1.2.72.3.1软件功能20
1.2.82.3.2软件工作流程图21
3系统调试过程....22
3.1硬件电路的安装调试....22
1.2.93.1.1元器件的测试22
1.2.103.1.2制版焊接22
1.2.113.1.3整个系统的通电测试...23
3.2软件调试....24
1.2.123.2.1报警装置的调试24
1.2.133.2.2人体红外探测装置的调试...25
3.3系统调试及结果....25
结束语....27
致谢....28
参考文献....29
附录....30
1绪论
1.1综合监控系统的发展、特点、功能
“安全防范”是公安保卫系统的专门术语，是指以维护社会公共安全为目的，防入侵、防被盗、防破坏、防火、防暴和安全检查等措施。而为了达到防入侵、防盗、防破坏等目的，我们采用了以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统，使其发挥最大的功能作用，用以完善安装单位的保卫工作。综合监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过遥控摄象机及其辅助设备(云台、镜头等)直接观看被监视场所的情况，一目了然;同时它可以把被监视场所的图象和声音全部或部分的记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据，同时电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。安全防范技术的器材、设备以及由其组成的系统能对入侵者做到快速反应，并及时发现和抓获罪犯，对犯罪分子有强大的威慑作用。而安全防范技术又能及时发现事故的隐患，预防破坏，减少事故和预防火灾，所以它是公安保卫工作中很重要的预防手段。
尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，犯罪分子的作案手段和交通工具不断提高，同时随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，所以保证区域的安全不能只在巡更人防方面加强力量，必须从运用现代化的防盗报警技术，这是外界不法人员所逾越的第一道关卡。在这种环境下，安全防范技术的器材、设备以及由其组成的系统能对入侵者做到快速反应，并及时发现和抓获罪犯，对犯罪分子有强大的威慑作用。而安全防范技术又能及时发现事故的隐患，预防破坏，减少事故和预防火灾，所以它是公安保卫工作中很重要的预防手段。安防行业也取得了长足的发展，监控系统目前在银行、宾馆、商场、交通、工矿企业等各个领域得到了广泛应用。对要害部门、重点设施，需设立周界报警系统保证安全，近几年发展较为成熟的监控系统产品主要有：
(1)被动红外防盗报警探测器
物理学告诉我们，凡是温度高于绝对0℃的物体都能产生热辐射，其光谱集中在红外光区域。当被探测的目标入侵，并在所防范的区域里移动时，将引起该区域红外辐射的变化，而能够探测出这种红外辐射变化并进入报警状态的电子装置称为被动红外探测器被动红外探测器主要用来探测人体和其它一些入侵移动的物体。[1]但其弱点是:当环境温度接近人、体温度时，灵敏度下降，因而在夏天或热带地区的应用受到影响。
(2)主动红外入侵探测器
主动红外入侵探测器主动红外入侵探测器将发射机和接收机分别安装于警戒线的两端，发射机发射出一串红外光由接收器接收，如中间任意处被遮断，报警器就发出报警信号。采用双光路的主动红外报警器可大大提高抗噪误报的能力。目前直线探测距离可做到室内25m室外75m其优点是灵敏度高，具有较高的光学特性。[2]特别在雨、雾、霜等遮挡射束光强度时(甚至遮挡射束强度99)，探测器仍能正常工作。具备防防水、防尘、防震、拆卸、防破坏功能。(犯罪分子为了达到其目的必然要千方百计对安全防范系统进行破坏。因此技防系统的防破坏功能就显得尤为重要。一个连自身安全都不能保障的系统是不可能很好地发挥防范作用的
(3)双技术探测器双技术探测器
双技术探测器双技术探测器是对同一个探测空间采用二种传感方法进行报警的装置，目前常用的是微波与被动红外。被动红外和微波探测都是属于空间范围的运动探测，前者易受环境温度的干扰，对人的切向运动反应敏感;后者则易受电磁千扰，对径向运动敏感。一为主动方式，一为被动方式，在工作方式、探测特点和抗干扰性方面恰好是互补的关系，因此是构成双鉴报警器的最佳选择，两者结合可以减小由于干扰而造成的误报，提高报警的可靠性，是目前用的最为广泛的一种。
(4)视频探测器
随着多媒体技术、图像处理技术、电视监控技术的不断发展，用电视摄像机作为报警探测器已成为现实。电视监控系统是安全防范技术体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统，它可以通过控制摄像机及其辅助设备(云台、镜头等)直接观看被监视场所的情况，一目了然;同时它可以把被监视场所的图像和声音全部或部分的记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据，同时电视监控系统还可以与防盗报警等其他安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。摄像部分是电视监控系统的前沿部分，是整个系统的“眼睛”。[3]它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。有时，被监视场所面积较大，为了节省摄象机所用的数量、简化传输系统及控制与显示系统，在摄象机上加装电动的(可遥控的)可变焦距(变倍)镜头，使摄象机所能观察的距离更远、更清楚，同时还把摄象机安装在电动云台上，通过控制器的控制，可以使云台带动思摄象机进行水平和垂直方向的旋转，从而使摄象机能覆盖到的角度、面积更大。总之，摄象机就象整个系统的眼睛一样，把它监视的内容变为图象信号，传送给控制中心的监视器上。用摄像机监视所防范的空间，当有目标进入防范区域时，被监视的景物图像发生变化,计算机通过图像处理判断出防范空间的入侵情况，控制系统报警。
目前监控系统随着计算机的发展水平的提高，逐步由模拟系统向数字化系统转变，数字化系统在功能上较模拟系统完善，操作极其智能化和集中化等。监控系统适用场所包括：银行、金库、超市、商场、宾馆、小区、学校、办公楼、道路监控。
1.2红外监控的相关知识
800年英国物理学家赫谢尔从热的观点来研究太阳光的热效应时，发现了一个现象，他用棱镜将太阳光分解成七色单色光，并按顺序测量不同颜色光的热效应，当把温度计移到红色光的边界之外时，即人眼看不到任何光线的区域时，温度计还是指示着很高的温度。根据这一现象，随后经过多次实验，发现在红色光之外，还有一种人眼不能看到的“热线”，人们将它称为红外线。而把光谱中看得见的部分称为“可见光”。[3]
众所风知，可见光的波长范围是380nm一780nm，波长由长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种单色光。波长低于380nm的称为紫外线，高于780nm的称为红外线。我们要讨论的是指波长780nm~l000nm的近红外摄像敏感系统。常规的摄像监控系统是在可见光(如阳光、灯光)下，将被摄物体反射的光线通过摄像机的镜头，成像于摄像机的感光器件CCD靶面上，经过转换电路将图像信号转换为视频信号，再通过传输系统，在显示设备(如监视器)上将图象重现出来。对于无可见光情况下的监控系统，主要有三种方法可以实现，即主动红外监控系统、被动红外监控系统和微光红外监控系统。被动红外监控系统是利用物体在绝对零度以上都有热量辐射，即有红外线发出，在被动红外摄像机内装有相应的光放大器，根据物体辐射红外线强弱的差别来拍摄物体的图像，其所拍摄的图像呈淡绿色。微光监控系统是利用夜空中存在微弱的光线(如月光、星光等)。微光摄像系统的光放管将被摄物体反射的这些微光增强几十倍甚至上百倍，再通过对可见光极为敏感的摄像机(它同时对一部分近红外光敏感)，将被摄物体拍摄出来，从而实现微光下的监控。
主动红外监控系统的工作原理是利用摄像机的CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，它的感光光谱不但包括可见光区域，还延长到红外区域。利用此特性，即可在无可见光照明的情况下，使用与摄像机配套的红外光源(即红外灯)发出的人眼不易察觉而摄像机CCD却能收到的红外线，使图像传感器清晰成像。普通摄像机和红外敏感摄像机的相对光谱灵敏度曲线及LED半导体发光红外灯和卤素红外灯的光谱曲线。卤素红外灯的光谱曲线从800nm开始一直延续下去。红外敏感摄像机比普通摄像机对红外光有较宽的感光光谱范围，通过接受被摄物体反射的红外光线，经过摄像机的转换电路及传输、显示系统，即可将被摄物体的图像显示出来。主动红外监控系统所拍摄的图像呈现的是淡兰色。主动红外监控系统主要由以下几部分组成:主动红外发射器(红外灯)、红外敏感摄像机、光学成像器件及其他设备。主动红外光源主要有两类，一类是早期使用的卤素红外灯，其光功率较大，多用于中远距离的监控。另一类是半导体LED发光器材做成的红外灯，它本身不产生可见光，光谱单一，并且功耗低，因此被广泛采用。
我们知道，保证区域的安全不能只在巡更人防方面加强力量，必须从运用现代化的防盗报警技术，这是外界不法人员所逾越的第一道关卡,而红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，成为周界防范系统最有效、最直接手段，是安防系统中不可缺少的重要部分(所谓的技术的第一层次)。由于他是不可见光，因此用他作防盗监控报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强，使得这种监控报警装置广泛应用于居住小区，仓库，博物馆、智能大厦、单位要害部门和家庭的防护，对区域的周界进行有效的防范。
1.3本文所做的工作
本文将系统介绍由我研制开发一种采用新的先进的红外线对射感应模块制作而成的围墙、栅栏防盗报警系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。在本文中我们将要介绍的系统如图1.1所示
人体检测装置
红外发射装置
89C5控制芯片
RS232远程输出串口
声音报警器
光报警器
远程监控中心
红外接受装置
图1.1
模拟试验表明，红外监控防盗系统技术先进，结构简单，安装方便，安全节能，可及时自动的发现和判断被测范围内是否有被测目标出现，且能正常收发命令与控制。可以预见，此产品一旦上市,它将极大地改善现有产品的实用性可靠性和用户的安全性。但是我们在测试过程中也发现，此系统的红外发射装置的发射距离只有5米左右，如果我们将此产品投入使用，我们必须有进一步的改进。同时，我们的系统所做的测试都是以单点测试为主，对实用过程中的多点监控，我们还有待于进一步的测试和研究。
2系统方案设计
2.1相关基础知识
在我们的系统当中，我们将分别应用到MCS-51单片机，主动和被动人体探测装置，RS-232串行通信口，声光报警器等元器件。对此，我们用到的主要元器件的相关知识分别作一介绍。
2.1.1MCS-51型系列单片机介绍
(一)、MCS-51型系列单片机在我们的系统中将扮演整个系统的“心脏”和“大脑”的角色，是系统的控制部分，是实现整个系统功能的指挥中心，其相关知识如下：
(二)、MCS-51型系列单片机内部结构如图所示图2.1所示，主要包括累加器ACC(有时也简称为A)、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、寄存器、并行1/0接口P0-P3、定时器/计数器、串行1/0接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。[4]
(三)、
(四)、图2.1
1、累加器A：累加器是CPU中使用最频繁的一个寄存器，简称ACC或A寄存器。其作用为:①累加器ACC是ALU单元的输入之一，因而是处理数据源之一。但它又是ALU运算结果的存放单元，即ALU运算结果又通过内部总线送人累加器ACC中存放。②CPU中的数据传送大多通过累加器，故它又相当于一个数据的中转站。
(五)、2、B寄存器：B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输人之一。乘法中，ALU的两个输人分别为A、B，运算结果存放在AB寄存器对中。A中放积的低八位;B中放积的高八位;除法中，被除数取自A，除数取自B，商数存放于A，余数存放在B。在其它情况下，B寄存器可以作为内部RAM中的一个单元来使用。
(六)、3、程序状态字PSW：程序状态字(PSW)是一个逐位定义的8位寄存器，其内容的主要部分是算术逻辑运算单元(ALU)的输出。它是一个程序可访问的寄存器，而且可以按位访问。格式如下:
(七)、
(八)、MCS-51型系列单片机引脚功能介绍:
(九)、MCS一51型系列单片机具有40个引脚双列直插式封装的器件。其中许多引脚具有第二功能，但各种不同的单片机芯片又各有不同。其引脚如图2.2所示：图中管脚可以分为4类：电源类管脚2个、时钟类管脚2个、并行I/O类管脚32个、控制类管脚4个。图2.2
(十)、图2.2MCS-51型系列单片机引脚
(十一)、1)电源类引
(十二)、VCC(40脚)十5V，芯片工作电源的输入端
(十三)、2)控制信号引脚
(十四)、RST/VPD(9脚)：RST为复位信号输入端。当RST端保持两个机器周期(24个时钟周期)的高电平时，可对单片机实现复位操作。该引脚的第二功能是作为内部电源的输入端(VDD)。当电源VCC一旦发生掉电或电压降低到低于电平规定值时，可通过它为单片机内部RAM提供电源，以保护片内RAM中的信息不丢失，使系
(十五)、统在上电后能继续正常运行。[5]
(十六)、ALE/RROG(30脚)：ALE为地址锁存允许输出信号。在访问外部存储器时，ALE用来锁存N扩展地址低8位的地址信号。在不访问外部存储器时，ALE以时钟振荡频率的1/6的固定频率输出。因而它又可用作外部定时及其它需要。但请注意：每当CPU访问外部数据存储器时，将减少一个ALE脉冲。ALE能驱动8个TTL接口。此引脚的第二功能(PBOG)是对8751型单片机内部EPROM编程时的编程脉冲输入端。
(十七)、PSEN(29脚)：外部程序存储器ROM的读选通信号输出端。当访问外部ROM时，PSEN定时产生负脉冲作为外部ROM的选通信号，即每个机器周期(12个时钟周期)内有效两次。在访问外部RAM或片内ROM时，不会产生有效的PSEN信号，PSEN可驱动8个TTL输入端。
(十八)、EA/VDD(31脚)：面为访问内外部程序存储器控制信号。当EA=0时，对ROM的访问限定在外部程序存储器;当EA=1时，在对ROM的访问先从内部4KB开始，当地址范围超出4KB时自动切换到外部进行访问。由此可见8031型单片机没有内部的4KB程序存储器，因此其EA直接接地。对于片内含EEPROM的机型，在编程期间，此引脚用作21V编程电源VDD的输入端。
(十九)、3)时钟振荡电路引脚
(二十)、XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)的内部是一个振荡电路。当使用内部振荡电路时，在这两个管脚上外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时.用于接外部时钟脉冲信号。
(二十一)、4)并行I/O端口
(二十二)、8051型单片机有32条I/O线，构成4个8位双向端口。
(二十三)、.P0口(32—39脚)：是一个8垃漏极开路型的双向I/O口时，分时提供低8位地址，并用作8位双向数据总线。
(二十四)、.P1口(1—8脚)：是一个带内部提升电阻的8位准双向I/O口。
(二十五)、.P2口(21—28脚)：是一个带内部提升电阻的8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，提供高8位地址。在对8751型单片机内PROM进行编程和检验时，P2口用于接收高8位地址和控制信号。
(二十六)、.P3口(10一17脚)：是一个带内部提升电阻的8位准双向I/O口。在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能.[6]
2.1.2人体红外探测器
在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器PIR，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲星尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，热释的红外信号折射反射)在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。[7]如图2.3
图2.3
2.1.3主动红外探测器
主动式红外探测器原理：主动式红外探测器分为发射(投光器)和接收(受光器)两部分，投光器和受光器之间投射红外光，当有入侵发生时，投光和受光器之间的红外光被阻断，触发报警。使用的红外线是波长在700nm到1000um这间的电磁波(比红外波长长的是波，比红外波长短的是可见光)。人眼是看不到红外线的，但特殊材料可以感应到，也可以成像。影响主动红外入侵探测器质量的关键技术指标
1白光过滤能力
所谓白光，泛指人眼可感应的各种自然光和人造光。对主动红外入侵探测器产生干扰的白光，主要有如太阳光、雷光等自然光和水银灯、车头灯等人工光。主动红外入侵探测器采用的光学过滤系统应该具有将白光最大限度的过滤掉的用。使用阻止白光通过的特殊质材外壳。白光过滤最基本的办法是采用由一种特殊滤光材料构成的滤光机构(外壳)，这种材料能有效地传递特定波长范围的红外光，并阻止白光通过。由于几乎能阻断全部可见光，因此该材质的外壳看起来几乎是黑色的。目前这种优质原材料仍由日本垄断，并被几家日本大制造商包销，因此优质的主动红外入侵探测器基本上是由日本技术制造的，有些低档产品的滤光机构看起来似乎也差不多，但实际滤光效果却相差甚远。[14]使用特殊设计菲涅尔镜片特种材料的外壳可以最大限度的滤除白光的干扰，但对光干扰源中的红外线部分却无能为力，尤其使用普通的透射式或反射式进行红外光线聚焦的镜片，在聚焦特定波长的红外线时，也对所有进入的光线进行了聚焦，因此仍然容易引起误报的现象。采用特殊设计的日本菲涅尔镜片就有效的解决了这种现象，(如图D使用这种镜片的投光器可以将特定波长的红外光按一定角度发射出去，而受光器则只允许以特定角度人射的特定波长红外光，经折射后形成圆锥型聚焦到受光传感器上，这样就最大程度的将其它光线过滤掉了(如图2.4)。而光学系统的稳定可靠取决于设计合理的光学系统。[9]
图2.4
2探测距离余量
中国国家标准规定在室外使用时，主动缈卜的探测距离余量至少为说明书规定的探测距离的暗以上，即在生产厂家规定10米的探测器，在良好测试条件下实际探测距离能力要达到60米这样的指标是为了保障在恶劣气候条件下，探测器能够正常工作。
3探测器的防雷措施据调查数据显示，6嘶以上的对射探测器故障由闪电或电涌所致。雷击是户外电子设备的老大难问题，雷电冲击有两种:直接冲击和感应冲击。在直接雷电冲击中，电能的扩散量很大，大到迄今没有任何措施可以防止电气设备不受破坏，但其发生的概率相对很小。而感应冲击可能常常会是带电的云层运动或附近的雷电冲击而引起的，都会在电气回路中感应出电涌电压，引起设备受损与误报。如在产品中适当位置上安装一些刚1电涌吸收管，即使在雷电多发地区，仍可使探头稳定工作。因此，对射产品的防雷指标很重要，一般以千伏(KV)表示。
4主动红外入侵探测器的光束数量与频率:当前市场上的主动红外入侵探测器按光束数量来分意单光束、双光束、三光束、四光束四种类型。按频率来分亮固定频率(单频率)、可选频率(有限不同频率)和可调频率(相对无限不同频率)三种类型。主动红外入侵探测器在实际应用中产品漏报较少，误报较多，特别是使用时间长，产品的材料、电路系统、电子元器件出现老化，功能衰减时，误报尤为严重。光束数量主要解决误报问题。光束数量越多，越难被异物(树叶、小动物等)同时遮断，就可有效排除因遮挡而产生的误报。像单光束就比较容易产生误报。当然光束数量增多，成本会相应增加。[11]这主要取决于用户对系统的要求程度。不同频率的主动红外对射可有效解决因系统中对射的红外光散射而造成对其他对射的干扰而造成漏报的现象。实际应用中，一般采用可选频率对射就可解决问题。
5使用温度:
主动红外入侵探测器通常在户外使用。使用环境的温度变化很大。优良的对射设计的使用温度范围一般在负3度到5度之间，太低
温与太高温度都会影响电子电路及部分元器件的正常工作，特别是低温状态下。因此在恶劣环境使用时，特别要注意选用优质品牌产品或带有加热器的产品。
6元器件、材料、电子电路的防老化、衰减:主动红外入侵探测器通常应用在户外，受风、雨、雷、电、光线、温度、酸碱等诸多因素的影响，优良的对射产品如果合理使用，定期保养维护，通常的使用寿命可达5一哗。这有赖于合理的光学系统和电路系统。产品的材质，例如外壳材料、发光素子、镜片、电子件等在恶劣环境下长期使用，功能会有不同程度的衰减，寿命也受影响。因此影响到整个产品以及整个防盗系统的寿命。为什么通常对射产品在好天气安装调试时是可行，在恶劣环境下或使用一段时间后就出问题就是这个道理。
2.1.4串口RS-232
串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用[16]。
在讨论RS-232C接口标准的内容之前，先说明两点：
首先，RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)与数据通信设备DCE(DataCommunicationEquipment)而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机(更准确的说，是计算机接口)与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。
其次，RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。
下面来讨论RS-232C标准：
RS-232C标准(协议)的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美国电子工业协会，RS(ecommededstandard)代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改(1969)，在这之前，有RS232B、RS232A。。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA�RS-232-C、EIA�RS-422-A、EIA�RS-423A、EIA�RS-485。这里只介绍EIA�RS-232-C(简称232，RS232)。例如，目前在IBMPC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。
1电气特性
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。
在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V
逻辑0(SPACE)= 3～+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
信号有效(接通，ON状态，正电压)= 3V～ 15V
信号无效(断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V
以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据(信息码)：逻辑“1”(传号)的电平低于-3V，逻辑“0”(空号)的电平告语 3V;对于控制信号;接通状态(ON)即信号有效的电平高于 3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3～ 3V之间的电压无意义，低于-15V或高于 15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在±(3～15)V之间.[12]
2.1.5伟福仿真器使用说明
我们的系统在使用单片机时候，我们必须要用到单片机的防真器，用以软件的模拟和调试，下面，我们将介绍其相关知识。
(二十七)、文件
(二十八)、4
1.打开文件
(二十九)、(F)打开用户程序，进行编辑。如果文件已经在项目中,可以在项目窗口中双击相应文件名打开文件.
(三十)、伟福开发环境的项目文件包括仿真器设置,模块文件,包含文件。仿真器设置包括仿真器类型,仿真头(POD)类型,CPU类型,显示格式和产生的目标文件类型。
(三十一)、可以用以下几种方法设置仿真器.
(三十二)、在项目窗口中双击第一行,将打开仿真器设置窗口,对仿真器进行设置.
(三十三)、按鼠标右键,在弹出菜单中选择[仿真器设置]，主菜单仿真器|仿真器设置.
(三十四)、加入模块文件
(三十四)、按鼠标右键,在弹出菜单中选择[加入模块文件]
(三十五)、主菜单项目|加入模块文件
(三十六)、用户可以将以前单文件方式仿真转为WINDOWS下的项目方式进行仿真
(三十七)、(1)主菜单文件|新建项目,在新建项目时,前一个项目自动关闭.
(三十八)、(2)加入模块文件时,选择要调试的程序文件名,将文件加入项目.
(三十九)、(3)将项目存盘.
(四十)、(4)编译,运行,调试项目.
(四十一)、2保存项目
(四十二)、将用户项目存盘。用户在编译项目时,自动存盘.
(四十三)、注意:当用项目仿真时,系统要求项目文件,模块文件,包含文件在同一个目录(文件夹)下.
(四十四)、3新建项目
(四十五)、当用户开始新的任务时，应新建一个项目，在项目中，设置所用仿真器类型，POD类型，加入用户程序(模块)。
(四十六)、4项目另存为
(四十七)、将项目换名存盘,此方法只是将项目用另一个名字,而不会将项目中的模块和包含文件换成另一个名字存盘.如果想将整个项目及模块存到另一个地方,请用复制项目
(四十八)、5复制项目
(四十九)、复制项目，用户可以将项目中的所有模块(用户程序)备份到另一个地方。在多模块项目中,用复制项目功能,可以避免用户因为少复制某些模块,而造成项目编译不能通过.方便用户对程序进行管理.项目栏中为当前被复制项目,包括项目中各模块,包含文件,如果不是复制当前项目,可以通过[浏览]找到所要复制的项目,[到目标路径]中为项目复制到何处,可以通过其后的[浏览]指定将项目复制到其它地方.
(五十)、6调入目标文件
(五十一)、装入用户已编译好目标文件。调入已经编译好的目标文件,地址选择一般为缺省地址(由编译器定).如果想在当前项目已编译好的二进制代码中插入。一段其它代码,可以去掉”缺省地址”前的选择.然后填入开始插入的地址和结束地址。用调入目标文件的方法,可以调试已有的二进制代码程序.而不需要源程序.
(五十二)、直接调入目标文件进行仿真的方法是:在新建的项目中,设置仿真器类型,仿真头类型,CPU类型;调入目标文件.(不要用加入模块方式,而是直接调入文件)打开CPU窗口,在CPU窗口中就可以看见目标文件反汇编生成的程序。程序停在与CPU相关的地址上(51系列停在0000H处,96系列停在2080H)。这样就可以单步或全速调试程序了.[16]
(五十三)、7保存目标文件
(五十四)、将用户编译生成的目标文件存盘。对于按项目方式仿真的用户,系统将程序编译正确后,会根据用户在仿真器|仿真器设置下[目标文件]中设置的格式,将生成的二进制代码存盘.如果用户是用调入目标文件方式进行仿真,并且对目标码进行了修改.就可以用文件|保存目标文件方式存盘.
(五十五)、查找
(五十六)、1.查找
(五十七)、在当前窗口中查找符号，字串。可以指定区分大小写方式，全字匹配方式，可以向上/向下查找。
(五十八)、2.替换
(五十九)、在当前窗口查找相应文字，并替换成指定的文字，可以指定区分大小写方式和全字匹配方式查找，可以在指定处替换，也可以全部替换。
(六十)、3.查找下一个
(六十一)、查找文字符号下一次出现的地方
(六十二)、4.项目中查找
(六十三)、在项目所有模块(文件)中查找符号，字串。在项目所包含的文比较多时，用此方法可以很方便地查到字串在什么地方出现。
(六十四)、5.转到指定行
(六十五)、将光标转到程序的某一行。
(六十六)、6.转到指定地址/标号将
(六十七)、光标转到指定地址或标号所在的位置。
(六十八)、7.转到当前PC所在行将
(六十九)、光标转到PC所在的程序位置。
(七十)、项目(P)[13]
(七十一)、1.编译
(七十二)、编译当前窗口的程序。如有错误，系统将会指出错误所在的位置。
(七十三)、2.全部编译
(七十四)、全部编译项目中所有的模块(程序文件)，包含文件。如有错误系统会指出错误所在位置。
(七十五)、3.加入模块文件
(七十六)、在当前项目中添加一个模块。
(七十七)、4.加入包含文件
(七十八)、在当前项目中添加一个包含文件
2.2硬件组成、要求
本系统由红外发射、红外接收、人体探测器、串口、为控制芯片51系列单片机、报警器(声、光报警器)等。用51系列单片机AT89C2051做报警器的主控部分，由低电压、低功耗的单片机、集成红外发射电路、集成红外接收电路、串行接口电路及电位器，系统硬件电路框图如图2.3所示。
人体检测装置
红外发射装置
89C51控制芯片
RS232远程输出串口
声音报警器
光报警器
远程监控中心
红外接受装置
245
图2.3
(1)89C51芯片
89C51芯片是整个系统的“心脏”和“大脑”，是系统的控制部分，是实现整个系统功能的指挥中心。89C51主要的功能有：对红外发射装置的发射的频率、发射的次数，红外接受装置的红外接受及红外信号的检测的控制，对主动红外装置和人体检测分别的控制;当前端防区有非法入侵时，分别启动声光报警器发出蜂鸣和闪烁报警信号，同时将报警信号通过RS232串口传送到远方的总控制中心的PC，可以显示报警防区、联动警号、等设备。
(2)红外发探测装置
红外发射接收装置是整个系统的“眼睛”。它布置在被监视场所的某一位置上，使其视场角能覆盖整个被监视的各个部位。把它监视的内容变为电信号，传送给控制中心的单片机上。红外技术在防盗报警方面的应用主要有两种:主动红外探测和被动红外探测:
①人体红外检测装置
当入侵者进入红外线警戒区时，其自身辐射的红外能量，通过光学系统聚焦到红外探测器上，转换为相应的电信号，放大滤波后分成两路，一路送入微安表指示红外信号，另一路经过电平鉴别后(降低误报率)送到脉冲逻辑电路，判别为正常的入侵信号即触发双稳态电路实现声光报警。人体辐射出的特定波长的红外线，将其转换为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号。红外探测器的优点是仅对人体运动敏感，对其它运动体不敏感。缺占是易受冷热气流的影响，尤其是当环境温度接近人的体温时，误报率较高。被动红外探测:大家知道，人本身就是一个红外源，被动红外探测的基本原理就是利用特殊的红外接收元件感应人体发出的红外源，从而判断是否有人进人监控区域。被动红外探测器主要适用于防范出人口、房间等场合。
②主动红外检测装置
设置一个红外线发谢器，一个红外线接收器，在正常情况下，发谢器发出的红外线被接收器接收，不报警;当有人侵人时，发出的红外线被遮挡住，接收器收不到红外线，就发出报警。被动红外探测是当入侵者进入红外线警戒区时，其自身辐射的红外能量，通过光学系统聚焦到红外探测器上，转换为相应的电信号，放大滤波后分成两路，一路送入微安表指示红外信号，另一路经过电平鉴别后(降低误报率)送到脉冲逻辑电路，判别为正常的入侵信号即触发双稳态电路实现声光报警。
④声光报警器
声音报警器主要作用是一旦有人非法进入我们设定的报警区域，声音报警器在接到控制器的报警信号后，蜂鸣器就会发出持续的鸣叫，对不法分子起到恫吓作用，同时也是向周围的人发出告警信息。而光报警器主要作用是用在晚上，一旦接受到报警信息，光报警器就会发出持续的闪烁，同样是对非法闯入者的恫吓和对周围的人发出告警信息。
(4)RS-232串行通信口
RS-232串行通信口主要用于监控系统和远程的监控中心之间串行通信：监控系统一旦发出报警信号，就可以通过RS-232串行通信口将报警信号传输到远处的监控中心。同时，远处的监空中心也可以将控制信号从发送到此监控系统上去。RS-232串行通信口起到一个通信“桥梁”的作用。
(5)远处监控中心
各处的监控系统一旦发出报警信号，就立刻传输到远处监控中心，此时远出的监控中心可以详细的了解到报警地点具体报警情况，并相应发出控制指令，用于远程控制。
2.3控制软件的设计方案
2.3.1软件功能
运用51系列系列单片机丰富的片内资源和简洁的内核指令，可以编制出性能优良的源程序。利用系列单片机的捕获功能，系统初始化后将CPU置于省电模式，等待,捕获脉冲并产生中断唤醒程序。在中断服务程序里先进行脉冲计算、时间判断等处理，若判断有人通过，则通过串行通讯模块向通信器发送出标志位置的编码信号，为了保证检测装置工作的可靠性，单片机在连续计算得到3个25HZ的脉冲信号后，才断定有人通过。然后延时等待应答信号或根据需要发出其它设备的控制信号。
2.3.2软件工作流程图
有人?
上电初始配置
清除报警信
采集被动检测电路
开启报警器
开起主动检测器
设延时1S
发出开启主动检测信号
有信号?
开启声光报警
延时T1秒
关闭主动发射装置
检测主动检测信号
延时时间=T1
延时T2
Y
N
Y
N
N
Y
图2.1
3系统调试过程
3.1硬件电路的安装调试
3.1.1元器件的测试
在安装之前，我们首先对所用到的元器件进行测试，不同的元器件采用不同的方法：
①蜂鸣器：
红线接正极，黑线接负极，通5伏电压，蜂鸣器发出蜂鸣声。用万用表测量其工作电流，为10毫安，所以要在蜂鸣器在系统应用中能正常工作,系统必须为蜂鸣器提供的电流能力为15毫安。
②LED：
LED作为闪烁光极管员器件，采用Ф10的红色发光二极管，使用前串接电位器，测量其管压降及工作电流，确定压降为2.0V，电流为15毫安时最符合要求。
③人体的红外探测器：
我们在应用中采用集成化的检测器。它采用12V的电压供电，经供电测试，当红外探测器前之110度的夹角范围内伸手和人出现时输出信号已经出现。
④主动探测装置：
给主动红外探测装置通电，并发出红外信号后经示波器的观察，接受输出在小于5米时，可以探测到有效信号。
3.1.2制版焊接
第一步:
取万用板一块，对元器件在万用板进行布局安排，其具体分布示意图如图所示：
第二步:
按正常步骤安装焊接元件,其中,89C51安装IC底座,以便于防真调试。
第三步:
电路连接:对照电器原理图,用短路线逐根进行焊接,同时要做必要的保护。我们在电路在连接的过程中，电线红线作正极,黑线作负极，这样便于电路的检查。另外需要我们注意的是，导线要用粗导线连接。等一切都连接完毕后,用万用表对各个管角和焊点进行测量。在测量过程中,我们分别发现有一处脱焊的情况和一处漏焊的情况。对于漏焊的情况，我采取补焊，而脱焊的情况，我们采取重新焊接。
3.1.3整个系统的通电测试
第一步：检查硬件电路
通电前，首先对从电源到地进行电阻测量，以确定整个电路无短路情况。我们在测量的过程中，发现焊接板有一处短路。原因是两个电位器焊接有误。于是重新焊接，问题得到解决。
第二步：对整个系统供电
我们在确定整个电路没有短路情况之后，对整个硬件电路开始供电，同时对集成的红外发射和接受装置IC也通电。
第三步：逐点测量电压
此时，我们用万用表测量各点电压，以确保各个元器件都在正常的工作电压下工作。经测量发现，所有的元器件都在自己正常的工作电压下工作。
第四步：系统运行并利用伟福仿真器进行模拟仿真。
以上各步骤经检查无误后，我们开始利用伟福仿真器进行仿真运行整个监控系统。在运行过程中发现，系统连接后，仿真老是报设置错误,检查连接和设置完全正确,换用仿真器内部时钟工作正常,但用目标板的时钟就报错,分析认为,是目标板晶振问题,检查发现晶振有一脚有虚焊现象,经重新焊接，整个系统开始运行起来了!
3.2软件调试
3.2.1报警装置的调试
报警器采用定时器的得到方波输出,选用不同的时间常数可以得到不同的报警声音频率.首先我们对声音报警器的进行调试。在调试中，声音报警器部分工作流程图如图3.2所示
置报警输出
设时常数T及定时器计时常数(50ms)
开定时器T0
打开T0中断
返回
重置T0定时常数(50ms)
设常数T-1=0?
报警输出脚取反
重置时常数T
中断返回
报警子程序流程图
T0中断流程图
图3.2
N
Y
取反
初始值
我们按照流程图如图3.2的工作方式进行调试，声音报警器的工作频率有低到高,由主观听报警声音来确定合适的蜂鸣频率,经反复比较,感觉声音报警器的闪烁频率为2HZ时，报警器报警效果达到最佳，所以声音报警器的工作频率我们选为2HZ,此时时常数确定为#0AH.
同样地，我们对光报警器LED闪烁工作频率进行测试，经反复测试，当光报警器的工作频率为1.5HZ的光闪烁效果达到最佳状态。
3.2.2人体红外探测装置的调试
外围电路连接完毕后,我们对人体红外探测装置及整个监控系统供电,同时我们用伟福仿真器来监视人体红外装置的报警信号.经反复测试,我们发现,当我们用手或身体在人体红外探测装置前120度夹角范围内前后距离不超过6米出现时,就较灵敏的探测到报警输出信号.
3.2.3主动红外探测装置
主动红外装置分成了两个部分,一个是红外发射装置,另一个是红外接收装置.我们首先控制红外发射电路工作，然后检查红外接受输出，发现，红外接受已有信号输出，说明主动红外探测已能正常工作.
然后，我们采用人手模拟移动来阻挡红外通道，发现，当用手挡住红外通道时，红外接受信号消失.为了模拟真实情况，提高主动红外探测的灵敏度，我们又对红外发射循环间隔、红外发射和接收的距离进行调整，使在比正常人体移动速度略快地去阻挡红外发射通道时，保证能够得到接受信号的变化。经大量反复试验，最终确定主动红外的工作循环检测间隔为50ms，每次探测时间约20ms，这样就可以得到灵敏度很高，同时又能非常省电的工作。另外，发射和接收在5米内时，装置可以正常的工作，若真正应用于实用环境，距离显得有点短，应考虑加大功率。
3.3系统调试及结果
当整个电路的各个部件及装置安装完毕后，我们对整个监控系统开始系统调试。
首先，我们对各个接点进行检查，以确定电路无断路情况，确保系统的正常工作。然后对整个系统开始供电，同时开启伟福仿真器以监视人体红外探测装置和主动红外探测装置的报警信号。供电后，我们用万用表测量各器件在工作状态下电压和电流情况，以确保各器件在各自额定工作电压或电流下正常工作。经检测得知：人体红外检测装置和主动红外检测装置的工作电压分别为11.8V、12.1V，基本上在其正常工作电压下工作的。蜂鸣器的工作电压为5伏电压，测量其工作电流为16毫安，所以要在蜂鸣器在系统中也能正常工作。LED作为闪烁光极管红色发光二极管，测量其管压降及工作电流，其定压降为2.0V，电流为15毫安，非常符合正常工作要求。
对人体红外探测装置经反复测试,我们发现,当我们用手或身体在人体红外探测装置前120度夹角范围内前后距离不超过6米出现时,就较灵敏的探测到报警输出信号.
对主动红外探测装置，首先，我们采用人手模拟移动来阻挡红外通道，发现，当用手挡住红外通道时，红外接受信号消失.为了模拟真实情况，提高主动红外探测的灵敏度，我们又对红外发射循环间隔、红外发射和接收的距离进行调整，使在比正常人体移动速度略快地去阻挡红外发射通道时，保证能够得到接受信号的变化。系统经整体测试结果表明，被动红外探测距离为6米的时候，探测效果最佳，对于主动红外探测，红外发射装置与红外接受装置之间的距离为5米时，探测效果达到最佳。
结束语
经过三个多月的努力，红外监控系统由单个的元器件到今天硬件电路系统，从当初的系统图纸到今天的具体实现，我们成功了!我们所做红外综合监控系统和一般的监控系统相比，有其自身的优势：
首先，本系统具有良好的隐蔽性和防破坏性。由于本系统结构简单，同时是利用人眼不可见的红外光束组成监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。其次，本系统具有很高的灵敏度：对人体红外探测装置经反复测试,我们发现,当我们用手或身体在人体红外探测装置前120度夹角范围内前后距离不超过6米出现时,就较灵敏的探测到报警输出信号.对主动红外探测装置，我们首先采用人手模拟移动来阻挡红外通道，发现，当用手挡住红外通道时，红外接受信号消失.为了模拟真实情况，提高主动红外探测的灵敏度，我们又对红外发射循环间隔、红外发射和接收的距离进行调整，使在比正常人体移动速度略快地去阻挡红外发射通道时，保证能够得到接受信号的变化。另外，红外监控系统具有良好的适应性，无论黑夜还是白天以及外界环境的变化对系统得影响都比较小。
总之，红外监控防盗系统技术先进，结构简单，安装方便，安全节能，可及时自动的发现和判断被测范围内是否有被测目标出现，并将可以预见，此产品一旦上市,它将极大地改善现有产品的实用性可靠性和用户的安全性。本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。
同时，在我们在测试过程中也发现，此系统的红外发射装置的发射距离只有6米左右，如果我们将此产品投入使用，我们必须有进一步的改进。同时，我们的系统所做的测试都是以单点测试为主，对实用过程中的多点监控，我们还有待于进一步的测试和研究。
致谢
在论文完成之际，谨向为此论文倾注了大量心血和提供了大量帮助的老师和同学表示深深的谢意。
首先我要向我的导师张勇老师表示衷心的感谢，本论文的选题和具体工作是在张老师的悉心指导下完成的。从最初的毕设资料的查询和开题报告的撰写，到电路原理图的绘制，一直到最后程序的调试以及毕业论文的最后成稿，张老师给了我们可以说是无微不至的关心和关怀。通过这近一学期的毕业设计，不仅使我们丰富和加深了我们的专业知识，而且增强了我们动手的能力，可以说是受益匪浅。
同时还要感谢我的同学及好友贾福康和杨学冬在硬件设计过程中对我们的帮助。最后，向所有评阅论文的老师、教授、专家和学者们表示最诚挚的谢意!
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