1、本科生毕业论文（设计）题 目: 葡萄园防盗报警系统设计 姓 名: 魏雅纯 学 院: 工学院 专 业: 农业电气化与自动化 班 级: 电气 122 班 学 号: 32112227 指 导教师: 刘德营 职称: 副教授 2016 年 5 月 8 日南京农业大学教务处制目 录摘要 .1关键词 .1Abstract .1Key words .11 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 防盗报警系统的国内外研究现状 .21.2.1 国外研究现状 .21.2.2 国内研究现状 .21.3 研究目的及意义 .32 系统方案设计 .32.1 系统硬件设计 .32.1.1 系统硬件总体结构 .32.1.2 远
2、端警情采集控制模块 .42.1.3 无线传输模块 .82.1.4 终端报警模块 .92.1.5 系统电源 .112.2 系统软件设计 .112.2.1 主程序设计 .112.2.2 远端警情采集控制模块程序设计 .112.2.3 无线传输模块程序设计 .122.2.4 液晶显示模块程序设计 .123 系统调试 .133.1 nRF24l01 无线模块调试 .133.2 震动位移传感器模块调试 .143.3 液晶显示模块调试 .143.4 红外热释电检测模块 .143.5 声光报警模块的调试 .154 结束语 .15致谢 .16参考文献 .17附录 .180葡萄园防盗报警系统设计农业电气化与自动
3、化专业学生 学生姓名 魏雅纯指导教师 刘德营摘要：为了防止偷窃，保证葡萄园在丰收季节果实总产量的稳定性，本文介绍了一种葡萄园专用的防盗报警系统，该系统综合利用了单片机控制技术与无线传输技术。该系统具有一定的延展性，能够应用到其他的农作物防盗报警系统中，促进农业领域的现代化发展。当果园无人时，用户启动本装置，如果果园来人，装置中的常闭振动传感器检测模块和人体感应模块将会同时接收到外接的信号，并联报警逻辑被触发，51 单片机负责将检测到的各路信号进行处理，触发声光报警模块报警，并由 RF24L01 无线收发模块完成信号的传输，再将无线接收芯片接收到的信号通过终端的 51 单片机进行判断处理后，触发
4、终端报警模块报警，即蜂鸣器发出声音报警并在液晶显示器上准确显示报警地点。 关键词：防盗报警；传感器；单片机；无线传输Design of the anti-theft alarm system in the vineyardStudent majoring in Agricultural Electrification and Automation Name Wei YachunTutor Liu DeyingAbstract：To prevent theft, ensure Vineyards in harvest season fruit total output stability, th
5、is paper introduces a vineyard dedicated anti-theft alarm system, the system utilization SCM control technology and wireless transmission technology. The system has certain malleable and can be extended to other agricultural products anti-theft alarm, anti-theft alarm system so that the agricultural
6、 sector more modern. When no one orchard, the user starts the system, the system SW-4 vibration sensor module normally closed and HC-SR501 human body sensing module will enter the multiplexer state detection, once the two types of sensors simultaneously detect the corresponding external signal syste
7、m is triggered, the microcontroller 51 is responsible for the detected signals are processed from various quarters, to trigger an alarm sound and light alarm module by wireless transceiver module RF24L01 complete transmission signal, and then the wireless receiver chip signal received by the termina
8、l will be 51 single-chip after the determination process, the terminal triggers alarm module alarm that sounds an alarm buzzer and accurately display the alarm location on the LCD monitor.Key words：anti-theft alarm；sensor；51MCU；wireless transmission1 绪论1.1 研究背景古人云：“是故谋闭而不兴，盗窃乱贼而不作，故外户而不闭，是谓大同 1。”大同社
9、会是安居乐业，人尽其用，怡然自得的一个社会，而对于现代社会这只能是大家的乌托邦，在大同社会，不会发生频繁的犯罪，不会发生物品的盗窃，外出或睡觉时门窗也不必关闭。究其原因，一是人人收到社会的关爱，二是人人都能安居乐业，三是货尽其用，人尽其力。而随着现代化社会的发展，盗窃案件却原来越频繁，盗窃手法，盗窃物品也越来越多种多样，一旦发生盗窃案件，不仅仅造成人民群众个人财产的损失，而一旦行窃行为激化，还有可能引起杀人刑事案件的发生。盗窃农产品在我国农村地区发生率高，但像田间地头这样特殊的盗窃场所，流动性太强，人们不能 24 小时注意到。如果是价值不大的农产品，农户也不会过于在乎，但是过于放纵这种行为，务
10、必会导致累计被盗量的增加，不仅影响到总的收入更会影响1到农户劳动的积极性。传统的防盗一般是以种植篱笆或四周布线的方式，阻碍盗窃者的行动，但较大的工作量和较低的实用性，不可能在农村广泛推广开来。所以，如何实现适合农村的防盗报警系统以保证农产品产量稳定至关重要。1.2 防盗报警系统的国内外研究现状 防盗报警系统在生活中具有广泛的应用领域，其功能就是在有盗贼时发出报警，并且通知用户及时做出相应措施，减少甚至避免损失。当前在农田方面的的防盗，主要还是利用传统的方式，如养狗、在农田四周种植锋利带刺的植物、四周布线等。随着技术的高速发展，在生活中对于一些科学型防盗装置已经屡见不鲜，其中用到的现代科学技术主
11、要包括传感器技术、视频显像技术等。当前防盗报警产品的整体研究设计的方向为:国外的防盗产品能够长时间运行，稳定可靠，并且在技术方面也比国内领先，相比于国内有更高的智能化水平；中国品牌热衷于发展产品的多功能、应用的便利性和产品的工艺等。1.2.1 国外研究现状国外对于防盗报警系统的研究的起步比较早，到了现在已经能够广泛应用，有强大的功能以及完善的性能，目前的发展成果主要表现为智能化高以及集成度高。现如今伴随着飞速的发展科学技术和经济，在防盗方面世界各国的技术水平也日趋提升。我们用瑞士的一个实例进行说明，瑞士塞基尤尔马克公司最新研制而成的 GPS，把此款 GPS 的 Tiny electronic
12、transmitter-receiver（微型电子收发报机）在汽车的任意一个部位进行安装，如果汽车遭遇盗窃，GPS 会在所有者报案后自动进行密码信号的发射，逐步展开相应工作。警察会根据 GPS 发射的密码信号，利用配套的地面测量仪器设备对卫星追踪的范围内进行搜索，能够在短时间内精准无误的完成信号方位的测定 2。汽车盗窃是如今车辆安防的热点，还有一个关注点就是汽车追尾事故的防治。针对这一问题目前众多汽车品牌商正在进行向前碰撞报警系统的研究，这一系统研究的关键点在于系统的两个技术指标：一是预警时间；二是驾驶者对预警信号做出反应的时间。国外一些著名的防盗公司都有着自己擅长的防盗技术和成熟的产品：比如
13、霍尼韦尔安防公司，它在视频监控防盗技术上的研究在界内无出其右 3。 1.2.2 国内研究现状当代防盗报警产品技术越来越先进，在社会生活各个领域都有利用，在社会发展的过程中起到了重要的作用。我国的防盗技术研究相比于国外起步较晚，并且技术不够先进，但由于有国内的重视以及国外的先进技术作支持，我国在防盗报警领域发展迅速，只是在农业领域的应用还不广泛。大致原因分析如下：最根本的原因便是我国人口众多，各个地区人口素质不同，并且很少有大规模的种植田，无法做到像国外一样进行大规模的现代化种植，因此科学化的种植和管理很难在农业领域推广是实施。除了国家大环境的问题，我们国家的国民思想也存在着极大的问题，百姓对于
14、防盗报警技术应用的重要性意识不够，基本只停留在防止入室盗窃和企业防偷盗、工业生产安全防护等层次上，对于农业方面的安防技术的认知水平近乎为零。由于政府的努力和大力支持，我国的农业科技现代化得到了长足的发展与进步。王燕，张锐等人研发的以 Zigbee 技术为基础的果园安防报警系统，他们将 ZigBee 技术和远距离无线传输技术集中到一个系统中，不仅能够保证报警的准确性，还能够实现远距离通知作物主，保证及时性；万频,黄锴,刘永军等人利用 GSM 实现了远程监测鱼塘技术，甚至都不需要专人随时随地地监控，完全解放了劳动力；刘航宇，刘智等人设计了农用大牲畜防盗器（无线遥控式）；栗秋华等人着重对以通用分组无
15、线业务为基础的农村电力安防进行了研究与开发，经实践证明此系统能够很好地应用于此领域；项新建等人设计了基于单片机的防止偷盗农业专用电力线的报警系统；王卫兵等针对仓库粮食存放问题专门设计了相关的安防报警装置，此报警装置采用 wireless 2transceiver module 与 Compiled code chip 相结合的方式，这项创新技术使得报警器无识别这一技术难题迎刃而解 4。总的来说，国外在防盗报警方面的研究相对先进，国内也已经开始重视防盗报警系统在农业领域的研究和应用，已经有多种产品问世。单片机由于成本低、集成度高、轻便、功能强大等优点，已经被推广到各种系统的设计实现中。所以设计开
16、发葡萄园防盗报警系统，与现代化农田管理的发展趋势一致，有利于我国农业现代化的发展进步。1.3 研究目的及意义近年来，随着电力电子技术的飞速发展，电子产品在农业领域的应用也越来越宽，现代化技术在浇灌、喷药、温湿度控制等方面的使用趋于成熟。目前在家庭、银行、商场等需要高度安保的场合已有相当完善的防盗报警设备，相较之农业生产方面的产品却相当匮乏。随着越来越多的人从农村进入到城市，农田空出，大量的果农承包大面积的果园进行水果种植，因此需要更多的防盗报警措施来避免损失。传统的果园防盗报警产品由于技术的限制，无论是在智能型方面还是实用性方面，都已经显得落后，所以一个轻便使用可靠的防盗报警系统的研究具有非常
17、实际的意义。在将无线传输与单片机技术相结合的基础上设计具有以上特点的防盗报警产品，实现农田的管理智能化。2 系统方案设计传统的果园防盗报警多采用养狗看护、在布防对象四周种植带刺锋利的植物、拉上通电铁丝等方式，养狗防盗作用并不明显，植物防盗占用土地并且与农作物竞争养分，通电铁丝防盗容易发生重大事故。在果园防盗中最常用的是断线型防盗报警，即在果园四周顺着地势围一圈串联的防盗器布控导线，一旦线断开则马上响铃报警，但果园布线工作量繁重并且容易被入侵者发现，断线成本也相应提高 5。因此在了解国内外安防技术发展状况的基础上，根据我国葡萄园的实际情况，以满足当代果农防盗要求，并充分考虑了该系统的经济适用性以
18、及稳定可靠性，能具体实现有效报警的目的来确定的基于单片机与无线传输的防盗报警系统的设计方案。该系统主要针对葡萄园设计的，其主要实现的功能：当葡萄园有闯入者被传感器监测模块检测到时，系统被触发，然后通过无线传输的方式实现远距离报警。总结以上，系统的功能需求如下： 1)系统应有效检测入侵者，不要将动物与人混淆，不能打扰果园正常活动，能区分风等外界因素，避免引起误报，保证报警准确率。2)系统应具备可靠性高的特点，保证系统尽可能的不发生错误，即便发生也方便恢复。 3)系统要能够实时的发送以及接收信号，当检测到警情时系统能够发出声光报警以警告入侵者，然后在用户终端发出声音报警并且显示报警具体位置。4)系
19、统应具有一定的实时性。 5)系统的适应性和可扩展性要高，在很多场合都可以运用该防盗报警系统，所以要求能够在不同的工作环境良好的适用，可以随具体需求来选择检测传感器。 2.1 系统硬件设计 2.1.1 系统硬件总体结构该系统由可以采集远端偷盗信息的警情控制模块、传递远端警情信息的无线传输模块和以单片机为核心的终端报警模块三大部分组成。前端警情采集控制模块主要是通3过单片机根据传感器传回的偷盗信息作出相应的报警控制；无线传输模块即以无线通信的方式实现信息的传输工作 6；终端报警控制模块包括单片机控制与声显报警模块，图 2-1 是终端的硬件结构，图 2-2 是我设计的 PCB 原理图。传感器检测模块
20、主要用于检测周围的偷盗信息并传送给单片机，单片机将传感器检测到的外界信号进行判断处理，信号异常则进行声光报警（蜂鸣器发出报警声、闪光灯进行频闪），再由无线收发模块进行信息的传输，终端单片机对无线传输模块送来的信号进行检测判断，异常则马上进行声显报警（蜂鸣器发出报警声、液晶显示器显示报警地点）。 图 2-1 系统总体结构图图 2-2 系统硬件电路组成 PCB 图2.1.2 远端警情采集控制模块采集单元主要包括 SW-4 常闭型震动传感器和 HC-SR501 人体感应模块。它们是整个防盗报警系统的最前端，完成检测报警信号并触发系统报警的工作。传感器传感器传感器传感器信号调理信号调理信号调理信号调理
21、多 路 选 择蜂鸣器像一个性能比较高的控制器如 DSP 等，由于成本太高基本不被使用；PIC 和 430 等单片机也能够满足本设计的需求,但是对于我们来说，廉价的 51 已经足够了，为了保证不浪费 10，最终决定选择使用 STC89C52RC，虽然这款单片机在运行速度上不如 16 位的单片机，但是对于本系统来说，51 单片机丰富的硬件资源已足够完成本系统的设计，而且它的成本最低，可靠性高，并且能最为有效的利用资源，因此选择 STC89C52RC 作为本系统的主控芯片是最佳选择。STC89C52RC 一款高性能、低成本以及广泛使用的 8 位主控制芯片，核心处理器单元采用 80C51，这样的处理方
22、式使得 STC89C52RC 的指令代码可以很好的和 51 系列单片机兼容，还有 8K 内部数据储存以及 64K 外部数据存储，可随意选择机器指令周期 11，完全满足本设计的要求。图 2-8 单片机7(3)复位电路的设计如图 2-9 所示为本系统复位电路的设计，复位电路中 RST 与单片机的 RST 复位引脚相连，但整个单片机开始正常工作时，晶振起振，系统的时钟作为程序运行的时间基准，在这种情况下，如果单片机的 RST 引脚持续出现两个周期以上的高电平，则单片机复位，单片机系统内所有状态回到初始状态 12。复位电路的具体工作原理为：电阻与电容串联，通过 VCC 给电容进行缓缓地充电，在一定的时
23、间内，电容两端的电压达到 VCC，此时 RST 引脚的电平状态为低，当按键 S2 按下时，电容被短路，电容开始迅速的放电，此时的 RST 引脚电平状态是高电平，但这个状态持续时间高于两个时钟周期时，单片机被复位，当按键松开时，电源 VCC 又继续通过电阻 R2 给电容 C4充电，RST 引脚恢复低电平，单片机继续正常工作，以上即单片机外围复位电路的工作原理 13。复位电路的基本功能是：单片机复位电路的设计是为了保证系统的可靠运行，在系统上电的初期，电源供电不稳定，单片机的正常运行可能会受到影响，此时复位电路发挥作用，在上电的初始瞬间，单片机 RST 引脚保持高电平，直到整个系统的供电稳定后，复
24、位电路的高电平信号被撤销。是单片机复位的方式有很多种，现对其中几种进行简单的介绍：第一是手动复位，所谓手动复位就是按下上述的复位电路的按键达到复位的目的；上述两种复位方式是实际工程中使用最多的方式。图 2-9 复位电路(4)时钟电路选择时钟对于系统功耗十分重要，同时可靠的时钟电路对于整个系统的正常运行也非常重要，51 系列单片机的外围电路有很多种设计方式，这里我们采用外部晶振作为系统的时钟参考 14。STC89C52RC 单片机和现阶段常用的一些单片机一样，自带了一个片内震荡器，通过 XTAL1 输入，XTAL2 输出，单片机的这两个引脚与外部的11.0592MHz 的振荡器以及两个 33pf 瓷片电容相连 15，电路设计如图 2-10 所示。 图 2-10 时钟电路2.1.3 无线传输模块要实现远距离防盗报警的功能，则需要利用无线传输的方式来实现远距离信息的传输，本系统选用 nRF2401 无线收发芯片来进行无线传输。
