基于Arduino的防盜報警系統(tǒng)的設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產(chǎn)品功能分析..............................................................................................1

2設計方案遴選..............................................................................................1

2.1開發(fā)板的選擇...................................................................................1

2.2蜂鳴器的選擇...................................................................................2

2.3顯示屏的選擇...................................................................................2

2.4紅外模塊的選擇...............................................................................2

3系統(tǒng)總體設計..............................................................................................3

3.1產(chǎn)品設計框圖...................................................................................3

3.2產(chǎn)品功能...........................................................................................3

4產(chǎn)品硬件設計..............................................................................................4

4.1arduinounor3開發(fā)板介紹..........................................................4

4.2面包板...............................................................................................5

4.3ArduinoUno核心板模塊................................................................6

4.4霍爾傳感器模塊...............................................................................6

4.5人體紅外熱釋電傳感器模塊...........................................................7

4.6OLED12864顯示屏模塊....................................................................7

4.7蜂鳴器模塊.......................................................................................7

4.8藍牙模塊...........................................................................................8

5產(chǎn)品軟件設計..............................................................................................9

5.1軟件介紹...........................................................................................9

5.2流程圖設計.....................................................................................12

5.3程序設計.........................................................................................13

5.4產(chǎn)品程序清單.................................................................................14

6產(chǎn)品使用說明............................................................................................14

6.1產(chǎn)品裝配圖.....................................................................................14

6.2使用說明.........................................................................................15

7參考資料....................................................................................................21

I

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8產(chǎn)品設計技術標準....................................................................................21

附錄.....................................................................................................................22

附錄1元器件清單...................................................................................22

附錄2電路原理圖...................................................................................23

附錄3PCB設計圖...................................................................................24

附錄4產(chǎn)品實物圖..................................................................................25

附錄5主程序代碼.....................................................................................26

II

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基于Arduino的防盜報警系統(tǒng)的設計與制作

1產(chǎn)品功能分析

家庭住宅安全是我們每個人都很重視的問題。雖然現(xiàn)在是法治社會，也得

防患于未然。尤其對于獨居者來說，更是要重視安全問題。不僅是財產(chǎn)安全，

還有人生安全。此時防盜系統(tǒng)就顯得格外重要。他就像是一位無微不至的保

安，時刻保護我們的安全，為我們的生活增添一份安心。

防盜報警系統(tǒng)其主要功能是檢測人體的活動，當有人體經(jīng)過時，會發(fā)出警

報或觸發(fā)其他安防措施。其工作原理是通過感應人體發(fā)出的紅外線輻射，將其

轉化為電信號，再通過信號處理和比較，判斷是否有人體經(jīng)過。

具體來說，人體紅外報警器的工作分為兩個階段：檢測和報警。在檢測階

段，紅外傳感器會不斷地感應周圍的溫度變化，當有人體經(jīng)過時，人體會發(fā)出

較高的紅外線輻射，傳感器就會將其感應到并轉化為電信號。在報警階段，傳

感器會將電信號傳輸給信號處理器，經(jīng)過處理和比較后，如果判斷出有人體經(jīng)

過，則觸發(fā)報警或其他安防措施。

2設計方案遴選

2.1開發(fā)板的選擇

方案一：STC89C51系列單片機是STC推出的一種新型的基于80C51內(nèi)核

的單片機，可以運行使用C語言、匯編語言等高級語言編寫的程序。使用Keil

軟件進行編寫，程序可以直接從串口下載，非常便捷，價格便宜，而且使用起

來參考資料多，性價比較高，適合中小型項目的編寫。

方案二：STM32系列單片機基于ARMCortex-M內(nèi)核，最高工作頻

72mh。具有超高性能，低成本，低功耗等特點。有IIC,SPI,CAN,UART,USB等

接口以及DAC,ADC,DMA等很多的外設，功能非常強大。程序模塊化，自身

帶有好多功能，運作速度較51單片機快非常多。

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方案三：ArduinoUno是一款使用簡單，能夠快速上手操作的開源硬件產(chǎn)

品，可以極其簡便的與各種傳感器連接，來開發(fā)交互產(chǎn)品。它的處理核心是

ATMEGA328P，有14個數(shù)字輸入/輸出引腳，其中6個可用作PWM輸出，6

個模擬輸入引腳，16MHz晶振時鐘，USB連接，DC電源插孔，ICSP接頭和

復位按鈕。編程軟件采用arduinoide，使用USB數(shù)據(jù)線連接電腦就能供電以及

下載程序，使用搭配mind+拖動圖形化模塊進行編程，使開發(fā)變得更簡單。

綜合三個方案，使用Arduino開發(fā)板，不管是軟件的使用，還是外接電路

操作起來都會更加的方便，故選擇方案三。

2.2蜂鳴器的選擇

方案一：無源蜂鳴器。內(nèi)部不含震蕩源，輸入直流信號不產(chǎn)生聲音。

方案二：有源蜂鳴器。內(nèi)部有震蕩源電路，輸入直流信號能夠發(fā)出聲音，

使用起來比較方便。

因為單片機輸出的是直流信號，故選方案二。

2.3顯示屏的選擇

方案一：LCD1602液晶顯示屏模塊。是字符型液晶，可顯示的內(nèi)容豐

富，功能強大，控制簡單，成本較低，電路連接簡單。

方案二：OLED12864顯示屏模塊。功耗低，體積小，可以設置很多種字體

顯示風格，調(diào)整字體大小方便。

選擇OLED12864顯示屏模塊可以減少空間的使用，而且能更方便的與

arduino開發(fā)板連接。

故選擇方案二。

2.4紅外模塊的選擇

方案一：紅外傳感器模塊。主要原理是感應目標輻射的紅外光，利用紅外

線的物理特性進行測量?？捎糜跍y量物體的熱量或者檢測物體的運動，常用于

檢測障礙物。

2

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方案二：人體紅外熱釋電傳感器模塊。檢測到人體或者動物身體發(fā)射的紅

外線會輸出電信號。本身不發(fā)出任何類型的輻射，隱蔽性好。

因為所設計的產(chǎn)品是在室內(nèi)使用，空間相對狹小，如果采用紅外傳感器模

塊很容易就會有物體出現(xiàn)在其檢測范圍內(nèi)，不好控制。而人體紅外熱釋電傳感

器模塊對人體的溫度敏感，在人移動的時候會檢測到，能更方便的體現(xiàn)產(chǎn)品功

能。

故選擇方案二。

3系統(tǒng)總體設計

3.1產(chǎn)品設計框圖

圖3.1系統(tǒng)框圖

此產(chǎn)品由arduinounor3外接有源蜂鳴器、霍爾傳感器，人體紅外熱釋電傳

感器，OLED12864顯示屏模塊和藍牙模塊構成。通過藍牙來控制該報警器，顯

示屏顯示相應提示內(nèi)容。

3.2產(chǎn)品功能

利用霍爾傳感器來做門鎖報警，當霍爾傳感器感受不到磁場時，蜂鳴器就

3

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會進行報警。用人體紅外熱釋電傳感器來檢測人體，當人在移動時，就會被檢

測到，蜂鳴器進行報警。

4產(chǎn)品硬件設計

此產(chǎn)品通過面包板用導線將arduinouno開發(fā)板與各傳感器進行連接來組

成。

4.1arduinounor3開發(fā)板介紹

圖4.1arduinounor3開發(fā)板

Arduinounor3有三種供電方式：

第一種外部直流電源通過電源插孔進行供電，需輸入直流電源7-12V，再

通過穩(wěn)壓電路將電壓穩(wěn)壓至5V；

第二種外部直流電源通過VIN和GND引腳對開發(fā)板供電，也需輸入直流

電源7-12V；

第三種通過USB線供電。電腦的USB口可以為Arduinouno開發(fā)板提供最

大500mA的電流，可以驅(qū)動LED燈和低功耗傳感器，但無法驅(qū)動馬達、電磁

閥等大電流負載。

4

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4.2面包板

圖4.2面包板

使用面包板可以很方便的與其他元器件進行連接，只需要將元器件插入面

包板上的小孔即可，省去了焊接的成本也使得元器件可以重復利用，為產(chǎn)品開

發(fā)帶來了很多的便利。

外面兩行連接電源或者元器件的正負極，“+”接正極，“-”接負極，每5

個小孔為一組，各組相互導通，相當于一根導線。內(nèi)層部分豎直方向每5個小

孔為一組，每個小孔之間導通；水平方向行與行之間不導通。中間凹槽部分把

面包板分成上下兩部分，彼此不導通，上下兩部分的正負極也互不導通。

5

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4.3ArduinoUno核心板模塊

圖4.3核心板模塊

ArduinoUno核心板一般直接與其他的傳感器相接。連接時看傳感器上的

引腳，GND與核心板的GND連接、VCC看傳感器參數(shù)選擇3.3V或者5V，其他的

引腳根據(jù)傳感器自身的要求與核心板的數(shù)字口或者模擬口相連接。

4.4霍爾傳感器模塊

圖4.4霍爾傳感器模塊

霍爾傳感器的D0口與核心板的11腳相接，當霍爾傳感器感受到磁場時

D0口會輸出低電平，反之輸出高電平。VCC連接核心板的5V，GND連接核心板

的GND。

6

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4.5人體紅外熱釋電傳感器模塊

圖4.5人體紅外熱釋電傳感器模塊

人體紅外熱釋電傳感器的D0口與核心板的6腳相連，當人體紅外熱釋電

傳感器檢測到人體時，D0口會輸出高電平。VCC連接核心板的5V，GND連接核

心板的GND。

4.6OLED12864顯示屏模塊

圖4.6OLED12864模塊

顯示屏模塊的SDA腳接核心板的8腳，SCL腳接核心板的9腳，VCC連接

核心板的5V，GND連接核心板的GND。

4.7蜂鳴器模塊

圖4.7有源蜂鳴器模塊

7

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有源蜂鳴器模塊的I/O口接核心板的3腳，當核心板3腳輸出低電平時，

蜂鳴器會響。VCC連接核心板的5V，GND連接核心板的GND。

4.8藍牙模塊

圖4.8藍牙模塊

使用藍牙模塊時，先給單片機下載一個空程序，防止單片機因上個程序產(chǎn)

生一些問題，下載程序時藍牙模塊不接線。程序下載成功后再將藍牙模塊的

RXD與核心板的RX相接，TXD與核心板的TX相接即正接，VCC連接核心板的

5V，GND連接核心板的GND。

接下來就是藍牙的配置，此時依舊是正接。打開藍牙配置軟件SSCOM，打

開串口，選擇端口號，波特率選擇9600。發(fā)送藍牙測試指令AT,串口返回OK，

表示藍牙模塊已經(jīng)成功進入AT指令模式。發(fā)送AT+NAME=FT04，串口返回OK表

示成功設置藍牙設備名稱FT04。發(fā)送AT+PSWD=0000，串口返回OK表示成功設

置藍牙設備密碼為0000。這時藍牙模塊就配置成功了。

圖4.91藍牙模塊配置

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接下來給單片機下載自己的程序，下載成功后再將藍牙模塊的RXD與核心

板的TX相接，TXD與核心板的RX相接即反接，VCC連接核心板的5V，GND連

接核心板的GND。用手機連接藍牙，就可以通過手機控制產(chǎn)品了。

5產(chǎn)品軟件設計

5.1軟件介紹

編譯軟件采用arduinoide，軟件界面如下。voidsetup(){}里的代碼只會運

行一次；voidloop(){}里的代碼會不斷重復運行。

Arduino項目一個最好的特點是可以通過添加第三方庫來增加對硬件的支

持，特別的靈活和方便。以下有三種添加庫文件的方法：

第一種在工具中點擊管理庫，通過搜索安裝來添加庫。

第二種通過添加一個zip庫來添加電腦上已有的庫。

第三種打開arduinoide軟件的文件所在位置，將電腦上的庫文件復制到

libraries文件夾下。該方式不需要聯(lián)網(wǎng)。

圖5.1Arduino軟件界面

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編譯程序前選擇對應的開發(fā)板和端口號。如下圖

圖5.2軟件編寫圖

編寫好程序后點擊“√”進行編譯，編譯通過如下圖

圖5.3程序編譯圖

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點擊“→”將程序下載到開發(fā)板，下載成功如下圖

圖5.4程序燒錄界面

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5.2流程圖設計

圖5.5程序設計流程圖

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5.3程序設計

添加所需庫，定義和初始化各傳感器引腳，通過讀取串口指令來進行操

作。

圖5.6程序流程圖

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5.4產(chǎn)品程序清單

圖5.7程序清單

6產(chǎn)品使用說明

6.1產(chǎn)品裝配圖

圖6.1產(chǎn)品裝配圖

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6.2使用說明

產(chǎn)品接5V電源，連接藍牙后在上位機發(fā)送指令：

發(fā)送a開啟門磁報警，顯示屏顯示“alarmmode”,上位機接收“Thealarm

ison”的提示，當霍爾傳感器感受不到磁場會響起警報，警報響起后，顯示屏

顯示“！??！”霍爾傳感器感受到磁場時警報關閉。

圖6.2門磁報警APP實物操作圖

15

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圖6.3門磁報警實物效果圖

圖6.4門磁報警實物操作圖

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發(fā)送b開啟人體紅外報警，顯示屏顯示“infraredmode”,上位機接收

“Theinfraredison”的提示，當紅外傳感器檢測到人體時會響起警報，警

報響起后，顯示屏顯示“?。?！”人離開后警報關閉。

圖6.5紅外報警APP實物操作圖

圖6.6紅外報警實物操作圖

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圖6.7紅外報警實物效果圖

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發(fā)送c門磁警報和人體紅外報警都開啟，顯示屏顯示“dualmode”,上位機

接收“dualmode”的提示。

圖6.8紅外+門磁APP實物操作圖

圖6.9紅外+門磁實物操作圖

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發(fā)送d關閉報警系統(tǒng)，顯示屏顯示“close”,上位機接收“Thealarmsystem

isoff”的提示。

圖6.10關閉報警APP實物操作圖

圖6.11關閉報警實物操作圖

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7參考資料

[1]陳呂洲.Arduino程序設計基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2014.

[2]李明亮.Arduino項目DIY[M].北京：清華大學出版社，2015.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].北京：清華大學出版社，2012.

[4]張萬忠.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.7.

[5]王宜懷.劉曉升.嵌入式應用技術基礎教程.北京:清華大學出版社,2005.7.

[6]蒙朋超.基于單片機的防盜報警系統(tǒng)設計分析[J].信息系統(tǒng)工程,2015(06):31-32.

8產(chǎn)品設計技術標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[3]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[4]GB/T28179-2011電工電子產(chǎn)品環(huán)境意識設計.環(huán)境因素的識別

[5]GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程標準

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

23

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄3PCB設計圖

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附錄4產(chǎn)品實物圖

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附錄5主程序代碼

//基于arduino的防盜報警系統(tǒng)的設計與制作

//20移動互聯(lián)3班樊婷

#include<CN_SSD1306.h>//顯示中文庫

#include<Adafruit_ssd1306syp.h>//顯示屏所需庫

#defineBEEP3

#defineHall11

#defineSR5016

#defineSDA_PIN8

#defineSCL_PIN9

//引腳宏定義

Adafruit_ssd1306sypdisplay(SDA_PIN,SCL_PIN);

CN_SSD1306lucky(SDA_PIN,SCL_PIN);//實例化對象

charin;

booleanflagA,flagB,flagC;

voidsetup(){

Serial.begin(9600);//串口初始化，波特率為9600

display.initialize();//顯示屏初始化

lucky.Initial();//顯示中文初始化

pinMode(BEEP,OUTPUT);//初始化有源蜂鳴器

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pinMode(Hall,INPUT);//初始化霍爾傳感器

pinMode(SR501,INPUT);//初始化人體紅外熱釋電傳感器

digitalWrite(BEEP,HIGH);//初始化有源蜂鳴器為高電平

lucky.Fill_Screen(0x00);//清屏

lucky.ShowCN(16*0,0,0);

lucky.ShowCN(16*1,0,1);

lucky.ShowCN(16*2,0,2);

lucky.ShowCN(16*3,0,3);

lucky.ShowCN(16*4,0,4);

lucky.ShowCN(16*5,0,5);

lucky.ShowCN(16*0,2,6);

lucky.ShowCN(16*1,2,7);

lucky.ShowCN(16*2,2,8);

lucky.ShowCN(16*3,2,9);

lucky.ShowCN(16*4,2,10);

lucky.ShowCN(16*5,2,11);

lucky.ShowCN(16*0,4,12);

lucky.ShowCN(16*1,4,13);

//中文顯示

}

voidloop(){

in=Serial.read();//讀取串口數(shù)據(jù)

if(in=='a')

{

flagA=true;//設置標志位

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display.clear();//清屏

display.setTextSize(3);//設置字體大小為

display.setCursor(16,8);//顯示的位置

display.println("alarm");//顯示的內(nèi)容

display.setCursor(16,32);//顯示的位置

display.println("mode");//顯示的內(nèi)容

display.update();//開啟顯示屏所需語句

Serial.println("Thealarmison");//串口顯示

}

if(flagA==true&&digitalRead(Hall)==HIGH)//霍爾傳感器沒有感受到磁場

產(chǎn)生高電平

{

digitalWrite(BEEP,LOW);//蜂鳴器報警

display.clear();

display.setTextSize(4);

display.setCursor(0,24);

display.println("!!!");

display.update();

}elseif(flagA==true&&digitalRead(Hall)==LOW)

{

digitalWrite(BEEP,HIGH);

}

if(in=='b')

{

flagB=true;

display.clear();