本科生畢業論文（設計）題目：題目：姓名:學院:專業：班級:學號:指導教師:葡萄園防盜報警系統設計魏雅純工學院

農業電氣化與自動化電氣122班32112227劉德營 職稱: 副教授2016年5月8日南京農業大學教務處制TOC\o"1-5"\h\z摘要 1關鍵詞 1Abstract 1Keywords 11緒論 1研究背景 1防盜報警系統的國內外研究現狀 2國外研究現狀 2國內研究現狀 2研究目的及意義 32系統方案設計 3\o"CurrentDocument"系統硬件設計 3系統硬件總體結構 3遠端警情采集控制模塊 4無線傳輸模塊 8終端報警模塊 9系統電源 11\o"CurrentDocument"系統軟件設計 11主程序設計 11遠端警情采集控制模塊程序設計 11無線傳輸模塊程序設計 12液晶顯示模塊程序設計 12\o"CurrentDocument"3系統調試 13nRF24l01無線模塊調試 13\o"CurrentDocument"震動位移傳感器模塊調試 14\o"CurrentDocument"液晶顯示模塊調試 14\o"CurrentDocument"紅外熱釋電檢測模塊 14\o"CurrentDocument"聲光報警模塊的調試 15\o"CurrentDocument"4結束語 15\o"CurrentDocument"致謝 16\o"CurrentDocument"參考文獻 17附錄 錯誤！未定義書簽。葡萄園防盜報警系統設計農業電氣化與自動化專業學生學生姓名魏雅純

指導教師劉德營摘要：為了防止偷竊，保證葡萄園在豐收季節果實總產量的穩定性，本文介紹了一種葡萄園專用的防盜報警系統，該系統綜合利用了單片機控制技術與無線傳輸技術。該系統具有一定的延展性，能夠應用到其他的農作物防盜報警系統中，促進農業領域的現代化發展。當果園無人時，用戶啟動本裝置，如果果園來人，裝置中的常閉振動傳感器檢測模塊和人體感應模塊將會同時接收到外接的信號，并聯報警邏輯被觸發，51單片機負責將檢測到的各路信號進行處理，觸發聲光報警模塊報警，并由RF24L01無線收發模塊完成信號的傳輸，再將無線接收芯片接收到的信號通過終端的51單片機進行判斷處理后，觸發終端報警模塊報警，即蜂鳴器發出聲音報警并在液晶顯示器上準確顯示報警地點。關鍵詞：防盜報警；傳感器；單片機；無線傳輸Designoftheanti-theftalarmsysteminthevineyardStudentmajoringinAgriculturalElectrificationandAutomationNameWeiYachun

TutorLiuDeyingAbstract:Topreventtheft,ensureVineyardsinharvestseasonfruittotaloutputstability,thispaperintroducesavineyarddedicatedanti-theftalarmsystem,thesystemutilizationSCMcontroltechnologyandwirelesstransmissiontechnology.Thesystemhascertainmalleableandcanbeextendedtootheragriculturalproductsanti-theftalarm,anti-theftalarmsystemsothattheagriculturalsectormoremodern.Whennooneorchard,theuserstartsthesystem,thesystemSW-4vibrationsensormodulenormallyclosedandHC-SR501humanbodysensingmodulewillenterthemultiplexerstatedetection,oncethetwotypesofsensorssimultaneouslydetectthecorrespondingexternalsignalsystemistriggered,themicrocontroller51isresponsibleforthedetectedsignalsareprocessedfromvariousquarters,totriggeranalarmsoundandlightalarmmodulebywirelesstransceivermoduleRF24L01completetransmissionsignal,andthenthewirelessreceiverchipsignalreceivedbytheterminalwillbe51single-chipafterthedeterminationprocess,theterminaltriggersalarmmodulealarmthatsoundsanalarmbuzzerandaccuratelydisplaythealarmlocationontheLCDmonitor.Keywords：anti-theftalarm；sensor；51MCU；wirelesstransmission1緒論研究背景古人云：“是故謀閉而不興，盜竊亂賊而不作，故外戶而不閉，是謂大同1］。”大同社會是安居樂業，人盡其用，怡然自得的一個社會，而對于現代社會這只能是大家的烏托邦，在大同社會，不會發生頻繁的犯罪，不會發生物品的盜竊，外出或睡覺時門窗也不必關閉。究其原因，一是人人收到社會的關愛，二是人人都能安居樂業，三是貨盡其用，人盡其力。而隨著現代化社會的發展，盜竊案件卻原來越頻繁，盜竊手法，盜竊物品也越來越多種多樣，一旦發生盜竊案件，不僅僅造成人民群眾個人財產的損失，而一旦行竊行為激化，還有可能引起殺人刑事案件的發生。盜竊農產品在我國農村地區發生率高，但像田間地頭這樣特殊的盜竊場所，流動性太強，人們不能24小時注意到。如果是價值不大的農產品，農戶也不會過于在乎，但是過于放縱這種行為，務必會導致累計被盜量的增加，不僅影響到總的收入更會影響到農戶勞動的積極性。傳統的防盜一般是以種植籬笆或四周布線的方式，阻礙盜竊者的行動，但較大的工作量和較低的實用性，不可能在農村廣泛推廣開來。所以，如何實現適合農村的防盜報警系統以保證農產品產量穩定至關重要。防盜報警系統的國內外研究現狀防盜報警系統在生活中具有廣泛的應用領域，其功能就是在有盜賊時發出報警，并且通知用戶及時做出相應措施，減少甚至避免損失。當前在農田方面的的防盜，主要還是利用傳統的方式，如養狗、在農田四周種植鋒利帶刺的植物、四周布線等。隨著技術的高速發展，在生活中對于一些科學型防盜裝置已經屢見不鮮，其中用到的現代科學技術主要包括傳感器技術、視頻顯像技術等。當前防盜報警產品的整體研究設計的方向為：國外的防盜產品能夠長時間運行，穩定可靠，并且在技術方面也比國內領先，相比于國內有更高的智能化水平；中國品牌熱衷于發展產品的多功能、應用的便利性和產品的工藝等。國外研究現狀國外對于防盜報警系統的研究的起步比較早，到了現在已經能夠廣泛應用，有強大的功能以及完善的性能，目前的發展成果主要表現為智能化高以及集成度高。現如今伴隨著飛速的發展科學技術和經濟，在防盜方面世界各國的技術水平也日趨提升。我們用瑞士的一個實例進行說明，瑞士塞基尤爾馬克公司最新研制而成的GPS，把此款GPS的Tinyelectronictransmitter-receiver（微型電子收發報機）在汽車的任意一個部位進行安裝，如果汽車遭遇盜竊，GPS會在所有者報案后自動進行密碼信號的發射，逐步展開相應工作。警察會根據GPS發射的密碼信號，利用配套的地面測量儀器設備對衛星追蹤的范圍內進行搜索，能夠在短時間內精準無誤的完成信號方位的測定⑵。汽車盜竊是如今車輛安防的熱點，還有一個關注點就是汽車追尾事故的防治。針對這一問題目前眾多汽車品牌商正在進行向前碰撞報警系統的研究，這一系統研究的關鍵點在于系統的兩個技術指標：一是預警時間；二是駕駛者對預警信號做出反應的時間。國外一些著名的防盜公司都有著自己擅長的防盜技術和成熟的產品：比如霍尼韋爾安防公司，它在視頻監控防盜技術上的研究在界內無出其右⑶。國內研究現狀當代防盜報警產品技術越來越先進，在社會生活各個領域都有利用，在社會發展的過程中起到了重要的作用。我國的防盜技術研究相比于國外起步較晚，并且技術不夠先進，但由于有國內的重視以及國外的先進技術作支持，我國在防盜報警領域發展迅速，只是在農業領域的應用還不廣泛。大致原因分析如下：最根本的原因便是我國人口眾多，各個地區人口素質不同，并且很少有大規模的種植田，無法做到像國外一樣進行大規模的現代化種植，因此科學化的種植和管理很難在農業領域推廣是實施。除了國家大環境的問題，我們國家的國民思想也存在著極大的問題，百姓對于防盜報警技術應用的重要性意識不夠，基本只停留在防止入室盜竊和企業防偷盜、工業生產安全防護等層次上，對于農業方面的安防技術的認知水平近乎為零。由于政府的努力和大力支持，我國的農業科技現代化得到了長足的發展與進步。王燕，張銳等人研發的以Zigbee技術為基礎的果園安防報警系統，他們將ZigBee技術和遠距離無線傳輸技術集中到一個系統中，不僅能夠保證報警的準確性，還能夠實現遠距離通知作物主，保證及時性；萬頻，黃鍇，劉永軍等人利用GSM實現了遠程監測魚塘技術，甚至都不需要專人隨時隨地地監控，完全解放了勞動力；劉航宇，劉智等人設計了農用大牲畜防盜器（無線遙控式）；栗秋華等人著重對以通用分組無線業務為基礎的農村電力安防進行了研究與開發，經實踐證明此系統能夠很好地應用于此領域；項新建等人設計了基于單片機的防止偷盜農業專用電力線的報警系統；王衛兵等針對倉庫糧食存放問題專門設計了相關的安防報警裝置，此報警裝置采用wirelesstransceivermodule與Compiledcodechip相結合的方式，這項創新技術使得報警器無識別這一技術難題迎刃而解叫總的來說，國外在防盜報警方面的研究相對先進，國內也已經開始重視防盜報警系統在農業領域的研究和應用，已經有多種產品問世。單片機由于成本低、集成度高、輕便、功能強大等優點，已經被推廣到各種系統的設計實現中。所以設計開發葡萄園防盜報警系統，與現代化農田管理的發展趨勢一致，有利于我國農業現代化的發展進步。1.3研究目的及意義近年來，隨著電力電子技術的飛速發展，電子產品在農業領域的應用也越來越寬，現代化技術在澆灌、噴藥、溫濕度控制等方面的使用趨于成熟。目前在家庭、銀行、商場等需要高度安保的場合已有相當完善的防盜報警設備，相較之農業生產方面的產品卻相當匱乏。隨著越來越多的人從農村進入到城市，農田空出，大量的果農承包大面積的果園進行水果種植，因此需要更多的防盜報警措施來避免損失。傳統的果園防盜報警產品由于技術的限制，無論是在智能型方面還是實用性方面，都已經顯得落后，所以一個輕便使用可靠的防盜報警系統的研究具有非常實際的意義。在將無線傳輸與單片機技術相結合的基礎上設計具有以上特點的防盜報警產品，實現農田的管理智能化。2系統方案設計傳統的果園防盜報警多采用養狗看護、在布防對象四周種植帶刺鋒利的植物、拉上通電鐵絲等方式，養狗防盜作用并不明顯，植物防盜占用土地并且與農作物競爭養分，通電鐵絲防盜容易發生重大事故。在果園防盜中最常用的是斷線型防盜報警，即在果園四周順著地勢圍一圈串聯的防盜器布控導線，一旦線斷開則馬上響鈴報警，但果園布線工作量繁重并且容易被入侵者發現，斷線成本也相應提高［5］因此在了解國內外安防技術發展狀況的基礎上，根據我國葡萄園的實際情況，以滿足當代果農防盜要求，并充分考慮了該系統的經濟適用性以及穩定可靠性，能具體實現有效報警的目的來確定的基于單片機與無線傳輸的防盜報警系統的設計方案。該系統主要針對葡萄園設計的，其主要實現的功能：當葡萄園有闖入者被傳感器監測模塊檢測到時，系統被觸發，然后通過無線傳輸的方式實現遠距離報警。總結以上，系統的功能需求如下：1）系統應有效檢測入侵者，不要將動物與人混淆，不能打擾果園正常活動，能區分風等外界因素，避免引起誤報，保證報警準確率。2）系統應具備可靠性高的特點，保證系統盡可能的不發生錯誤，即便發生也方便恢復。3）系統要能夠實時的發送以及接收信號，當檢測到警情時系統能夠發出聲光報警以警告入侵者，然后在用戶終端發出聲音報警并且顯示報警具體位置。4）系統應具有一定的實時性。5）系統的適應性和可擴展性要高，在很多場合都可以運用該防盜報警系統，所以要求能夠在不同的工作環境良好的適用，可以隨具體需求來選擇檢測傳感器。系統硬件設計系統硬件總體結構該系統由可以采集遠端偷盜信息的警情控制模塊、傳遞遠端警情信息的無線傳輸模塊和以單片機為核心的終端報警模塊三大部分組成。前端警情采集控制模塊主要是通過單片機根據傳感器傳回的偷盜信息作出相應的報警控制；無線傳輸模塊即以無線通信的方式實現信息的傳輸工作⑹；終端報警控制模塊包括單片機控制與聲顯報警模塊，圖2-1

是終端的硬件結構，圖2-2是我設計的PCB原理圖。傳感器檢測模塊主要用于檢測周圍的偷盜信息并傳送給單片機，單片機將傳感器檢測到的外界信號進行判斷處理，信號異常則進行聲光報警（蜂鳴器發出報警聲、閃光燈進行頻閃），再由無線收發模塊進行信息的傳輸，終端單片機對無線傳輸模塊送來的信號進行檢測判斷，異常則馬上進行聲顯報警（蜂鳴器發出報警聲、液晶顯示器顯示報警地點）。圖2-1系統總體結構圖1—1 5—fCCQcol~II~~II~~I^nusnu

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snwonu圖2-2系統硬件電路組成PCB圖圖2-1系統總體結構圖1—1 5—fCCQcol~II~~II~~I^nusnu

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snwonu圖2-2系統硬件電路組成PCB圖遠端警情采集控制模塊采集單元主要包括SW-4常閉型震動傳感器和HC-SR501人體感應模塊。它們是整個防盜報警系統的最前端，完成檢測報警信號并觸發系統報警的工作。控制單元選用STC89C52單片機，完成的工作主要是控制遠端系統的運行并采集遠端周圍的偷盜信息，控制無線傳輸模塊，使無線傳輸模塊將信息發送到終端控制系統供

其使用。ri12PL23其使用。ri12PL23PIE4r'1,-45PI56ri.67PI/78RKT9F'H.OIDP3iIIP3.2|iF,：151?Pl4Uf,3.5［手P3.ti16rn.7XT2iaXTIio2DKUSADli巴i.nngB0.3(AD3iP0.4<An4iW.5<ADJl國.僧ADbiFU7SAD7ILJ3.O(RXD：I 附VFWPiHTKE AlFiPRQGj『3.或區畫 FsiZnPiW而1 RJ.WA15I.取T仆I P2.6(A14|.Still re.itAJjjPi四甌 P2,4(A12)『3.不同 L^JtAlllKTAL2 區急AIMXTALB F2.1(A<J|LrND P2.OIAKI]23456圖2-3遠端采集控制總電路(1)傳感器選型現代葡萄園種植方式跟傳統葡萄種植管理方式有所區別，葡萄園的四周和各行植株之間都會均勻埋入水泥柱，然后在水泥柱上繞上鐵絲，以方便葡萄植株的攀爬以及定型，并且可以在果實成熟階段緩解葡萄植株掛果時的承重壓力，基于這樣的種植模式，防盜報警的感應裝置可以方便的固定于水泥柱與鐵絲架上。在該防盜報警系統設計中，傳感器考慮采用SW-4常閉型震動傳感器以及HC-SR501人體感應模塊，對所要采集的振動信號和人體信號進行檢測。為了盡量避免誤報的情況，當兩種傳感器均檢測到相應信號時，系統才被觸發。下面針對方案中所選擇的SW-4常閉型震動傳感器以及HC-SR501人體感應模塊進行簡單的介紹。SW-4常閉型震動傳感器模塊可以感應各個方向的震動，并將震動轉為數字信號供單片機使用。它能夠工作在很寬的溫度范圍，基本適應所有需要用到芯片的地方；比較輕便，安裝簡單，方便使用；可人為調節監測范圍大小。因此，此芯片具有靈敏度高、抗干擾能力強、易于安裝使用等優點⑺，適用于各種使用震動信號作為報警信號的情況，如地震報警、智能小車、門鈴等。常閉型震動位移傳感器相比較于其他類型的震動位移傳感器具有更多的優點，它的觸發時間更長，因此該傳感器的輸出信號可以直接用來驅動繼電器模塊。SW-4常閉型震動傳感器模塊實物圖與原理圖如圖2-4以及圖2-5所示。圖2-4SW-4常閉型震動傳感器模塊實物圖圖2-4SW-4常閉型震動傳感器模塊實物圖接電源正極接電源負極開關信號輸出開關指示LED接傳感器接電源正極接電源負極開關信號輸出開關指示LED接傳感器一*靈敏度調節電位器電源指示LED圖2-5SW-4常閉型震動傳感器模塊原理圖HC-SR501人體感應模塊是以熱釋電紅外線技術為基礎的自動控制模塊，它可以檢測人體發射的紅外線并轉換成電信號輸出網。探頭采用的是LHI778，具有高的靈敏度以及可靠性，一般工作于超低的電壓下，溫度適應范圍寬，利用紅外輻射的熱輻射作用引起元件本身的溫度變化檢測信號，靈敏度與波長無關，所以應用領域廣，廣泛應用在安防產品、人體感應玩具、人體感應燈具、工業自動化控制等電子產品中⑼，特別是由干電池供電的自動控制產品。HC-SR501人體感應模塊實物圖與原理圖如圖2-6以及圖2-7所示。圖2-6HC-SR50人體感應模塊實物圖震動軸沒有震動時，震動軸呈靜止狀態，導針A與導針B震動軸沒有震動時，震動軸呈靜止狀態，導針A與導針B兩端則為接通狀態，當有震動時，蔑動軸會運動，導針A與導針B之間會有瞬間的斷開，實現震動觸發的作用圖2-7HC-SR50人體感應模塊原理圖蟹膠外殼口導針B⑵單片機選型單片機是一款高度集成的控制芯片，它集成了微型計算機多數的功能，由于它的高集成度使得單片機的體積小、結構緊湊。可用于眾多智能化工具。單片機的特點：1）集成度高，體積小，穩定性高，可靠性強。2）在軟件編寫過程中使用匯編或C語言，有著好的開發性能，縮短了開發的周期，增強了控制功能。3）電能損耗低、安全的低電壓，而且掉電之后具有保存功能。4）適用范圍廣，調試靈活度高。有較為典型并規范的系統擴展及配置，易組成各種規模的應用系統。

5）具有良好的性價比。在過去為了實現控制電路的目的，通常要使用復雜的模擬電路、數字電路和繼電器組合起來，不僅體積大，組裝復雜，而且缺乏一定的穩定性，單片機問世后這些問題得到了解決，使用單片機以及一些簡單的外圍單路就可以解決復雜的控制問題，因為現在可以使用軟件改變單片機內部的程序來實現復雜的數模轉換問題。快速發展的軟件技術和大量出現的軟件系列產品，極大地簡化了硬件電路。對于本系統來說，微控制器的選擇是系統設計的主要任務之一，在現階段市場上各種單片機器件中，51系列的微型控制器由于其操作簡單，是大多數設計者的首選;像一個性能比較高的控制器如DSP等，由于成本太高基本不被使用；PIC和430等單片機也能夠滿足本設計的需求，但是對于我們來說，廉價的51已經足夠了，為了保證不浪費［10］，最終決定選擇使用STC89C52RC，雖然這款單片機在運行速度上不如16位的單片機，但是對于本系統來說，51單片機豐富的硬件資源已足夠完成本系統的設計，而且它的成本最低，可靠性高，并且能最為有效的利用資源，因此選擇STC89C52RC作為本系統的主控芯片是最佳選擇。STC89C52RC一款高性能、低成本以及廣泛使用的8位主控制芯片，核心處理器單元采用80C51，這樣的處理方式使得STC89C52RC的指令代碼可以很好的和51系列單片機兼容，還有8K內部數據儲存以及64K外部數據存儲，可隨意選擇機器指令周期［11］，完全滿足本設計的要求。U]P1J2P1.23P1.34P1.4U]P1J2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.7SRSTP3.010P3J11P3212P3J13P3.414P3.515P3.616P3.717XT2ISXT11920PLO1Pl,0(T2)PL1(T2EX)P3.0{RXD)P3.KTXD)P3.2(1NTO)P3,3(TNT1)P3.4(T0)P3.5「lP3,6(WR1P3.7(RO)XTAL2XTAL](iNDvccPO,0(ADO)P0NAD1)PO.2(AD2)PO.3(AD3)PO.4(Ad6PO.5(AD5)P0.6(AD6)PO.7(AD7]EAfVPP)AI.WPRQG)PSENP2r7(A15)P2.6(A14)P2P依13)P2,4(A12)P23(A]])P2.2(A1O)P2.I(A9)P2.0(AS)哭POJ37P0.236P0335P0.434P0.533P0.632P0.731.302928P2.727P2.6,26PL5,25P二424P2323PL222P2J21PLO- STCW9C52GN【）圖2-8單片機⑶復位電路的設計如圖2-9所示為本系統復位電路的設計，復位電路中RST與單片機的RST復位引腳相連，但整個單片機開始正常工作時，晶振起振，系統的時鐘作為程序運行的時間基準，在這種情況下，如果單片機的RST引腳持續出現兩個周期以上的高電平，則單片機復位，單片機系統內所有狀態回到初始狀態［12］。復位電路的具體工作原理為：電阻與電容串聯，通過VCC給電容進行緩緩地充電，在一定的時間內，電容兩端的電壓達到VCC，此時RST引腳的電平狀態為低，當按鍵S2按下時，電容被短路，電容開始迅速的放電，此時的RST引腳電平狀態是高電平，但這個狀態持續時間高于兩個時鐘周期時，單片機被復位，當按鍵松開時，電源VCC又繼續通過電阻R2給電容C4充電，RST引腳恢復低電平，單片機繼續正常工作，以上即單片機外圍復位電路的工作原理13］。復位電路的基本功能是：單片機復位電路的設計是為了保證系統的可靠運行，在系統上電的初期，電源供電不穩定，單片機的正常運行可能會受到影響，此時復位電路發揮作用，在上電的初始瞬間，單片機RST引腳保持高電平，直到整個系統的供電穩定后，復位電路的高電平信號被撤銷。是單片機復位的方式有很多種，現對其中幾種進行簡單的介紹：第一是手動復位，所謂手動復位就是按下上述的復位電路的按鍵達到復位的目的；上述兩種復位方式是實際工程中使用最多的方式。圖2-9復位電路(4)時鐘電路選擇時鐘對于系統功耗十分重要，同時可靠的時鐘電路對于整個系統的正常運行也非常重要，51系列單片機的外圍電路有很多種設計方式，這里我們采用外部晶振作為系統的時鐘參考［14］。STC89C52RC單片機和現階段常用的一些單片機一樣，自帶了一個片內震蕩器，通過XTAL1輸入，XTAL2輸出，單片機的這兩個引腳與外部的11.0592MHz的振蕩器以及兩個33pf瓷片電容相連［15］，電路設計如圖2-10所示。圖2-10時鐘電路無線傳輸模塊要實現遠距離防盜報警的功能，則需要利用無線傳輸的方式來實現遠距離信息的傳輸，本系統選用nRF2401無線收發芯片來進行無線傳輸。nRF24L01是一款專門用于無線信號傳輸的收發芯片，由于其使用通用的工作頻率，所以這款芯片在世界各地全都適用。單個收發器包括了很多功能模塊，因此其工作可靠且功能強大。NRF24l01使用SPI接口和單片機進行通信，現階段使用的所有單片機都帶有SPI，所以NRF24l01可以很方便的與多數單片機相連完成數據的輸出，實現雙機通信［16］。NRF24l01是一款超低功耗的無線收發模塊，其工作電流很小，一般正常工作時的電流只有十幾毫安，由于它的這個特點使得該模塊可以應用于很多領域。如鼠標、防盜報警系統等。其性能參數如下：

1）小體積，QFN204x4mm封裝；2）NRF24101工作電壓一般選擇1.9V?3.6,其典型工作電壓是3.3V,但該模塊也可與51等5V單片機系統連接使用；3）可以工作在相對較寬的溫度范圍內：-40℃?+80℃；4）能夠工作在很高的頻率范圍內：2.400GHz?2.525GHz；5）有4中發射功率可供用戶選擇：0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm；6）該模塊一共引出8個腳，第一、二腳為模塊供電，其余6個腳進行數據的傳輸;7）數據包每次可傳輸1?32Byte的數據；8）預留SPI接口，可以方便的與各類單片機相連進行數據傳輸［17］；主要包括LCD1602液晶顯示屏以及蜂終端報警即在用戶端對葡萄園警情進行警示,鳴器，完成聲音報警以及顯示報警地點的任務。verP1T|AI5i「？沖、i-iiriSjAiu?P2li-MZi主要包括LCD1602液晶顯示屏以及蜂終端報警即在用戶端對葡萄園警情進行警示,鳴器，完成聲音報警以及顯示報警地點的任務。verP1T|AI5i「？沖、i-iiriSjAiu?P2li-MZiPJJdKTiFJL?<r.?P：.li7EtiFWJ(AK?irJpiiPLS hl4i：AWlPi.u 的均WjPL7 fmgMT gmVIrtirn E葉i二:P.IdXI.H unwI圖2-11終端報警總電路（1）液晶顯示模塊選型由于一般葡萄園的面積都比較大，為了及時阻止偷盜、減少損失，將葡萄園依次分為A區、B區、C區、D區等，在終端通過液晶顯示屏迅速掌握警情發生的位置，達到更高效的防盜效果。選用LCD1602為該系統的終端顯示屏。LCD1602是一種常見的液晶顯示器，由于其工作模式簡單、價格低廉，所以使用范圍十分的廣泛［18］。1602不可以顯示漢字，但可以用來顯示各類字符。由5V電壓驅動，能夠顯示兩行一共32個字符，只有并行接口，無串行接口。1602可以直接與單片機相連，所需外圍電路簡單，單片機可以通過對液晶顯示器寫命令和寫數據完成對液晶顯示模塊的控制口9】。LCD1602液晶顯示模塊的特性如下：1）1602顯示模塊是以兩行16個點陣字符組成；2）3.3V或5V工作電壓，對比度可調，低功耗、長壽命、高可靠性；

3）顯示器內部自帶復位功能；4）可以識別自帶的清屏、顯示等控制指令［20］；5）有80字節的空間用于存儲顯示字符；⑵液晶顯示電路液晶顯示模塊電路如圖2-12所示。接口電路說明如下:LCD1602的7-14腳通過10K的排阻與單片機P0口相連⑷］，單片機的P2.6、P2.5、P2.7口分別接LCD1602的4腳、5腳、6腳，LCD1602的第一、二腳為顯示器的供電引腳，第三腳接一個20K的電位器來調節顯示器的亮度。⑶聲光報警電路圖2-13為聲光報警電路，其構成比較簡單。左圖為單片機與蜂鳴器接口電路，它由三極管、電阻和蜂鳴器三者組成，發光二極管和電阻組成，主控芯片通過它的P2.3口為蜂鳴器提供控制控制信號，圖2-13所示即為整個防盜報警系統的聲光報警模塊。P2口的低三位提供控制信號，控制LED燈的亮滅，P2.3口控制NPN型三極管的通斷來控制蜂鳴器報警卬］。圖2-13聲光報警電路10系統電源供電單元對于系統的正常工作相當重要，因此必須考慮的問題就是電源的選用。有很多種供電方式可供我們選擇，最常見的是使用電池供電和適配器供電。由于51系列芯片和無線收發芯片的工作電壓都為5V，所以我們選擇市場上購買的5V適配器作為系統的電源。但是使用后發現市場上的適配器基本都不能精確地提供5V電壓，最后我們選擇使用電池供電。電池供電則可以避免紋波效應，并且可以持續的為系統供電。綜上選擇9V電池通過7805穩壓模塊輸出5V電壓作為系統電源。系統軟件設計單片機為該防盜報警系統的主控制器，傳感器檢測系統采集的外界信號經過74LS04進行信號調理，將調理后的電平狀態傳輸到主控芯片通過多路選擇進行判斷處理［23］然后控制無線收發模塊的發送與信息接收，當無線模塊接收到信號后，主控芯片輸出高低電平控制聲光報警模塊以及液晶顯示模塊動作，進行報警并顯示發生報警的位置。系統軟件設計主要是對主程序、控制程序、采樣程序、無線傳輸模塊程序和顯示程序的設計編寫。主程序設計主程序里主要需要完成的工作是：要完成系統初始化以及實現各個子模塊的調用，將其成為一個整體。主程序流程路如下：圖2-14主程序流程圖遠端警情采集控制模塊程序設計單片機通過多路選擇對葡萄園各個區域的傳感器檢測信號進行輪流取樣，一旦有目標信號輸入，則控制聲光報警模塊動作并向無線收發模塊發送命令。11

圖2-15報警信號采集模塊程序流程圖無線傳輸模塊程序設計在單片機的命令下無線收發芯片NRF24L01進行遠距離的信號傳輸，并將信號傳輸給接收機，讓接收機進行動作。圖2-16NRF24101模塊程序流程圖液晶顯示模塊程序設計單片機控制液晶顯示模塊初始化，并且根據傳輸的信號判斷具體報警位置，然后在液晶顯示屏上顯示，方便用戶采取措施以減少損失。12

圖2-17液晶顯示模塊程序3系統調試nRF24l01無線模塊調試nRF24l01無線傳輸模塊有多種工作模式，其中包括：第一，它可以實現PC機與PC機之間的雙向通信；第二，nRF24l01可以實現PC機與單片機之間的雙向通信；第三，使用nRF24l01可以實現兩片單片機之間的通信。上述幾種方式是nRF24l01無線收發模塊最常見的工作模式，本系統設計所使用的nRF24l01是讓其工作在第三種模式，即實現兩個單片機之間的通信⑶］。nRF24l01無線模塊在調試時有兩點需要注意，第一，nRF24l01是收發雙發都需要編程來控制的，這對調試就提出了一定的要求，當整個系統搭建完成時，一個模塊一個模塊的調，切記不要兩個模塊一起調試，因為如果兩塊一起調試時，如果通信不成功，很難確定是發送模塊的問題還是接受模塊的問題。第二，nRF24l01要求的供電電壓是1.9V-3.6,而本系統所使用的單片機系統電源為5V，所以如果直接對24l01進行供電可能會導致模塊的燒毀，但是由于51單片機的輸出電流很低，所以也可直接用5V對其供電［25］。圖3-1是無線收發模塊的調試圖，當P3.0檢測到低電平時，無線發射模塊發送一個字符，當接收模塊接收到該字符時用液晶顯示接收到信號的位置。13

震動位移傳感器模塊調試本系統所使用的振動位移傳感器是SW-420常閉型震動傳感器，本模塊可用于各種震動觸發的領域，該模塊輸出信號干凈，如果與繼電器相連不會造成繼電器的誤觸發［26。SW-420常閉型震動傳感器有三個接口，一個接電源的正一個接電源的負，還有一個腳輸出數字信號0和1。當系統不震動時輸出引腳輸出低電平，模塊上的綠色指示燈亮，當系統震動時輸出引腳輸出高電平，此時模塊上的綠色指示燈不亮。圖3-2是振動位移傳感器模塊的調試圖。液晶顯示模塊調試本系統使用的顯示模塊是LCD1602,1602可以顯示字母、符號，并且LCD1602操作簡單、成本較低，符合本系統的設計要求。本系統使用P0口作為向1602傳輸數據的數據口，P2口的高三位用來控制1602的使能與讀寫。圖3-3是液晶顯示模塊的調試圖。圖3-3液晶顯示模塊調試圖紅外熱釋電檢測模塊人體有恒定的體溫，所以會發出恒定波長的紅外線，熱釋電紅外檢測模塊就是通過檢測人體發出的紅外線來工作的，單獨的傳感器模塊檢測距離有限，所以一般在使用時都會在熱釋電探頭前加一個菲涅爾透鏡以增加該模塊的檢測距離。紅外熱釋電檢測模塊的檢測距離在7米以內，檢測角度小于120度，并且該模塊的檢測時間以及輸出時間都可以通過調節電位器來調節，當該模塊檢測到人體時輸出由高電平變為低電平。14

圖3-4人體紅外檢測模塊調試圖聲光報警模塊的調試本系統的聲光報警模塊使用蜂鳴器與LED等模擬聲光報警系統。當人體紅外檢測模塊與震動位移傳感器模塊同時檢測輸入信號時，聲光報警模塊報警，LED閃爍且蜂鳴器響。圖(3-5)所示為聲光報警模塊的調試圖。圖3-5聲光報警模塊的調試圖4結束語基于防盜報警產品的需求及應用，并結合當前農業生產在社會現狀下的實際需求，設計開發了以單片機和無線傳輸為基礎的葡萄園防盜報警系統。設計選擇STC89C52單片機作為總系統的主要控制單元，對葡萄園各個區域的外界入侵信號進行采集處理、控制信號的傳輸以及報警。單片機將傳感器檢測模塊檢測到的目標信號進行判斷處理，觸發聲光報警模塊動作，并命令無線收發芯片進行數據傳輸，控制芯片將引腳收到的電平狀態進行判斷處理然后觸發報警裝置報警并通過1602顯示確定具體地點。該系統的設計研究完成了以下任務：1)將無線傳輸應用到了系統當中，完成了遠距離防盜報警功能。2)遠端和終端模塊完全分離，易于安裝維護。153）建立以單片機為控制中心，震動位移傳感器與人體感應傳感器共同檢測，將采集到的偷盜信息分別傳輸給遠端控制模塊以及終端控制模塊，實現在遠端和終端均發出燈光報警信號和語音報警信號。4）軟件設計時將各個模塊明確分開，方便調試和擴展。本設計還存在一些不完善的地方需要改進：1）在警情采集模塊，要以葡萄園實地情況為基礎進行分區并按照需求增加兩種傳感器的數量，同時對程序在多路選擇部分進行改進，使報警準確率提高。2）在無線傳輸部分，可以考慮使用藍牙進行信號傳輸，操作更加簡單。3）進一步研究設計系統的供電電源以及提高抗干擾能力的最優方式。智能化已經成為了當代社會人類生活的基本需求，本系統針對葡萄園這一特定的環境，提出了防盜報警的基本思路并基本實現了防盜報警的智能化，但如果要在實際中應用仍存在一定的局限性，需要后續繼續研究，逐步在各個方面完善該系統。致謝在即將畢業之際，我要感謝我的學校南京農業大學，給我提供良好學習環境和實驗場所，并且給予我優等的教育。在此次畢業設計的過程中，我學到了很多的知識，也得到很多的感悟。我要向我的畢業設計的導師劉德營老師老師致以衷心的感謝！在我研究學習的過程中，劉老師在選題建議，實際指導，論文框架以及細節修改方面都給予了耐心細致的指導，劉老師不僅在學習上幫助、影響了我，他樂觀向上的生活態度以及嚴謹的工作作風都給我留下了深刻的印象。我也要感謝大學四年來曾教導過我的所有老師們，他們都有著前沿而精髓的學術造詣，嚴謹勤奮的治學風格，以及對學生無微不至的關心，所有的這些都對我日后學習以及生活產生了深遠的影響。在老師們的嚴格要求和悉心指導下，我深深體會到了學習的樂趣和意義。我還要感謝我的同學們，給了我很多美好的回憶，班級良好的學習氛圍以及互幫互助的班級精神都是我人生的一筆財富。要特別感謝畢業設計過程中給與我幫助的同學，在我遇到困難時給了我很多寶貴的建議和幫助，讓我的畢設設計順利完成。最后，我要感謝為我默默付出的家人，是他們陪伴我一路走來不離不棄，是他們一直在背后做我前進路上最堅強的后盾。16參考文獻[1]張苗苗.社會主義和諧文化建設的倫理基礎研究①].河北師范大學，2008：9-15.[2]趙沖.基于GSM的汽車防盜報警系統[J].電子設計工程，2011,19(18):119-121.[3]李文嬌.基于RFID和GPRS的羊群防盜預警系統的設計與實現[D].內蒙古：內蒙古科技大學，2015:5-20.[4]王艷.基于單片機的葡萄園防盜報警系統設計[J].西北農林科技大學，2010：5.[5]王艷，盧博友，劉敏.基于無線傳輸的果園防盜報警系統[J].安徽農業科學，2009,37(28):13981-13982.[6]陳良文.無線傳感器網絡分簇式路由算法研究與改進[D].安徽理工大學，2014：7-11.[7]李劍.瞬態震動探測節點設計[D].中北大學，2012：23-26.[8]于勝云，孫勝利.多路無線紅外探測智能安防系統設計[J].激光與紅外，2008，4：345-347.[9]徐娟娟.基于GSM的汽車遠程防盜系統設計[D].曲阜師范大學，2012:15-21.[10]李建文.基于無線通信的數據采集系統的設計[J].TechnologyWind,2010(18):76-89.[11]吳便國.基于單片機的監控系統控制部分的設計[D].安徽大學，2010:27-32.[12]曲全鵬.基于AT89S51單片機爐溫控制系統的模塊電路設計[J].電子測試，2013(24):51-53.[13]李麗.單片機復位電路的抗干擾設計[J].遼寧師專學報：自然科學版，2009,11(4):26-27.[14]彭芬.基于單片機的數字顯示溫度系統[J].電子制作，2014(6):58-67.[15]王侃.單片機最小系統的研究仃].求知導刊，2015(11):56-57.[16]TheodoreS.Rappaport"WirelessCommunicationPrincipleandPractice"2004:35-46.[17]張沙，常衛花.淺談單片機的基本應用[J].商情，2013(31):172-172.[18]孫建國，李文君，劉剛.實現液晶顯示器低溫顯示的方法 [J].微計算機信息，2008,24(1):37-50.[19]馮威.電動輪椅控制系統設計[D].河北工業大學，2012:12-19.[20]袁歡，曾先文，徐諱.1602LCD液晶顯示[J].商品與質量：學術觀察，2012，12:104-105.[21]徐亦唐.基于單片機的濕度控制系統設計[J].科教文匯旬刊，2013(9):96-97.[22]楊冬英.激光報警器系統的設計與實現[J].電腦開發與應用，2014(11):12-14.[23]王暉，楊挺.應用FPGA的傳感器信號采集系統的設計 [J].科學技術與工程，2009,9(11):3144-3147.[24]徐小濤.基于MCS-51單片機的串行通信實現[J].計算機與網絡，2010,36(19):51-54.[25]VotavaM.Dataacquisitionsystemsatfermilab.RealTimeConference.1999:46-65.[26]劉彤彤，商坤.多響應視頻監控樓宇防盜門系統探析[J].黃河水利職業技術學院學報，2013,25(2):42-44.17附錄主程序while(l)irf(NRF_M==O) //如果無線模塊接收到數據1f(]W24L0l_RyPacket(re-e_buf)—u)if(. rece_b_ifLl1一’1')BctfFO.L.：：*^riteCom(，D<Ci1),LED口二HLEDl二1J=0;LcdWriteCarnfOySCi),whi1eOLsplay._BuffErlLjJ!=''0')LcdWriteData(Display_Buffer1[j++])if( rece_buf[11---E')Be4p>=0.Lc?ritaCom(OiOl).LEDlWLEDgl;『口；LcdWri.teCo(ni(Oy8O-0);whi1eOi.splay_BufFer2[j]]=''0')iLcdWriteData(Display^ufferSfjH+])F(rF「F_buf[l[='M)3eep=0;Lc<J^ri-teCoin；JkOI);LEDO=1；LED1=LLED2=O；:-0.LcdWriteConiCOxcO)；whi1e(Bisplay_Buffer2[j]l=*\0*)LcdWrlteD￡ta(Disp1ay^Bui'fer3[j++]]18if(rece_bufi,l]==J)Beep=O;.LcdWriteCom(OxOl);LEDO=1;LED1=1;LED2=1;j=O；LcdWriteCom(0xc0+8);同hil已(Display_Buffer4[j]1二')LcdWriteData(Display_Bu±fer4l,j++]);if(：irece_buf!,l\ 1'')&&(rece_buf|,1]==J2’))LcdWriteCom(OxOl);LEDO=0;LED1=0;LED2=0;j=O；LcdWriteCom(0x80);whi1e(Display_Buffer1Lj] \0?)LcdWriteData(Display_Bu±fer11j++]);LcdWr11eCom(0x80+8);whi1e(Display_Buffer2[j]I\0?)LcdWriteData(Display_Bu±fer2[j++]);19if(Key0==07(//delay_l5ms0;flagl++;DelaylOnis(10);}"if((flagl>=10W(hong==0'D(flagl=O;rece_buf[l]=0x30+l;SEbID_BiJF(rece_buf);if(Keyl==07//delay_l5ms。；flag2++;DelaylOnis(10);if((flag2>=10W(hong==0)")Lflag2=0;rece_buf[1]=0x30+2;SEbID_BiJF(rece_buf);if(Key2==0)DelaylOnis(2);if(Key2==0>rece_buf_1.=0x30+3;rece_buf[0]=l;20液晶顯示模塊voidLcdWriteCom(ucharcom) 〃寫入命令(LCD1602_E=0; 〃使能LCD1602_RS=0; 〃選譯發送命令,原虐田數據穩定LCD1602_RW=0; 〃選擇寫入,原虐田數據穩定LCD1602_DATAPINS=com;Lcdl602_Delaylins(1);LCD1602_E=1; /7寫入時序Lcdl602_Delaylins(5); 〃保持時間} LCD1602_E=0;#elsevoidLcdWriteCom(ucharcom) 〃寫入命令LCD1602_E=0; 〃使能清零LCD1602_RS=0;〃選譯寫人命令LCD1602_RW=0;〃選擇寫入LCD1602_DATAPINS=com;//Lcdl602_Delaylins(1);LCD1602_E=1; /W人時序Lcdl602_Delayliris(5);LCD1602_E=0;//Lcdl602_Delaylins(1);LCD1602_DATAPINS=com?4;〃發送低四位Lcdl602_Delaylins(1);LCD1602_E=1;/W人時序Lcdl602_Delayliris(5);LCD1602_E=0;21

voidLcdWriteData(uchardat) //寫入數據{LCD1602_E=0;〃使能清零LCD1602_RS=1;〃選擇輸入數據LCD1602_RW=0;〃選擇寫入LCD1602_DATAPINS=dat;/7W入數據Lcdl602_Delaylms(1);LCD1602_E=1; /W入時序Lcdl602_Delaylms(5); 〃保持時間} LCD1602_E=0;#elsevoidLcdWriteData(uchardat)LCD1602_E=0; 〃使能清零LCD1602_RS=1; 〃選擇寫入數據LCD1602_RW=0; 〃選擇寫入LCD1602_DATAPINS=dat;Lcdl602_Delaylms(1);LCD1602_E=1;人時序Lcdl602_Delaylms⑸;LCD1602_E=0;LCD1602_DATAPINS=dat?4;/W入低四位Lcdl602_Delaylms(1);LCD1602_E=1; //入時序Lcdl602_Delaylms(5);LCD1602_E=0;#endif#ifndef LCD1602_4PINSvoidLcdlnit0LcdWriteCoro(0x38);LcdWriteCoin(OxOc);LcdWriteCoro(0x38);LcdWriteCoin(OxOc);LcdWriteCoro(0x06);LcdWriteCoin(OxOl);LcdWriteCoin(0x80);〃開顯委毛顯示光標//Is10"〃設亶數據指針起點ifp]opvoidLcdlnit()LcdWriteCoin(Ox32); //將g位總線轉為4位總線LcdWriteCoin(Ox28); /生四位線下的初始化LcdWriteCoin(OxOc); //開顯不不顯于光標LcdWriteCom(0x06); //§一個■指針加1LcdWriteCoin(OxOl); //清屏LcdWriteCom(0x80+0x40);//設置數據指針起點#endif22無線傳輸模塊ucharSPI_RW(ucharbyte)ucharbit_ctr; 、for(bit_ctr=0;bit_ctr<8;bit_ctr++)//輸出g位NRF_MOSI=(byte&0x80);byte=(byte?l);NRF_SCK=1;byte|=NRF_MISO;}NRF_SCK=0;returnbyte;)ucharMRF24L01_Write_Reg(ucharreg^ucharvalue){~~ucharstatus;NRF_CSN=0; //CSN=0;status=SPI_RW(reg);SPI_RW(valueJ;NRF_CSN=1; //CSN=1;returnstatus;