基于單片機的紅外感應報警系統(tǒng)設(shè)計論文(傳感器_程序_原理圖全套)

1、.1報警系統(tǒng)設(shè)計的目的與意義1.1 目的報警系統(tǒng)在現(xiàn)實生活中應用十分的廣泛，家庭財產(chǎn)防盜，汽車安全防盜，企業(yè)信息防盜，其中非常重要的金融行業(yè)防盜等。現(xiàn)在主流的報警器采用以紅外傳感器為基礎(chǔ)的紅外線傳感器，紅外線是一種不可見的光，任何物體都會發(fā)出紅外線, 但是紅外線容易受各種熱源、陽光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被報警器接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈等缺點，但是壓電式感應報警器，當有入侵者將壓力施加與壓電傳感器時，機械能在壓電傳感器中轉(zhuǎn)化為電能，通過放大電路，將信號方法，從而帶動發(fā)聲報警裝置，這類報警裝置重量較

2、輕、工作可靠、結(jié)構(gòu)很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等優(yōu)點。本次設(shè)計目的在于設(shè)計以壓電傳感器為基礎(chǔ)的壓電傳感器報警系統(tǒng)，壓力是一種不可避免的力，任何物體都質(zhì)量，任何動作的產(chǎn)生都是有力的參與。力是改變物體運動狀態(tài)的原因、所以它具有很好的不可避免性。如果采用傳感器的報警系統(tǒng)，只需要將報警器放置在必要的位置探測改變其本身電流的 力，探測裝置只需與被測物體直接接觸，就可以感受到電流的改變。本設(shè)計就采用被動式電流改變的的方式，當有入侵者入侵時候，壓電感應器會感受到自身的電流的變化，通過放大電路，將壓電材料中微小的電流信號進行放大，并將信號輸入到單片機中，單片機中的程序?qū)鞲衅靼l(fā)送來的信號做處理并發(fā)

3、送到光報警系統(tǒng)和聲音報警系統(tǒng)中，光報警系統(tǒng)在接受到信號后，紅燈亮10S，聲音報警系統(tǒng)在接收到信號后，揚聲器響10S，當10后，單片機重新檢測是否還有紅外傳感器發(fā)送來的信號，如果還有，聲光報警系統(tǒng)將繼續(xù)工作。通過中斷系統(tǒng)，可以實現(xiàn)聲光報警系統(tǒng)在10S內(nèi)暫停。這樣就可以方便的控制報警系統(tǒng)的中斷了。1.2 國內(nèi)外進展情況壓電報警器是緊跟著壓電材料與放大器的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。美國軍方是最早使用壓電傳感器技術(shù)的國家，上世紀美國軍方研制出以壓電傳感器方式導引的精確地雷制導炸彈，這可能是壓電傳感器最早應用的實例。我國發(fā)展壓電傳感器系統(tǒng)的時間起步比較晚，直到上世紀末才出現(xiàn)壓電傳感器系統(tǒng)的研究。但是這并沒有阻礙我國

4、壓電傳感器的進步，從1995年開始，全國各地出現(xiàn)了大小不等的壓電材料傳感器研發(fā)銷售公司，這為壓電傳感器的迅速發(fā)展起著關(guān)鍵性作用。現(xiàn)在我國壓電傳感器廣發(fā)應用在銀行，工廠，商業(yè)等重要地方，甚至走進了普通的家庭，但是研究更加簡易，低價格，高性能的被動式壓電傳感器仍然需要科技的進步。1.3 設(shè)計思路由于現(xiàn)代仿真技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，不像過去那樣設(shè)計過程就需要耗費大量的財力和物力。本系統(tǒng)可以使用ISIS畫出系統(tǒng)的原理圖，首先打開ISIS軟件，單擊命令窗口filenew design，創(chuàng)建一個default模板，保存名稱為“基于AT89C51單片機紅外線報警器的設(shè)計.DSN”。執(zhí)行菜單命令librarypi

5、ck device/symbol，添加所需元件。本程序中紅外傳感器可以使用TORCH_LDR原件來代替，上面有“+”“-”可以模擬外界紅外強度的變化，并將這個變化轉(zhuǎn)化為電信號輸入到單片機中。揚聲器功率放大電路中的芯片選取555。在原理圖編輯窗口中放置元件，再單擊工具箱中的“原件終端”圖標，在對象選擇中單擊POWER和GROUND放置電源和地。放置好元件后，布好線。左鍵雙擊各元件，設(shè)置好相應參數(shù)，完成電路設(shè)計。設(shè)計的軟件部分在Keil中完成，由于匯編語言的優(yōu)越性，本次設(shè)計選擇匯編語言進行程序設(shè)計。2系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電

6、路、單片機、復位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設(shè)計框圖所示： AT89C51復位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動圖3 總體設(shè)計框圖 處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。當紅外檢測裝置檢測到有人時，信號經(jīng)放大電路和非門將相應的電平送至單片機的p1.0端口，在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動

7、消除報警。2.2紅外傳感器（系統(tǒng)中用TORCH_LDR）基礎(chǔ)知識熱釋電式傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學系統(tǒng)的透鏡。它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可

8、以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。

9、熱釋電式傳感器的優(yōu)點是：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。熱釋電式傳感器的缺點是：容易受各種熱源、光源干擾 ，被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。 環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。2.3 三極管放大作用在紅外傳感器信號采集電路中需要用到三極管，三極管的作用是對小信號進行功率放大，從而驅(qū)動負載工作。三極管工作狀態(tài)有三種，放大、飽和、截止，其中又以放大狀態(tài)最為復雜，主要用于小信號的放大領(lǐng)域，常用的三極管放大電路形式有：共發(fā)射極放大電路，共集電極放大電路，共基極放大電路三種，其中共集電路用于電流放大（功率放大），共基電

10、路用于高頻放大，共射電路用于低頻放大。 三極管放大電路包含靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)兩大類，靜態(tài)參數(shù)又稱靜態(tài)工作點，是保證三極管正常工作的基礎(chǔ)，意義是在輸入條件為零時，晶體管的基極電流Ib，集電極電流Ic，be極之間的電壓Ubc，管壓降Uceq。當有輸入信號時，晶體管呈現(xiàn)的輸入電阻Ri，輸出電阻Ro，電壓增益Au等參數(shù)被稱為動態(tài)參數(shù)。另外還有一類參數(shù)被稱為放大電路頻率特性參數(shù)，主要包括放大電路的低頻端截止頻率，高頻端截止頻率，通頻帶，增益平坦度，幅（度）頻（率）特性曲線等。 三極管的作用 晶體三極管，是最常用的基本元器件之一，晶體三極管的作用主要是電流放大，他是電子電路的核心元件，現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路

11、的基本組成部分也就是晶體三極管。 三極管基本機構(gòu)是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把正塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種， 從三個區(qū)引出相應的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極。基區(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是空穴，其移動方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)發(fā)射的是自由電子，其移動方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和

12、鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。 三極管是一種控制元件，三極管的作用非常的大，可以說沒有三極管的發(fā)明就沒有現(xiàn)代信息社會的如此多樣化，電子管是他的前身，但是電子管體積大耗電量巨大，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。三極管主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的電流放大

13、作用。 剛才說了電流放大是晶體三極管的作用，其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將Ic/Ib的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號“”表示。電流放大倍數(shù)對于某一只三極管來說是一個定值，但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。根據(jù)三極管的作用我們分析它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號，當然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)。當三極管的基極上加一個微小的電流時，在集電極上可以得到一個是注入電流倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而

14、變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。三極管的作用還有電子開關(guān)，配合其它元件還可以構(gòu)成振蕩器，此外三極管還有穩(wěn)壓的作用。2.4紅外信號采集電路：紅外信號采集電路是單片機的信號輸入端，紅外傳感器在接收到紅外信號變化后將信號通過三極管放大電路將微弱的電信號進行放大并輸入到單片機中，器電路圖如下圖1所示：圖 1 信號采集電路2.5聲光報警電路聲光報警電路接收單片機發(fā)送過來的信號，紅燈亮起，揚聲器會持續(xù)響10S，知道紅外傳感器不再發(fā)送信號為止，若果想認為暫停報警系統(tǒng)，只需要按下中斷按鈕即可。聲光報警電路如下圖2所示：圖 2 揚聲器報警電路2.6 總體電路圖本

15、設(shè)計以AT89C51單片機為核心，紅外傳感器給出相應的外界紅外信號的變化，通過單片機對信號進行處理并發(fā)送到聲光報警電路中。當所需原件如表5.1所示。表2.2 紅外報警器所用的元件單片機AT89C51瓷片電容CAP 30PF揚聲器SPEAKER電解電容CAP-ELEC晶振CRYSTAL 12MHz三極管2N2905電阻RES反向器74LS04紅外傳感器TORCH_LDR芯片555原理圖如圖3所示圖 3 總體電路圖3 軟件設(shè)計3.1 流程圖設(shè)計通過上面對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的分析，可以清晰的了解紅外感應報警系統(tǒng)的設(shè)計過程。首先對系統(tǒng)進行初始化設(shè)計，單片機檢測外部的紅外感應傳感器是否有信號輸入，如果檢測到

16、有信號輸入，那么就啟動聲光報警電路開始報警，同時定時計數(shù)器開始工作，當定時計數(shù)器計時10S后，聲光報警電路停止工作，同時單片機檢測是否還有信號輸入，若有信號輸入，聲光報警電路會繼續(xù)工作10S，直到?jīng)]有信號讓輸入為止，如果在10S想暫停聲光報警系統(tǒng)，進入到下次信號檢測過程，則，直接按中斷按鈕就可以了。程序流程圖如下圖所示：系統(tǒng)初始化聲光報警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結(jié)束YNNYYN中斷服務程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，

17、驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務程序工作流程圖，如下圖所示： 中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護現(xiàn)場INTO端有輸入信號關(guān)閉報警恢復現(xiàn)場、開中斷中斷返回3.2 源程序設(shè)計根據(jù)以上的分析，我們可以寫出程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SE

18、TB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測輸入信號，是否有輸入信號 LA: ACALL DELAY ;延時消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報警子程序 AJMP LPDELAY: MOV R1,0AAH LD2: MOV R2,0BBH LD1: NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM: SETB P1.2

19、;開始報警使運行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報警啟動CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時: MOV 51H,#0C8H ;10S循環(huán)次數(shù) MOV TMOD,#01H ;定時器T0定時 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;啟動T0 L2:JBC TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 ,#0B0H MOV TH0 ,#3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報警結(jié)束，正常運行綠指示燈亮 LJMP LP

20、;循環(huán),繼續(xù)工作 PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務程序開始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;監(jiān)測是否有中斷輸入 LN: LCALL DELAY ;延時消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;無中斷輸入,中斷返回LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使報警結(jié)束，綠指示燈亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;開放外部中斷0 LCALL LP ;在中斷繼續(xù)檢測是否有輸入信號 LN2: RETI END4 系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1 程序調(diào)試與運行打開keil程序，執(zhí)行菜單命令projectn

21、ew project創(chuàng)建“基于AT89C51單片機紅外感應報警器設(shè)計”項目，并選擇單片機型號為AT89C51。執(zhí)行菜單命令filenew創(chuàng)建文件，輸入上述匯編程序，保存為“基于AT89C51單片機紅外感應報警器設(shè)計,ASM”。在project欄的file管理窗口中右擊文件組，選擇“add file to groupsource group1”,將源程序添加到項目中。執(zhí)行菜單命令projectopinions for target target 1，在彈出的對話框中選擇output選項卡，選中create hex file。在debug選項卡中，選中use：proteus VSM simulat

22、or。執(zhí)行菜單命令projectbuild target，編譯源程序，如果編譯成功，則在output window窗口中顯示沒有錯誤，并創(chuàng)建了“基于AT89C51單片機紅外感應報警器設(shè)計.HEX”文件。在已繪制好的原理圖proteus isis菜單欄中，執(zhí)行菜單命令debuguse remote debug monitor將該項選中，是proteus與keil真正連接起來，使它們聯(lián)合調(diào)試。在keil中執(zhí)行菜單命令debugstart/stop debug session，進行keil調(diào)試環(huán)境。同時在proteus isis 窗口中可以看出proteus也進入了程序調(diào)試狀態(tài)。在keil中按F5鍵

23、運行程序。4.2 結(jié)果分析調(diào)整TORCH_LDR上的“+”符號，可以看到LED報警燈亮起，揚聲器開始報警。由于TORCH_LDR調(diào)整到“+”值時，相當于傳感器能持續(xù)檢測到侵入信號，所以聲光報警系統(tǒng)會一直工作下去。按TORCH_LED上的“-”到最小值，聲光報警系統(tǒng)響10S后就會自動停止工作。當不到10S時，按中斷按鈕，聲光報警系統(tǒng)也會停止工作。無侵入信號時候綠的保持工作。各工作狀態(tài)如下圖所示：圖 4 沒有侵入信號時，只有綠燈工作圖 5 檢測到輸入信號，聲光報警系統(tǒng)開始工作4.3 存在問題按F5開始調(diào)試仿真后，一切仿真過程都是正確的，但是按proteus中的暫停仿真按鈕，暫停仿真過程。過一會后再

24、按proteus中的開始仿真按鈕，仿真過程卻無法繼續(xù)，需要重新在KEIL中啟動仿真過程才能繼續(xù)仿真。還有就是開始設(shè)計的時候我在信號采集放大電路中添加了電源，但是在仿真過程中卻無法運行，我嘗試將電源去掉才能夠運行。理論上需要添加電源才能運行，這與理論分析似乎有些不同。5 收獲與展望本次“基于AT89C51的紅外感應報警系統(tǒng)設(shè)計”的實踐，是對前面課本學習知識的復習和總結(jié)，不僅鞏固了書本上的知識，而且也加強了動手實踐的能力。本學期還有一門課程叫做“傳感器”，通過本次課程設(shè)計，我將學到的傳感器知識與單片機知識結(jié)合在一起，設(shè)計了紅外報警系統(tǒng)。傳感器做為信號采集器件，在單片機中的重要性非常突出，在傳感器的配合下，單片機的功能變得更加強大和功能多樣化了。本次單片機設(shè)計過程中還應用到了三極管放大電路的知識，通過三極管放大電路，紅外探頭采集來的微小信號才能被放大，從而應用來驅(qū)動單片機。從這里也能看出單片機系統(tǒng)設(shè)計是一個需要多學科支持的學科，所以想學好單片機，基本的知識是需要具備的。還有就是本次設(shè)計加強了我對計算機語言的認識。眾所周知，單片機的軟件設(shè)計，即可以應用C語言，也可以應用匯編語言，但是在前幾次我做單片機作業(yè)的時候發(fā)現(xiàn)C語言在單片機設(shè)計中的不足，比如表達繁瑣，格式要求比匯編語言嚴格等，所以在這次課程設(shè)計中，我選擇應用匯編語言來完成設(shè)計。雖然在設(shè)計過程中對匯編語言不夠熟練，