紅外報警器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、14紅外報警器設(shè)計與實現(xiàn) 目 錄摘要.2概述 .2第一章 紅外報警器.21.1紅外線報警器簡介.21.2 紅外線報警器的工作原理.21.3 紅外線報警器的功能.2第二章 基礎(chǔ)知識介紹.22.1釋電紅外傳感器的原理.32.2 PIR的原理特性.32.3 AT89C51單片機的概述.3第三章 基于單片機的紅外線報警器設(shè)計.43.1.硬件電路.43.1.1電源電路43.1.2單片機系統(tǒng).43.1.3聲光報警電路.43.2 系統(tǒng)設(shè)計.43.2.1主程序.4 3.3 系統(tǒng)調(diào)試.43.3.1 軟件調(diào)試.43.3.2 硬件調(diào)試.4結(jié) 論5參考文獻.6致 謝.7摘 要外感應(yīng)是一個技術(shù)已經(jīng)相當成熟的領(lǐng)域，幾十年

2、來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐Γ瑹o論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認識上都取得了長足的進步。在當今的社會紅外感應(yīng)在諸多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。如紅外報警器、紅外數(shù)據(jù)傳輸器、紅外夜視儀等方面。所以設(shè)計一個簡易紅外報警器有利于我們對紅外傳輸技術(shù)有所了解。這次設(shè)計簡易紅外報警器的內(nèi)容是：設(shè)計符合要求的電路原理圖，對三極管構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)振蕩電路、紅外收發(fā)電路自鎖驅(qū)動與復(fù)位電路及三極管構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)振蕩聲光電路的各個元件的參數(shù)靜態(tài)工作點進行分析計算，用Altium Designer Summer 09軟件制作出PCB板，在其過程中注意元件的布局和板面的設(shè)計，用multisim7進行仿真。根據(jù)元件參數(shù)采購元件，并進

3、行安裝和調(diào)試，若有故障，則利用已有的故障維修思路和方法進行檢修。使其能正常工作，達到合格的標準。在設(shè)計中我受益匪淺，三極管構(gòu)成自鎖驅(qū)動與撫復(fù)位電路和三極管構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)振蕩電路結(jié)構(gòu)原理等新的理論知識，復(fù)習(xí)鞏固了以前所學(xué)的電路、模擬電子技術(shù)，現(xiàn)代電子電路與技術(shù)等知識。還更好的理論結(jié)合實際，把相關(guān)的新老知識應(yīng)用到設(shè)計中，自己動手設(shè)計出成品。紅外報警器的作用是把從發(fā)射端發(fā)送的信號經(jīng)過空氣有接收端接收，在這一過程中由于外部人體的作用阻礙了信號的傳遞而作為報警信號的觸發(fā)條件。作為電子技術(shù)的畢業(yè)設(shè)計，本課題提出的紅外對射報警器指標比較低，以及現(xiàn)實的干擾與實用性等原因采用直流供電紅外發(fā)生發(fā)生電路。由于個人水平有

4、限，本設(shè)計中的缺點、錯誤在所難免，懇請原諒！關(guān)鍵詞：紅外報警器 三極管 防盜報警裝置 穩(wěn)態(tài)振蕩 單片機 概 述20世紀末，人們生活水平不斷的提高，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，但是擁擠繁雜的住宅環(huán)境以及人口暴增的生活壓力，使得一些人踏過法律的底線不勞而獲竊取他人勞動果實，對他人的生命財產(chǎn)安全造成了嚴重的影響。紅外報警器作為報警系統(tǒng)中的重要一員不僅在財產(chǎn)安全方面有重要的作用，在工業(yè)生產(chǎn)和自動化監(jiān)控也有著很大的開發(fā)和利用空間因此紅外報警器的研究和開發(fā)，有著非常現(xiàn)實的意義。在當今的社會紅外感應(yīng)傳輸技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。如光碟機、無線數(shù)據(jù)傳輸、軍事與生產(chǎn)重

5、地等。因此必須重視對紅外報警器的設(shè)計，我做為一名電子專業(yè)的學(xué)生，學(xué)的正是這類的相關(guān)知識。相信我一定能做出一個好的優(yōu)質(zhì)紅外報警器。第1章 緒論1.1 課題背景 隨著時代的不斷進步, 人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不時刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng), 因而大大提高了小區(qū)的安全程度 , 有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光, 有很強的隱蔽性和保密性, 因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外,在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。1.2

6、 紅外線報警器的工作原理 紅外報警器由報警主機和紅外探測器組成報警系統(tǒng).探測一旦探測到入侵,紅外報警器立即把報警入侵信號無線密碼傳輸?shù)綀缶鳈C,主機接收到報警信號后,會立即啟動高分貝警笛現(xiàn)場報警器,紅外報警器主機面板上的LED顯示報警防區(qū),防區(qū)路數(shù)0-99路,明確顯示入侵方位,同時報警主機還有時間顯示、報警記錄查詢、自動開關(guān)機等功能.1.3 紅外線報警器的功能1、探測器和主機無線自動對碼，即學(xué)習(xí)式編碼，系統(tǒng)擴容簡單快捷； 2、100個獨立無線防區(qū)，每個防區(qū)可單獨撤布防，方便實用； 3、報警主機有兩組定時開關(guān)機時間，并具有當前開、關(guān)機狀態(tài)指示； 4、三種報警聲、四級報警音量可選； 5、紅外報警器

7、可同時滾動顯示最新十條報警信息； 6、可查詢60條最近報警記錄； 7、紅外報警器可選配內(nèi)置備用電源，并具有浮充裝置和低電壓告警功能； 8、提供一組常開、一組常閉報警輸出和12V直流輸出，供其他設(shè)備控制使用； 9、加裝撥號模塊，報警時可實現(xiàn)自動撥打組電話功能。 第2章 系統(tǒng)設(shè)計 2.1 硬件設(shè)計 2.1.1 單片機最小系統(tǒng) 對于這一部分,我們手上有現(xiàn)成的單片機最小系統(tǒng),所以我們選擇就地取材而沒有另行制作,對于這個最小系統(tǒng)板上有擴展的程序下載接口和蜂鳴器模塊,其電路圖見后面的總電路圖.  2.1.2 紅外發(fā)射部分紅外發(fā)射電路本身并不難,只要給與發(fā)射頭足夠的功率就能驅(qū)動它發(fā)射出紅外線信號.

8、可以選擇兩種最基本的方法來設(shè)計電路圖,第一種是用單片機直接發(fā)射38K方波信號,用三極管來驅(qū)動發(fā)射頭工作,這就要求我們用程序來發(fā)射38K的方波;第二種是用NE555芯片來設(shè)計成多諧振蕩器,發(fā)射出38K方波.不管是在硬件和軟件上,第二種設(shè)計方法都占優(yōu),所以我們選擇第二種電路來設(shè)計.設(shè)計電路如圖一所示:      1-1 對于上圖,要求我們自己確定參數(shù)R1、R2和C1.計算時有輸出高電平時間為:    t1 = 0.693 (R1 +R2) C1    輸出低電平的時間是:

9、0;   t2 = 0.693 (R2) C1    所以周期為:    T = t1 + t2 = 0.693 (R1 + 2R2) C1    頻率有:    占空比為t1/(t1+t2). 從上面的公式中帶入38K的頻率就能確定各個參數(shù).為此我們?nèi)1為0.01uF,R1為560,R2取2K的電位器,這是為了排除電阻和電容的制作時的阻差和容差,為此我們可以精確地調(diào)到38K.2.1.3 紅外接收部分 接收部分采用的是TSOP1838,圖二是它的內(nèi)部電路

10、圖:   1-2 TSOP1838內(nèi)部結(jié)構(gòu)它的內(nèi)部集成了放大電路和帶通濾波器,具有高選擇性,但是這對我們的電路設(shè)計無疑是一大方便-不用自己加運算放大器.其設(shè)計電路見總電路圖. 2.1.4 LED燈和蜂鳴器 這算是最簡單的硬件設(shè)計了.對于LED燈來說,接入回路中加一限流電阻就可以了,二蜂鳴器則需要加一三極管用來驅(qū)動,電路見總電路圖. 2.1.5 整體框架圖   1-3 2.2 軟件設(shè)計    程序設(shè)計流程圖如圖四:1-4第3章 基于單片機的紅外線報警器設(shè)計3.1.硬件電路電路原理圖如圖1-4所示.可將該電路

11、分為以下三個部分.3.1.1電源電路220V交流市電經(jīng)變壓器T降壓 .橋式整流器D1整流. 電解電容C7濾波.三端穩(wěn)壓器78L05穩(wěn)壓,最后得到整機要求的+5V穩(wěn)定直流電源.3.1.2單片機系統(tǒng). U1為AT89C2051單片機.C1.R0,R1和復(fù)位按鈕RESET組成手動電平復(fù)位和上電自動復(fù)位電路; C2.C3以及晶振T1組成時鐘電路iC4.C5為+5V電源濾波電容 .U2為CM0S6反相器CC4069 , 起驅(qū)動作用 .VD1 VD6為紅外發(fā)射管, 其負極端接與P1口.P1口設(shè)置為輸出狀態(tài) ,當P1口為 .0時 ,VD1VD6發(fā)紅外光.VD7VD12為紅外接收管.當接收到紅外光時導(dǎo)通,+5

12、V電源通過VD7一VD12加到反相器 CC4069的輸入端,經(jīng)反相為低電平,這時P3_0P3.5為低電平.發(fā)管和接收管分別安裝在門和窗 口的適當位置.當有人闖入時遮擋了紅外線,接收管截止.反相器輸入端為低電平 .這時U1的P3.0一P3.5為高電平.當在一定時間內(nèi)檢測到位于不位置的光束被遮擋時.則由P3.7口輸出報警信號(高低電平間隔1S的脈沖信號).驅(qū)動聲光報警電路.進聲光報警.直至按復(fù)位按鈕RESET或電源開關(guān)S1.由于紅外收發(fā)管之間沒有遮擋時為正常.有遮擋時為異常,則當 P 1口輸出 o 0 H時. P 3口的正常狀態(tài)數(shù)據(jù)為00H.3.1.3聲光報警電路 .555定時器U4.揚聲器BY,

13、 普通紅色發(fā)光二極管VD13等組成聲光報警電路 . 其中555定時器接成了一個低頻多諧振蕩器 .其控制電壓輸入端5腳與單片機 AT89C2051的P3.7腳相連,受P3.7腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號控制.當P3.7為高電平時控制電壓Uco較高,閾值電壓UT+(=Uco)和UT-(=1/2Uco) 也較高 ;當P3.7為低電平時UT+和UT-也較低.當UT+較高時,電容C9充、放電的電壓幅度較大.因而振 蕩頻率較低.反之,當UT+較低時,電容C9充 、放電過程中電壓變化幅度較小.充、放電過程完成得較快,故振蕩頻率較高.即當P3.7=1時.555輸出脈沖的振蕩頻率較低;當P3.7=0時.5

14、55輸出脈沖的振蕩頻率高. 該輸出脈沖經(jīng)過隔直電容C8加到揚聲器上,揚聲器將交替發(fā)出高、上位機的通信.液晶顯示模塊使用了12864的并行模式 ,數(shù)據(jù)端DB0-DB7與單片機的P2.0-P2.7相連,PSB控制12864工作在并行模式,電路中未接液晶的背光.RST復(fù)位 2-1   開始發(fā)送數(shù)據(jù)時,A1_89S52發(fā) 出SS下降沿信號然后等待ZLG500在SDA線上的響應(yīng),若在50ms內(nèi)未檢測到此響應(yīng)則退出本次傳輸(由SPI看門狗定時器實現(xiàn)) 將錯誤代碼返回給主程序由主程序進行錯誤處理.若ZLG500正確響應(yīng)則AT89S52可將命令和數(shù)據(jù)發(fā)送出去,然后AT89S52等

15、待ZLG500發(fā)回的狀態(tài)和響應(yīng)數(shù)據(jù).即等待SS線上的下降沿的產(chǎn)生, 此時的AT89S52用外部中斷響應(yīng). 若在500ms內(nèi)未檢測到此信號則退出本次傳輸且向主程序報告錯誤代碼(由SPI看門狗定時器實現(xiàn)) .若正確檢測到SS信號則可接收狀態(tài)和數(shù)據(jù).SS為數(shù)據(jù)發(fā)送使能,若一方有數(shù)據(jù)要發(fā)送給另一方,則該方控制SS線為低.并在發(fā) 送結(jié)束后將該線置高. 接收數(shù)據(jù)方不得 控制該線.雙方必須遵守通信協(xié)議.不得同時控制該線.SDAT為數(shù)據(jù)線由數(shù) 據(jù)發(fā)送端控制數(shù)接收端必須釋放該線,該線在一次傳輸開始時還同時作為數(shù)據(jù)接收端的響應(yīng)信號.SPI線上信號波形圈見圖4 . 2-2本系統(tǒng)主要由四個源程序?qū)崿F(xiàn)分為三層. mfa

16、ce-3.asm為底層程序.定義最基本的函數(shù)且直接操作硬件zig500.C .12864.C為中層程序定義各種功能函數(shù)main .C為頂層程序直接調(diào)用底層和中層文件中的函數(shù).其中zig500.C和m-face.asm由ZLG500模塊的生產(chǎn)廠家提高低不同的兩種叫聲.同時P3.7腳輸出的高低電平間隔1S的脈沖信號經(jīng)電阻R8加到紅色發(fā)光二極管VD13上.VD13將閃爍發(fā)光.達到聲光同時報警的效果.3.2 系統(tǒng)設(shè)計我們的目標是,當檢測到有人闖入時就由 P3713輸出高低電平間隔1S的脈沖信號去驅(qū)動聲光報警電路.產(chǎn)生聲光報警. 這可通過使P3.7口每隔1S取反一次實現(xiàn).而1S時間可通過讓定時器T0(工

17、作于定時方式1) 重復(fù)定時1OOms十次實現(xiàn).用工作寄存器R1作循環(huán)計數(shù)器.初值為10(OAHo采用中斷方式編程.整個軟件由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分構(gòu)成. 2-33.2.1主程序主要功能是對系統(tǒng)進行初始化和對系統(tǒng)進行監(jiān)視看是否有人闖入.其程序流程圖如圖2所示.程序清單如下:    0RG O0O0H    AJMP   MAIN   ; 轉(zhuǎn)向主程序    ORG   O00BH   : 定時器 T O中斷八E l 

18、   LJMP   BJ   ; 轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序    0RG O0 30H    MAI N: MOV   SP , #50H ; 設(shè)置堆棧棧底    MOV   R1.#OAH; 設(shè)置循環(huán)計數(shù)器初值    MOV   P3, # OOH; 設(shè)置P3口為正常狀態(tài)    MOV   P1.#OOH; 使VD

19、1-VD6發(fā)紅外光    MOV   TMOD. #01H; 設(shè)TO為定時方式 1    MOV   TH0. # 3CH; 設(shè)置定時100ms初值    M0V  TL O. # OBOH    SETB   EA   ; CPU開中斷    SETB  ETO   ; 定時器0允許中斷    J

20、S:   MOV   A, P3   ; 監(jiān)視是否有人闖入    CJNE  A. #O OH. LP 由于設(shè)備生產(chǎn)廠家停產(chǎn)老機型,配件價高難購,導(dǎo)致我單位一臺老型號數(shù)控塑鋼門窗角縫清理機(簡稱清角機)閑置至今 .棄之可惜 ,留著無用.最近生產(chǎn)任務(wù)又比較緊.原定要購買一臺新的清角機.但本著為單位減少資金投入的目的. 決定對閑置清角機進行低投入改裝. 2-4經(jīng)過仔細查看、分析:原機由數(shù)控電路控制步進電機拖動清角機構(gòu)運動.精確控制清角機構(gòu)進給、升降量.可原機 控制電路部分已經(jīng)損壞 ,還缺少一只步進電

21、機.但機械部分完好.因此決定舍去原機電路和步進電機等部分不用,只保留原機機械部分.改用一只氣缸來拖動清角機構(gòu)運動.機械定位來控制進給量.由多只氣缸協(xié)作完成物件加工的工作過程機械部分改裝辦法確定了.但又怎樣去控制它們的運行呢?想到以前用P111-G可編程控制器改裝過其它生產(chǎn)設(shè)備 .使用P111-G可編程控制器控制線路簡潔、性價比高.編程簡單、方便、快捷.決定選用P111-G可編程控 制器來控制機械部分運行.改裝方法構(gòu)思好后.動手改裝.先加裝氣缸、電磁閥、行程開關(guān)、限位裝置等( 機械部分改 裝后結(jié)構(gòu)簡圖如上圖) .再拆掉原機配 電箱內(nèi)所有電路并裝入P111-G可編程控制器. 按擬定的線路配線接好相

22、關(guān)電路.一切就緒后 .重點轉(zhuǎn)到對P111一G可編程控制器的編程上.下面介紹具體編程步驟:    AJ MP  JS    LP .   SETB  TR0   ; 啟動T0定時    100ms    S J MP$   ;等待定時100ms完成2 、 中斷服務(wù)程序.主要功能是判斷定時1S是否完成.從而決定是否對P3.7Iq取反.其程序流程圖如圖3所示.程序清單如下:  

23、60; ORG  0060H    BJ : PUSH   Acc   ; 現(xiàn)場保護    PUSH  PSW    MOV   TH0 . #3CH ; 重設(shè)定時初值    MOV  TL0.B0H    DJ NZ  R1.FH    MOV R1 . OAH    CPL 

24、 P3.7    FH: POP   PSW    POP  Acc    RETl    END    ; 1S未到返回    ; 重設(shè)計數(shù)器初值    ; P3.7口取反    : 恢復(fù)現(xiàn)場    : 中斷返回3.3 系統(tǒng)調(diào)試3.3.1 軟件調(diào)試. 先在 Keilc51 環(huán)境中 進行軟件調(diào)試.

25、再利用編程器將調(diào)試好 的程序固化到AT89C2051單片機中3.3.2硬件調(diào)試（1）檢查線路應(yīng)焊接無誤.(2) 電 源電路調(diào)試 .斷開負載.用萬用表測量78L05的3腳應(yīng)有+5v電壓.(3) 先不裝入AT89C2051單片機.用短路線把U1插座的12腳接地.調(diào)整 VD1和VD7的安裝位置和角度 ,測量U1插座的2腳電壓 .當VD1和VD7之間無遮擋時2腳電壓為0伏,有遮擋時為+5伏.用相同方法反復(fù)調(diào)整其他幾對紅外收發(fā)管的位置和角度. 使U1插座的3、6、7、8、9各腳的電壓符合要求.(4)將固化好程序的AT89C2051插入電路中的U1插座上.接上電源即可工作.結(jié) 論通過這一兩個月的畢業(yè)設(shè)計，

26、我從中學(xué)到了很多以前我沒學(xué)好的知識。從最初的茫然，到后來的得心應(yīng)手其中有太多的過程值得回味。始進入設(shè)計電路階段，我開始到網(wǎng)上資料，可方向不明確的我，不知道選擇什么樣的電路，才能把做出紅外報警。問題出來了，我該怎么辦呢？我要怎樣設(shè)計我的電路呢？就在我不知道怎么辦時，這時我想到了找老師。對以思維混亂的我，老師的話給了我非常大的啟發(fā)“現(xiàn)在你需要實現(xiàn)的紅外報警器的功能是什么，根據(jù)你的需要設(shè)計每一部分電路”。老師的話提醒了我做事不能好高騖遠，在接下來的一段時間我先是上網(wǎng)查看別人的紅外報警器的設(shè)計思路。在觀看他人設(shè)計的時候我發(fā)現(xiàn)雖然紅外報警器有著很大的前景但是大多素的普通人對紅外報警器的了解并不夠，所以他們往往不會選擇購買紅外報警器就更別提區(qū)分其中的好壞了。最終我將我的紅外報警器定位在一個適用于普遍大眾的基礎(chǔ)上，并且功能簡單實用價格便宜不易損壞。最終我將簡單的紅外報警功能與門鈴功能集合到我的紅外報警器中。在電路的設(shè)計中我采用了模塊化設(shè)計的思路針對具體的功能，設(shè)計電路模塊在整合修改，經(jīng)過最簡答功能的實現(xiàn)到多步驟功能的統(tǒng)一最終完善整體電路的設(shè)計方案。在方案確定以后我網(wǎng)購了所需的元件，安裝并調(diào)試電路。在調(diào)