熱釋電紅外防盜報警器

1、課 程 設 計 任 務 書設計題目紅外防盜報警器設計學生姓名設計要求：1、 設計由軟件和硬件共同組成的紅外線防盜報警系統(tǒng)。2、 系統(tǒng)能有效判斷是否有人員進入，檢測到有人進入后發(fā)出報警信號。3、 正常狀態(tài)下綠色指示燈亮，發(fā)生報警時紅色指示燈亮并有蜂鳴器發(fā)生報警聲音。4、 報警狀態(tài)持續(xù)十秒，十秒后自動解除。5、 系統(tǒng)處于報警狀態(tài)時，可進行手動復位、中斷操作。學生應完成的工作：1、 獨立設計紅外防盜報警電路。2、 利用相關軟件設計軟件程序，使硬件電路達到工作要求。3、 用PROTEUS軟件進行仿真。4、 焊接電路板進行調試。該生負責硬件電路設計。5、 獨立完成設計報告。參考文獻閱讀：1 張毅剛. 單

2、片機原理及應用.北京：高等教育出版社，20042 杜尚豐. CAN總線測控技術及其應用.北京：電子工業(yè)出版社，2007.13 周杏鵬. 傳感器與檢測技術.北京：清華大學出版社，2010.94 張 瑞. Altium Designer6.0原理圖與PCB設計.北京：電子工業(yè)出版社，2007工作計劃：1、2013.5.6上午集體培訓，統(tǒng)一講述工作過程中的各項要求，和工作計劃。2、2013.5.72013.5.10獨立設計電路后上交給老師檢測。3、2013.5.102013.5.14完成軟件設計，焊接電路板進行調試。4、2013.5.62013.5.17完成設計報告。 任務下達日期：2013 年5月

3、 6 日 任務完成日期：2013 年5月 17 日指導教師（簽名）： 學生（簽名）： 紅外防盜報警器設計摘 要：這是一個紅外防盜報警系統(tǒng)，系統(tǒng)包括硬件設計和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅動報警電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用單片機AT89S52，系統(tǒng)是在軟件控制下工作的，軟件控制是在匯編環(huán)境下實現的。該系統(tǒng)可以在一定距離檢測到是否有人進入設定區(qū)域，一旦檢測到有人進入，報警電路開始報警，報警指示燈開始點亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲音，進入報警狀態(tài)，十秒鐘后自動解除報警狀態(tài)，也可進行手動復位，解除報警狀態(tài)。關鍵詞：單片機；熱釋電紅外傳感器；報警電路；時鐘電路；復位

4、電路目 錄1.設計背景12.設計方案1 2.1方案比較2 2.2方案論證23. 方案實施2 3.1總體電路設計2 3.2具體模塊設計3 3.3系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明7 3.4軟件程序的實現8 3.5軟件部分的實施94.結果與結論115. 收獲與致謝126. 參考文獻137. 附錄13 7.1PROTEUS仿真圖13 7.2電路原理圖13 7.3 實物工作圖14 7.4元器件清單161. 設計背景隨著社會的不斷進步和科學技術、經濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到了很大的提高，對私有財產的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設計就是為了滿足現代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系

5、統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設計中所使用的紅外線是不可見光，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用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接近開關、遙測等領域。2.設計方案2.1 方案比較方案一：由紅外傳感器、電源電路、放大電路、ADC數模轉換電路、AT89S52單片機中央控制電路、復位電路、中斷電路、報警電路等構成。輸入的紅外信號由數模轉換

6、電路轉換為電信號，低電平輸入單片機，由單片機輸出放大信號到報警電路，使蜂鳴器發(fā)出報警信號，而中斷電路和復位電路可以對報警電路進行控制。方案二：由熱釋電紅外傳感器接收電路、放大電路、復位電路、中斷電路、電源電路、報警電路構成。當熱釋電紅外傳感器檢測的人體輻射的紅外線后，由放大電路將信號放大后的低電平電信號輸入單片機后，由單片機輸出放大信號到報警電路，使蜂鳴器發(fā)出報警信號，而中斷電路和復位電路可以對報警電路進行控制。方案三：由紅外傳感器、電源電路、放大電路、BIS0001處理電路、AT89S52單片機中央控制電路、復位電路、中斷電路、報警電路等構成。輸入的紅外信號由數模轉換電路轉換為電信號，低電平

7、輸入單片機，由單片機輸出放大信號到報警電路，使蜂鳴器發(fā)出報警信號，而中斷電路和復位電路可以對報警電路進行控制。綜合比較方案二比較可行。2.2 方案論證以上三個方案大體相同，都是由檢測電路、單片機、報警電路、復位電路、中斷電路、聲光報警電路組成，所用到的電路和器件不同可以決定它們的特性和實用性。方案一用到的檢測紅外信號電路需要用到ADC0809處理電路將傳感器所接受的模擬信號轉換成數字信號傳給單片機中間會產生一定偏差，而方案三用到的BIS0001處理芯片是將傳感器所接收的信號放大以數字信號的方式輸出，有所不便。而方案二是直接將人體輻射的紅外線轉換成電信號，經過放大電路將放大后的電信號輸入單片機，

8、而不需要用到芯片，設計簡便合理，所以選用方案二。3. 方案實施3.1總體電路設計系統(tǒng)硬件結構組成如圖1所示。 單片機復位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅動電路驅動電路圖1系統(tǒng)硬件結構圖系統(tǒng)包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端需要完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地報警等功能。在系統(tǒng)的設計中，單片機是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件設計包括單片機、輸入/輸出設備、以及

9、外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。從設計的要求來分析該設計需要包含如下結構：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路及相關的控制管理軟件組成。處理器采用單片機AT89S52。系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL電平至AT89S52單片機。在單片機內，經軟件查詢過程、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。驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解

10、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鐘后有定時器實現自動消除報警。3.2各功能電路設計3.2.1電源電路設計電源電路設計如圖2所示。圖2 電源電路本電路用到變壓器、橋堆2W10、電容、三端穩(wěn)壓電路L7805。由于電路中的很多元件額定電壓大概就在5V左右，而我們身邊常用的電壓源是220V，如果直接將電路接在220V電壓兩端調試，就會將元器件燒壞。因此，該電路我們先用變壓器將220V電壓轉換為9V電壓，利用橋堆2W10將交流電轉換為直流電，另加電容過濾，經三端穩(wěn)壓電路L7805將電壓變換為5V作為電路的輸入電源。3.2.2放大電路的設計放大電路設計如

11、圖3所示。Q29014R1210KR1110KC547uC447uVCCC647uVoVi圖3 放大電路本電路實現放大功能的核心元件是三極管，前提是放大不失真。三極管的放大作用主要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基極傳輸，然后到達集電極而實現的，實現這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內部發(fā)射極雜質濃度遠大于基極雜質濃度，且基極很薄；（2）外部必須做到發(fā)射極正向偏置，集電極反向偏置。Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。3.2.3時鐘電路的設計時鐘電路設計如圖4所示。CCX12MHZXTAL1XTAL2圖4 時鐘電路XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振

12、蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。3.2.4復位電路的設計復位電路設計如圖5所示。圖5 復位電路復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路開始工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路。3.2.5發(fā)光報

13、警電路的設計發(fā)光報警電路設計如圖6所示。圖6 發(fā)光報警電路該電路由1個發(fā)光二極管、220電阻、5V直流電源組成。而單片機中的P3.0（RXD）為串行輸入端口，當該端口處于低電平時間有效，將發(fā)光報警電路低電平端與RXD端口相連接。電路接通后，單片機的RXD引腳被置低電平，發(fā)光二極管被點亮，起到發(fā)光報警作用。3.2.6聲音報警電路的設計聲音報警電路設計如圖7所示。圖7 聲音報警電路該電路由三極管、電阻和蜂鳴器組成。電路中三極管起到信號放大作用，電阻負責保護電路，蜂鳴器用來提示報警狀態(tài)。而單片機的P3.1（TXD）端口是串行輸出口，用來接收外部高電平信號。將電路的輸出端接到單片機的TXD引腳上，當電

14、路接通后，蜂鳴器發(fā)出聲音報警信號，構成聲音報警電路。3.2.7中斷電路的設計中斷電路設計如圖8所示。 圖8 中斷電路該電路的設計由復位按鈕、電阻、和直流5V電源組成。復位按鈕實現的的是一個開關量，目的是使中斷端口有效接地，而電阻則是為了保護電路。單片機中的P3.2端口是中斷輸入端口，當電路正常進行時因保持中斷端口始終處于高電平狀態(tài)，利用向中斷輸入端口3.2接入低電平信號可以實現電路的中斷，所以電路正常工作時間我們需要給其提供高電平信號，使其處于高電平無中斷狀態(tài)，以保證整體電路的正常工作。3.2.8熱釋電紅外傳感電路的設計熱釋電紅外傳感電路設計如圖9所示。VCCRSY2 Y1R1 R2 C2 C

15、1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccOUT圖9 熱釋電紅外傳感電路熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路。主要是由一種高熱電系數制成的探測元件，在每個探測器內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，以抑制由于自身溫度升高而產生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱的電壓信號，經裝在探頭內的場效應管放大后向外輸出。人體

16、輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設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7-10um，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。一旦人侵入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經信號處理而輸出電壓信號。本設計所用的熱釋傳感器就采用雙探測元的結構。在VCC電源端利用C2和R1來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當檢測到人體移動信號時

17、，電荷信號經過FET放大后，經過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再經過NPN型三極管的放大，外加反相器使輸入單片機的電信號為低電平。3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明本設計中需要用到如下器件： AT89S52、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路，以及單片機的手工復位電路等。其中綠燈為電源工作指示燈，代表電路處于正常狀態(tài)，紅燈是起報警指示作用，當RXD引腳處于低電平時紅燈開始報警，同樣，TXD引腳處于高電平時聲音報警電路開始工作。電路設有2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵, S2鍵作為電路的復位鍵。3.4 軟件的程序實現3.4.1主程序工作流程圖

18、系統(tǒng)主程序工作流程圖如圖10所示；系統(tǒng)初始化聲光報警結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檢測信號結束YNNYYN圖10 主程序工作流程圖開始時先對系統(tǒng)初始化，然后檢測是否有無信號輸入，如果沒有外界信號輸入繼續(xù)循環(huán)檢測，如果檢測到外部信號輸入則啟動聲光報警電路開始報警，報警啟動后經過十秒，聲光報警結束，繼續(xù)檢測，循環(huán)工作，保證電路的正常工作。3.4.2中斷服務程序工作流程圖中斷服務程序工作流程圖如圖11所示。中斷源發(fā)出中斷申請關中斷、保護現場INTO端有輸入信號關閉報警恢復現場、開中斷中斷返回 圖11 中斷服務程序工作流程圖本主程序實現的功能是：當單片機檢測

19、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)，從而經過單片機內部程序處理后，驅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。3.5軟件部分的實施3.5.1編寫程序利用Keil軟件編寫程序，使其達到預期要求，程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，

20、INT0允許中斷 SETB 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 P1.7,LA ;監(jiān)測輸入信號，是否有輸入信號 LA: ACALL DELAY ;延時消抖 JNB P1.7,ALARM ;再次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉入報警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SET

21、B P1.2 ;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 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到關閉報警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報警結束，正常運行綠指示燈亮 LJM

22、P LP ;循環(huán),繼續(xù)工作HERE:SJMP HEREPINT0: 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 END3.5.2軟件調試在KEIL軟件里面編寫程序后

23、進行編譯，編譯無誤后將其保存保存為.asm文件，然后轉換為hex文件。利用PROTEUS軟件將硬件電路繪制出來，將hex文件載入到單片機中，然后對該電路進行軟件仿真，測試電路中的中斷和復位功能，由于仿真軟件中不能實現熱釋電紅外傳感器的紅外信號接受，而單片機內需要輸入的是低電平信號，所以我們將該部分電路改為低電平信號載入，仿真時間利用接地來代替。4. 結果與結論4.1軟件測試及紅外防盜報警器使用結果首先將hex文件載入單片機后，利用仿真軟件進行仿真，由于我們將低電平輸入信號改為接地來實現，在其中間加上按鈕來控制信號的輸入。仿真開始后，電源指示燈綠燈開始點亮，證明電源電路正常工作，當我們給單片機加

24、上一個低電平信號以后，綠燈立刻熄滅，報警信號燈紅色燈開始處于點亮狀態(tài)，十秒后紅色燈熄滅，綠燈開始恢復點亮狀態(tài)，證明光報警電路正常。然后我們開始驗證復位電路和中斷電路，首先給單片機輸入一個低電平信號，綠燈熄滅，紅燈點亮，蜂鳴器響起，此時按下中斷按鈕，紅燈熄滅，綠燈點亮，蜂鳴器停止，中斷電路正常；然后給其輸入低電平信號，綠燈熄滅，紅燈點亮，蜂鳴器響起，按下復位按鈕，綠燈點亮，紅燈熄滅，蜂鳴器停止報警，復位電路正常，軟件設計成功。軟件測試成功后，我們首先是進行硬件的布局和電路板的焊接，等到電路板焊接完畢，將程序經過相關器件燒入單片機內。然后外接變壓器變換過的9V交流電源，開始硬件的調試，通電后我們發(fā)

25、現綠燈點亮，電源電路正常，拔下熱釋電紅外傳感器的塑料外罩，使其光學濾鏡裝置對向人體，蜂鳴器響起，綠燈熄滅，紅燈點亮，十秒后報警電路自動停止，光電報警電路正常；此時按下中斷按鈕，紅燈熄滅，蜂鳴器停止，表示中斷電路正常；再次對向人體，其處于報警狀態(tài)，然后按下復位按鈕，紅燈熄滅，綠燈點亮，蜂鳴器停止報警，復位電路正常。熱釋電紅外報警器調試成功。4.2 結論本設計研究了一種基于單片機技術的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89S52單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑

26、制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出端為低電平，當有人在探測區(qū)范圍內移動時輸出端低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平經反相器輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經單片機內部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。5. 收獲與致謝在課程設計的整體安排課程中，剛開始感覺到還有一定的壓力，不過經過慢慢的學習和老師的指導下，開始慢慢的有一定的頭緒。根據老師的安排首先進行的是基礎知識的培訓，有老師集體指導課程設計過程中應該注意的問題和可能出現的難題，特別強調課程設計過程中注重自己的人身安全，還有就是發(fā)散自己的思維，創(chuàng)作出與眾不同的東西，充分體現日常學習的東西在現實生活中的應用