紅外線電子防盜網(wǎng)設(shè)計(jì)12000字論文

紅外線電子防盜網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)人體體溫敏感，有效檢測(cè)區(qū)間是小于120°錐角，7m之內(nèi)。在HC-SR501后設(shè)置有紅描繪設(shè)計(jì)模擬電路圖時(shí)是采用了Protues8應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)測(cè)試實(shí)體電路板前的模擬關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，keil,紅外防盜，報(bào)警器1緒論 3 31.2紅外傳感器 31.2.1紅外傳感器的含義 41.2.2紅外傳感器的分類 4 4 51.2.5紅外傳感器的性能參數(shù) 51.3研究意義 7 72系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 82.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 82.2方案設(shè)計(jì) 8 92.3.1單片機(jī)的選型 9 3硬件部分設(shè)計(jì) 3.1總電路圖 3.3ST89C52單片機(jī)系統(tǒng) 3.3.1晶振電路和復(fù)位電路 3.4紅外對(duì)射傳感器模塊 3.5紅外熱釋電傳感器模塊 3.5鍵盤電路 3.6報(bào)警電路 3.6.1聲音報(bào)警電路 3.6.2燈光報(bào)警電路 3.7電源供電模塊 3.8GSM模塊 4軟件部分設(shè)計(jì) 4.1主程序流程圖 5proteus仿真 21 5.2仿真電路圖 215.3仿真結(jié)果調(diào)試 5.3.1電路的檢查以及軟件的下載 215.3.2仿真測(cè)試結(jié)果 5.3.4仿真結(jié)果整理 255.3.4仿真中出現(xiàn)的問(wèn)題 256實(shí)物成果 6.1實(shí)物圖 266.2調(diào)試過(guò)程 6.2.1調(diào)試前的準(zhǔn)備 266.2.2進(jìn)行調(diào)試 266.3調(diào)試遇到的問(wèn)題 隨著科技水平快速提高，大眾生活有了明顯改善，對(duì)個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全越來(lái)越重視，因此對(duì)防盜設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越嚴(yán)格，期望獲得更全面、更高級(jí)防護(hù)，避免遭受不必要經(jīng)濟(jì)損失。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格背景下，傳統(tǒng)防盜設(shè)施譬如防盜門、電網(wǎng)門等等，逐漸暴露大量缺點(diǎn)，安全防護(hù)能力始終有限，難以解決當(dāng)今社會(huì)發(fā)展要求。有鑒于此，針對(duì)上述傳統(tǒng)防盜設(shè)施種種缺陷，亟需研發(fā)一款更理想防盜設(shè)施，體現(xiàn)易于安裝維護(hù)、隱蔽性強(qiáng)、可靠性好等特點(diǎn)，才能真正解決廣大用戶實(shí)時(shí)至今日，通過(guò)人們不懈研究與探索，使得防盜設(shè)施種類越來(lái)越豐富，譬如開關(guān)電子、壓力觸發(fā)式等等，但大部分均有著各種短板和弊端，實(shí)用效果差強(qiáng)人意，在社會(huì)關(guān)注度日益提高的今天，漸漸無(wú)法滿足人們實(shí)際需求，必須盡快提出更科學(xué)解決方案。防盜報(bào)警系統(tǒng)主要通過(guò)物理手段或者電子科技，自動(dòng)檢測(cè)并提示防控區(qū)域內(nèi)各種非法活動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，確保人身及財(cái)產(chǎn)安全獲得更大保障。[2]紅外防盜網(wǎng)則靈活運(yùn)用紅外線諸多特點(diǎn)，譬如不可見光、保密與隱蔽性好等特點(diǎn)[3,同時(shí)還具備穩(wěn)定性高[41、安裝方便、體積小5的特點(diǎn)。憑借這些良好特點(diǎn)，通過(guò)紅外線實(shí)施紅外監(jiān)控，不但具有非常好的隱蔽性，白天和黑夜都能使用，設(shè)計(jì)紅外線防盜網(wǎng)，本質(zhì)上就是要構(gòu)造出紅外線監(jiān)測(cè)控制警報(bào)系統(tǒng)，若產(chǎn)生了應(yīng)急狀況則就可動(dòng)態(tài)通知到有關(guān)人員，同時(shí)還可自行呼叫警報(bào)。國(guó)內(nèi)的報(bào)警器基本都是以超聲波、紅外發(fā)射/接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。從單一封閉式、被動(dòng)型安全防范模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報(bào)警處理方向發(fā)展。國(guó)外的紅外報(bào)警器大多數(shù)都是采用先進(jìn)技術(shù)，其功能也非常先進(jìn)。其中包括被動(dòng)式熱釋電型紅外報(bào)警器，紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器，超聲波防盜報(bào)警器，紅外線防盜報(bào)警器，高靈敏紅外報(bào)警器，觸摸式防盜報(bào)警器等等。目前國(guó)際上應(yīng)用最多的是主動(dòng)紅外對(duì)射總線制報(bào)警主機(jī)的方式，這種方式具有技術(shù)成熟、可靠性高、易擴(kuò)展、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)借助紅外線傳輸指令，具備高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，目前受到諸多領(lǐng)域高度重視，其在各行各業(yè)中被大規(guī)模的普及使用，如工控、軍事、家電等。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，人為防護(hù)模式常常面臨各種因素掣肘，容易引發(fā)安全漏洞與失誤問(wèn)題，同時(shí)占用大量人力資源，成本相對(duì)較高，不符合經(jīng)濟(jì)性原則。因此，配置該系統(tǒng)已成為一項(xiàng)重要安全保護(hù)措施，應(yīng)當(dāng)引起人們足夠重視。在配置該系統(tǒng)后，若是監(jiān)測(cè)到有侵入人員則就立即形成警報(bào)提醒，就如同在關(guān)鍵范圍結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，它可檢測(cè)人或生物發(fā)射紅外線再輸出電信號(hào)，經(jīng)分析處理即可得到所需結(jié)果。通過(guò)熱釋電材料自發(fā)極化強(qiáng)度隨外界溫變出現(xiàn)電荷移動(dòng)性質(zhì)，非接觸式測(cè)量人體輻射紅外能量，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，采取電壓或電流形式輸出，同時(shí)利用功放進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)控制電路目標(biāo)。目前它已被人們用在諸多領(lǐng)域中，發(fā)揮著極其重要作用，譬如防盜報(bào)警、自動(dòng)控制、遙測(cè)等方面，均能發(fā)現(xiàn)它工作原理是部分半導(dǎo)體材料接收入射光后，會(huì)形成光子效應(yīng)，材料電學(xué)性質(zhì)隨之改變。只需針對(duì)這種改變進(jìn)行檢測(cè)，能夠判斷紅外輻射強(qiáng)度，借此達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果。這類傳感器基本特征是靈敏度好、響應(yīng)快且頻率高。但應(yīng)用階段有著局限性，通常需要用于低溫條件下，檢測(cè)波段很窄。按照市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，它主要包含如下四種型式：1、外光電型光輻射到部分材料表面后，如果入射光光子能量很大，可以讓材料電子從表面逸出，此即為外光電(或光電子發(fā)射)效應(yīng)。其響應(yīng)非常快，通常僅用數(shù)毫微秒，因此檢測(cè)效率非常高，可滿足實(shí)時(shí)性要求。2、光電導(dǎo)型紅外輻射至部分半導(dǎo)體材料表面后，材料內(nèi)一部分電子與空穴會(huì)由原先不導(dǎo)電束縛態(tài)轉(zhuǎn)化成可導(dǎo)電自由態(tài)，大幅提高材料導(dǎo)電率，此即為光電導(dǎo)現(xiàn)象，借此可制作對(duì)應(yīng)傳感器。但在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，必須考慮相應(yīng)要求，也就是必須制冷與施加相應(yīng)偏壓，否則響應(yīng)率變小，噪聲嚴(yán)重，響應(yīng)波段變窄，造成器件遭到不同程度破壞，因此使用條件相對(duì)嚴(yán)格。3、光生伏特型紅外輻射到部分半導(dǎo)體材料PN結(jié)后，PN結(jié)中電場(chǎng)影響下自由電子會(huì)進(jìn)入N區(qū)，若PN結(jié)開路，那么其兩端會(huì)形成1個(gè)附加電勢(shì)，被人們叫做光生電動(dòng)勢(shì)，借此可制作對(duì)應(yīng)傳感器。4、光磁電型紅外輻射到部分半導(dǎo)體材料表面后，半導(dǎo)體材料中有些電子與空穴朝內(nèi)擴(kuò)散，此時(shí)如果被強(qiáng)磁場(chǎng)影響，會(huì)分別偏向一方，由此形成開路電壓，此即為光磁電效應(yīng)，借此可制作出特定傳感器。1.2.5紅外傳感器的性能參數(shù)1、電壓響應(yīng)對(duì)紅外線輻射實(shí)施調(diào)制處理后，其會(huì)傳輸?shù)絺鞲衅髦袀鞲衅髦械挠行Ы缑?，設(shè)備輸出電壓比上輻射功率，以Rv來(lái)表示，如下。圖1.1響應(yīng)波長(zhǎng)范圍結(jié)合上圖進(jìn)行說(shuō)明，曲線1、2分別是熱電、光子傳感器RV曲線(前者和(1)響應(yīng)波長(zhǎng)范圍反映出Rv和輻射波長(zhǎng)間關(guān)系，可采用(2)一般情況下，峰值波長(zhǎng)和最高響應(yīng)率互相匹配。若Us恰好等于器件自身噪聲電壓，那么此時(shí)紅外5、比探測(cè)率更高產(chǎn)品。其中，89C52是一款低電壓、性能強(qiáng)大CMOS8位MCU,內(nèi)置4KFPEROM。在1996年，德州儀器公司研發(fā)出了MSP430系列單片機(jī)，并在同年將其推廣到市場(chǎng)內(nèi)，占據(jù)了16位組合信號(hào)處理器的市場(chǎng)份額，擁有損耗少等優(yōu)心研究?jī)?nèi)置式單片機(jī)?，F(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的單片機(jī)系列有兩類，一是STM32系列單片機(jī)，二是51系列單片機(jī)。表2.151和STM32單片機(jī)性能比較內(nèi)核地址空間片內(nèi)ROM/RAMROM是2K-64K,ROM是20K-1MB,外設(shè)三個(gè)Timer和一個(gè)串口AD,DA,Timer,WWDG,IWCRC,DMA,IIC,SPI,USART等遵從表2.1的內(nèi)容進(jìn)行分析可明確，相較于51系列單片機(jī)，STM32系列單突出的易學(xué)性。這次設(shè)計(jì)是引用89C52型號(hào)的芯片，根本的理由是在《單片機(jī)模式，同時(shí)51MCU自身性能可充分滿足本設(shè)計(jì)各項(xiàng)需求，換言之，既能有效解主要的思路為首先紅外熱釋電傳感器觸發(fā)，然后觸發(fā)紅外對(duì)射傳感器再報(bào)警，這樣可以極大地降低誤報(bào)警觸發(fā)的幾率。報(bào)警的方式采用了多種報(bào)警方式同時(shí)觸發(fā)，包括LED指示燈、蜂鳴器、OLED顯示屏、短信通知等方式。在報(bào)警時(shí)為每個(gè)紅外對(duì)射傳感器標(biāo)有編號(hào)，這樣可以更直觀地得知觸發(fā)報(bào)警的是哪一個(gè)傳感器。圖3.2為應(yīng)用場(chǎng)景模擬圖，其中P1HC-SR501,P2-4是紅外對(duì)射傳感器(數(shù)量按實(shí)際需求來(lái)定)。圖3.2紅外對(duì)射傳感器不同的放置方案方案(1):紅外對(duì)射傳感器與紅外熱釋電傳感器在Y軸方向依次排列，適用于走廊、過(guò)道等狹長(zhǎng)的范圍，此時(shí)可以通過(guò)報(bào)警的紅外對(duì)射傳感器的編號(hào)來(lái)得知入侵者向前行進(jìn)的路程。方案(2):紅外對(duì)射傳感器與紅外熱釋電傳感器在同一平面中依次排列，即較為通常意義上的防盜網(wǎng)，適用于大門口或墻邊。方案(3):以方案(1)中的樣式為一組，紅外對(duì)射傳感器圍繞被保護(hù)物體展開，每一面上都有一組，根據(jù)不同的面修改報(bào)警的標(biāo)號(hào)。這樣可以輕松知道是物體的哪一面遭到入侵，適用于保護(hù)展覽中的貴重物品等。ST89C52屬于一款低功耗、性能強(qiáng)大MCU,當(dāng)下在MCU市場(chǎng)占據(jù)重要地位，依托功能、性能兩方面優(yōu)勢(shì)，受到廣大用戶認(rèn)可和青睞，而且完全符合本設(shè)圖3.8按鍵電路參考上圖來(lái)進(jìn)行論述，獨(dú)立鍵盤兩邊會(huì)與單片機(jī)的輸入輸出端口及地線進(jìn)行連接，按下按鍵后，輸入輸出端口的高電位會(huì)跳變至低電位，以此來(lái)判定按鍵有無(wú)閉合。蜂鳴器是極為普遍的發(fā)聲元件，在大眾生活中是非常常見的.按照接入到蜂需要，本次選擇前者來(lái)實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖3.9所示。圖3.9聲音報(bào)警電路開關(guān)是PNP三極管，并且是低電位的情況下工作，限流電阻是有10K的阻值，若是三極管基極采集到源自MCU的低電位信號(hào)時(shí)就能連通工作，蜂鳴器立即動(dòng)作，發(fā)出提示聲，相反正常截止，不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，沒(méi)有提示聲。3.6.2燈光報(bào)警電路相較于一般的二極管，LED燈同樣也有單向?qū)щ姷奶卣鳎贿^(guò)因?yàn)轵?qū)使發(fā)光二極管的工作電壓并不高，故在應(yīng)用時(shí)要接入限流電阻。LED燈便是LED主要應(yīng)用形式，相較傳統(tǒng)燈具而言，具備如下說(shuō)明的特性：1)保護(hù)環(huán)境；結(jié)合上圖進(jìn)行說(shuō)明，GSM模塊主要把GGSM射頻/基帶處理芯片、功放等集成到1塊線路板實(shí)現(xiàn)，擁有單獨(dú)OS、GSM射頻/基帶處理以及規(guī)范接口模塊。在實(shí)踐應(yīng)用方面，擁有基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信的各種功能，譬如傳輸SMS短信，語(yǔ)音交流，GPRS通信等，可滿足本設(shè)計(jì)要求。3.9OLED模塊事事事部事材料便發(fā)光。OLED顯示屏可視角大、功耗少，此外OLED還擁有自發(fā)光、無(wú)須背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、快速反應(yīng)、適用溫度區(qū)間大等良好特性。先考察1286屏均為L(zhǎng)CD,要求背光、功耗偏大，但OLED功耗偏小，更有利于滿足小系統(tǒng)需求。二者發(fā)光材料有所差異，各種場(chǎng)景下OLED表現(xiàn)更出色，因此更適合本次設(shè)計(jì)。VCC:電源正極；GND:電源地；SCL:IIC時(shí)鐘線；4軟件部分設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)匯編程序前，先要對(duì)本系統(tǒng)整體的框架進(jìn)行描繪編制，實(shí)際內(nèi)容參考否熱釋電檢測(cè)到人否是否紅外對(duì)射否是圖4.1主程序流程圖具體代碼見附錄5.1proteus軟件介紹5.2仿真電路圖圖5.1仿真電路圖5.3仿真結(jié)果調(diào)試精簡(jiǎn)易懂。結(jié)束接線電路圖操作后，要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行雙擊，使得其可自行載入軟件程序，具體內(nèi)容參考圖5.2,同時(shí)在ProgramFile位置選用前期已完成的程序編碼加以燒錄?！醪贿M(jìn)行仿真(S□不進(jìn)行PCB布版L)編輯固件(舊)□附加層次模塊(M)隱藏通用管腳G□使用文本方式編輯所有屬性(A)HideAll隱藏□No圖5.2軟件下載界面5.3.2仿真測(cè)試結(jié)果按下開始按鈕后彈出模擬短信接收界面的彈窗，同時(shí)OLED顯示屏中顯示“沒(méi)有人”字樣，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.3點(diǎn)擊開始后的仿真界面此時(shí)按下布防按鈕OLED顯示屏顯示“布防”提示，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.4按下布防按鈕后OLED的顯示情況當(dāng)紅外熱釋電感應(yīng)到有人經(jīng)過(guò)以后(用按鍵按下來(lái)模擬有人經(jīng)過(guò)時(shí)的狀態(tài)),OLED顯示屏中的“沒(méi)有人”字樣調(diào)整為“有人”,但是不觸發(fā)報(bào)警，僅表示有圖5.5紅外熱釋電感應(yīng)到人以后OLED的顯示情況響，OLED顯示屏顯示遭到入侵的紅外對(duì)射傳感器的標(biāo)識(shí)，同時(shí)遭到入侵”。圖5.6紅外對(duì)射也感應(yīng)到人時(shí)進(jìn)行報(bào)警同理，當(dāng)其他紅外對(duì)射遭到入侵時(shí)同樣進(jìn)行報(bào)警，指示燈亮，蜂鳴器響。圖5.7當(dāng)紅外對(duì)射均遭到入侵時(shí)的報(bào)警若按下布防鍵后紅外熱釋電未感應(yīng)到人但紅外對(duì)射傳感器遭到入侵則不報(bào)警，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.8只有紅外對(duì)射觸發(fā)時(shí)不報(bào)警若未進(jìn)行布防而兩種傳感器均遭到觸發(fā)時(shí)依舊不報(bào)警。若按下手動(dòng)報(bào)警按鈕則聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，指示燈亮，蜂鳴器響，OLED顯示屏提示入侵，但不會(huì)發(fā)送短信。圖5.9按下手動(dòng)報(bào)警按鈕后的狀態(tài)表5.1仿真測(cè)試結(jié)果匯總測(cè)試動(dòng)作實(shí)現(xiàn)結(jié)果初始狀態(tài)。OLED顯示“沒(méi)有人”,指示燈不亮，蜂鳴器不響。按下“布防”按鈕。OLED顯示“布防”字樣。OLED中“沒(méi)有人”變?yōu)椤坝腥恕?指示燈不亮，蜂鳴器不響。且紅外對(duì)射感應(yīng)到人。響，并發(fā)送短信“X號(hào)遭到入侵”。布防狀態(tài)下熱釋電未感應(yīng)到人但紅外對(duì)射感應(yīng)到人。OLED仍舊顯示“沒(méi)有人”,指示燈不亮，蜂鳴非布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人。OLED中“沒(méi)有人”變?yōu)椤坝腥恕?指示燈不亮，蜂鳴器不響。非布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人且紅外對(duì)射感應(yīng)到人。OLED無(wú)變化，指示燈不亮，蜂鳴器不響(布防任意狀態(tài)下按下手動(dòng)報(bào)警按鈕。到入侵，指示燈亮，蜂鳴器響，不發(fā)短信。沒(méi)有接線5V工作電源及地線，造成初期調(diào)節(jié)測(cè)試的過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生設(shè)想的現(xiàn)象，耗費(fèi)較長(zhǎng)的周期來(lái)檢測(cè)電路接線。在應(yīng)用電阻時(shí)也沒(méi)有科學(xué)的規(guī)劃，因?yàn)闆](méi)有合理選用電阻值引發(fā)LED燈的運(yùn)作產(chǎn)生異常。同時(shí)由于O