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1、河南工业职业技术学院毕业论文毕业设计报告书设计题目：单片机控制红外报警系统系部：电子工程系专业：应用电子技术班级：应用电子 0901学号：0503090107姓名：崔建磊指导老师：杨云2011 年 11 月 20 日河南工业职业技术学院毕业论文I摘要本系统是基于 AT89s52 单片机控制的红外线防盗报警器，主要由红外线发射部分、红外线接收部分、单片机以及声光报警部分组成。可通过发射电路发射的红外线被遮挡时控制报警系统报警，通过单片机控制报警电路的运行，并能同时进行声光报警，用红外线收发管进行检测，安装隐蔽，不易被发现；探测信号采用脉冲信号，节能且抗干扰。系统可以探测到一定范围内的人的闯入，可
2、以应用在安防范围比较确定的情况下。采用这种方法设计的防盗报警器具有成本廉价和探测效果好的优点，有着广阔的市场前景。关键词：单片机；红外线防盗报警器；声光报警ABSTRACTThe system is a infra-red anti-theft alarm controlled by single-chip AT89S52,includinginfra-red part of the launch,part of the infrared receiver,microcontroller,as well as part of soundand light alarm.The system wi
3、ll alarm when infrared ray has been blocked,through the single-chipmicrocomputer to control the operation of alarm circuit,and at the same time sound and light alarm,with infrared transceiver test tube,install hidden,can not easily be found;detection signal usingpulse signal,energy-saving and anti-j
4、amming.This system can detect a certain person within thescope of the intrusion,security can be applied to determine the scope of the case.Designed usingthis method of anti-theft alarm and detection in a cost-effectiveness of low-cost best advantages,hasbroad market prospects.KEY WORDS:Single chip m
5、icrocomputer；Infrared anti-theft alarm;Sound and light alarm河南工业职业技术学院毕业论文II目录1绪论.11.1课题研究的意义.11.2课题研究的日的.22整体设计.32.1方案要求：.32.1.1设计要求：.32.2电路结构分析.32.2.1方案比较.32.2.2系统总体框图.42.2.3原理简介：.43基于单片机的红外对管报警系统电路设计.53.1电源.53.2单片机最小系统.53.3声光报警系统.63.4红外发射电路.73.4.1发射电路.73.4.2脉冲形成电路.73.5红外接收电路.84主要元器件介绍.94.1红外发射二级管
6、与光敏三极管.94.1.1红外发射二极管.94.1.2光敏三极管.114.2NE555.124.2.1此器件主要特：.124.2.2NE555 工作原理：.134.3单片机 STC89C52RC.135整体仿真图.146结束语.15河南工业职业技术学院毕业论文11绪论绪论在一些电影、电视剧中我们常可以看到，有些博物馆等安全性要求比较高的场所，在安防电脑系统的屏幕上面，显示着一根根红线，如果有人进入不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。这就是红外线报警器。1.1 课题研究的意义课题研究的意义红外线报警器分主动式和被动式两种【1】。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍
7、物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于 0 K 的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线【2】。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时，就触发报警。主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成【3】。发射装置向装在几米甚至于几百米远的接收装置辐
8、射一束红外线，当被遮断时，接收装置即发出报警信号，因此，它也是阻挡式报警器，或称对射式探测器。通常，发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。振荡器产生脉冲信号，经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线，通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束，射向接收端。接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成【4】。光电管将接收到的红外光信号转变为电信号，经整形放人后推动执行机构启动报警设备。主动式红外报警器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线非常明确。主动式红外报警器是点型、线型探测装置，除了用作单机的点警戒
9、和线警戒外，为了在更大范围有效地防范，也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网，乃至组成立体警戒区。单光路由一个发射器和一个接收器组成。双光路山两对发射器和接收器组成【5】。两对收、发装置分别相对，是为了消除交叉误射；多光路构成警戒面；反射单光路构成警戒区。河南工业职业技术学院毕业论文21.2 课题研究的日的课题研究的日的近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物钻为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题
10、十分担忧。现在很多小区都安装了和能报警系统，因而大人提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器。还有红外监控无线报警器，超声波防盗报警器，红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器，触摸式延时防盗报警器，触摸式防盗报警器，红外报警器，红外线声先报警器等。防盗报警系统是在探测到防范现场有入侵者时能及时发出报警信号的专用电子系统，一般由探测器（报警器）、传输系统和报警控制器组成。探测器检测到意外情况就产生报警信号，通过传输
11、系统送入报警控制器发出声、光或其他报警信号【7】。探测器（报警器）的种类很多，按所探测的物理量的不同，可分为微波、红外、激光、超声波和振动等方式；按电信号传输方式不同，又可分为无线传输和有线传输两种方式【8】。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，这时红外线报警器的简易、灵敏度高为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂，一般人们难以接受，如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将为大多数需求者所利用，在人们的防盗和保证财产安全方而发挥更加有效的作用。本课题尝试用价格低廉、应用普遍的 AT
12、89S52 单片机控制的电路来设计一个主动式对射式的红外线防盗报警器，期望达到方便、实用的效果。河南工业职业技术学院毕业论文32整体设计整体设计2.1 方案要求：方案要求：设计一套红外发射和接收装置，当有人体或其他物体从中间通过时，发出报警的声音。2.1.1设计要求：设计要求：(1)红外发射和接收之间的距离可以控制在 0.1 米1 米；(2)要能对人体或其他物体遮挡后，能传送给单片机控制；(3)当单片机检测到有遮挡时发出报警的声音；(4)设计分析的总框图一张，硬件电路图一张以上；(5)程序调试环境介绍，源程序清单若干；2.2 电路结构分析电路结构分析根据设计要求红外计数器整个电路可大致分成四个
13、部分：红外线发射电路与红外线接收电路、报警电路、单片机控制电路。2.2.1方案比较方案比较1、方案一：被动式红外报警器采用了美国的传感元件热释电红外传感器.这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物.热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域.河南工业职业技术学院毕业论文42、方案二：主动式红外报警器该系统以单片机 STC89C52RC 系列为核心，采用红外对管装置，当在一定的时间内检测到光束被遮挡时，由 P2.3 口输出报警信号，驱动声光报警电路进行报警。它的制作简单、成本低、安
14、装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，本系统采用方案二。2.2.2系统总体框图系统总体框图如图 2.1.1 所示：STC89C52RC单片机控制电路红外发射电路红外接收电路声光报警电路图 2.1.1 系统总体框图2.2.3原理简介：原理简介：在该电路中，红外发射管与接收管相对安放，每当被有物体通过时，红外线接收管的输出电压发生一次变化产生一个电压信号并进行第一级放大。这个变化的电压信号再通过检波的信号处理后，送往单片机处理，经单片机控制报警系统是否报警。河南工业职业技术学院毕业论文5红外发射电路（以 NE555 为核心）和红外接收电路（由
15、 NE555 为核心）构成红外检波单元及形成触发电平。有红外光照射的时候，红外接收管输出为低电平；当无红外光照射的时候，红外接收头输出为高电平；采用脉冲控制发射红外线，经过检波，然后通过单片机处理，驱动报警电路。3基于单片机的红外对管报警系统电路设计基于单片机的红外对管报警系统电路设计3.1 电源电源采用 DC+5V 直流电源，也可 USB 供电。3.2 单片机最小系统单片机最小系统电路图如图 3.2图 3.2 单片机控制系统河南工业职业技术学院毕业论文6电路说明:1、该单片机内部有 4 个 8 位并行 I/O 端口（P0，P1，P2，P3），可以实现数据的并行输入输出。2、该单片机内部有时钟
16、电路，只需外接石英晶振及微调电容即可。3、单片机复位条件是：必须使 RST（第 9 引脚）加上持续两个周期以上的高电平。时钟频率为 12MHz，每个机器周期为 1us，则需要加上持续 2us 以上的高电平。R1 取值在 1K 到 10K。3.3 声光报警系统声光报警系统电路图如下图 3.3图 3.3 报警电路当 SPK 段加低电平时 Q5 饱和导通，speaker 发出声响，并且 LED-YELLOW 亮起。河南工业职业技术学院毕业论文73.4 红外发射电路红外发射电路电路图如下图 3.43.4.1发射电路发射电路该电路由红外发射管、三极管以及脉冲形成电路组成。在该电路中，红外发射管 D2 是
17、由+5V 直流电源通过 R2 的限流，这是因为在该电路中，发射光与接收管固定安置且距离在 0.1m到 1m。因此红外发射管脉冲驱动来提高发射功率和增大发射距离，又不需要通过改变频率来区分控制频道.这种电路结构既满足了电路工作地需要，又使电路结构变的简单。3.4.2脉冲形成电路脉冲形成电路该电路主要有 NE555 和一些外围元件组成，RV1 用于调节脉冲的频率和占空比，脉冲从引脚 3 输出经 R3 到 Q1，使 Q1 工作在截至/饱和状态。电路功能仿真效果如图 3.4.3河南工业职业技术学院毕业论文8图 3.4.3由上图可得脉冲 频率 F=1/27.0us=37KHz占空比 q=11us/27u
18、s=0.4073.5 红外接收电路红外接收电路电路图如下图 3.5工作原理：河南工业职业技术学院毕业论文9当光线变暗，红外发射电路有信号发出时，红外接收管接收到其发出的信号，红外接收二级管的阻值有 500 千欧以上减小到几十千欧，但是红外接收管未接受到信号时，红外二极管的阻值很大。红外接收三极管 Q2 将发射管发送来的红外光接收后转化为信号电压，并进行一级放大后输出由接收三极管的特性可知，当它受光照射时，集电极输出为低电平；当光被阻挡时，集电极输出立即变为高电平，阻挡物通过后输出又变为低电平。这就是说，当一个物体从光电三极管与红外发光管之间通过时，光电三极管的输出端会输出一个正向的脉冲电压，该
19、脉冲的宽度与物体通过的速度有关。4主要元器件介绍主要元器件介绍4.1 红外发射二级管与光敏三极管红外发射二级管与光敏三极管4.1.1红外发射二极管红外发射二极管红外发光二极管大多采用无色透明树脂封装或黑色、淡蓝色树脂封装三种形式，无色透明树脂封装的管子，可以透过树脂材料观察，若管芯下有一个浅盘，即是红外发光二极管，光电二极管和光电三极管无此浅盘；若是深色树脂封装的，可借助于万用表 R1k 档进行区别，红外发光二极管的反向电阻通常为数百千欧至无穷大，其正向电阻有 1540k之间（视不同型号和新旧程度而异）。红外发光二极管的极性不能搞错，通常较长的引脚为正极，另一脚为负极。如果从引脚长度上无法辨识
20、（比如已剪短引脚的），可以通过测量其正反向电阻确定之。测得正向电阻较小时，黑表笔所接的引脚即为正极。河南工业职业技术学院毕业论文10测量红外发光二极管在发射器电路上的工作电压和工作电流，可以简便地判定其工作善如何。测量管子两端的工作电压时，静态下（即没有按键按下时）通常为零，而动态下（即按下某一按键时）将跳变为一个较小的电压值，因遥控系统的编码方式、驱动电路的结构以及工作电源|稳压器电压的不同，该电压值通常在 0.070.4V 之间，而且表笔还应微微颤抖。当使用数字式万用表测量时，其测量值将普遍高于指针式万用表测得的数值，通常在 0.10.8V 之间。如果出现静态时表针颤抖而动态时不抖、静态下
21、和动态下都颤抖、静态下和动态下均不颤抖，以及动态电压与静态电压无明显差别等现象，可判定红外发光二极管工作异常，倘若驱动放大电路正常，则多为红外发光二极管损坏。本设计所用红外发光二极管 SE303，其外形和发光二极管 LED 相似，发出红外光（近红外线约 0.93m）。管压降约 1.4V，工作电流一般小于 20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光一电转换元件，如红外按收二极管，光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对的二极管。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式指发光管和接收管相对
22、安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。红外发光二极管发剁红外线去控制相应的受控装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增加红外线的控制距离，红外发光二极管通常工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比，只需尽量提高峰值脉冲，P，就能增加红外光的发射距离。提高，P 的常用方法是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度 L 在通常情况下，彩电红外遥控器红外发光管的工作脉冲 r 占空比约为 1/41/3，还有些电器红外遥控器的脉冲占空比是 1/10
23、。减小脉冲占空比还可明显增加小功率红外发光二极管的发射距离。河南工业职业技术学院毕业论文114.1.2光敏三极管光敏三极管光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。当具有光敏特性的 PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。光电三极管型号规格有 8mm,5mm,3mm
24、,2mm 等不同尺寸，封装有金属，环氧，陶瓷，外形有平头，凸头等，有二脚，三脚，由硅材料组成，光敏三极管峰值波长 880nm 能接收自然光及红外光，在一般检测电能及光电转换装置中作为接收元件，能完成各种需要的自动转换信号。光电三极管的正反向电阻均为无穷大（一律为遮光条件下所测值）。光电三极管符号如图 4.1.2：图 4.1.2 光电三极管电路符号河南工业职业技术学院毕业论文12在无光照射时，光敏三极管处于截止状态，无电信号输出。当信号照射其基极（受光窗口）时，光敏三极管将导通，从发射极或集电极输出放大后的电信号。本设计所用 3DU33 光敏三极管其反向击穿电压:15V；最高工作电压:10V；暗
25、电流:0.3uA；光电流 0.5-1mA；功耗:30mW；峰值波长：880nm。4.2 NE5554.2.1此器件主要特此器件主要特：NE555 其管脚排列见图 4.2.1。NE555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。只要外部配接少数几个阻容元件便可以组成单稳态触发器、无稳态振荡器、多谐振荡器等电路，本设计采用 NE555 组成的无稳态振荡器。图 4.2.1 NE555 封装及内部电路河南工业职业技术学院毕业论文134.2.2NE555 工作原理：工作原理：接通电源 vcc 后，vcc 经电阻 R1 和 R2 对电容 C 充放电，其电压 uc 由 0 按指数规律上
26、升。当 uc2/3vcc 时，NE555 定时内部电压比较器 C1 和 C2 的输出分别为 uc1=0，uc2=1，基本 RS触发器被置 0，Q=0，Q=1.输出 u0 跃到低电平 U0L。与此同时，放电管 V 导通，电容 C 经电阻 R2 和放电管 V 放电，电路进入暂稳态。随着电容 C 的放电，uc 随之下降。当Uc随之下降到Uc1/3Vcc时，则NE555定时器内部电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1；Uc2=0，基本 RS 触发器被置 1，Q=1，Q=0，输出 U0 由低电平 Uol 跃到高电平 Uoh。同时，因Q=0，放电管 V 截止，电源 Vcc 又经电阻 R1 和 R2 对电容
27、 C 充电。电路又返回到前一个暂缓态。因此，电容 C 上的电压 Uc 将在 2/3Vcc 和 1/3Vcc 之间来回充电和放电，从而使电路产生了震荡，输出矩形脉冲。其振荡频率即周期计算如下：周期 T=0.69(R1+2 R2)C1式 4.1R1，R2 代入 10K，C1 代入 0.1uf频率 f=1/0.69(10K+210K)0.1uf=483HZ式 4.2占空比 q=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3.式 4.34.2.3 应用电路如图 6图 64.3 单片机单片机 STC89C52RC采用 STC89C52RC 系列的单片机作为系列的单片机作为 CPU河南工业职业技术学院毕业论文1
28、4STC89C52RC 单片机是 8 位单片机，8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节内部 RAM，32个 I/O 口线，两个数据指针，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量中断结构，一个全双工串口通信口，片内振荡器及时钟电路。其指令是采用的被称为“CISC”的复杂指令集，工具有 111条指令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其内部总线是8 位的，其内部功能模块也基本上都是 8 位的；STC89C52RC 单片机本身的电源电压是 5 伏，STC89C52RC 有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。综合上述，由于 STC89C52RC 众多的优良性质，
29、高速度和多功能复位引脚的特性，这样可以减少扩展，提高性价比。因此，本设计最终才用 STC89C52RC 单片机作为主控 CPU。5整体仿真图整体仿真图河南工业职业技术学院毕业论文156结束语结束语实验结果证明，所设计红外报警电路较合理，且操作简单。但目前的问题是反应过于灵敏，距离有待提高，部分电路还需要调试。所应用的红外对管是一种在自动检测和自动控制中常用到的光电传感器，采用光耦合器处理信号使信号稳定。设计的电路测试距离 10cm30cm，若要增加系统功能，可直接对其扩充，单片机许多引脚尚未利用。比如可增加数码显示或液晶显示等。这样就可以做成红外计数器。河南工业职业技术学院毕业论文16致谢短短
30、的几个月时间不知不觉中已经过去，随着毕业设计的最终完成，大学生涯也即将结束。这段时间做的毕业设计是我在大学中上的最后一堂课，通过查阅资料和实际的电路调试，我对红外技术、计数器的应用和有了一定的了解，这在以后的学习和工作中都是受益匪浅的。毕业设计即将结束，回首这段时光，我要感谢许多给与我帮助和关心的人。首先要感谢我的老师，感谢他们对我的教导与关怀，虽然不一定会做到最好，但一定会努力完成。在完成这次毕业设计的过程中，用到了很多实验室已有的元器件和设备仪器，感谢他们对我的问题进行细致的解答。也感谢同学们在我遇到困难时的大力支持。在以后的学习和工作中，我会继续努力。最后再次向指导过我的老师和师兄弟们表
31、示衷心的感谢。河南工业职业技术学院毕业论文17参考文献1王庆有，光电传感器应用技术，北京：机械工业出版社，2007.102陈永甫，红外探测与控制电路，北京：人民邮电出版社，2004.63红外热释电鱼超声波遥控电路，北京：人民邮电出版社，2003.94彭军，光电器件基础与应用，北京：科学出版社，2009.65王静霞，单片机应用技术（C 语言版），北京：电子工业出版社，2010.96全国大学生电子设计竞赛.基本技能指导，北京：电子工业出版社 2010.67张文涛，Proteus 仿真软件应用，武汉：华中科技大学出版社，2010.28彭军，实用电子技术，北京：科学出版社，2006.3河南工业职业技术
32、学院毕业论文18附录 1proteus 电路原理图河南工业职业技术学院毕业论文19附录 2 源程序#include#defineuint unsigned int#define uchar unsigned charsbit speaker=P20;sbit LED=P21;sbit jieshou=P22;/延时函数void delay(uchar x)uchar i;while(x-);for(i=10;i0;i-);/报警子函数河南工业职业技术学院毕业论文20void baojing()while(1)LED=1;speaker=0;/主函数void main()LED=0;speaker=1;jieshou=0;while(1)河南工业职业技术学院毕业论文21if(jieshou=1)delay(20);baojing();LED=0;speaker=1;jieshou=0;