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1、71红外现场防盗报警器由红外探测电路及报警电路组成，是一种实用的自卫性威慑报警工具。在防范的区域装上报警器后，一旦有盗贼进入红外探测电路的防范区域，报警器立即周期性发出刺耳的警报声，起威慑及警示作用。基本要求1）工作电压：DC6V，即4节7号干电池；工作电流：静态0.072mA；报警电流：10mA；使用环境：相对温度-2038度；相对湿度85db。2）报警器装上4节7号干电池，将它挂在离地面约2米处（室内），使透镜对准监视场所，打开开关，延时一分钟后，立即进入工作状态。这时如有人进入，红色指示灯亮，并周期性发出刺耳的警报声10秒，间歇6秒。发挥部分可使用手动遥控器打开、关闭报警装置。根据设计要
2、求，和我四年来所学习的专业知识，我决定选用单片机作为主控制芯片，采用红外技术的热释电红外传感器作为主探测器组成的家用红外现场报警器。2通过这段时间的学习，我设计了两个方案来完成我的设计，其中方案一：采用红外探测、报警、无线传输信号模块组成，通过这些模块的设计可以通过红外探测传感器来探测是否有盗贼进入检测区，报警模块可以实现当有盗贼进入检测区后进行报警，无线传输信号模块可以方便的将探测器放置在要探测的位置，无须线路的安装，无线模块可以将信号传至单片机，实现报警功能。方案二：采用红外探测、报警、遥控模块组成，该方案中的红外探测模块和报警模块的设计方案实现功能与方案一中相同，方案二将无线传输信号模块
3、换成遥控模块，不采用单片机与红外探测器分离的方案，可以将探测器与单片机以及报警模块集成在一个板子上，通过红外遥控器来控制该系统的开启与关闭，依然可以方便的将装置放置在要探测的位置，实现无线控制。通过两种方案的对比，由于方案一中的无线模块的电路复杂，需要器件较多，而方案二在使用器件较少，同样可以实现将探测器挂在探测区的上方，无需线路连接即可实现红外遥控控制设备的开启与关闭。简化了设计，又提高了装置的性价比，所以本设计我采用方案二的思路。3经过分析，选用单片机作为主控制芯片，采用红外技术的热释电红外传感器作为主探测器组成的家用红外现场报警器。我将系统分成三个模块，分别为红外探测模块、报警模块、遥控
4、模块。主控制芯片采用STC89C52单片机，该单片机性价比较高、功能齐全、使用方便，可以完成系统设计所需的所有功能。红外探测模块的核心器件我采用HC-SR501人体感应模块，该模块灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。该人体感应器可以实时检测探测区，当无人进入探测区时，红外探测模块的输出端输出低电平给单片机，当有盗贼进入探测区后，探测器输出高电平给单片机，经单片机处理后启动报警模块。报警模块我采用两个蜂鸣器组成，蜂鸣器可以实现报警的功能且成本低。当单片机接收到红外探测模块输出的高电平时，会立刻从输出端输出低电平，该信号电平经901
5、2三极管放大后送入蜂鸣器，从而启动蜂鸣器，报警模块开始报警。报警器的间歇报警时间可由单片机控制，也可以由人工手动解除报警信号。4遥控模块我采用红外遥控器和VS1838B探头组成，红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段，由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。VS1838B探头是集接收和放大一体化的接收管，该接收管体积小，内置专用IC，抗干扰能力强，能抵挡环境干扰光线，可实现宽角度及长距离接收，最远可接收距离达20m。该装置的管脚也十分简单，只有地、5 V 电源、解调
6、信号输出端三个引脚，可以实现低电压工作。当用户按下遥控器上的按键时，红外遥控器会发出相关的信息码字，接收机接收到遥控器发出的信息码字后，利用单片机内部的中断和定时功能，完成红外解码过程，根据解码后的信息可以确认出是遥控器上哪个按键按下，随后在单片机的控制下装置执行按键功能，开启或者关闭该家用红外现场报警装置。 框图。5总体方案定下来后，今天开始设计红外探测模块。家用红外现场防盗报警装置的核心功能是通过红外探测模块完成的，在该模块中，探测器是核心功能器件，所以探测器的选择尤为重要，目前市面上主要的探测器有：压电传感器、光电传感器和热释电红外传感器。压电传感器是以电介质的压电效应为基础,在外力作用
7、下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的。光电传感器是一种将光信号转换成电信号的装置。红外传感器可分为主动型和被动型。主动式红外反射式传感器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，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。而被动式红外传感器是利用目标物体所发出的红外辐射信号实现被动探测的。热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。该传感器具有低噪声，高响应度，各种滤波器窗口供宽带或
8、者窄带应用等特点。根据上述关于各种红外传感器的工作原理的介绍，由于本设计主要是对人体进行探测且对隐蔽性有较高要求，综合考虑经济、实用等各方面因素，本设计采用热释电红外传感器。6HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。在HC-SR501人体感应模块中LHI778探头将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。（为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制
9、成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出1020米范围内人的行动。该装置的电气参数表如下表所示。）表3.1 HC-SR501电气参数表工作电压范围直流电压4.5-20V静态电流0.05mA电平输出高 3.3 V /低 0V延时时间5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒工作温度-15-+70 度感应角度100 度锥角先对湿度1095%，不结露HC-SR501人体感应模块电气参数如表3.1所示，由该表可以看出，该人体感应模块的工作电压范围为直流电压4.5-20V，可由四节七号干电池来直接对
10、其供电，工作电流小于0.072mA。工作环境的相对温度可以满足规定的-2038度，相对湿度也在规定范围小于80%。感应模块在每一次感应输出后，会有一定的延时时间，保持蜂鸣器持续发出报警声音，延时时间完成后(高电平变为低电平)。该模块的探测最远距离为7米，也满足设计要求中挂在离地面约2米处的要求。综上可知，该人体感应模块的电气参数均符合系统的设计要求。7今天我学习了 感应模块的功能特点，1.全自动感应：人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。光敏控制：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。温度补偿：可设置在夏天当环境温度升高至 3032，探测距离稍变短，温
11、度补偿可作一定的性能补偿。两种触发方式：（可跳线选择） 1）不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平。 2）可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。具有感应封锁时间(默认设置：2.5S 封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封
12、锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟)。 工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。微功耗：静态电流50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。81.今天开始设计探测模块的硬件连接图，按照设计中要求全天24小时工作，所以没有设置光敏控制，当夏天环境温度升高至 3032工作时可设置为温度补偿，来提高系统性能。本设计设定为可重复触发方式，来满足当人进入检测区内传感器输出高电平后，在延时时间段内又有人进入检测区依然报警的问题。物理学上告诉我们，当物体的温度
13、高于0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。所以只要有盗贼进入监测去， 人体感应模块就会监测到盗贼发出的红外线。HC-SR501人体感应模块可以由干电池供电，且根据电气参数表可知该模块的工作电压范围为直流电压4.5-20v，可由四节干电池直接向其供电，不需外加电源，电源供电方便。该 模块有三个引脚，其中1管脚接电源正极，3管脚接电源负极，2管脚为红外传感器的信号输出端，该输出端接单片机的P2.7管脚，通过该管脚将传感器输出的表示有无人进入检测区的信号送入单片机，单片机可以根据该信号指示的信息，做相应的处理。2 HC-SR501人体感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此时
14、间模块会间隔地输出0-3次，一分钟后进入待机状态。由于设计要求系统在开机后延时一分钟后进入工作状态，所以该装置的延时时间与感应模块的初始化时间相同，均可由装置的延时函数delay50ms来完成，无需外加延时程序。HC-SR501人体感应模块的经过一分钟左右的初始化时间后，进入工作状态，此时当有人进入探测区域后红外感应模块会输出高电平通过单片机的P2.7管脚进入单片机，单片机收到该信息后，开始报警，即报警指示灯亮，蜂鸣器响，若此时系统还处在等待状态时，单片机将强行关闭等待指示灯，先执行报警工作。如果在系统的工作状态中没有人进入检测区，则红外感应模块输出低电平，依然通过单片机的P2.7管脚将此信息
15、传入单片机中进行处理，当单片机收到此信息时，关闭报警指示灯，此时蜂鸣器不响。3.昨天完成了探测模块的设计，今天开始进行报警模块的学习，报警模块由两个蜂鸣器和两个三极管组成，4进行完两个功能模块的设计，开始主控制芯片的设计。目前市面上流行的两类单片机有宏晶公司生产的STC系列单片机和爱特梅尔公司生产的AT系列单片机，这两款单片机同种型号两种公司的单片机在接口上基本是一样的，接口功能一致，编程方法也一致。但这两款单片机内部硬件结构不一样，一般stc的同类型的单片机资源比at的多，执行速度也快。两芯片内部会由于公司设计有些许的差别，STC有特殊功能。关于编程烧写问题，stc使用串口对单片机进行烧写的
16、，只需使用232接口芯片便可以直接烧写，较为方便。而at是利用并口进行烧写的，需要不同的烧写转换电路。两种芯片均可实现该设计的功能，本设计根据个人习惯采用STC系列的STC89C52单片机作为该家用红外现场报警器的主芯片。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。5 STC89C52单片机有40个引脚，采用双列直插方式封装，每个引脚都有其各自的功能。单片机的p0-p3口上的32个引脚，都可以作双
17、向I/O口，其中p0口作为双向I/O口使用时，需要外加上拉电阻，为了使用方便，我采用p2.7作为输入端口，来接收红外探测模块的输出电平。当探测到。报警模块接p2.0和2.1单片机的P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内
18、容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6通过昨天的设计，探测和报警模块已经基本设计成熟，今天开始扩展模块遥控模块的设计。遥控模块需要实现的功能是通过遥控器控制该防盗装置的开启与关闭，在遥控模块中，红外解码部分是核心，目前红外解码通常有硬件解码和软件解码两种解码方案。硬件解码方案是使用专用遥控器作为控制信号发出装置，接收电路主要由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、（峰值检波器、积分滤波器）和脉冲整形电路等组成。通过专门的解码芯片进行解码，（解码后将信号送到单片机，再做进一步的查表确认处理）。该方案主要是依靠专用的解码芯片来完成解码过程。软件解码方案是采用普通的家用电器
19、遥控器作为控制信号发射装置，当按下遥控器的设置键后，红外接收装置接收到遥控器发出的红外线控制信号，传到单片机，单片机通过检测码字间的时间来完成解码过程。通过两种方案的对比，方案一电路比较复杂，且硬件解码需要使用与遥控器相配套的专用的解码器芯片，价格较贵，可自行开发解码电路但电路太复杂，性能欠佳。方案二不考虑遥控器的芯片是什么型号的，接收探头接收到遥控器发来的信息码，便可利用单片机来对它进行处理，从而得到所要的信息。软件解码具有灵活、可靠性高、成本低且硬件精简，仅需要红外接收头和一片单片机两个器件便可完成红外遥控的解码过程。综上上述讨论，本设计采用方案二来实现红外解码过程。7红外线遥控是目前使用
20、最广泛的一种通信和遥控手段。随着家用电器、视听产品的普及，自动化办公设备的广泛应用和网络化的不断发展，越来越多的产品具有了待机功能。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图5.1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。91在
21、红外遥控器中，最关键的步骤就是红外解码过程。接收探头接收到遥控器发来的信息码，然后把这个信号转换成电信号，传到单片机中，单片机记录接收到的红外信号的时间信号，单片机再对这个信号进行解码，解码后，可以判断码字代表的功能信息，执行信息后，从而达到控制电源通断的目的。该方案的解码过程，可以通过单片机检测码字间的时间来判断是二进制码型，从而完成解码过程。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.
22、25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图5.2所示（手机）。2通过对昨天红外遥控解码的大致了解，今天继续学习了红外解码的过程。红外遥控器每发出一帧数据中含有32位码，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。用一个芯片的用户识别码是固定不变的，所以在本设计中不用考虑。为十六进制01H；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。UPD6121G最多额128种不同组合的编码。引导码由9ms的载波和4.5ms的载波关断波形所构成，以作为用户码、数据码以及他们的反码的先导。（其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。）（后16位为8
23、位数据码（功能码）及其反码。）用于识别不同的按键信息。上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。如图5.3所示。（手机）3 在本设计中我使用的遥控器为通用红外遥控发射集成电路，其核心芯片为WD6122 型芯片。该遥控器价钱低廉，采用CMOS 工艺制造,最多可外接64个按键,并有三组双重按键，可以实现本家用红外现场报警器需要的基本功能。该家用防盗装置需要使用到遥控器的两个按键，“开”和“关”键。“开”键的功能是在装置待机状态时按此键，开启装备。“关”键的功能是在装置正常工作时，按此键关
24、闭装置，恢复待机状态。从该装置的说明书中可以查到，“开”键的单片机可识别十六进制代码为0x09，“关”键的单片机可识别十六进制代码为0x45。当用户按下红外遥控器上的按键时，红外接收装置接收到遥控器发出的红外线控制信号，然后把这个信号转换成电信号，传到单片机中，单片机记录接收到的红外信号的时间信号，单片机再对这个信号进行解码，解码后，可以判断码字代表的功能信息，执行信息后，从而达到控制电源通断的目的。（该解码过程，是通过单片机检测码字间的时间来判断是二进制码型，从而完成解码过程。）4学习完红外发射机的知识，开始进行红外探头相关的设计，我所选用的VS1838B型一体化红外线接收器是一种集红外线接
25、收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。小型设计，内置专用IC，宽角度及长距离接收，抗干扰能力强，能抵挡环境干扰光线，低电压工作等。其接收角度为，（35）接收距离为20m。红外一开始发送一段13.5ms的引导码，引导码由9ms的高电平和4.5ms的低电平组成，跟着引导码是系统码，系统反码，按键码，按键反码，如果按着键不放，则遥控器则发送一段重复码，重复码由9ms的高电平，2.25ms的低电平，跟着是一个短脉冲。红外接收器的三个管脚分别是地、5 V 电源、解调信号输出端
26、。调制信号的输出端接单片机的P3.2管脚，将接收到的信号通过该管脚传入单片机进行处理。5要确认用户按下的是遥控器上的那个按键，解码过程是非常关键的。红外接收器的解码原理与红外发射器的编码原理相似，但接收器的接收码元与发射器的发送码元是反向的，即发射器发出为高电平时接收器接收为低电平。易知，接收到的一帧数据中同样含有32位码，包含两次8位用户码，8位数据码和8位数据码的反码及最后位的同步位。由于引导码相同，我们需要解码的为后四个字节。由于不同的码字电平的宽度不同，解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同“0”为
27、0.56ms,“1”为1.68ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此解码时我们是通过单片机定时器选择合适的中断时间还判断码字的。6今天开始进行红外遥控模块的软件的设计。为了正确接收，要求有信号发来时，单片机应停止正在进行的工作开始定时，所以将接收器的输出端接到单片机的外部中断0端口P3.2上。当接收器接收到发来的信号时，单片机启动中断，开始定时。该设计中中
28、断采用下降沿触发方式。解码的原理是根据码字的周期来确定码字是“1”码还是“0”码，中断后马上启动定时器，我们定义一个字符型变量irtime为红外解码时两次脉冲间隔时间，故定时器溢出中断每中断一次需要。由图5.3所示的遥控信号编码波形图可知，当第一个下降沿到来时单片机开始计时，当第二个下降沿到来时停止计时，两个脉冲间计时宽度大约为时，说明检测到引导码，即需要的中断次数约为35.15625次（见式5.1），我们选取32个irtime作为引导码的标识。若第二个下降沿到来开启定时器到第三个下降沿到来中断停止计时，两个脉冲间宽度大约为2.25时说明接收到的码字为码“1”，即需要8.78个irtime（见
29、式5.2），当两个脉冲间宽度大约为1.125时说明接收到的码字为码“0”，即需要4.39个irtime （见式5.3）时说明接收到的码字为码“1”。所以可取两者中间值6，当irtime的值大于6时可判断此时接收到的码字为码“1”，反之，为码“0”。9/0.256=35.15625 2.25ms/0.256=8.78 1.125ms/0.256=4.37当有按键按下时红外接收器接收到遥控器发射机发来的信息码字，单片机开始执行外部中断0子函数void int0() interrupt 0可以看出检测到第一个下降沿时单片机进入中断子函数，定时器开始定时，由于startflag未赋值初始值为0，故执行
30、else后面的程序，startflag赋值为1，irtime清零。当第二个下降沿到来时进入if程序，当两个脉冲间隔时间irtime大于32时，说明接收到的为第一位的引导码，故用于识别接收码第几位的标识bitnum为0。随后开始依次将irtime的值记录进数组irdata中，并给出接收完成的标识irreceok=1。红外接收函数流程图（手机）8当接收完毕后，就要进行红外接收码字的处理，即进入处理函数irpos，处理函数用于判断接收到的码字的后32位为“1”码还是“0”码，当该位的irtime大于6时，为码“1”，否则，为码“0”。并将判断得到的32位码字按八位一小组，存放在数组ircodej中。
31、处理完成后给出处理完成标识irproseok=1，将接收完成的标识irreceok清零以备下次判断。红外码处理函数（手机）101用到的单片机的定时中断程序。2当处理完成后，进入按键检测函数，来检测接收到的码是那个按键信息，并执行该按键命令。由于处理后的码元是按每八位二进制码一小组存放在数组ircodej中的，又因单片机可以识别的为二进制代表，所以可以人为的理解成，该数组ircodej中存放的为十六进制数。当接收到的码字为0x09时，说明遥控器按下了装置开启命令，单片机收到此命令后关闭不工作指示灯，开启等待指示灯，延时10s后，装置进入开启状态，关闭等待指示灯，开启正常工作指示，启动报警工作标志位，开始工作，为红外传感器的检测工作做好准备。当有人进入检测区域时，红外传感器输出高电平，蜂鸣器报警，没有没人进入时，传感器输出低电平，蜂鸣器不报警。当接收到的码字为0x45时，说明遥控器按下了装置关闭命令，单片机收到此命令后关闭正常工作指示灯和等待指示灯，开启不工作指示灯，关闭报警工作标志位，报警指示灯不亮，装备进入待机状态，传感器不工作，蜂鸣器不报警。该按键检测函数流程图（手机）