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1、-编号:20130933206 本科生毕业设计 热释红外防盗报警电路的设计 Design of PyroelectricInfrared Anti-theft Alarm Circuit 学 生 姓 名 李娜 专 业 自动化 学 号 指 导 教 师 李居尚 分 院 电子工程分院 2013 年 6 月 -摘 要 随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的提高，人们对住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适、安逸的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了要求。相反地，经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，流动人口也开始迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了
2、增长趋势，人们也越来越渴望有一个安全的空间。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，即时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置，但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。本文着重阐述热释红外防盗报警器的设计过程，了解防盗报警器的实际情况，最后提出了一些现阶段防盗报警器应用发展可采用的策略和应用前景。关键词：防盗报警器 防盗报警系统 发展策略 应用前景 -
3、ABSTRACT With the rapid development of social economy and the improvement of peoples living standards,people demand for housing is becoming more and more high,in not only hope to have a comfortable,comfortable accommodation,but also put forward some requirements for security,intelligent,etc.On the c
4、ontrary,the rapid economic growth has brought considerable negative social effects of urban and rural,regional income gap widens,the floating population began to increase rapidly,theft,burglary and other criminal cases also revealed a trend of growth,people also more and more eager to have a safe sp
5、ace.People urgently need a kind of intelligent home security alarm system,can carry on the daily safety work reliable,real-time found all kinds of danger and inform the head of the household,so that the danger in the bud,so people can focus on their work,but also to ensure the peoples life and prope
6、rty from losses.So about the place such as homes,offices and warehouse security and automatic alarm system developed by scientific research units and manufacturers increasingly attention,now in the market there have been various kinds of alarm device,but more because of poor reliability,single funct
7、ion,or high cost and difficult to popularize.This article focuses on the design process of the pyroelectric infrared burglar alarm,to understand the actual situation of the burglar alarm,finally puts forward some current anti-theft alarm can adopt the strategy of development and application prospect
8、s Keywords:Anti-theft Alarm Security Alarm System Development Strategy ApplicationProspects -目 录 绪 论.1 第一章 本设计流程.2 第二章 热释红外防盗相关知识综述.4 2.1 基础知识介绍.4 2.1.1 热释红外传感器简单介绍.4 2.1.2 AT89C51 单片机的简单概述.4 2.1.3 AT89C51 单片机的管脚说明.6 2.1.4 AT89C51 单片机的主要特性.9 2.1.5 AT89C51 单片机的工作周期.9 2.2 热释红外防盗报警器的介绍.10 2.2.1 常见的几种红外
9、传感器的介绍.10 2.2.2 热释红外传感器的原理特性.12 2.3 热释红外防盗报警电路的设计.13 2.4 总体设计思路.15 2.5 系统方案设计.15 2.5.1 系统的相关设计.16 2.5.2 传感器技术.16 2.5.3 单片机技术.16 2.5.4 电源电路设计.17 第三章 主机电路设计.18 3.1 主机部分.18 3.2 调整电路的设计.19 3.3 时钟电路的设计.19 3.3.1 内部时钟电路的设计.20 3.3.2 外部时钟电路的设计.20 3.4 振动位移传感器的设计.21 3.5 蜂鸣器电路的设计.21 3.6 数码管显示电路的设计.21 3.7 复位电路的设
10、计.22 3.8 声音报警电路的设计.23 第四章 系统硬件电路的选择及说明.24 第五章 软件编程.26-5.1 软件程序的实现.26 5.2 主程序设计.27 5.3 C 语言程序编写.27 5.4 扫键程序设计.30 结 论.31 参考文献.32 致 谢.33 -绪 论 目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国外防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是2000 年以后，特别是 2004 年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、
11、日本和韩国，这三个国家产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不间断监控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。-第一章 本文设计流程 随着社会的不断进步和科学技术、经济
12、的不断发展，随着时间的推移，计算机革命的完成，信息高速公路的发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统【1】。下面介绍一下本文设计流程。1，了解传感器 2，方案设计 3，画出系统方框图 4，模块电路设计 5，系统硬件说明 6，软件编程 热释红外防盗报警器3D 图如图 1-1 所示 3D 效果图 图 1-13D 效果图 报警电路具有定时功能因此也选用实基芯片 555.考虑到在报警的中途中不能让信号重复触发，所以选用单稳态电路。另外还需为输出的报警信号设置放大电路以驱动报警电路。报
13、警电路的工作原理：当未检测到人体时，555 的输入端为高电平，输出端为低电平不变。当检测到人体时输出高电平，同时电容开始充电，在此过程中输入端再有高电平。输出状态保持不-变。当电容充满时输出状态翻转。报警结束。系统方框图如下图所示 图 1-2 系统方框图 -第二章 热释红外防盗相关知识综述 2.1 基础知识介绍 2.1.1 热释红外传感器简单介绍 热释电红外线传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以
14、放大，便可驱动各种控制电路【2】。如图 2-1 所示为热释电红外传感器的内部电路框图 图 2-1 热释电红外传感器内部电路框图 2.1.2 AT89C51 单片机的简单概述 AT89C51 单片机的结构 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM),器件采用 Atmel 公司的高密度、非异失性存取技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大【3】。AT89C
15、51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图 2-2 为 AT89C51 单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。-图 2-2 AT89C51 功能方块图 1.中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，具有运算和控制功能。AT89C51 的 CPU 是一个字长为 8 位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。2.数据存储器（内部 RAM）芯片中共有 256B
16、的 RAM 单元，但其中后 128 个单元（80H-0FFH）被专用寄存器占用，能作为寄存器提供用户使用的只是前 128 个单元（00-7FH），用于存放可读写的数据。因此常说的内部数据存储器是指前 128 个单元，简称内部 RAM。3.程序存储器（内部 ROM）芯片内部有 4 KB 的掩膜 ROM，可用于存放程序、原始数据和表格等，因此称为程序存储器，简称内部 ROM。4.定时器/计数器 出于控制应用的需要，芯片内部共有两个 16 位的定时器/计数器以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。5.并行 I/O 口 AT89C51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1
17、、P2、P3 口），可以实现数据的并行输入/输出。6.串行口 AT89C51 有 1 个全双工的可编程串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可以作为全双工异步通信收发器使用，也可以作为同步移位寄存器使用。7.中断控制系统 AT89C51 的中断系统功能较强，可以满足一般控制应用的需要。它共有 5 个中断-源：2 个外部中断源/INTO 和/INT1；3 个内部中断源，即 2 个定时/计数中断，1 个串行口中断。8.时钟电路 AT89C51 单片机芯片内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需要外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，系统允许的最高晶振频率为 12MH
18、z。9.内部总线 上述部件只有通过内部总线将其连接起来才能构成一个完整的单片机系统。总线在图中以带箭头的空心线表示。系统的地址信号、数据信号和控制信号分别通过系统的三大总线地址总线、数据总线和控制总线进行传送，总线结构减少了单片机的连线和引脚，提高了集成度和可靠性。AT89C51 较详细的内部结构如图 2-3 所示。2.1.3 AT89C51 单片机的管脚说明 AT89C51 是一种高效微控制器。采用 40 引脚双列直插封装（DIP）形式，如图 2-4所示。AT89C51 单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。GND：接地。P0 口：P0 口为一个 8 位漏级
19、开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口：P2 口
20、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。P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个
21、 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下-拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：图 2-3 AT89C51 内部结构框图 P3 口管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断 0）-P3.3/INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程
22、校验接收一些控制信号。图 2-4 AT89C51 引脚图 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE才起作用。另外
23、，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号端。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。/EA/VPP:当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：
24、来自反向振荡器的输出。-2.1.4 AT89C51 单片机的主要特性 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2.1.5 AT89C51 单片机的工作周期 单片机有了硬件和软件就可以在控制器发出的控制信号作用下有条不紊地工作，控制信号必须定时发出，为了定时计算机内部必须有一个准确的定时脉冲。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，
25、并组成下面几种工作周期，如图2-5 所示。这种定时脉冲是由晶体振荡器产生的，并组成下面几种工作周期。图 2-5 振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期 振荡周期：是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。即由单片机的晶体振荡器产生的时钟脉冲的周期。状态周期：每个状态周期为振荡周期的 2 倍,是振荡周期经二分频后得到的。在一个状态周期中有两个时钟脉冲，通常称它为 P1、P2。机器周期：一个机器周期包含 6 个状态周期 S1S6,也就是 12 个振荡周期。在一个机器周期内,CPU 可以完成一个独立的操作。-指令周期：它是指 CPU 完成一条操作所需的全部时间。2.2 热释红外防盗报警器的介绍 2
26、.2.1 常见的几种红外传感器的介绍（1）红外探测器 红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。（2）红外测温产品 HEITRONICS 拥有 40 多年非接触红外测温经验，50 多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求，提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的
27、红外测温产品市场，来自德国的 HEITRONICS 以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。HEITRONICS 系列产品已广泛应用于治金，玻璃，造纸，纺织，橡胶，木材，制陶，塑料，图层，沥青 建筑，电子，食品，石化，水泥等工业制造、科学研究和实验领域。HEITRONICS 红外测温仪部分产品。KT19 系列-50-3000智能型红外测试仪智能测温系统19 种光谱范围实时数字处理5ms 响应时间光学瞄准，带激光瞄准 LCD 显示可编程，RS232 串行接口。KT15D 系列-50-3000通用型红外测试仪通用测温专家 19 种光谱范围实时数字处
28、理响应时间 50ms可编程RS232 串行接口紧凑型结构。KTX 系列 0-2000集成型红外测温仪响应时间 50ms 全金属外壳抗电。磁干扰HD 版适合在 180恶劣环境下工作。LS12 系列-50-3000线性扫描式测试仪19 种光谱范围实时数字处理可编程RS232 穿行接口独立使用远端软件遥控。KT18S50-2500光谱式红外测温仪 响应时间 10ms 距离目标系数为 4001 光学瞄准硅探测器。（3）压电传感器 压电传感器（Piezoelectric sensor【4】）是一种典型的有源传感器，它是以某些-电介质的压电效应为基础，在外力作用下，电介质表面产生电荷，从而实现外力与电荷量
29、间的转换，达到非电量的点测目的。压电传感器的应用：可分为单向力，双向力和三向力传感器。压电传感器的物理基础是压电效应，压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出，即根据输出电压或电荷的大小和极性，就可确定作用的大小和方向。由此可见，压电传感器可以直接用于测力，或测与力相关的压力、位移、振动加速度等。（4）磁电传感器 磁电传感器可分为两大类，一类是基于铁芯线圈电磁感应式传感器，一类是基于半导体材料磁敏传感器。磁敏管的应用：不但具有很高的磁灵敏度，同时能识别磁场极性；而且体积小 功耗低，因而具有广泛的应用前景。（5）光电传感器 光电传感器（Photoelectric sensor【5】）是一种将
30、光信号转换成电信号的装置，它具有结构简单，性能可靠，精度高，反应快等优点，在现代测量和自动控制系统中，应用非常广泛，是一种很有发展前途的新型传感器。（6）人体热释电红外传感器介绍和应用 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。（7）无线红外传感器 无线红外传感器又名无线红外探测器 无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿，微电流省耗，无误报，无漏报，探测距离远，工作稳定，性能可靠，外形精巧，美观大方。机内设置电源外拨开关，外出设防
31、可以接通电源，达到更加省电的效果。它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警器用传感器和红外专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面（S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。工作原理：红外广角型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发 120 度，长 12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。幕帘型探头工作原理：红外幕帘型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散
32、发 120度，长 12 米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。-2.2.2 热释红外传感器的原理特性 热释红外传感器主要是由一种高热电系数制成的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以仰制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件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。人体辐射的红外线中心波长为 9-10um，而探测元件的波长灵敏度在 0.2-20um 范围内几乎稳定不变【6】。在传感器顶端开设
33、了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 7-10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。在该探测技术中，所谓“被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。图 2-1 是一个
34、双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时 D 端接电源正极，G 端接电源负极，S 端为信号输出。图 2-1 双探测元热释电红外传感器 本设计所用的热释传感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图 2-2 所示，在 VCC 电源端利用 C1 和 R2 来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过 FEL 放大后，经过 C2，R1 的稳压后使输 出变为高电位，再经过 NPN 的转化，输出 OUT 为低电平。-下图为热释电红外传感器原理图 图 2-2 热释电红外传感器原理图 2.3 热释红外防盗报警电路的设计（1）设计题目 热释红外防盗
35、报警电路的设计 对人体辐射出的中心波长 9-10cm 红外线进行检测判断。（2）设计目的 a、通过设计进一步掌握传感器的原理与应用，熟悉传感器的测量电路的设计方法。-达到根据设计要求，能借助参考书和网络查阅相关资料，独立完成设计任务。b、培养学生分析问题和解决实际问题的能力。（3）设计要求 a、可实现非法入侵报警，警戒范围 2-10cm，报警反应时间小于 1s；b、放大电路的设计；c、采用复合式防盗传感器，热释红外传感器和振动位移传感器并接使用，增加报警可靠性；d、蜂鸣器报警，并能显示出出事地点；e、采用双电源技术，主电源停电或被切断，被动电源自动工作。（4）设计概述 红外线作为一种不可见光，
36、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。其功能包括被动式热释型红外报警器，也即是本文将研究的产品。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，红外线声光报警器等。（5）设计原理 a、防盗报警系统的构成 防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光
37、报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统由探测器、传感器、控制器、报警器、显示器几部分构成，如图 2-3 所示。控制器实现对热释电红外探测器和振动位移传感器的循环扫描，并控制报警信号处理电路作出相应状态处理，如果有报警信号的话，延时 12 秒对该端口进行一次扫描确保真的有险情时立即发出报警信息，控制报警电路报警，同时通过数码显示单元具体的事发位置。图 2-3 防盗报警系统构成图-2.4 总体设计思路 本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制
38、、报警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED 控 制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图
39、如图 2-4 总体设计框图所示：图 2-4 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 AT89S51 整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路送出 TTL 电平至 AT89S51 单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟 10s 一段时间后自动解除，当警情消除后复位电路使系统复位。2.5 系统方案设计 系统组成框图如图 2-5 所示，根据系统拟达到的总体功能，将其划分为以下功能模块：电源电路、热释红外传感器电路、振动位移传感器模块、
40、AT89C51 模块、警铃电路、数码管显示电路等。-图 2-5 系统组成框图 探测器安装在用户家里需要防范的部位，例如门窗、厨房、卧室等，当系统开机时,一旦有人入侵，与之相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认，确认无误后，进行事件的现场声（蜂鸣器）报警，同时显示出出事位置。2.5.1 系统的相关设计 本系统主要有电源电路、热释电红外传感器电路、振动位移传感器模块、AT89C51控制电路、警铃电路、数码管显示电路部分组成。下面我们将简要介绍传感器技术和单片机技术。2.5.2 传感器技术 感应器技术是信息采集技术的第一步，感应器是将能够受到的
41、及按规定被测量的按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指感应器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分，转换元件是感应器中能将敏感元件感受的或响应的感应量转换成始于传输和（或）测量的电信号的部分。2.5.3 单片机技术 单片机特点：所谓单片机就是一块芯片上集成了 CPU、ROM、RAM、定时/计数器和多种 I/O 接口电路等而具有一定规模的微型计算机。AT89C51 的特点：AT89C51 是 ATMEL 公司采用 CMOS 工艺生产的低功耗、高性能 8-位单片机，与 MCS-51 单片机兼容，其功能特点为：4K 字节闪烁存储器（FLASH）
42、,可进行 1000 次写、擦除操作。静态操作，外接 OHZ-24MHZ 晶振。三层程序存储器琐。128 字节内部数据存储器（RAM）。32 跟可编程输/输出线。两个 6 位定时/计数器。六个中断源。一个可编程串口。支持低功耗模式和掉电模式。2.5.4 电源电路设计 本系统电源电路原理图如图2-6 所示，系统的电源采用 220V 交流供电，电网的220V 交流电经桥路整流，电容滤波，送入 7805 和 7809 的输入端，最后输出 5V 和 9V的直流电。图 2-6 电源原理图 -第三章 主机电路设计 3.1 主机部分 报警器的主机采用 AT89C51 单片机是将中央处理器（CPU）、随机存取存
43、储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时/计数器及输入输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在世界上已经有很多大公司能够生产单片机，随着超大规模集成电路的迅猛发展，单片机的功能也日渐强大，运算速度日益提高相继出现了 32 位和 64 位单片机，但根据实际系统的需要和产品的性价比，本文选用 ATMEL 公司的 8 位单片机 AT89C51，构成系统的主机。主机部分的电路原理图如图 3-1 所示，它由复位电路、震荡电路、蜂鸣器、共阴极 7 段数码管组成。引脚 P1.0 和 P1.4 分别接到传感器的输出端，用以检测异常情况，以便进行报警处理。下图中控制单元为 AT8
44、9C51 单片机。图 3-1 主机部分原理图-3.2 调整电路的设计 如图 3-2 所示为最基本的调整电路，图中 1 为输出，接单片机的 P0.7，P0.6 输入输出口。图 3-2 调整电路电路图 3.3 时钟电路的设计 XTAL1 和 XTAL2 分别是反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。因为一个机器周期含有 6 个状态周期，而每个状态周期为 2 个振荡周期，所以一个机器周期共有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12MHZ，一个振荡周期为 1/2us，故而一个机器周期为 1u
45、s，如图 3-3 所示为时钟电路。图 3-3 时钟电路图-3.3.1 内部时钟电路的设计 AT89C51 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图 3-4 所示，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间选择，电容值得大小可对频率起微调的作用【7】。下图为内部方式时钟电路。图 3-4 内部方式时钟电路 3.3.2
46、 外部时钟电路的设计 外部方式的时钟电路如图 3-5 所示，XTAL 接地，XTAL2 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 MHz 的方波信号。图 3-5 外部时钟电路-3.4 振动位移传感器的设计 C6 是延时控制电容，取值越大，延时就越长，反之则越短，一般取值 0.1Uf10uF,这里取值为 4.7uF。当人体在不断运动时，输出为高电平，并通过内部电路延时，当人体停止运动时，输出转为低电平。R1 是外接灵敏度设定电阻，取值在 51K100K 之间，阻值越大，灵敏度就越高。此电阻可以不接，这时传感器灵敏度最高。如图 3-6 所示。图 3-6 振动位移
47、传感器 3.5 蜂鸣器电路的设计 本系统的蜂鸣器报警电路如图 3-7 所示，蜂鸣器用一个三极管 0913 来驱动。单片机引脚 P2.0 接 0913 的基极输入端。当 P2.0 输出高电平 1 时，三极管导通，蜂鸣器两端获得约+5V 的电压而鸣叫；当 P2.0 输出低电平 0 时，三极管截止，蜂鸣器停止发声。图 3-7 蜂鸣器电路 3.6 数码管显示电路的设计 LED 数码显示器是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的点或线段发光，将这些二极管排成一定图形，控制不同组合的二极管导通，就可以显示出-不同的字形。单片机应用系统中常用的 LED 显示器为七段显示器，再加上有一个小数点，
48、因此也可以把它称为八段显示器。结构形式有共阴极和共阳极两种【8】。为了在 LED 显示器上显示某个字符，必须在它的 8 位段选线上加上相应的电平组合，即一个 8 位数据，这个数据就叫该字符的段选码。通常用的段选码的编码规则。本系统中数码管显示电路，共阳极数码管，ag、dp 分别接到单片机的 P1.0P0.6、P0.7 脚。由 2 个数码管接上电阻后连接上单片机的 P0，P2 输入输出口的引脚，外接 VCC，当单片机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，引起报警作用。注：当 P0 口输出 0F9H 时，数码管 DS1 显示数字 1，当 P2 口输出 025 H 时，数码管DS2 显示数字
49、 2。如图 3-8 所示为数码管报警电路。图 3-8 发光二极管报警电路图 3.7 复位电路的设计 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在 RESET 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作【9】。例如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us【10】。使用晶振频率为 24MHz 时，则复位信号持续时间不大于 2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。该复位电路链接单片机的 RESET 引脚，如图 3-9 所示。-图 3-9 复位电路图 3.8 声音报警电路的设计 如图 3-10 所示，用一个 Speaker 和三极
50、管、电阻接到单片机的 P2.0 引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，下图为声音报警电路。图 3-10 声音报警电路图 -第四章 系统硬件电路的选择及说明 硬件电路的设计从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：AT89C51、热释电红外传感器、LED、发光二极管、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和 12V 电源电路组成。被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通