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1、 课程设计说明书 第 I 页 热释电检测报警电路设计 摘 要 基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术的正在不断的发展。与此同时，红外技术已成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防区内的侵入行为，产生报警信号，一旦发生突发事件，就会向人们发出报警提示，从而让人即使采取应对措施。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信
2、号经过单片机系统处理后方便和 PC 机通信，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED 控制电路等部分组成。处理器采用 51 系列单片机 AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的。因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。关键词：单片机,红外传感器,数据采集,报警电路 课程设计说明书 第 II 页 目 录 1 绪论.1 1.1 课题描述.1 2 设计任务与要求.1 3 总体设计思路.2 3
3、.1 热释电红外传感器简单介绍.3 3.2 PIR 的原理特性.3 4 具体电路模块设计.4 4.1 热释电红外传感器原理.4 4.2 放大电路的设计.4 4.3 时钟电路的设计.5 4.4 复位电路的设计.5 4.5 发光二极管报警电路的设计.6 4.6 声音报警电路的设计.6 5 主程序工作流程图.7 5.1 中断服务程序工作流程图.8 5.2 设计编程程序.9 6 软件仿真.11 总 结.12 致 谢.12 参考文献.13 附录 1 电路图设计与仿真.14 附录 2 PCB 版电路图（立体图与电路板）.15 课程设计说明书 第 1 页 1 绪论 1.1 课题描述 随着社会的不断进步和科学
4、技术、经济的不断发展，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。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光，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，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。红外线报警
5、器分主动式和被动式两种。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 0K 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。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,就触发反警1。2 设计任务与要
6、求 (1)该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、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。课程设计说明书 第 2 页(3)系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出
7、 TTL 电平至 AT89C51 单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声1。(4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号2。3 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、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
8、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如图 3.1 所示 图 3.1 总体设计框图 AT89 C51 复位电路 信号检测电路 报警执行电路 LED 发光显示 放大 驱动 驱动 课程设计说明书 第 3 页 处理器采用 51 系列单
9、片机 AT89C51。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、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89C51 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，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位，或者是在声光报警 10s 钟后有定时器实现自动消除报警3。3.1 热释电红外传感器简单介绍 热释电红外线(PIR)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
10、种能检测人体发射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放大，便可驱动各种控制电路。如图 3.2 所示为热释电红外传感器的内部电路框图4。图 3.2 热释电红外传感器的内部电路框图 3.2 PIR 的原理特性 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件，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，以抑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。课程设计说
11、明书 第 4 页 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。在传感器顶端开设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5。4 具体电路模块设计 4.1 热释电红外传感器原理 本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及
12、设计电路如图 4.1 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 FET 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。RSY2 Y1R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccVCC3v12vOUT 图 4.1 热释电红外传感器原理图 4.2 放大电路的设计 如图 4.2 所示为最基本的放大电路，Vi 是输入电压信号，Vo 是输出放大的电压信号。课程设计说明书 第 5 页 图 4.2 放大电路图 4.3 时钟电路的设计 XTAL1
13、 和 XTAL2 分别为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 1/12us，故而一个机器周期为 1us5。如图 4.3 所示为时钟电路。图 4.3 时钟电路图 4.4 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。例
14、如使用晶振频率为 12MHz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。本设计采用的是外部手动按键复位 课程设计说明书 第 6 页 电路。如图 4.4 示为复位电路6。图 4.4 复位电路图 4.5 发光二极管报警电路的设计 由 4 个发光二极管接上电阻后连上单片的 RXD 的引脚，外接 VCC，当单片机的RXD 引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图 4.5 所示为发光二极管报警电路。图 4.5 发光二极管报警电路图 4.6 声音报警电路的设计 如下图所示，用一个 Speaker 和三极管、电阻接到单片机的 TXD 引脚上，构成声音报警电路，如图 4.6 示为声音报警电路。课程设
15、计说明书 第 7 页 图 4.6 声音报警电路图 5 主程序工作流程图 系统主程序工作流程图如下图 5.1 所示；课程设计说明书 第 8 页 图 5.1 主程序工作流程图 5.1 中断服务程序工作流程图 本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续 10 秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到 10 秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，
16、如下图 5.2 所示；系统初始化 声光报警结束 检测外部有 无信号输入 声光报警是否持续 10 秒 开始 启动声光报警电路开始报警 是否还有检测信号等待下次结束 Y N N Y Y N 课程设计说明书 第 9 页 图 5.2 中断服务程序工作流程图 5.2 设计编程程序 1.主程序清单如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 000BH LJMP TINT ORG 0200H MAIN:MOV IE,#81H ;CPU开放中断，INT0允许中断 SETB IT0 ;外部中断为边沿触发方式 MOV SP,#30H ;指针入口地址 SETB P
17、3.0 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 P1.0,LA ;监测输入信号，是否有输入信号 LA:ACALL DELAY ;延时消抖 JNB P1.0,ALARM;再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJMP LP DELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 中断源发出中断申请 关中断、保护现场 INTO 端有输入信号关闭报警 恢复现场、开中断 中断返回 课程设计说明书 第10页 RET ALARM:
18、SETB P1.2 ;开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动 CPL P3.0;10S钟定时:MOV 51H,#14H ;10S循环次数 MOV TMOD,#01H ;定时器T0定时 方式1 MOV TL0,#0CEH ;置50ms定时初值 MOV TH0,#0FFH SETB ET0 SETB EA SETB TR0 ;启动T0 TINT:CPL P3.1 MOV TL0,#0CEH MOV TH0,#0FFH ;启动T0 L2:JBC TF0,L1 ;查询记数溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0,#0CEH MOV TH0,#0FFH SETB P3.0 ;10s到关闭报警
19、 CPL P3.0 CLR P1.2 ;报警结束，正常运行绿指示灯亮 LJMP LP ;循环,继续工作 2.外部中断INTO服务程序：PINT0:CLR EX0 ;外部中断0服务程序开始，屏蔽外部中断 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN;监测是否有中断输入 LN:LCALL DELAY ;延时消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回 LN1:SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使报警结束，绿指示灯亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;开放外部中断0 LCALL LP ;在中断继续检测是否有输入信号
20、LN2:RETI 课程设计说明书 第11页 6 软件仿真 本设计通过利用 Proteus 仿真，将所编写的程序用 Keil 软件编译，所仿真原理图见附录 1 图所示。由于在 proteus 软件中没有专门用作红外线发射与接收的器件，所以在仿真电路图中以开关代替红外器件，其原理和效果是一致的。本设计所要求达到的目标：（1）在正常工作情况下，电源指示灯绿灯亮。（2）在接收到开关 S1 带来的低电平信号，可使图中的绿灯由亮变暗，红灯产生报警，可观察到红灯亮一直亮产生报警信号。并且报警喇叭一直响，持续 10 秒后红灯灭，喇叭停止报警，电源指示灯绿灯亮。（3）在报警过程中，外部中断开关 S2 可使警报解
21、除。课程设计说明书 第12页 总 结 致 谢 课程设计说明书 第13页 参考文献 课程设计说明书 第14页 1 吴政江.单片机控制红外线防盗报警器J.锦州师范学院学报,2001.2 宋文绪.传感器与检测技术M.北京:高等教育出版社,2004.3 余锡存.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学出版社,2000.4 唐桃波,陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器 J.电子设计应用,2003,5 李全利.单片机原理及接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.6 薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用M.西安:西安交通大学出版社,2005.附录 1 电路图设计
22、与仿真 课程设计说明书 第15页 附录 2 PCB 版电路图（立体图与电路板）课程设计说明书 第16页 读书的好处 1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。达尔文 5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿 7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到、口到 9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。10、一日无书，百事荒废。陈寿 11、书是人类进步的阶梯。12、一日不读口生，一日不写手生。13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。高尔基 14、书到用时方恨少、事非经过不知难。陆游 15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈歌德 16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。笛卡儿 17、学习永远不晚。高尔基 18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。刘向 19、学而不思则惘，思而不学则殆。孔子 20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。培根