單片機(jī)控制紅外報(bào)警系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）題目： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 系 別： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 1 果園防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要 ：人們生活水平不斷提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的需要而設(shè)計(jì)的果園防盜報(bào)警系統(tǒng)。目前市面上主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)。同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和 PC 機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路、LED 控制電路等部分組成。處理器采用 51系列單片機(jī) AT89S51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。軟件部分可以劃分為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等子函數(shù)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、紅外傳感器、 數(shù)據(jù)采集、 報(bào)警電路。2 Infrared burglar alarm design controls which basedon the monolithicintegrated circuitAbstract : The people living standard enhances unceasingly, to private property protection consciousness in unceasing enhancement, thus set the new request to the security measure. This design is to satisfy the prevention to rob the orchard security alarm system which, the burglary and so on accident needs to design. At present in the market condition equips mainly has the pressure totouch the hair style burglar alarm, the switch electron burglar alarmand the pressure shields light the hair style burglar alarmand so on each kind of alarm apparatus, but these kind of quite commonalarm apparatuses all have some shortcomings. This system used hashotly released the electricity infrared sensor, its manufacturesimple, cost low, installm the antijamming ability strong, thesensitivity high, safe was reliable. This kind of security installmenthiding, was not easily discovered by the bandits and thieves.Simultaneously its signal after monolithic integrated circuit systemprocessing the convenience and P the C machine correspondence, isadvantageous for the multiuser unification management.This design designs two parts including the hardware and software. Thehardware partially including the monolithic integrated circuit controlcircuit, infrared pokes head in the electric circuit, the actuationexecution alarm circuit, the LED control circuit and so on the partialcompositions. The processor uses 51 series monolithic integratedcircuits AT89S51, the overall system is works under the systemsoftware control. The system program may divide into following severalmodules: The data acquisition, the keyboard control, reports to thepolice with the demonstration small steelyard function.Key words: AT89S51 monolithic integrated circuit, infrared sensor,data acquisition, alarm circuit.3 目 錄1. 緒論.11.1 前言.11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求. 12. 熱釋電紅外傳感器概述.22.1 PIR 傳感器簡(jiǎn)單介紹 .22.2 PIR 的原理特性.22.3 PIR 結(jié)構(gòu)特性.33. AT89S51 單片機(jī)概述 .63.1 AT89S51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu) .63.1.1 管腳說(shuō)明 .83.1.2 主要特性.113.1.3 振蕩器特性.113.2 AT89S51 單片機(jī)的工作周期 .123.3 AT89S51 單片機(jī)的工作過(guò)程和工作方式 .133.4 AT89S51 的指令系統(tǒng) .164. 方案設(shè)計(jì).184.1 系統(tǒng)概述.184.2 總體設(shè)計(jì).194.3 系統(tǒng)硬件選擇.194.4 硬件電路實(shí)現(xiàn).204.5 軟件的程序?qū)崿F(xiàn).215. 結(jié)論概述.275.1 主要結(jié)論.275.2 結(jié)束語(yǔ).27致謝.28參考文獻(xiàn) .29基 于 單 片 機(jī) 控 制 的 紅 外 防 盜 報(bào) 警 器 的 設(shè) 計(jì)1. 緒 論1.1 前 言人們生活水平不斷提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的需要而設(shè)計(jì)的果園防盜報(bào)警系統(tǒng)。目前，葡萄已成為農(nóng)民增收的主要經(jīng)濟(jì)作物，但每年葡萄成熟季節(jié)，由于多種因素使得成熟的葡萄遭受損失或毀壞。為了防止葡萄受損或被盜，果農(nóng)通常在葡萄園周圍鋪上鐵絲網(wǎng)，一來(lái)可用于葡萄掛果，二來(lái)可以防盜。一旦有異常，鐵絲網(wǎng)牽動(dòng)葡萄樹(shù)就會(huì)發(fā)出聲音，提醒守園人，有外客造訪。這些鐵絲網(wǎng)還可以直接阻止一些動(dòng)物的侵襲。一般，夜晚最易失竊，這就需要守園人整夜守著葡萄園子，一旦聽(tīng)到風(fēng)吹草動(dòng)就得出去巡查。無(wú)疑給守園人造成了極大的困擾，休息時(shí)間沒(méi)有保障，長(zhǎng)期精神緊張。因此，配置一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的葡萄園專用防盜報(bào)警系統(tǒng)是非常必要的。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開(kāi)關(guān)電子防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)：（一）壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，很容易失報(bào)和誤報(bào)，其可靠性低。 （二）開(kāi)關(guān)式電子防盜報(bào)警器一般只有一個(gè)定點(diǎn)，有效范圍小，而且各種開(kāi)關(guān)也易壞，失報(bào)和誤報(bào)率就高，不可靠。 （三）遮光式觸發(fā)防盜報(bào)警器在受到太陽(yáng)光照射就會(huì)引起誤報(bào)，同時(shí)若遮住了光也會(huì)引起誤報(bào)，所以這種報(bào)警器的可靠性也不高。還有，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價(jià)格也比較昂貴，不利于廣泛利用。本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和PC機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （1）該設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等模塊子函數(shù)。（2）本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、智能報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED 控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)1 據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。（3）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。為了探測(cè)移動(dòng)人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內(nèi)部,兩個(gè)敏感元件反相連接,當(dāng)人體靜止時(shí)兩元件極化程度相同,互相抵消。但人體移動(dòng)時(shí),兩元件極化程度不同,凈輸出電壓不為0 ,從而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的目的。因此可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，使探測(cè)器工作。當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開(kāi)關(guān)，打開(kāi)門限閥門送出TTL 電平至 AT89S51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)聲。（4）紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：其一是能有效判斷是否有人員活動(dòng)；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。2.1 方案討論如何使用傳感器來(lái)簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)移動(dòng)人員檢測(cè)呢？在設(shè)計(jì)這樣的系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該記住兩個(gè)目標(biāo)：一是低功率，二是低成本。這兩者都是在設(shè)計(jì)移動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素。1選擇傳感器 傳感器是指能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。防盜報(bào)警系統(tǒng)的前端探測(cè)部分主要是各種類型的探測(cè)器，其中最主要的是入侵探測(cè)器。入侵探測(cè)器通常由傳感器、信號(hào)處理器和輸出接口組成，入侵探測(cè)器主要包括有主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、微波入侵探測(cè)器、微波和被動(dòng)紅外復(fù)合入侵探測(cè)器、超聲波入侵探測(cè)器、振動(dòng)入侵探測(cè)器、音響入侵探測(cè)器、磁開(kāi)關(guān)入侵探測(cè)器、超聲和被動(dòng)紅外復(fù)合入侵探測(cè)器等，其中最常用的是被動(dòng)紅外探測(cè)器。2 被動(dòng)紅外探測(cè)器的組成 ：被動(dòng)紅外探測(cè)器主要是探測(cè)接收外界的紅外輻射，探測(cè)器本身不發(fā)射任何能量，而只對(duì)人體發(fā)出的紅外線波段敏感。人體輻射的紅外光波長(zhǎng)是 350m，其中 814m 占 46%，峰值波長(zhǎng)在 9.5m，所以被動(dòng)紅外探測(cè)器主要是接收波長(zhǎng) 814m 的紅外輻射。 工作原理 被動(dòng)紅外探測(cè)器基本工作原理是：當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)有人體移動(dòng)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡聚焦到熱釋電紅外傳感器上，熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到紅外線信號(hào)，輸出熱電信號(hào)，輸出的熱電信號(hào)非常微弱，并且?jiàn)A雜著很多干擾信號(hào)，為此需要設(shè)計(jì)特殊的熱電信號(hào)處理電路，在放大熱電信號(hào)的同時(shí)，濾除掉造成干擾的雜波信號(hào)。由于要檢測(cè)是否有活動(dòng)的人員，所以通過(guò)研究各種類型的傳感器，比較各類傳感器的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和合理性，最終確定本設(shè)計(jì)選擇的傳感器是雙元件熱釋紅外傳感器。其基本原理為：當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)有人體移動(dòng)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡聚焦到熱釋電紅外傳感器上，熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到紅外線信號(hào)，輸出熱電信號(hào)，輸出的熱電信號(hào)非常微弱，并且?jiàn)A雜著很多干擾信號(hào)，為此需要設(shè)計(jì)特殊的熱電信號(hào)處理電路，在放大熱電信號(hào)的同時(shí)，濾除掉造成干擾的雜波信號(hào)。2. 熱釋電紅外傳感器2.1 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介熱釋電紅外線傳感器是80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件，它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開(kāi)關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)檢測(cè)等。熱釋電紅外線傳感器應(yīng)用電路如下：為了探測(cè)移動(dòng)人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內(nèi)部,兩個(gè)敏感元件反相連接,當(dāng)人體靜止時(shí)兩元件極化程度相同,互相抵消。但人體移動(dòng)時(shí),兩元件極化程度不同,凈輸出電壓不為0 ,從而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的目的。2.2 PIR 的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一3 般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 10-20 米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)” ，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)” ，這樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 9-10um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開(kāi)設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過(guò)光的波長(zhǎng)范圍為 7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而輸出電壓信號(hào)。在該探測(cè)技術(shù)中，所謂“被動(dòng)”是指探測(cè)器本身不發(fā)出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量變化來(lái)完成探測(cè)目的。被動(dòng)紅外報(bào)警器的特點(diǎn)是能夠響應(yīng)入侵者在所防范區(qū)域內(nèi)移動(dòng)時(shí)所引起的紅外輻射變化，并能使監(jiān)控報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，從而完成報(bào)警功能。 2.3 PIR 結(jié) 構(gòu) 特 性 及 安 裝4 圖是一個(gè)雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí) D 端接電源正極，G 端接電源負(fù)極，S 端為信號(hào) 輸出。 該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探 測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓 信號(hào)。制造