單片機(jī)的紅外防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)(共21頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)胡銳鋒電子信息工程專業(yè) 學(xué)號：摘 要：本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、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)它的信號經(jīng)過單片機(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)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)AT89C51，整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報(bào)警電路目 錄0 摘要···

2、;··················································

3、;··············11引言···································&

4、#183;································41.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ···············&

5、#183;·······································42 基礎(chǔ)知識介紹········

6、3;·················································

7、3;42.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹 ·············································42.2 PIR的原理

8、特性·················································

9、3;·······52.3 AT89C51單片機(jī)簡單概述·······································

10、83;·········52.3.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)·····································&

11、#183;···········52.3.2 AT89C51單片機(jī)管腳說明··································

12、3;············63 方案設(shè)計(jì)····································

13、83;···························83.1總體設(shè)計(jì)思路 ····················

14、3;·····································83.2具體電路模塊設(shè)計(jì) ··········

15、83;···········································93.2.1 熱釋電紅外傳感器原理 ···

16、83;············································93.2.2 放大電路的設(shè)計(jì) ···

17、··················································

18、·93.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) ··············································

19、83;·······93.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)········································&

20、#183;·············103.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)·································

21、;···········103.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)····································

22、··············113.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明·································

23、············113.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)····································

24、;···················123.4.1主程序工作流程圖····························&#

25、183;·······················123.4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖·······················&#

26、183;·······················134 軟件仿真·························

27、······································135總結(jié)···········&

28、#183;·················································&

29、#183;·····136參考文獻(xiàn)···········································

30、·····················14附錄一 設(shè)計(jì)編程程序···························

31、····························14附錄二 單片機(jī)控制的紅外防盜報(bào)警器原理圖··················&#

32、183;···············16附錄三 單片機(jī)控制的紅外防盜報(bào)警器PCB圖······························

33、83;·17附錄四 Proteus仿真原理圖·············································

34、83;·18 1 引言隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，因而對防盜措施提出了新的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計(jì)的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器、開關(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，但這幾種比較常見的報(bào)警器都存在一些缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)中所使用的紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時(shí)，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警

35、裝置，也可用于制動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 (1)該設(shè)計(jì)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、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)據(jù)傳送、功能設(shè)定、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。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路

36、、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51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)警電路使警號發(fā)聲1。(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到是否有人出入。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進(jìn)入；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。2 基礎(chǔ)知識介紹2.1 熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出

37、人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個(gè)電壓信號加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖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)制成的探測元件，在每個(gè)探測器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測元件，并將兩個(gè)探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，

38、這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長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人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，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)信號處理而輸出電壓信號。2.3 AT89C51單片機(jī)簡單概述2.3.1 AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89C51單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用At

39、mel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大3。AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2為AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個(gè)主要部分。振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB總線 擴(kuò)展控

40、制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 外中斷 控制 并行口 串行通信圖2 AT89C51 功能方塊圖2.3.2 AT89C51管腳說明ATMEL公司的AT89C51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。AT89C51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH

41、進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)

42、，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 INT0（外部中斷0）P3.3 INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記

43、時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。

44、此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/VP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，應(yīng)不接。3 方案設(shè)計(jì)3.1

45、總體設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)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)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、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)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、

46、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設(shè)計(jì)框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號檢測電路報(bào)警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)圖3 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號，當(dāng)警情消除

47、后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警4。3.2 具體電路模塊設(shè)計(jì)3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖4所示, 在VCC電源端利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動(dòng)信號時(shí)，電荷信號經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖4 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖5所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。圖5 放大電路圖3.2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)X

48、TAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us5。如圖6所示為時(shí)鐘電路。圖6 時(shí)鐘電路圖3.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位

49、信號持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us7。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖7示為復(fù)位電路。圖7 復(fù)位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用8。圖8所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。圖8 發(fā)光二極管報(bào)警電路圖3.2.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖9示為聲音報(bào)警電路。圖9 聲音報(bào)警電路圖3.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計(jì)見附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： AT89C5

50、1、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)，D3D6亮紅燈開始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開始工作。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示；系統(tǒng)初始化聲光報(bào)警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警是否還有檢測信號等待下次報(bào)警結(jié)束Y

51、NNYYN圖10 主程序工作流程圖3.4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖11所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場INTO端有輸入信號關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖11 中斷服務(wù)程序工作流程圖4 軟件仿真本設(shè)計(jì)通過利用Proteus仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄C。本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目標(biāo)是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報(bào)警結(jié)束后，綠燈亮起。5 總結(jié)本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的無線智能防盜報(bào)警器。該防盜報(bào)警器通過