專題講座資料（2021-2022年）傳感器課程設計紅外熱釋電報警電路

1、紅外熱釋防盜電報警電路傳感器課程設計熱釋電紅外防盜報警電路系 別：電子工程系姓 名：劉迅學 號：0501090220專業(yè)年級：電子信息工程技術(shù)0902指導教師：韓艷贊 設計任務書設計目的與要求1. 通過設計，進一步掌握傳感器的原理與應用，熟悉傳感器的測量電路的設計方法。達到根據(jù)設計要求，能借助參考書和網(wǎng)絡查閱相關(guān)資料，獨立完成設計任務。2. 培養(yǎng)學生分析問題和解決實際問題的能力。設計相關(guān)的技術(shù)文件3. 熟悉有關(guān)資料。4. 確定設計方案，繪制測量電路原理圖。5. 編寫設計說明書，5000字以上：6. 設計思想與方案論證；7. 系統(tǒng)工作原理說明；8. 電路計算；電路元器件計算與選擇；元器件明細表。

2、設計任務 運用已經(jīng)學過的知識和上網(wǎng)、圖書等資料設計一個熱釋電紅外防盜報警電路，以適應安防技術(shù)的發(fā)展，把學過的理論知識和具體實際相結(jié)合，以達到理論結(jié)合實際的目的。摘 要現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng), 因而大大提高了小區(qū)的安全程度 , 有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光, 有很強的隱蔽性和保密性, 因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。此外,在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。該報警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測電路，LED顯示組成，熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件。它是一種被動

3、式紅外報警探測器，只需要提供它工作電壓，它就可以把在感應到人體的紅外信號后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵鲆怨┬盘柼幚聿糠质褂?。目前，國?nèi)市場上的防盜報警器大部分是國外品牌，國內(nèi)防盜報警產(chǎn)品廠商發(fā)展時間比較短，真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國內(nèi)有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴大。熱釋電紅外傳感器是一種被動式調(diào)制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應工作，它是通過目標發(fā)出的紅外輻射來探測目標的。其相應速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應寬、工作頻率寬、靈敏度與波長無關(guān)，容易使用。這種探測器，靈敏度高，探測面廣，是一種可靠性很強的探測器。因此廣泛應用于各類入

4、侵報警器，自動開關(guān)、非接觸測溫、火焰報警器等。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，熱釋電紅外傳感器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。目 錄設計任務書II設計目的與要求II設計相關(guān)的技術(shù)文件II設計任務II摘 要III目 錄IV一 、課程設計的背景1二 設計12.1 技術(shù)要求12.2 主要任務1三 、基礎知識簡介23.1 熱釋電紅外傳感器簡單介紹23.2 AT89S51單片機簡單概述2四、 方案設計34.1 總體設計思路34.2 具體電路模塊設計54.2.1 熱釋電紅外傳感器原理54.2.2 調(diào)整電路的設計54.2.3 時鐘電路的設計64.2.4 復位電路的設計

5、74.2.5 數(shù)碼管顯示報警電路的設計84.2.6 聲音報警電路的設計94.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明94.4總原理圖9五、軟件編程105.1 軟件程序的實現(xiàn)10六、課程設計心得體會15七、 參考文獻1618 一 、課程設計的背景隨著時間的推移，計算機革命的完成，信息高速公路的發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。本次設計所用的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，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于制動控制、接

6、近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。此次設計也是對所學理論知識的檢驗，以適應時代發(fā)展的需要。二 、設計2.1 技術(shù)要求基于單片機控制的熱釋電紅外報警，將檢測到人體紅外信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)調(diào)理電路整形處理為TTL電平送入單片機，單片機對送入信號進行判別，是哪一路報警信號，發(fā)出音響報警并通過數(shù)碼管顯示報警位置。2.2 主要任務1.系統(tǒng)分析與設計：對系統(tǒng)進行調(diào)研，詳細分析系統(tǒng)，設計出基于單片機控制的熱釋電紅外報警系統(tǒng)方案；2實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：熱釋電傳感器調(diào)理電路；報警音響電路；報警顯示電路；軟件控制；3系統(tǒng)電路的設計與實現(xiàn)：器件選擇；地址分配和硬件連接；4系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn):單片機代碼的實現(xiàn)，計算機控制代碼的

7、實現(xiàn)；5系統(tǒng)調(diào)試；6系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；7寫課設報告。三 、基礎知識簡介3.1 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，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出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。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路。如圖1示圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖3.2 AT89S51單片機簡單概述AT89S51單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPR

8、OM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準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，功能強大。振蕩器和時序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR定時器/計數(shù)器 2 ×16 AT89S51CPU64 KB總線 擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷 圖2 AT89S51 功能方塊圖圖2為AT89S51片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器

9、/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。四、 方案設計4.1 總體設計思路本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、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、功能設定、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設

10、計、軟件設計等幾個階段。 AT89S51復位電路傳感器報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示調(diào)整電路驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動發(fā)光二極管從設計的要求來分析該設計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設計框圖所示：圖3 總體設計框圖處理器采用51系列單片機AT89S51整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路送出TTL 電平至AT89S51單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲1

11、0s一段時間后自動解除，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位。4.2 具體電路模塊設計4.2.1 熱釋電紅外傳感器原理本設計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計電路如圖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。當檢測到人體移動信號時，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4.2.2 調(diào)整電路的設計如圖5所示為最基本的調(diào)整電路，圖中1為輸出，接單片機的P0.7,P0.6輸入輸出口。圖5 調(diào)整電路電路圖4.2.3 時鐘電路的設計XTAL1

12、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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖6所示為時鐘電路。圖6 時鐘電路圖4.2.4 復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間

13、應不小于2us。該復位電路連接單片機的RESET引腳，如圖7示為復位電路。圖7 復位電路圖4.2.5 數(shù)碼管顯示報警電路的設計由2個數(shù)碼管接上電阻后連上單片的P0,P2輸入輸出口的引腳，外接VCC，當單片機的相應引腳被置低電平后，數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字，起到報警作用。注：當P0口輸出0F9H時，數(shù)碼管DS1顯示數(shù)字1，當P2口輸出025H時，數(shù)碼管DS2顯示數(shù)字2。圖8所示為數(shù)碼管報警電路。圖8 發(fā)光二極管報警電路圖4.2.6 聲音報警電路的設計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的P2.0引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，低電平觸發(fā)，如圖9示為聲音報警電路。圖9 聲音報警電路圖4.

14、3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設計從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、發(fā)光二極管、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。4.4總原理圖圖10紅外防盜報警電路總原理圖五、軟件編程5.1 軟件程序的實現(xiàn)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；圖10 主程序工作流程圖C語言程序編寫如下所示：#include<reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define led8 P1#define Shumaguan1 P0#defin

15、e shumaguan2 P2 sbit beep = P20; /蜂鳴器對應的是P2.0口sbit sensor = P07;/將P0.7口設置成傳感器入口 sbit sensor1= P06; uchar flag1;/定義全局變量，作為信號檢測標位uchar flag;void delay(uint t)while(t-);void Test_Voltage(void)if(sensor =0)delay(10000);/延時50毫秒信號確定if(sensor = 0)flag1 = 1;/檢測到信號elseflag1 = 0; else flag1=0; void action(voi

16、d)if(flag1 =1)Shumaguan1 = 0XF9;/數(shù)碼管顯示【1】beep = 0;/檢測到信號后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲led8 = 0X00;/8個LED燈閃爍delay(10000);beep = 1;led8 = 0XFF;delay(10000);elseShumaguan1 = 0XC0;/數(shù)碼管顯示【0】 void Test_Voltage1(void) if(sensor1 =0) delay(10000);/延時50毫秒信號確定if(sensor1 = 0)flag = 1;/檢測到信號elseflag= 0; else flag= 0; void action

17、1(void)if(flag =1)shumaguan2= 0X25;/數(shù)碼管顯示【2】beep =0;/檢測到信號后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲led8 = 0X00;/8個LED燈閃爍delay(10000);beep =1;led8 = 0XFF;delay(10000);elseshumaguan2 = 0X03;/數(shù)碼管顯示【0】 void main(void)while(1) Test_Voltage(); action(); Test_Voltage1(); action1();六、課程設計心得體會本系統(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，

18、抗干擾能力強、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)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC機通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。 回顧起此次課程設計，我仍感慨頗多，的確，從理論到實踐，在一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說不懂一些元器件的使用方法，對開發(fā)板不太了解，對單片機C語言掌握得不好，通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。