基于單片機的紅外報警系統(tǒng)設(shè)計

1、 電子系統(tǒng)設(shè)計課程考查報告題 目 基于單片機的紅外報警系統(tǒng)設(shè)計 授課教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 教學(xué)單位 物理系 完成時間 2012年6月30日目 錄摘 要1序 論12 系統(tǒng)方案設(shè)計22.1 總體設(shè)計思路23 系統(tǒng)硬件設(shè)計介紹33.1 AT89C51簡介33.2 熱釋電紅外傳感器簡單介紹44具體電路模塊設(shè)計54.1熱釋電紅外傳感器原理54.2放大電路的設(shè)計54.3時鐘電路的設(shè)計64.4復(fù)位電路的設(shè)計64.5發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計74.6聲音報警電路的設(shè)計84.7電源電路模塊84.8系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明95系統(tǒng)軟件設(shè)計95.1 主程序工作流程圖95.2 中斷服務(wù)程序

2、工作流程圖106 軟件仿真117 總結(jié)118 參考文獻(xiàn)13致 謝14附錄115DirectoryAbstract .11 Julian .12 Scheme design .22.1 General design thought .23 Introduction of the system hardware design .33.1 AT89C51 introduction .33.2 Pyroelectric infrared sensor is introduced simply .44 Specific circuit design .44.1 Pyroelectric infrared

3、 sensor principle .44.2 Amplifying circuit design .44.3 The clock circuit design .44.4 Reset circuit design. 44.5 Leds alarm circuit design. 44.6 Voice call the police circuit design. 44.7 Power circuit module. 44.8 The choice of system hardware circuit. 45 System software design. 45.1 The main prog

4、ram flow chart. 45.2 The interrupt service routine work flowchart. 46 Software simulation.47 Summary. .48 Reference.4Thanks.4Appendix .4基于單片機的紅外報警系統(tǒng)設(shè)計朱玉亭（德州學(xué)院物理系，山東德州253023）摘 要 基于社會安全保障的需要，電子報警這門綜合技術(shù)正在不斷的發(fā)展。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、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)，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計包

5、括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的,因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，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。關(guān)鍵詞：單片機；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路1 緒論隨著社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(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(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜

6、系統(tǒng)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設(shè)計中所使用的紅外線是不可見光，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(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)殡妷盒盘枺瑫r，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、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。紅外線報警器分主動式和被動式兩種。主動式紅外線報警器，是報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。如果探頭監(jiān)測到，紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅

7、線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當(dāng)有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。被動式報警器少了一項功能，就是發(fā)射紅外線。物理學(xué)上告訴我們，當(dāng)物體的溫度高于0K的時候，就會發(fā)出紅外線，換句話說任何物體都能發(fā)出紅外線。而其后的原理，被動式報警器和主動式是一樣的。 紅外線報警器對溫度敏感,溫度越高的物體輻射出的紅外線越強,當(dāng)感應(yīng)到環(huán)境中存在高出背景強度的輻射時,就觸發(fā)反警。2 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 總體設(shè)計思路本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外線傳感器，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、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)

8、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)一管理和用戶操作。開始為了探測移動人體，通常使用雙元件型熱釋電紅外線傳感器，在這種傳感器內(nèi)部，兩個靈敏元件反相連接，當(dāng)人體靜止時兩元件極化程度相同，互相抵消。但人體移動時，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達(dá)到了探測移動人體的目的。進(jìn)程框圖如圖2.1所示。確定設(shè)計方案軟硬件設(shè)計聯(lián)機仿真調(diào)試故障排除結(jié)束圖 2.1本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)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

9、、功能設(shè)定、本地報警等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)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(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。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)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(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2.2總體設(shè)計框圖所示： AT89C51復(fù)位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動圖 2.1 總體設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機AT8

10、9C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)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、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。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(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計介紹3.1 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programm

11、able and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS.51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖4.1所示。3.2 熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅

12、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3.1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖3.1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖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，在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個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，

13、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)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個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。4具體電路模塊設(shè)計4.1熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)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

14、及設(shè)計電路如圖3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。如圖4.1所示。圖4.1 熱釋電紅外傳感器原理圖4.2放大電路的設(shè)計如圖6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。如圖4.2所示。圖4.2 放大電路圖4.3時鐘電路的設(shè)計XTAL1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(yīng)不接。因為一個

15、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1us5。如圖4.3所示。圖4.3 時鐘電路圖4.4復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)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(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us7。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖4.4所示圖4.4 復(fù)位電路圖4.5發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD

16、的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用8。如圖4.5所示圖4.5 發(fā)光二極管報警電路圖4.6聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖示為聲音報警電路。如圖4.6所示圖4.6 聲音報警電路圖4.7電源電路模塊本設(shè)計中用到1種電源，為+5V。如圖所示，220V交流電經(jīng)變壓器降壓、橋式整流、電容濾波后由7805三端集成穩(wěn)壓管分別得到.+5V電壓，為整個系統(tǒng)供電。如圖4.7所示。圖4.7電源電路圖4.8系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計見附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下

17、器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(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是起報警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時，D3D6亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵, S2鍵作為電路復(fù)位鍵。5系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 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5.1所示；系統(tǒng)初始化聲光報警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報

18、警結(jié)束YNNYYN圖5.1 主程序工作流程圖5.2 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)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖10所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護現(xiàn)場INTO端有輸入信號關(guān)閉報警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖5.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖6

19、軟件仿真本設(shè)計通過利用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1圖所示。（由于在proteus軟件中沒有專門用作紅外線發(fā)射與接收的器件，所以在仿真電路圖中以開關(guān)代替紅外器件，其原理和效果是一致的）。本設(shè)計所要求達(dá)到的目標(biāo)：（1）在接收到開關(guān)S1帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由亮變暗，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈亮一直亮產(chǎn)生報警信號。并且報警喇叭一直響，持續(xù)10秒后紅燈滅，喇叭停止報警，電源指示燈綠燈亮。（2）在報警過程中，外部中斷開關(guān)S2可使警報解除。7 總結(jié)本設(shè)計研究了一種基于單片機技術(shù)的無線智能防盜報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機為工作處理器核

20、心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖捷斎雴纹瑱C，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機內(nèi)部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識的增強以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。在利用proteus軟件仿真過程中

21、，出現(xiàn)了很多的問題，初次接觸這個軟件，一點都不熟悉，很多知識都是用的時候在網(wǎng)上找的，或者查資料得出的。對于器件庫中的元件的性能不熟悉，不如說是最常用的電容器就有好多種，并不了解我們需要的是哪一個，而且電容的種類那么多，很難一次性選擇正確。再者就是本圖中所用的三極管放大器，由于是從單片機的輸出端來導(dǎo)通三極管，所以也要選擇功率很小的器件，這樣單片機才能驅(qū)動。這一點也是慢慢領(lǐng)悟出來的。仿真圖畫好之后，雖然整體看起來線條連接都很可靠，但是有的地方還是“接觸不良”，所以還要認(rèn)真排查，解決問題。電路圖畫好之后就是裝入程序進(jìn)行仿真。我們的程序也有一些問題，開始時中斷程序似乎不起作用，然后查了很多資料，找老師

22、幫忙，最終問題還是解決了。用Keil軟件編譯好程序后載入，滿足設(shè)計的要求，我們小組充分感受到團隊合作重要性和自主克服困難的喜悅。通過本次的單片機課程設(shè)計，我們不僅掌握了硬件電路設(shè)計的基本步驟和方法，還認(rèn)真的回顧了匯編語言編程方面的知識。將我們所學(xué)的知識應(yīng)用于生活實踐中。真正的做到了學(xué)以致用的效果。同時也鍛煉了我們小組每位成員的動手能力，加強了團隊合作的意識和能力。大家都是受益匪淺。Abstract: Based on the need of social security, electronic alarm this door comprehensive technology is impro

23、ving. This system uses a pyroelectric infrared sensors, its make simple, low cost, installation is more convenient, and properties of security is stable, strong anti interference ability, high sensitivity, safe and reliable. The devices installed concealment is not easy to be a thief found that, and

24、 facilitate unified management of many users. This design including of hardware and software design. Hardware part includes single chip microcomputer control circuit, infrared sensor circuit, drive the implementation of the alarming circuit, LED the control circuit components. The single chip microc

25、omputer AT89C51 of single chip processor 51 series, the whole system is in the system software work under control, so in security and alert security devices such as in a wide range of applications. In addition, in the electronic security, human body detection etc, pyroelectric infrared detector with

26、 its low prices, technology stable performance by the masses of users and professional's welcome.Keywords: SCM; Infrared sensors; Data collection; Alarm circuit8 參考文獻(xiàn)1 吳政江. 單片機控制紅外線防盜報警器J. 錦州師范學(xué)院學(xué)報, 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機原理及接口技術(shù)M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報警器 J. 電子設(shè)計應(yīng)用,