紅外防盜報警器的設計

1、 學校代碼：10904 機械工程測試技術課程設計紅外防盜報警器的設計姓 名：田德陽學 號：201215120143指導教師：盧紀麗院系：機電工程學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化完成日期：2014年12月3日摘 要本系統(tǒng)是基于單片機AT89C51設計的家用無線防盜報警器。它采用的元件是熱釋電紅外傳感器，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，靈敏度高、安全可靠、抗干擾能力強。該報警器成本較低，易于安裝可靠性和穩(wěn)定性高，并且在功能上具有良好的可擴展性，便于市場應用與推廣。本設計分硬件設計和軟件設計兩個部分，硬件部分包括紅外探頭電路、單片機控制電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、LED控制電

2、路等部分組成。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。Abstract This system is designed based on single chip AT89C51 home wireless burglar alarm. It uses the element pyroelectric infrared sensors, and its production is simple, low cost, more convenient to install, and anti-theft performance is relatively stable, high sensitivity,

3、 safe, reliable, anti-interference ability. The alarm is low cost, easy to install high reliability and stability, and has a good scalability in functionality, ease of market application and promotion. The design points of hardware design and software design in two parts, hardware section includes i

4、nfrared sensor circuit, MCU control circuit to drive the implementation of the alarm circuit, LED control circuit and other components. The whole system is working under the control of the system software.Key words: SCM; infrared sensor；Wireless alarm； data collection目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 緒論

5、 11.1 選題背景 11.2 設計任務與要求 1第二章 主要元器件選擇與介紹 22.1 傳感器介紹 22.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡單介紹 22.1.2 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu) 2第三章 系統(tǒng)硬件設計 33.1 整體設計方案 33.2 信號放大電路 33.2.1 主要電路元件介紹 33.2.2 實現(xiàn)功能 43.3 比較電路 53.3.1實現(xiàn)功能 53.4聲音報警電路 53.4.1 主要電路元件介紹 53.4.2 實現(xiàn)功能 53.5燈光警示電路 63.5.1 主要電路元件介紹 63.5.2 實現(xiàn)功能 63.6 顯示電路 73.6.1 主要電路元件介紹 73.6.2 實現(xiàn)功能 83.7供電電源電

6、路 83.7.1 主要電路元件介紹 83.7.2 實現(xiàn)功能 9第四章 系統(tǒng)軟件設計 104.1 單片機程序語言設計 104.1.1 單片機匯編語言程序設計的基本步驟 104.1.2 匯編語言程序設計方法 104.2 報警系統(tǒng)的程序設計 104.2.1主程序流程圖 104.2.2 中斷函數(shù)流程圖 11參考文獻 13致 謝 14附錄一：設計編程程序 15附錄二：硬件電路圖 18第一章 緒論1.1 選題背景隨著社會科學的不斷進步和發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對個人私有財產(chǎn)的保護越來越重視，因而對于防盜的措施提出了更高的要求。本設計就是為了滿足現(xiàn)代生活防盜的需要而設計的應用于家庭、車庫、倉庫和保

7、險柜等處進行防盜監(jiān)控的無線防盜報警裝置。目前市面上防盜裝備主要有開關式電子防盜報警器、壓力觸發(fā)式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或多或少的存在著一些缺點。本設計的紅外線探測防盜報警器是基于紅外光的不可見性而設計的，具有報警精確度高、誤報率低、設備安裝隱蔽等特點，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用。這種熱釋電紅外傳感器可以通過非接觸形式的檢測接收人體輻射的紅外線，并且將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^各部分電路進行報警。同時，熱釋電紅外傳感器不僅可用于防盜報警裝置，也可用于接近開關、制動控制、遙測等各個領域。1.2 設計任務與要求（1）該設計包括硬件設計

8、和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報警等模塊組成。(2本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、單片機控制電路、LED控制電路、報警器及相關的控制管理軟件組成。(3系統(tǒng)可實現(xiàn)功能。當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，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、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。(4紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設計的要點是能有效判

9、斷是否有人員進入。至于報警可采用聲光信號。第二章 主要元器件選擇與介紹2.1 傳感器介紹現(xiàn)在有關家庭防盜的傳感器種類非常多，有門磁傳感器、紅外線反射開關無線探頭、振動位移傳感器、人體熱釋電傳感器、雷達波人體檢測無線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠性探測的需求，同時還需要考慮安裝操作簡便和經(jīng)濟實用，所以本設計選用了人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測。當盜賊企圖從門窗進入室內(nèi)進行盜竊時，人體熱釋電傳感器可以檢測到人體移動的紅外信號，從而進行報警。2.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR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

10、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，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，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系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10-20米范圍內(nèi)人的行動。2.1.2 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)主要有光學系統(tǒng)、熱釋電紅外探測頭、信號濾波和放大、信號處理電路等幾部分組成。其組

11、成框圖如圖2-1所示：待測目標電源報警電路信號處理熱釋電紅外傳感器菲涅爾透鏡圖2-1 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)組成框圖第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1 整體設計方案該設計硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，它由紅外線探測器、信號放大電路、比較電路、延時電路、顯示電路、報警電路和穩(wěn)壓電源組成。比較電路圖3-1 紅外無線防盜報警器的結(jié)構(gòu)框圖紅外線探測器由主動式和被動式紅外線探測器組成，主動式紅外線探測器由紅外發(fā)光管和接收管組成，被動式紅外探測器由紅外熱釋電傳感器組成。探測器探測到的微弱信號經(jīng)過信號放大電路的放大，傳輸?shù)奖容^電路，比較電路將探測器探測到的信號與參考值進行比較，除去信號中的干擾信號，提高報警的準確

12、性，比較電路輸出的信號傳輸?shù)綀缶娐酚|發(fā)報警電路報警。報警電路有聲、光報警兩種方式組成，并且將聲、光報警進行延時，為防止主人啟動電路或調(diào)試報警器時報警，電路中設計了開機延時電路，為防止交流電網(wǎng)停電或入侵者切斷交流電，該報警器配有交流電源和直流電源，直流電源有蓄電池提供，并且交流電源和直流電源可以自動切換。本報警器屬于多路探測報警器，探測器有兩種類型，可以根據(jù)所要監(jiān)測的區(qū)域特點進行選擇使用，同時顯示報警部分可以顯示發(fā)生報警的監(jiān)測區(qū)域。硬件電路圖見附錄二所示。其中，各部分電路設計如下。3.2 信號放大電路3.2.1 主要電路元件介紹LM324是四運放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大

13、器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3-2所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3-3。由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。圖3-2運算放大器 圖3-3 LM324的引腳圖3.2.2 實現(xiàn)功能當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到

14、動作，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，然后經(jīng)放大電路將電信號放大傳給單片機。其電路原理圖設計如圖3-4所示。圖3-4 信號放大電路3.3 比較電路3.3.1實現(xiàn)功能電壓比較器的作用是將一個模擬電壓與一個參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生越變。其電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5 比較電路3.4聲音報警電路3.4.1 主要電路元件介紹三極管SS8050是一種常用的普通三極管。 它是一種由硅制作的低電壓,大電流,小信號的NPN型硅三極管。3.4.2 實現(xiàn)功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅(qū)動高音報警器使高音喇叭發(fā)聲從而達到報警效果。其電路原理圖設

15、計如圖3-7所示。圖3-7 聲音報警電路3.5燈光警示電路3.5.1 主要電路元件介紹繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。3.5.2 實現(xiàn)功能此電路通過接受單片機傳送來的電平信號，驅(qū)動燈光警示電路使炫目燈亮起從而達到報警效果。其電路原理圖設計如圖3-8所示。圖3-8 燈光警示電路3.

16、6 顯示電路3.6.1 主要電路元件介紹我們最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個小數(shù)點，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實共陰極就是將八個LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個LED的另一端高電平，它便能點亮。而共陽極就是將八個LED的陽極連在一起。其原理圖如3-9。圖3-9 八段數(shù)碼管引腳圖其中引腳圖的兩個COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個八段數(shù)碼管稱為一位，多個數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們

17、的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個位選線，那個數(shù)碼管便會被點亮。數(shù)碼管的8段，對應一個字節(jié)的8位，a對應最低位，dp對應最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。3.6.2 實現(xiàn)功能本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路，在正常無人非法闖入室內(nèi)時數(shù)碼管的DP點閃爍，若有人闖入數(shù)碼管則顯示E來提示有人非法闖入。電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10 顯示電路3.7供電電源電路3.7.1 主要電路元件介紹L

18、7805CV是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡單的電路即可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機運行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別，用的最多的還是7805，下面我簡單的介紹一下他的3個引腳以及用它來構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。如圖3-11所示，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負極，3就是我們需要的正5V輸出電壓。圖3-11 L7805CV引腳圖3.7.2 實現(xiàn)功能通過此電路為整個電路各個模塊提供其工作所需電壓。其電路原理圖設計如圖3-12所示。圖3-12 供電電源電路第4章 系統(tǒng)軟件

19、設計4.1 單片機程序語言設計4.1.1 單片機匯編語言程序設計的基本步驟單片機匯編語言程序設計的基本步驟如下：(1 設計任務的分析、確定思路或算法。(2 程序的總體設計并畫出流程圖。(3 編寫源程序。可在編譯軟件下編程，要求簡練、層次清楚、字節(jié)數(shù)少和執(zhí)行時間短等。(4 源程序的匯編和調(diào)試。(5 編寫程序說明文件。4.1.2 匯編語言程序設計方法(1 匯編程序的基本結(jié)構(gòu)總是簡單程序、分支程序、循環(huán)程序、查表程序、子程序、中斷程序等結(jié)構(gòu)化的程序模塊有機組成的。(2 劃分功能模塊進行設計。(3 自上而下逐漸求精。4.2 報警系統(tǒng)的程序設計4.2.1主程序流程圖如下圖4-1所示:在開機后，單片機首先

20、進行初始化，將數(shù)碼管、高音警報器、炫目燈等外設關閉，同時將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時計數(shù)器T1開啟，關閉外部中斷1允許位和定時計數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來觸發(fā)外部中斷0，熱釋電傳感器用來觸發(fā)外部中斷1，外部中斷1允許位的開啟與關閉由外部中斷0來控制。方便對報警器進行布防與撤防功能。定時計數(shù)器T0用來控制高音報警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報警聲；定時計數(shù)器T1用作延時函數(shù)。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圖4-1所示；圖4-1 主程序工作流程圖N4.2.2 中斷函數(shù)流程圖下圖4-2、4-3為中斷函數(shù)流程圖：外部中斷0請求打開外部中斷1允許位，并將數(shù)碼管、高

21、音報警器、炫目燈關閉。圖4-2外部中斷1請求延時10S數(shù)碼管顯示E，炫目燈開啟。同時開啟定時中斷0允許位定時中斷T0請求T0重裝初值、高音報警器取反關閉各個外設圖4-3參考文獻1 張軍. AVR單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例.中國電力出版社，2005年2 童詩白 華成英 模擬電子技術基礎 北京：高等教育出版社 2004年10月3 楊志忠. 數(shù)字電子技術. 高等教育出版社. 2000年 4 黃智偉 無線發(fā)射與接收電路設計 北京：北京航空航天大學出版社 2004年5月 5 吳少軍、劉光斌 編著 單片機實用低功耗設計 人民郵電出版社 6 譚輝.Nrf401 無線收發(fā)芯片的長距離通信設計J.今日電子, 2

22、004,12,(I;787 韓毅;上班族,如何保護自己的家家庭防盜報警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期8 錢曉軍;家庭無線智能防盜報警系統(tǒng)J;安防科技;2003年07期9 宋松娥;安全防盜報警系統(tǒng)的組成及其作用J;中國安防產(chǎn)品信息;1993年02期10 范冰彥;家庭無線智能防盜報警系統(tǒng)J;安防科技;2003年03期致 謝此次課程設計是在盧紀麗老師悉心指導下完成的。盧老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精益求精的工作作風和對學生盡職盡責的教導都給我留下了十分深刻的印象。在此，我向盧老師表示衷心的感謝!通過本次課程設計，我增強了理論與實踐結(jié)合的能力，鍛煉了我的意志，更使我增強了信心。附錄一：設計編程程序/*/名稱：家庭防盜報警系統(tǒng)程序/*#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit spk=P12;sbit led=P10;uchar FRQ=0x00;sbit star=P07;/*延時函數(shù)，定時