熱釋電紅外報警器報告

1、熱釋電紅外報警系統(tǒng)課程設計說明書（2010/2011學年第二學期）課程名稱 ： 單片機原理 題 目 ： 紅外熱釋電報警系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 ： 學生姓名 ： 學 號： 指導教師 ： 設計周數(shù) ： 2周 設計成績 ： 2011年 6 月 15日目 錄一 課題概述2二 設計目的2三 設計正文31 系統(tǒng)分析.332 設計方案.333 硬件模塊設計331熱釋電傳感器.8332電平轉換電路.9333數(shù)碼管顯示電路.10334功放電路.10335串口電路.1134軟件設計341程序設計思想12342重要程序設計13四 課程設計總結17一、課題概述目前，隨著科技的不斷進步，電子技術的快速發(fā)展，人們的生活水平得

2、到了很大的改善，電話、手機、空調等高科技產(chǎn)品的使用越來越成為家庭生活的主旋律。但是，除了環(huán)境因素外，科學技術的發(fā)展也給人們的生活、財產(chǎn)帶來不安定因素，利用社會進步創(chuàng)造出來的技術產(chǎn)品達到個人犯罪目的的事情時有發(fā)生。這就為監(jiān)控設備在居家安全、政府文件保密等領域的研究提供了必要的前提，當然，純粹用于自然環(huán)境所帶來的一些必要的監(jiān)控處理方面的設計也是很廣泛的。如何進行安全監(jiān)控成了一個熱點。本學期我們學習了單片機原理及應用這門課程。在此基礎之上我們又開展了關于單片機的課程設計，我們小組設計的是基于單片機控制的紅外熱釋電報警系統(tǒng)?；趯φn題的理解，本次設計要求我們完成一個基于單片機控制的紅外熱釋電報警的完整

3、系統(tǒng)，即當有人闖入時，熱釋電便會采集到紅外信號，并對信號進行放大，然后通過調理電路，有LED亮對信號輸入進行提示并將其轉化為適合單片機處理的低電平；通過單片機的處理，判斷當某一路有信號輸入時，相應的LED數(shù)碼管會顯示房間號同時啟動報警器，以實現(xiàn)報警的效果。二、設計目的理論學習固然重要，但僅僅止于紙上談兵是沒有意義的，只有實踐才是檢驗真理的唯一標準。因此為了進一步深入地學習單片機技術，將實踐動手能力與課堂上學習的理論知識有機的結合起來，從而開展了此次單片機的課程設計。我們小組設計的課題為基于單片機控制的紅外熱釋電報警系統(tǒng)。這從硬件和軟件兩個方面鍛煉了我們的實際動手能力和編程能力，目的是為了考查：

4、1能夠讀懂并分析技術資料2鞏固、加深和擴大單片機應用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決實際應用的能力3了解紅外熱釋電傳感器的組成及其工作原理 4如何將采集到的信號送入單片機處理 5定時程序、延時程序、顯示程序、功放、循環(huán)、串口程序的編寫6學會設計熱釋電紅外報警系統(tǒng)的電路 7學會課題設計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設計的方法、內(nèi)容及步驟。3、 熱釋電紅外報警系統(tǒng)的設計 31 系統(tǒng)分析本系統(tǒng)是由紅外熱釋電傳感器模塊、電平轉換模塊、顯示模塊、串口模塊、報警模塊五部分組成。熱釋電紅外探測器探測人體的紅外輻射信號，經(jīng)過調理電路，將人體的移動信號轉為電信號輸入到單

5、片機中，電平轉換模塊則是對電平信號進行處理，使其能夠適合單片機讀取信號。通過單片機查詢后驅動報警電路并且在數(shù)碼管和上位機上顯示從而達到報警的目的。系統(tǒng)框圖如圖1：熱釋電紅外傳感器被測目標電平轉換單片機數(shù)碼管顯示上位機顯示功 放 報 警 圖1 系統(tǒng)框圖32 設計方案本系統(tǒng)根據(jù)上面框圖共設計了三套方案，第一套方案如圖2，在剛接到設計題目和要求的時候，通過查找相關的資料，設計出第一套方案。第二套方案如圖3，第二套方案是在拿到單片機試驗板以后設計出來的簡單的實現(xiàn)電路。第三套方案（如圖4）是在第二套方案的基礎上進行了進一步的改進，使其更加合理化。三種方案的比較：第一種方案是這樣設計的，傳感器在檢測到人體

6、移動信號以后，產(chǎn)生相應的電壓脈沖信號，通過后邊對電壓信號的兩次放大，窗口比較以后，使電壓脈沖信號轉換成TTL電平，然后通過單片機的查詢來實現(xiàn)相應的現(xiàn)實報警操作。第二種方案是在拿到實驗板和熱釋電傳感器模塊后設計的，因為熱釋電模塊中含有了脈沖到TTL電平轉換的電路，所以可以精簡了這部分。第三種方案，除了第二種方案的功能以外，需要根據(jù)報警的方向和位置使數(shù)碼管循環(huán)顯示，而且需要靈活增加相應的模塊和上位機顯示一樣，所以選取兩個數(shù)碼管，并且采用暫停按鍵模式。使系統(tǒng)更加的人性化，合理化。所以最后選擇了第三種方案。 圖2 圖 3 圖 4 具體方案設計：系統(tǒng)總體設計圖如圖5所示，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的

7、。設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將輻射的紅外光譜變換成脈沖電信號，經(jīng)過調理電路，送出TTL電平至電平轉換電路，轉換后的信號送AT89C52單片機。在單片機內(nèi)，經(jīng)軟件查詢及識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出人侵報警狀態(tài)控制信號。驅動電路將控制信號放大并推動功放報警設備完成相應動作。若是檢測到有人走動的情況，就會產(chǎn)生報警信號，持續(xù)5秒，要是偶爾有人路過，持續(xù)五秒后自動停止，要是一直有人在走動，則報警器會一直持續(xù)響，直到監(jiān)控人員通過按鍵手動解除，并通數(shù)碼管顯示報警位置而且在上位機中顯示。鑒于本次試驗僅僅是實驗，所以并沒有做的更復雜，及多增加傳感器模塊和電平轉換模塊，本實驗只用了兩個傳感器模塊和電平轉換模塊已實現(xiàn)更多的

8、功能，如果需要可以繼續(xù)增加，靈活性較高。如圖5所示，是本次設計的系統(tǒng)框圖，亦即紅外熱釋電報警系統(tǒng)的這個工作流程圖數(shù)碼管顯示電平轉換傳感器模塊監(jiān)測點1單片機系統(tǒng) . .上位機顯示 .電平轉換傳感器模塊監(jiān)測點n功放報警 圖 533 硬件模塊設計331熱釋電傳感器熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾該傳感器在工藝上將兩個特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化并將其轉換為電信號輸出。熱釋電紅外傳感器在結構上引入場效應管的

9、目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號，并不能直接使用因而需要用電阻將其轉換為電壓形式該電阻阻抗高達，故引入的溝道結型場效應管應接成共漏形式，源極跟隨器來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應管匹配器三部分組成。設計時應將高熱電材料制成一定厚度的薄片并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進行極化，這樣便制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負極性的。 圖3是一個雙探測元熱釋電紅外傳感器的結構示意圖。使用時漏極接電源正極，源極為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干

10、擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。 制造熱釋電紅外探測元的高熱電材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其它紅外輻射拒之門外。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有T的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微

11、弱電壓V。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生T，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應管FET等組成。圖 6 熱釋紅外傳感器人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，所以會發(fā)出波長約10WM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10WM左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10WM左右的紅外線通

12、過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。系統(tǒng)采用LN - 206P 熱釋電型紅外溫度傳感器。硅窗是探測器的窗口?？墒剐∮?m 左右的輻射不能進入窗口,避免太陽光或白熾燈及其反射光的干擾。332電平轉換 此電平轉換電路是這樣設計的，因為從傳感器模塊過來的信號為0V或3V，所以為了使單片機能夠識別到人體移動帶來的高電平，采取是電平做相反轉換。當有高電平通過基極的時候，高電平信號與三極管集電極的高電平抵消，從而產(chǎn)生需要的低電平，同理，當有低電平通過基極的時候，三極

13、管的集電極輸出為所需要的高電平。 圖7 電平轉換333數(shù)碼管顯示電路 圖8 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管LED1（A-G）與CPU的P0.0-P0.6口一一對應數(shù)碼管LED2（A-G）與CPU的P2.7-P2.1口一一對應 因為本次用的數(shù)碼管比較少，所以直接用三極管驅動，并且接口直接接到I/O上，利用多余的口來實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示。334.功放電路 3腳輸入端接10K電阻用來調節(jié)音量。1，8腳之間接10uf的電解電容可以使放大倍數(shù)為200，電源端加一個濾波電容。此電路為驅動喇叭發(fā)出想要的聲音的驅動電路。 圖9 功放電路335串口電路 串口電路是一個重要的部分，我們利用串口和PC機或其他微處理器進行通信。

14、RS-232規(guī)定的電平與一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進行邏輯電平轉換，所以用MAX232來完成這個工作，來滿足與PC機的通信。這里有兩個發(fā)送和接受，我們只用了其中一個。注意接收與發(fā)送和PC機的接法。具體接法如圖10所示. 圖1034軟件設計341程序設計思想首先將子程序進行調試，將功放，串口，數(shù)碼管顯示，數(shù)據(jù)采集這幾部分進行分別調試，將這幾部分調試成功以后，再將這幾部分進行整合，以得到最后的結果。按鍵是否按下？程序框圖：是檢查信號否檢查是否有電平變化？否暫停報警產(chǎn)生500hz和1khz交替變化的一個音頻信號是上位機顯示揚聲器報警數(shù)碼管顯示位置 總框圖1 揚聲器報警模塊框圖2定時器和串口初

15、始化檢查是哪一路電平變化啟動定時器和串口檢查到第n路檢查到第1路將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖器. . . . . .檢查是否發(fā)送完畢？是否還有其他路有電平變化？否. . . . . .否是繼續(xù)發(fā)送發(fā)送中斷清零，循環(huán)發(fā)送兩次僅顯示第一路的位置是循環(huán)顯示各路的位置 數(shù)碼管顯示框圖3 串口發(fā)送框圖4 342重要程序設計1.初始化程序uchar code table=0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0xC0;/顯示位置uchar code table1=0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x03;sbit L0=P10;sbit L1=P11;sbit L2=P12;sbit L3=P13

16、;sbit buz=P14;sbit key=P30;2.延時程序 void delay500(uint p)/延時500usunsigned char i;for(;p>0;p-)for(i=250;i>0;i-) _nop_; 3.揚聲器程序void buz0(void) /響鈴uint k; if(key=0) while(1) buz=0; else for(k=0;k<200;k-) for(count=200;count>0;count-) buz=buz; delay500(1); for(count=200;count>0;count-) buz=

17、buz; delay500(1); delay500(1); 4.串口程序void chuankou(uchar temp)/與上位機通信，波特率為1200bit/s uchar table1=1,2,3,4;uchar m; /uchar temp=0; PCON=0x00; SCON=0x50; TMOD=0x20; TH1=0xE6; TL1=0xE6; TR1=1; for(m=0;m<2;m+) SBUF=table1temp； while(TI=0); TI=0; 5.主程序的重要部分程序void main(void)while(1) P0=table4; if(L0!=1)

18、 if(L0|L1)!=1) P2=table10; chuankou(0); buz0(); P2=table11; chuankou(1); buz0(); else if(L0|L2)!=1) P2=table10; chuankou(0); buz0(); P2=table12; chuankou(2)； buz0(); else if(L0|L3)!=1) P2=table10; chuankou(0); buz0(); P2=table13; chuankou(3); buz0(); elseP2=table10; chuankou(0); buz0(); else P2=table14; . . . . . . 四、課程設計總結 在這次課程設計的整個過