TheDesignOfInfraredsensor論文設計說明

1、 . 0 / 31論文外文題目： The Design Of InfraredInfrared sensorsensor論文主題詞： 紅外傳感器 傳感器設計 外文主題詞：InfraredInfrared sensorSensorsensorSensor designdesign論文答辯日期： . 1 / 31原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的容。對本論文所涉與的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知

2、識產(chǎn)權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 王 新 凱 日期： 2012 年 1 月 . 2 / 31摘摘 要要傳感器設計了一種被動式紅外報警電路,分析了該電路的功能和工作原理。熱釋電該報警器能探測人體發(fā)出的紅外線，由紅外線傳感器、信號大電路、電壓比較器、延時電路和音響報警電路等組成。當人進入報警器的監(jiān)視區(qū)域，即可發(fā)出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。概述了紅外輻射的知識、熱釋電紅外傳感器的結構和工作原理。利用熱釋電紅外紅外傳感器具有很多的優(yōu)點,在防盜、警戒等裝置中應用較廣。目前國使用的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射接收以與微波等技術為基礎。而這里所設

3、計的被動式紅外報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電紅外傳感器。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，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關、遙測等領域。用它制作的防盜報警器與目前市場上銷售的許多防盜報警器材相比，具有如下特點： 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。 靈敏度高、控制圍大。 隱蔽性好，可流動安裝。關鍵詞：熱釋電效應 紅外傳感器 菲涅爾透鏡 ABSTRACTABSTRACTDesign of sensor is a passive infrared alarm circuit,

4、analyzes the function of the circuit and working principle. Pyroelectric the alarm can detect the human body infrared emitted by the infrared sensor, signal, by a large circuit, a voltage comparator, a delay circuit and the audio alarm circuit. When people enter the alarm monitoring region, which ca

5、n send out alarm sound, suitable for home, office, warehouse, laboratory and other important occasions anti-theft alarm. Overview of the infrared radiation of the knowledge, the pyroelectric infrared sensor structure and working principle. Using pyroelectric infrared sensor has many advantages, in t

6、he anti-theft warning device, widely used in. At present the domestic use of the various types of anti-theft security alarm, are fundamental to the ultrasonic wave, infrared transmitting / receiving and microwave technology based on. And here the passive infrared alarm system by the United States -

7、the sensing element . 3 / 31pyroelectric infrared sensor. The pyroelectric infrared sensor to non-contact form of detect the infrared radiation of human body, and transforming it into voltage signal, at the same time, it can identify the movement of biological and other abiotic. Pyroelectric infrare

8、d sensor not only can be used for anti-theft alarm device, but also can be used for automatic control, proximity switches, remote sensing and other fields. Use it to produce the burglar alarm and is currently on the market a lot of burglar alarm equipment, has the following characteristics: not need

9、 to use infrared or electromagnetic wave emission source. The high sensitivity, large control range. * good concealment, flowable installation. Key words: pyroelectric infrared sensor Fresnel lens . 4 / 31目目 錄錄引言引言71.1.緒論緒論 71.1 防盜器報警系統(tǒng)在國外的發(fā)展 71.3 設計要求 81.4 設計方案 82.2.紅外線報紅外線報警警器簡介器簡介92.1 紅外線報警器分類 92

10、.2 紅外線傳感器 102.3 熱釋電紅外線傳感器簡介 112.4 菲涅爾透鏡 122.5 熱釋電紅外線傳感器的工作特點 132.6 熱釋電紅外線傳感器電路圖 14 2.7AT89S51 單片機簡單概述.153. .硬件設計硬件設計163.1 熱釋電紅外線傳感器 173.2 信號放大電路 183.3 電壓比較器 193.4 延時電路 193.5 音響報警電路 203.6 12V 電源電路 203.7 調整電路.213.8 時鐘電路.223.9 復位電路.223.10 數(shù)碼管顯示報警器電路. . 5 / 31.233.11 聲音報警器電路.234 4. .軟件設計軟件設計.24結束語結束語.28

11、參考文獻參考文獻. .29致致：.30附錄附錄：31引言引言隨著社會的不斷進步和科學技術、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷加強，因而對防盜措施提出了新的要求， 。本設計就是為滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的防盜系統(tǒng)。目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警系統(tǒng)，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點。而本設計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛應用。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，并將其轉變?yōu)殡娦盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可用于自動控制、接近開關、遙測等領域。 .

12、 6 / 311.1.緒論緒論1.11.1 防盜器報警系統(tǒng)在國外的發(fā)展防盜器報警系統(tǒng)在國外的發(fā)展從上世紀初，報警系統(tǒng)就已經(jīng)在北美稍有雛形。在北美，報警呼救箱放置在街頭巷尾，在呼救時發(fā)出聲響提示，以尋求附近警察的幫助；同時，這種呼救箱直接連接到附近的警局，使得稍遠一些的警察也能夠收到呼救信息。隨后，由于通訊技術的發(fā)展，提供遠程通信的電報公司加入到這個行業(yè)，從而使得報警信息可以達到更遠的地方；不過；這種電報方式畢竟難以普與，所以稍后出現(xiàn)的理所當然的成為報警通信的主要手段。1.21.2 防盜器報警器的發(fā)展前景與趨勢防盜器報警器的發(fā)展前景與趨勢隨著社會的發(fā)展和人員流動性的增大，社會治安狀況更加復雜，因

13、此作為社會的基本單元家庭的安全防問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實際應用中暴露出一些明顯問題，如：影響樓房美觀市容整潔；影響火災救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時間久了會有高空墜物的危險等。所以作為新一代的智能安全防盜報警系統(tǒng)就應運而生，并且日益受到廣泛的重視和應用。另外，為進一步規(guī)住宅小區(qū)的智能化建設，建設部特別制定了智能小區(qū)的等級標準，小區(qū)的安全防系統(tǒng)已逐漸納入許多小區(qū)建設的必備項目中。1.31.3 設計要求設計要求1.熟悉電路的工作原理；2. 掌握該電路中元器件的識別方法；3. 掌握電路的調試方法；4. 熟悉電路簡單的故障分析方法法；5實現(xiàn)系統(tǒng)的關鍵

14、技術：熱釋電傳感器調理電路；報警音響電路；報警顯示電路；軟件控制；6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； . 7 / 311.41.4 設計設計方案方案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。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、LED 控制電路與相關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、以與外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，

15、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、硬件設計、軟件設計等幾個階段。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機、復位電路與相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖 3 總體設計框圖所示圖 1 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，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

16、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。 AT89S51復位電路傳感器報警執(zhí)行電路LED 發(fā)光顯示調整電路驅動驅動驅動發(fā)光二極管 . 8 / 312.2.紅外線報警器簡介紅外線報警器簡介2.12.1 紅外線報警器分類紅外線報警器分類包括光學系統(tǒng)、檢測元件，轉換電路和報警電路。光學系統(tǒng)按結構不同可分為透射式和反射式兩類。檢測元件按工作原理可分為熱敏檢測元件和光電檢測元件。熱敏元件應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉換電路變成電信號輸出。光電檢測元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺與硅摻雜等材料制成

17、紅外線報警器分為主動式和被動式。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)出紅線線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當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。物理學上告訴我們，當物體的溫度高于 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。2.22.2 紅外線傳感器紅外線傳感器利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器就是紅外線傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有

18、反射、折射、散射、干涉、吸收等性質。任何物質，只要它本身具有一定的溫度 . 9 / 31（高于絕對零度） ，都能輻射紅外線。紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，反應快等優(yōu)點。紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學、軍事、空間技術和環(huán)境工程等領域得到廣泛應用。例如采用紅外線傳感器遠距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，與時對疾病進行診斷治療（見熱像儀） ；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進行監(jiān)視，可實現(xiàn)大圍的天氣預報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機 的過熱情況等。 具有紅外傳感器的望遠鏡可用于軍事行

19、動，林地戰(zhàn)探測密林中的敵人，城市戰(zhàn)中探測墻后面的敵人，以上均利用了紅外線傳感器測量人體表面溫度從而得知敵人所在地。 被動式紅外傳感器被動式紅外傳感器被動式紅外探測器不需要附加紅外輻射光源，本身不向外界發(fā)射任何能量，而是由探測器直接探測來自移動目標的紅外輻射，因此才有被動式之稱。被動式紅外探測器是利用熱釋電效應進行探測的。被動式紅外探測器又稱為熱釋電紅外探測器，其主要工作原理便是熱釋電效應。熱釋電效應是指如果某些強介電質材料（如釺酸鋇、釺醋酸鉛等）的表面溫度發(fā)生變化，則隨著溫度的上升或下降，材料表面發(fā)生變化，即表面上就會產(chǎn)生電荷的變化，從而使物質表面電荷失去平衡，最終電荷變化將以電壓或電流的形式

20、輸出。被動式紅外傳感器的核心部件是紅外探測器件（紅外傳感器） ，通過光學系統(tǒng)的配合作用，它可以探測到位某一個立體防空間的熱輻射的變化。當防區(qū)域沒有移動的人體等目標時，由于所有背景物體（如墻、家具等）在室溫下紅外輻射的能量比較小，而且基本上是穩(wěn)定的，所有不能觸發(fā)報警。當有人體在探測區(qū)域走動時，就會造成紅外熱輻射能量的變化。紅外傳感器將接收到的活動人體與背景物體之間的紅外熱輻射能量的變化轉換為相應的電信號，經(jīng)適當?shù)奶幚砗?，送往報警控制器，發(fā)出報警信號。 、被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器。其本身不向外界輻射任何能量，其功耗小，普通的電池就可以維持長時間的工作。 、由于紅外線的穿透性能較差，在監(jiān)

21、控區(qū)域不應有障礙物，否則會造成探測“盲區(qū)” 。 . 10 / 31、為了防止誤報警，不應將被動式紅外探測器探頭對準任何溫度會快速改變的物體，特別是發(fā)熱體。 、在選擇安裝位置時，應使探測器具有最大的警戒圍，使可能的入侵者都能處于警戒圍，使可能的入侵者都能處于紅外警戒的光束圍之。并使入侵者的活動有利于橫向穿越光束帶區(qū)，可以提高探測的靈敏度。 、產(chǎn)品類型有壁掛式和吸頂式被動紅外探測器。 、由于被動式紅外探測器是以被動方式工作，所以同一室安裝數(shù)個，也不會產(chǎn)生干擾。2.32.3 熱釋電紅外線傳感器簡介熱釋電紅外線傳感器簡介熱釋電紅外線傳感器與濾光片熱釋電紅外線傳感器與濾光片(也稱被動式傳感器)是接收物體

22、輻射的紅外線并把它轉為電信號的一種原件，通常是由兩個極性相反的傳感元件串聯(lián)連接，并與一個高阻和一個場效應晶體管組裝在一起電路原理見框下圖。它可以根據(jù)應用的需要，設計成兩個傳感元件都用于接收紅外線輻射或僅一個傳感元件用也接收紅外輻射（另一個被遮擋） 。熱釋電傳感器對交變的紅外輻射產(chǎn)生響應，對于先后入射到兩個傳感元件上的輻射信號將產(chǎn)生正或負的信號輸出，當輻射信號同時入射到兩個傳感元件上，由于兩個傳感元件極性相反連接，所以信號就會相互抵消，沒有輸出。 因此用雙原傳感元件制成的熱釋電傳感器對環(huán)境溫度的變化，背景輻射和受振動產(chǎn)生的隨機噪聲都具有良好的補償作用，使傳感器在實際使用中能穩(wěn)定可靠。紅外線在空氣

23、中透射會被大氣中的水蒸氣和有些氣體分子所吸收，透射率較高的區(qū)域稱大氣窗口見。為了提高物體輻射的紅外線在大氣中的對比度，傳感器的光譜帶也要與大氣窗口吻合，通常在熱釋電傳感器前加一快 814UM 的光學干涉濾光片。濾光片能有效的讓帶寬的紅外輻射通過而抑制帶寬外的成分，特別是能抑制近紅外的輻射對熱釋電傳感器的干擾。 . 11 / 312.42.4 菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡 紅外輻射雖然是不可見的，但它的聚焦與一般的光學成像一樣，滿足下試：1/V+1/U=1/F由于紅外輻射的波長較長且波段較寬，所以一般的玻璃光學透視（除了近無法使其透過和聚焦。有很多材料能用于紅外的透視和聚焦，但比較實用的是采用一種由低到

24、密度聚乙烯（也稱高壓聚乙烯）材料做成的成為菲涅爾透鏡來對紅外輻射進行聚焦。菲涅爾透鏡保留了透鏡的緣由曲率半徑，使其具有聚焦的功能，又減少了透復 L 的體積和重量且有可塑性，不一損壞。根據(jù)應用的需要可以制成不同的焦距，不同視場的菲涅爾透鏡 例如對遠距離的紅外輻射進行聚焦的單試場小角度的透鏡，和用于近距離的大角度進行聚焦的多視透鏡熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡實用才能發(fā)揮最大的作用。不加菲涅爾透鏡時，該傳感器的探測半徑可能不足 2m，配上菲涅爾透鏡側可 10m，甚至更遠。菲涅爾透鏡是用普遍的聚乙烯制成的，安裝在傳感器的前面。菲涅爾透鏡實際是一個透鏡組，當光線通過透鏡單元后，在其反面則形成明

25、暗相間的可見區(qū)和盲區(qū)。每個透鏡單元只有一個很小的視場角，視場角位可見區(qū)，之外為盲區(qū)。而相鄰的兩個單元透鏡的視場既不連續(xù)，更不交疊，卻都相隔一個盲區(qū)。當人體在這一監(jiān)視圍運動時，順次地進入某一單元的透視的視場，又走出這一視場，熱釋電傳感器對運動的人體一會兒看到，一會兒又看不到，再過一會兒又看得到，然后又看不到，于是人體的紅外線輻射不斷的改變熱釋電體的溫度，使它輸出一個又一個相應的信號。 ，輸出信號的頻率大約 0.1-10HZ，這一頻率圍由菲涅爾透鏡人體運動速度和熱釋電人體紅外傳感器本身的特性決定。根據(jù)這一特性，可以探測物體移動，產(chǎn)生探測信號。人體熱釋電紅外傳感器和應用介紹被動式熱釋電紅外探頭的工作

26、原理與特性：一般人體都有恒定的體溫，一般在 37 度，所以會發(fā)出特定波長 10UM 左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的 10UM 左右的紅外線通過菲尼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發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗處理后即可產(chǎn)生報警信號。 . 12 / 31 1)這種探頭是以探測人體輻射為目標的。所以熱釋電元件對波長為 10UM 左右的紅外輻射必須非常敏感。 2)為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的

27、干擾受到明顯的控制作用。 3)被動紅外探頭，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。 4)一旦人侵入探測區(qū)域，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)信號處理而報警。 5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離） ，從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴密。在電子防盜、人體探測器領域中，被動式熱釋電紅外探測器的應用非常廣泛，因其價格低廉、技術性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎

28、。2.52.5 熱釋電紅外線傳感器的工作特點熱釋電紅外線傳感器的工作特點熱釋電紅外線傳感器通過接受人體輻射的特定波長的紅外線，可將其轉化為與人體運動速度、距離、方向有關的低頻信號。當熱釋電紅外線傳感器受到紅外輻射源的照射時，其部敏感材料的溫度將升高，極化強度減弱，表面電荷減少，通常將釋放掉的這部分電荷稱為熱釋電電荷。由于熱釋電電荷的多少可以反映出材料溫度的變化，所以由熱釋電電荷經(jīng)電路變成的輸出電壓也同樣可以反映出材料的溫度變化，從而探測出紅外輻射能量的變化。紅外探測器的光學系統(tǒng)可以將來自多個方向的紅外輻射能量聚焦在探測器上，這樣紅外探測器就可以探測到某一個立體探測空間熱輻射的變化。當防區(qū)域沒有

29、移動的人體時，由于所有的背景物體（如墻壁、家具等）在室溫下紅外輻射的能量很小，而且基本上是穩(wěn)定的，所以不會觸發(fā)報警器。但有人體突然進入探測區(qū)時，會造成紅外輻射能量的突然變化，紅外探測器將收到的活動人體與背景物體之間的紅外輻射能量的變化轉化為相應的電信號，電信號的大小，決定于敏感元件溫度變化的快慢，經(jīng)過后級比較器與狀態(tài)控制器產(chǎn)生相應的輸出信號，送往報警器，發(fā)出報警信號。紅外探測器的探測波長為 8-14um，人體的紅外輻射波長正好處于這個圍之，因此 . 13 / 31能較好的探測到人體的活動。被動式紅外探測器屬于空間控制型探測器，其警戒圍在不同方向呈多個單波束狀態(tài)，組成錐體感熱區(qū)域，構成立體警戒。

30、2.62.6 熱釋電紅外線傳感器電路圖熱釋電紅外線傳感器電路圖熱釋電紅外線傳感器是 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)出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。他能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電信號輸出。將該電信號放大，便可驅動各種控制電路。熱釋電紅外線傳感器部結構框圖如圖 2 圖 2熱釋電紅外線傳感器應用圖 3 圖 32.72.7 AT89S51AT89S51 單片機簡單概述單片機簡單概述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，片含 4k bytes

31、的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）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、非易失性存取技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS-51 指令 . 14 / 31系統(tǒng)，片置通用 8 位中央處理器（CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大。圖 4 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/計數(shù)器、串行口等，各部分通過部總線相連。3.3.硬件設計硬件設計被動式紅外報警器主要由光學系統(tǒng)、熱釋電紅外傳感器、

32、信號濾波和放大、信號處理和報警電路等幾部分組成。其結構框圖如圖所示。圖中，菲涅爾透鏡可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外探測元上，同時也產(chǎn)生交替變化的紅外輻射高靈敏區(qū)和盲區(qū)，以適應熱釋電探測元要求信號不斷變化的特性；熱釋電紅外傳感器是報警器設計中的核心器件，它可以把人體的紅外信號轉換為電信號以供信號處理部分使用；信號處理主要是把傳感器輸出的微弱電信號進行放大、濾波、延遲、比較，為報警功能的實現(xiàn)打下基礎。圖所示的是將待測目標、菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器相結合使用時的工作原理示意圖。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 AT8

33、9S51CPU64 KB 總線 擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內中斷 . 15 / 31紅外線報警器由 菲涅爾透鏡、熱釋電紅外傳感器、信號放大器、電壓比較器、延時電路、音響報警器，電源電路，時鐘電路，復位電路，報警電路 AT89C51，LED、發(fā)光二極管、蜂鳴器等一些單片機外圍應用電路。等組成。3.13.1 熱釋電紅外線傳感器熱釋電紅外線傳感器這種專門設計的探頭只對波長為 10m 左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其 . 16 / 31他物體不會引發(fā)探頭動作。探頭包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其

34、產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域，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，于是輸出檢測信號。熱釋電紅外傳感器原理熱釋電紅外傳感器原理圖 5 熱釋電紅外傳感器原理圖本設計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結構。其工作電路原理與設計電路如圖 5 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 的轉化，輸出 OUT 為低電平。RSY2 Y1R

35、1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2NPNQ1FETVccVCC3v12vOUT . 17 / 313.23.2 信號放大電路信號放大電路 圖 6信號放大電路如圖 6，VT1 和運算放大器 LM358 等組成放大電路，由 IC1 的 2 腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管 VT1 等組成第一級放大電路來放大，再通過 C2 輸入到運算放大器 ICA 中高增益、低噪聲放大，此時由 IC2A1 腳輸出的信號已足夠強，然后輸入到電壓比較電路。3.33.3 電壓比較器電壓比較器 圖 7電壓比較器如圖 7，IC2B 和 VD2 等做電壓比較器，IB2B 的第 5 腳由 R10VD1 提供基準電壓，當 IC2A

36、1 腳輸出的信號電壓到達 IC2B 的 6 腳時，兩個輸入端的電壓進行比較，此時 IC2B 的 7 腳由原來的高電平變?yōu)榈碗娖健?. 18 / 313.43.4 延時電路延時電路 圖 8如圖 7，由 VT3R20C8 組成開機延時電路，時間也約為一分鐘，它的設置主要是防止使用者開機后立即報警，好讓使用者有足夠時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。該裝置采用 912V 直流電源供電，由 T 降壓，全橋 U 整流，C10 濾波，檢測電路采用 IC378L06 供電。本裝置交直流兩用，自動無間斷轉換。3.53.5 音響報警電路音響報警電路 圖 9如圖 9，IC4A IM393 為報警延

37、時電路，R14 和 C6 組成延時電路，其時間約為一分鐘。當 IC2B 的 7 腳變?yōu)榈碗娖綍r，C6 通過 VD2 放電，此時 IC4 的 2 腳變?yōu)榈碗娖剑c IC4的 3 腳基準電壓進行比較，當它低于基準電壓時，IC4 的 1 腳變?yōu)楦唠娖?，VT2 導通，訊響器 BL 通電發(fā)出報警聲。人體的紅外線消失后，IC2B 的 7 腳又恢復高電平輸出，此時 . 19 / 31VD2 截止。由于 C6 兩端的電壓不能突變，故通過 R14 向 C6 緩慢充電，當 C6 兩端的電壓高于其基準電壓時，IC4 的 1 腳才變?yōu)榈碗娖?，時間約為一分鐘，即持續(xù)一分鐘報警。3.63.6 12V12V 電源電路電源

38、電路 圖 10如圖 10，由功率為 12V5W 的變壓器，電橋等組成，報警電路提供 12V 的電壓源。3 3.7.7 調整電路的設計調整電路的設計如圖 11 所示為最基本的調整電路，圖中 1 為輸出，接單片機的 P0.7,P0.6 輸入輸出口。圖 11 調整電路電路圖3 3.8.8 時鐘電路的設計時鐘電路的設計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振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2 應不接。 . 20 / 31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

39、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 12 所示為時鐘電路。圖 12 時鐘電路圖3 3.9.9 復位電路的設計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)時間應不小于 2us。該復位電路連接單片機的 RESET 引腳，如圖 13 示為復位電路。圖 13 復位電路圖3 3.10.10 數(shù)碼管顯示報警電路的設計數(shù)碼管顯示報警電路的設計由 2 個數(shù)碼管接上電

40、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 . 21 / 31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 14 所示為數(shù)碼管報警電路。圖 14 發(fā)光二極管報警電路圖3 3.11.11 聲音報警電路的設計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，構成聲音報警電路，低電平觸發(fā)，如圖 15 示為聲音報警電路。圖 15 聲音報警電路圖 . 22 / 314.4. 軟件設計軟

41、件設計軟件程序的實現(xiàn)按上述工作原理和硬件結構分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖 16 所示；圖 16 主程序工作流程圖 . 23 / 31C 語言程序編寫如下所示：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define led8 P1#define Shumaguan1 P0#define 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;/

42、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; . 24 / 31void action(void)if(flag1 =1)Shumaguan1 = 0XF9;/數(shù)碼管顯示1beep = 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

43、);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; . 25 / 31 void action1(void)if(flag =1)shumaguan2= 0X25;/數(shù)碼管顯示2beep =0;/檢測到信號后，蜂鳴器發(fā)出“滴答”聲led8 = 0X00;/8 個 LED 燈

44、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(); . 26 / 31結束語結束語本系統(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)，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