热释电报警电路设计黄河科技学院课程设计5解读文档格式.docx
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当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候,探头就会检测到有异常,就会报警。
被动式报警器少了一项功能,就是发射红外线。
物理学上告诉我们,当物体的温度高于0K的时候,就会发出红外线,换句话说任何物体都能发出红外线。
而其后的原理,被动式报警器和主动式是一样的。
红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警[1]。
2设计任务与要求
(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。
模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。
(2)本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。
用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。
终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。
(3)系统可实现功能。
当人员外出时,可把报警系统设置在外出布防状态,探测器工作起来,当有人闯入时,热释电红外传感器将探测到动作,设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号,经放大电路、比较电路送至门限开关,打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机,经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声[1]。
(4)红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。
此类装置设计的要点:
其一是能有效判断是否有人员进入;
其二是尽可能大地增加防护范围。
当然,系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。
至于报警可采用声光信号[2]。
3总体设计思路
模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。
电路结构可划分为:
热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。
就此设计的核心模块来说,单片机就是设计的中心单元,所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。
单片机应用系统也是有硬件和软件组成。
硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统,软件是各种工作程序的总称。
单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。
从设计的要求来分析该设计须包含如下结构:
热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成;
它们之间的构成框图如图3.1所示
图3.1总体设计框图
处理器采用51系列单片机AT89C51。
整个系统是在系统软件控制下工作的。
设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号,经放大电路、比较电路送至门限开关,打开门限阀门送出TTL电平至AT89C51单片机。
在单片机内,经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。
驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。
当报警延迟10s一段时间后自动解除,也可人工手动解除报警信号,当警情消除后复位电路使系统复位,或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警[3]。
3.1热释电红外传感器简单介绍
热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。
是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器,它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。
它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。
将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路。
如图3.2所示为热释电红外传感器的内部电路框图[4]。
图3.2热释电红外传感器的内部电路框图
3.2PIR的原理特性
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件,在每个探测器内装入一个或两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
人体辐射的红外线中心波长为9--10um,而探测元件的波长灵敏度在0.2--20um范围内几乎稳定不变。
在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长范围为7--10um,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收,这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。
一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同不能抵消,经信号处理而输出电压信号[5]。
4具体电路模块设计
4.1热释电红外传感器原理
本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。
其工作电路原理及设计电路如图4.1所示,在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压,同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。
当检测到人体移动信号时,电荷信号经过FET放大后,经过C2,R1的稳压后使输出变为高电位,再经过NPN的转化,输出OUT为低电平。
图4.1热释电红外传感器原理图
4.2放大电路的设计
如图4.2所示为最基本的放大电路,Vi是输入电压信号,Vo是输出放大的电压信号。
图4.2放大电路图
4.3时钟电路的设计
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接。
因为一个机器周期含有6个状态周期,而每个状态周期为2个振荡周期,所以一个机器周期共有12个振荡周期,如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ,一个振荡周期为1/12us,故而一个机器周期为1us[5]。
如图4.3所示为时钟电路。
图4.3时钟电路图
4.4复位电路的设计
复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位,单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。
例如使用晶振频率为12MHz时,则复位信号持续时间应不小于2us。
本设计采用的是外部手动按键复位电路。
如图4.4示为复位电路[6]。
图4.4复位电路图
4.5发光二极管报警电路的设计
由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚,外接VCC,当单片机的RXD引脚被置低电平后,发光二极管被点亮,起到报警作用。
图4.5所示为发光二极管报警电路。
图4.5发光二极管报警电路图
4.6声音报警电路的设计
如下图所示,用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上,构成声音报警电路,如图4.6示为声音报警电路。
图4.6声音报警电路图
5主程序工作流程图
系统主程序工作流程图如下图5.1所示;
图5.1主程序工作流程图
5.1中断服务程序工作流程图
本主程序实现的功能是:
当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后,表示有人闯入监控区,从而经过单片机内部程序处理后,驱动声光报警电路开始报警,报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作,检测是否还有下次触发信号,等待报警从而使报警器进入连续工作状态。
同时,利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时,用手工按键停止的声光报警的作用。
手工按键停止报警中断服务程序工作流程图,如下图5.2所示;
图5.2中断服务程序工作流程图
5.2设计编程程序
1.主程序清单如下:
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPPINT0
ORG000BH
LJMPTINT
ORG0200H
MAIN:
MOVIE,#81H;
CPU开放中断,INT0允许中断
SETBIT0;
外部中断为边沿触发方式
MOVSP,#30H;
指针入口地址
SETBP3.0
CLRP3.1
MOVP1,#0FFH;
使P1口全部置1
MOVP2,#00H;
P2口清零
CLRP1.2
LP:
JNBP1.0,LA;
监测输入信号,是否有输入信号
LA:
ACALLDELAY;
延时消抖
JNBP1.0,ALARM;
再次监测输入信号,若有输入信号转入报警子程序
AJMPLP
DELAY:
MOVR1,0AAH
LD2:
MOVR2,0BBH
LD1:
NOP
DJNZR2,LD1
DJNZR1,LD2
RET
ALARM:
SETBP1.2;
开始报警使运行正常绿指示灯熄灭,红灯和声报警启动
CPLP3.0
;
10S钟定时:
MOV51H,#14H;
10S循环次数
MOVTMOD,#01H;
定时器T0定时方式1
MOVTL0,#0CEH;
置50ms定时初值
MOVTH0,#0FFH
SETBET0``
SETBEA
SETBTR0;
启动T0
TINT:
CPLP3.1
MOVTL0,#0CEH
MOVTH0,#0FFH;
L2:
JBCTF0,L1;
查询记数溢出
SJMPL2
L1:
SETBP3.0;
10s到关闭报警
CPLP3.0
CLRP1.2;
报警结束,正常运行绿指示灯亮
LJMPLP;
循环,继续工作
2.外部中断INTO服务程序:
PINT0:
CLREX0;
外部中断0服务程序开始,屏蔽外部中断
PUSHPSW
PUSHACC
JNBP3.2,LN;
监测是否有中断输入
LN:
LCALLDELAY;
JNBP3.2,LN1
AJMPLN2;
无中断输入,中断返回
LN1:
使报警结束,绿指示灯亮
POPACC
POPPSW
SETBEX0;
开放外部中断0
LCALLLP;
在中断继续检测是否有输入信号
LN2:
RETI
6软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真,将所编写的程序用Keil软件编译,所仿真原理图见附录1图所示。
由于在proteus软件中没有专门用作红外线发射与接收的器件,所以在仿真电路图中以开关代替红外器件,其原理和效果是一致的。
本设计所要求达到的目标:
(1)在正常工作情况下,电源指示灯绿灯亮。
(2)在接收到开关S1带来的低电平信号,可使图中的绿灯由亮变暗,红灯产生报警,可观察到红灯亮一直亮产生报警信号。
并且报警喇叭一直响,持续10秒后红灯灭,喇叭停止报警,电源指示灯绿灯亮。
(3)在报警过程中,外部中断开关S2可使警报解除。
总结
致谢
参考文献
[1]吴政江.单片机控制红外线防盗报警器[J].锦州师范学院学报,2001.
[2]宋文绪.传感器与检测技术[M].北京:
高等教育出版社,2004.
[3]余锡存.单片机原理及接口技术[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2000.
[4]唐桃波,陈玉林.基于AT89C51的智能无线安防报警器[J].电子设计应用,2003,
[5]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2004.
[6]薛均义,张彦斌.MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M].西安:
西安交通大学出版社,2005.
附录1电路图设计与仿真
附录2PCB版电路图(立体图与电路板)
读书的好处
1、行万里路,读万卷书。
2、书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷,下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。
——达尔文
5、少壮不努力,老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早,白首方悔读书迟。
——颜真卿
7、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。
8、读书要三到:
心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器,人不学、不知义。
10、一日无书,百事荒废。
——陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生,一日不写手生。
13、我扑在书上,就像饥饿的人扑在面包上。
——高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。
——陆游
15、读一本好书,就如同和一个高尚的人在交谈——歌德
16、读一切好书,就是和许多高尚的人谈话。
——笛卡儿
17、学习永远不晚。
18、少而好学,如日出之阳;
壮而好学,如日中之光;
志而好学,如炳烛之光。
——刘向
19、学而不思则惘,思而不学则殆。
——孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。
——培根