红外安全防护器设计.docx

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红外安全防护器设计

红外防盗报警器的设计

设计要求:

A、单片机控制。

B、红外监测电路、自动开启控制电路（声光报警）。

1基础知识介绍

1.1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[2]。

如图1示为热释电红外传感器的内部电路框图。

图1热释电红外传感器的内部电路框图

1.2PIR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。

1.3AT89C51单片机简单概述

1.3.1AT89C51单片机的结构

AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大[3]。

AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。

图2为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。

由图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。

下面介绍几个主要部分。

外时钟源外部事件计数

外中断控制并行口串行通信

图2AT89C51功能方块图

2方案设计

2.1总体设计思路

本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。

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。

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总体设计框图所示：

图3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[4]。

2.2具体电路模块设计

2.2.1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热释电红外传感器原理图

2.2.2放大电路的设计

如图5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5放大电路图

2.2.3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6所示为时钟电路。

图6时钟电路图

2.2.4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[6]。

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[7]。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图7示为复位电路。

图7复位电路图

2.2.5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[8]。

图8所示为发光二极管报警电路。

图8发光二极管报警电路图

2.2.6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9示为声音报警电路。

图9声音报警电路图

2.3系统硬件电路的选择及说明

硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件：

AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。

其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3—D6是起报警指示作用，当RXD脚被置低电平时，D3—D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。

电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键,S2键作为作为电路复位键。

2.4软件的程序实现

2.4.1主程序工作流程图

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；

图10主程序工作流程图

2.4.2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11所示；

图11中断服务程序工作流程图

3总结

本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。

该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的被动式红外探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。

平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。

该报警器的最大特点就是使用户能够操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。

随着现代人们安全意识的增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

6参考文献

[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（6）:

49～51.

[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.

[7]徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2006.

[8]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京:

高等教育出版社,2004.

附录一Proteus仿真原理图