基于单片机的红外防盗报警器的设计论文.docx

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基于单片机的红外防盗报警器的设计论文

理学院

SchoolofSciences

单片机原理与应用

课程设计报告

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实习成绩

总评

第一项

第二项

基于单片机的红外防盗报警器的设计

摘要

随着我国社会与经济的发展，人民生活水平不断提高，人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高，同现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，所以保证区域安全必须从运用现代化的防盗报警技术。

本文将系统介绍一种采用新的先进的红外线对射感应模块和人体红外探测装置制作而成的红外监控系统，由于它是利用人眼不可见的红外光束，组成无线监控区域，所以具有极强的保密性和可靠性。

本系统除用于仓库、门窗、围墙、栅栏防盗报警外，也可用于其他需要监控的场合。

本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。

这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信，便于多用户统一管理。

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。

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。

关键词：

单片机；红外传感器；数据采集；报警电路

1引言

就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。

而本设计中所使用的红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。

这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。

1.1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基础知识介绍

2.1被动红外防盗报警探测器

物理学告诉我们，凡是温度高于绝对0℃的物体都能产生热辐射，其光谱集中在红外光区域。

当被探测的目标入侵，并在所防范的区域里移动时，将引起该区域红外辐射的变化，而能够探测出这种红外辐射变化并进入报警状态的电子装置称为被动红外探测器被动红外探测器主要用来探测人体和其它一些入侵移动的物体。

但其弱点是:

当环境温度接近人、体温度时，灵敏度下降，因而在夏天或热带地区的应用受到影响。

2.2主动红外入侵探测器

主动红外入侵探测器主动红外入侵探测器将发射机和接收机分别安装于警戒线的两端，发射机发射出一串红外光由接收器接收，如中间任意处被遮断，报报警信号。

采用双光路的主动红外报警器可大大提高抗噪误报的能力。

目前直线探测距离可做到室内25m室外75m其优点是灵敏度高，具有较高的光学特性。

[2]特别在雨、雾、霜等遮挡射束光强度时（甚至遮挡射束强度99%），探测器仍能正常工作。

具备防防水、防尘、防震、拆卸、防破坏功能。

（犯罪分子为了达到其目的必然要千方百计对安全防范系统进行破坏。

因此技防系统的防破坏功能就显得尤为重要。

一个连自身安全都不能保障的系统是不可能很好地发挥防范作用的

2.3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

2.4AT89C51单片机简单概述

AT89C51管脚说明

ATMEL公司的AT89C51是一种高效微控制器。

采用40引脚双列直插封装形式。

AT89C51单片机是高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/

：

当访问外部存储器时，地址锁存允许端的输出电平用于锁存地址的地址字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号端。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/VP：

当

保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，

将内部锁定为RESET；当

端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

反向振荡器的输出,如采用外部时钟源驱动器件，应不接。

3方案设计

3.1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。

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

3.2硬件设计

3.2.1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

3.2.2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

3.2.3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

3.2.4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

3.2.5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

3.2.6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

3.3软件设计

3.3.1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

3.3.2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

4.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，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。

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]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.

[7]康华光.电子技术基础（模拟部分）[M].北京:

高等教育出版社,2004.