基于单片机的无线红外防盗报警电路的设计含程序原理图PCB图.docx
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基于单片机的无线红外防盗报警电路的设计含程序原理图PCB图
1前言
1.1无线红外防盗报警电路的发展状况
红外防盗报警器的发展主要是基于传感器之下，所以首先要谈谈红外传感器的发展状况。
而传感器技术是21世纪人们在高科技发展方面争夺的一个制高点，各发达国家都将有传感器技术视为现代高新技术发展的关键。
从20世纪80年代起，日本就将传感器技术列为优先发展的高新科技之首，美国等西方国家也将此技术列为国家科技和国防技术发展的重点，而在中国传感器的发展也取得了飞速的发展。
从而基于传感器技术的防盗报警系统也得到了高速发展。
热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器，他能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电信号输出。
近几年来，伴随这集成电路技术的飞速发展，以及该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路的处理技术也迅速发展。
热释电传感器可在室温下使用，灵敏度与波长无关，所以应用领域广。
1.2无线红外防盗报警器的分类及其介绍
1.被动式红外传感技术
被动式红外传感技术是利用红外光敏器件将活动生物体发出的微量红外线转换成相应的电信号，并进行放大，处理，它能可靠的将运动着的生物体和飘落的物体加以区别。
同时它还具有监控范围大，隐蔽性好，抗干扰能力强和误报率低等特点。
被动式红外入侵报警器又称热释电红外入侵报警器，由光学系统，红外传感器和信息处理三部分组成。
2．主动红外探测器
主动红外探测器由红外发射机，红外接收机和报警控制器。
分别置于收发，发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。
红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。
接收端输出的电信号的强度会因此发生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。
主动式红外探测器遇到小动物，树叶，沙尘，雨，雪遮挡则不应报警，人或相当体积遮挡物将发生报警。
1.3无线红外报警器工作的原理
无论是基于哪种方式的无线红外防盗报警器，它的工作原理都是将探测到的信号，经传感器信号处理芯片放大输出，并将报警信号通过单片机编程控制通过编码经无线发射电路发射出，再用接收电路接收信号，解码电路解码并通过控制电路判断是否属于异常信号，再决定是否发送报警信号给报警电路，从而达到防盗的效果。
1.4设计无线红外防盗报警器的内容和意义
本设计是一套防盗报警系统，其主要功能是人体探测器检测到异常状况时采用无线的形式把信号传递给主机，主机通过处理将警情信号传给报警器发出报警声，同时能显示出出现警情的具体位置。
系统总体设计方案可以划分为四大模块：
第一部分是红外检测电路，第二部分是无线编码发射电路，第三部分是无线解码接受电路，第四部分是控制报警电路。
如今市场上有很多无线防盗报警产品，随着科技的发展报警装置在生活工作上的运用越来越多，主要有被动式，主动式和多技术复合式的。
在这几中复合式的防盗器的误报率很低，是未来发展的主要方向。
对于我们而言设计无线红外防盗报警器的意义主要在于设计的过程，在设计过程中我们可以将所学的到的理论知识运用到实践中，并让自己明白自己的不足，在以后的学习中能让自己具有更好的专业素养。
2总体方案设计
2.1方案比较
2.1.1方案一
方案一如图2.1所示。
图2.1方案一方框图
2.1.2方案二
方案二如图2.2所示。
图2.2方案二方框图
2.2方案论证
方案一与方案二的基本实录都是相同的，都是由测电路，单片机，显示电路，编码电路，无线收发模块，解码电路，单片机，声光报警电路组成，所不同的所选芯片不同，现将其区别列于表2.1中。
表2.1方案芯片
方案
单片机
传感器处理电路
显示电路
无线收发模块
方
案
一
AT89C51：
20MHzCOMS,32位I/O控制器，6个中断，4KB的闪存，128B的芯片RAM，2个定时/计数器。
选用ADC0809处理电路将传感器所接收的模拟信号转变成数字信号传给单片机。
74LS47显示电路，一次只能驱动一位LED，所以要想实现多路显示所用的74LS47较多，电路复杂。
NRF905无线收发一体芯片，是一款适合于短距离无线数据通信的芯片。
方
案
二
STC89C52：
24MHzCOMS,32位I/O控制器，6个中断，8KB的闪存，128B的芯片RAM，3个定时/计数器。
选用BIS0001处理芯片，是专用的传感器处理芯片，可以传感器所接收的信号直接放大以数字信号的方式输出
MAX7219数码管显示电路一片可以驱动八位的共阴极LED显示，可以同时实现段选和位选的功能
NRF401是一个无线收发的模块，可以适用于中长距离的数据传送与接收
2.3方案选择
比较上述两种方案，方案二最佳。
方案一在芯片选择上没有方案二好，首先是方案二的传感器处理芯片BIS0001是集成芯片可以直接把模拟信号转变成数字信号，比用数模转化器ADC0809更好，而且方案二较之方案一单片机的存储空间更大，显示芯片MAX7219比74LS47功能强大，可以直接驱动八位LED，无线收发模块的NRF401比NRF905的频带更宽，功能更好，性价比更好。
所以，终上所述选用方案二。
3单元模块设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1电源电路
图3.1电源电路原理图
1．电源电路的工作原理：
用已有的电源芯片将220V的电压转化成9V和12V,在单片机集后续电路中都用5V作为工作电压，所以经整流和滤波电路后再有那个三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5V直流电源。
直流电源是维持电路中形成稳恒电流的装置。
如干电池、蓄电池、直流发电机等。
直流电源有正、负两个电极，正极的电位高，负极的电位低，当两个电极与电路连通后，能够使电路两端之间维持恒定的电位差，从而在外电路中形成由正极到负极的电流。
单靠电荷所产生的静电场不能维持稳恒的电流，而借助于直流电源，就可以利用非静电作用（简称为“非静电力”）使正电荷由电位较低的负极处经电源内部返回到电位较高的正极处，以维持两个电极之间的电位差，从而形成稳恒的电流。
因此，直流电源是一种能量转换装置，它把其他形式的能量转换为电能供给电路，以维持电流的稳恒流动。
直流电源中的非静电力是由负极指向正极的。
当直流电源与外电路接通后，在电源外部（外电路），由于电场力的推动，形成由正极到负极的电流。
而在电源内部（内电路），非静电力的作用则使电流由负极流到正极，从而使电荷的流动形成闭合的循环。
三端稳压集成电路采用LM7805.具体电路图如3-1所示。
2.电源电路的功能介绍：
此电路在整个设计中起着很重要的作用，是提供器械运转的原动力。
此电源为直流稳压电源包括整流，滤波，稳压三部分，最终将电网中220V的交流电压转换为5V的直流电压提供给后面的工作电路。
在整个电路中电源部分起到首脑的作用，如果电源部分不能实现整个电路都不能运行。
（1）直流稳压电源工频变压器的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压Ui。
变压器副边与原边的功率比为P2/P1=η，式中η是变压器的效率。
（2）整流滤波电路：
整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。
再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。
3.1.2单片机最小系统
图3.2单片机最小系统
1.单片机系统的工作原理：
当接收到传感器处理芯片传来的信号后经单片机判断是否为异常信号，若是就控制编码发射，并显示发生异常情况的地方，然后再接收解码后又经单片机控制，最后通过中断定时系统控制声光报警器报警。
这里的硬件要求非常重要，所以采用40个引脚的STC89C52芯片就能够完全满足要求，并且价格便宜。
在辅助电路方面主要有复位电路和晶振电路。
能保证单片机的有效运行。
P1.0和P1.1用来进行程序存储器的扩展，与AT24C512的SCL和SDA相连可以在编程的时候实现程序存储器的外扩。
P3.2口与红外传感芯片的V0输出端相连，通过中断来判断是否有异常信号。
从而来控制后续电路的编码等。
P0口用来控制显示电路的显示，P2口用来实现编码和解码的地址同步，在整个电路中单片机是核心控制部分。
2.复位电路：
复位时单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚RST加上大于2个机器周期的高电平就可使单片机复位。
本设计中采用的是手动复位电路，复位电路可以在程序出错或系统处于死锁状态时，按下复位键可使单片机重新启动。
3.晶振电路：
单片机个功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
4.程序存储器扩展电路的工作原理：
在设计片外程序存储器之前，首先要决定EA引脚的电平。
EA=0,单片机只访问外部程序存储器,对于8031单片机此引脚必须接地.EA=1,单片机访问内部程序存储器,对于内部有程序存储器的8XX51单片机,此引脚应接高电平,但若地址值超过4KB范围,单片机将自动访问外部程序存储器。
设定好EA后，单片机自动按程序所设定的次序执行。
STC89C52单片机的内部集成了CPU、RAM、程序存储器、定时／计数器、I/O接口以及串行通信接口等、使用非常方便，对于简单的控制及检测系统利用一片单片机就够了，但对于一些较大的复杂应用系统，往往还需要扩展一些外围芯片，如存储器、A/D、D/A以及各种接口芯片等以补充片内硬件资源的不足.在本次设计中用两片AT24C512进行扩展，可以加大程序存储器的储存空间
3.1.3编码电路
1.编码电路的工作原理：
由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由PT2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万中编码，完全可以满足同一区域内互不影响工作：
其原理图如图3-3所示。
2.编码电路的功能介绍：
通过单片机的P2口控制A0-A7口的地址码，用拨码开关来控制D0-D3的状态组成数据码来组成一个完整的码字，当解码电路与编码电路的码字相同时就可以实现一路的发射与接收，可以通过不同的码字来实现多路信号的发射与接收。
一旦发现异常PT2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发射出去。
具体的编码是由，只不过要求编码和解码的地址信号应该一样才可以实现同步。
图3.3编码电路
3.1.4无线收发电路
图3.4无线收发电路
图3.5收发模块的射频接口
1.无线收发电路的工作原理：
在进行防盗设计时如果采用无线收发模式可以实现远距离防盗，并且操作比较方便，而且在收发信号时，精度比较高。
跟只用编码电路发射电路相比而言误报率比较低，电路原理如图3-4。
2.如图3.5所示，为NRF401的集成芯片的接口，她用来接插集成芯片PTR2000，它是一种无线收发模块的集成芯片。
PTR2000无线数据传输模块是一种超小型，低功耗，高速率的无线收发数据传输模块。
PTR2000的通信速率最高为20bit/s,也可以在其他速率，如4800bit/s,9600bit/s。
为了更加方便说明和单片机的连接，首先介绍PTR2000无线数传模块的，其引脚说明如图所示。
3.1.5解码电路
图3.6解码电路
1.解码电路的工作原理：
PT2272是一款与PT2262配对使用的无线，红外线遥控解码专用集成电路。
采用CMOS工艺制造，它最大拥有12位的三态地址码管教，可支持多达531441个地址的编码，因此很有效地降低了重码率。
当编码芯片发出信号后，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直发射，解码芯片也一直连续发射。
2.解码电路的功能介绍：
经编码电路编码后通过无线收发模块将信号传给解码芯片PT2272。
设置时将A0-A7的状态设置来和PT2262相同才可以对应解码。
通过中断控制VT的状态来控制PT2272是否处于解码状态。
此电路功能比较完善，可以将接收的信号传送给单片机，通过单片机编程控制实现将异常信号进行控制的功能。
3.1.6红外检测电路
图3.7红外检测电路
1.红外检测电路的工作原理：
首先通过热释电传感器感受人体体温发出电压信号经过IBS0001处理芯片由V0输出放大的数字信号传给单片机由中断控制。
热释电传感器是一种非常有应用潜力的传感器，它能检测人或某些动物发射的红外线并转化成电压信号输出。
传感器处理芯片BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件就可构成被动式的热释红外开关和报警用人体热释电传感器等。
热释电晶体的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器。
一般在热释电传感器的前面应放置一个菲涅耳透镜，它是根据菲涅耳原理制成的，把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红外传感器的灵敏度大大增加。
2.红外检测电路的功能介绍：
本设计采用带有菲涅尔透镜的热释电传感器，并附有传感器处理芯片，这样可以实现信号的过滤传送，然后进行放大输出，在本电路中传感器处理芯片BIS0001可以将传感器转换的模拟信号转变成数字信号经电路放大输出给单片机，由于是集成芯片的模式可以减少人为的误操作，使设计方案更可靠误报率更低。
在此芯片及附加电路中的电阻电容都采用贴片的形式由厂家直接加工处理，精准性更高，比直接由传感器传输模拟信号再由模数转换电路转换后所得到的信号更准确，信号传输的器件越少，效果越精准。
3.1.7显示电路
图3.8显示电路
1.显示电路的工作原理：
LED显示在单片机系统中应用广泛．它能够直观地向人报告系统运行状态与结果。
论述单片机应用系统中LED显示译码驱动电路的几种实现方案，比较每种方案各自的优缺点．用MAX7219驱动LED显示电路显示的方案最佳，一个MAX7219就可以驱动8位的LED显示，并且在芯片功能上集成了位选和段选的功能，运用很方便。
当异常信号发生后通过单片机的处理可以经过P0口控制MAX7219来使LED显示发生异常信号的具体地点。
2.显示电路的功能介绍：
在本次设计中只有一处异常信号的来源，但在实际生活中可以检测多路异常信号，然后通过LED显示，当没有警情发生时LED上电显示0000，当有一路警情发生时LED显示0001，当又两路警情发生时LED显示0002。
以此类推可以实现多路警情的显示。
而且用MAX7219来驱动显示电路操作方便，编程方便，使用更方便，DIG0-DIG7与LED的COM口相连可以实现LED的段选，可以通过控制DIGO-DIG7的高低电平就可以实现段选，SEGA-SEGP与LED的a-dp相连，通过控制SEGA-SEGP的高低电平来实现LED的位选。
3.1.8声光报警电路
图3-9声光报警电路
1.声光报警电路的工作原理：
本次设计是无线防盗报警器的设计，最后将产生的异常信号经单片机处理后传送给报警电路进行声光报警，声音报警采用蜂鸣器报警，在将高电平传送给蜂鸣器之前先通过音频放大器进行音频放大，这样可以可以使设计简便同时使发出的声音逼真，LM386是一款不错的音频功放电路。
发光报警采用LED发光二极管进行发光报警，可以同时达到视觉和听觉的效果。
2.声光报警电路的功能介绍：
首先在接收到异常信号后，只有通过报警电路才能达到报警的效果，其次报警电路有声音报警电路和发光报警电路。
在本设计中将两者综合在一起有更好的实用性，不仅可以在正常情况下使用，而且也适用于聋哑人或听力有问题的人，而且采用两种方式报警可以减少故障率。
3.1.9接口电路
1．接口电路的工作原理：
在使用单片机的设计中一定会涉及到编程的部分，而编程是在计算机上进行的，要讲程序传送到单片机中就一定要用到接口电路，用接口电路将程序下载到单片机中进行程序控制后续电路。
当发射电路将信号发射出去，经PT2272解码电路解码后传给无线接收模块然后可以将无线接收模块与RS232相连接可以将接收到的异常信号传给计算机，可以通过计算机显示异常信号。
2．接口电路的功能介绍：
RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。
传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
图3.10接口电路
3.2电路参数的计算及元器件的选择
3.2.1发射部分
1电阻阻值
表3.1电阻
标号
阻值
封装
标号
阻值
封装
R14
2M
RES3
R1,R6,R13,R31,R32,R33,R30
1OK
RES2
R29
1.2M
RES3
R2,R3
4.7K
RES3
R8,R11,R12
1M
RES3
R34,R35,R36,R37
2.7K
RES2
R9
200K
RES3
R10,R23
1K
RES3
R4,R5,R15
47K
RES3
R16,R17,R18,R19
510
RES3
2电容的值
表3.2电容
标号
数值
封装
标号
数值
封装
C7,C8,C9,C15
0.01uf
RAD1
C27
470uf
RB1
C5
4.7uf
RB1
C2
2200uf
RB1
C6
10uf
RAD1
C25,C26
30pf
RAD1
C10
47uf
RAD1
C1,C28,C29,C30
104
RAD1
3.2.2接收部分
1电阻的阻值
表3.3电阻
标号
阻值
封装
标号
阻值
封装
R22
1.2M
RES3
R16
10K
RES3
R3,R9,R10,R12,R13,R14,R15
1K
RES3
R20
330
RES3
R19,R20
4.7K
RES3
2电容的值
表3.4电容
标号
数值
封装
标号
数值
封装
C31
10uf
RAD1
C22
10uf
RB1
C15,C17
30pf
RAD1
C8
470uf
RB1
C32
100uf
RAD1
C4
2200uf
RB1
C6,C7,C12,C13,C18,C19,C20,C21
104
RAD1
C14
4.7uf
RB1
3.2.3主要芯片的选择
1晶振电路：
在单片机的晶振电路中选用11.0592M的晶振就符合设计的要求。
2LED显示数码管：
选用共阴极的四位数码管，因为MAX7219可以驱动8位的LED数码管显示。
MAX7219可以同时实现段选和位选。
3外扩存储器：
选用AT24C512，因为用两片芯片就可以达到扩展，采用
C的方式进行存储器的扩展，只占用单片机的P0口的两个引脚，占用的空间比较少而且很容易通过编程实现程序存储器的扩展。
4整流电源：
选用LM7805来进行的直流电源的整流，78XX系列集成稳压器的典型应用电路，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，在输入端和输出端加滤波电容，当输出电较大时，7805应配上散热板。
在组成电源的时候需要电容。
5.单片机芯片：
选用STC89C52芯片，较一般51单片机而言，存储器的空间比较大，而且运用比较方便，在购买方面价格便宜，采购方便。
6.编码芯片和解码芯片：
编码芯片和解码芯片是配套使用，编码芯片选用PT2262，解码芯片则选用PT2272，选用这两种芯片可以实现多路信号的编码与解码，干扰较小。
7.无线收发模块：
无线收发模块采用NRF401芯片，可以实现远距离的发射和接受，这样发射和接收可以安装在不同的地方。
也可以采用集成芯片PTR2000，占用面积比较小，而且适用性比较强。
8.音频放大器：
选用LM386，为使设计简便同时发出的音效逼真，音频信号发生器采用集成的语音电路，LM386是款不错的音频放大器，起工作电压为5-18V，功率为1.25W，频率响应的上限为300KHZ,增益可达50Db,而且外围电路简单，易于设计。
3.3特殊器件的介绍
3.3.1BIS0001
图3.11BIS0001的管脚图
BIS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。
它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。
它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场，库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
各引脚的定义和功能如下：
VDD—工作电源正端。
范围为3~5V。
Vss—工作电源负端。
一般接0V。
IB—运算放大器偏置电流设置端。
经RB接VSS端，RB取值为1M左右。
1IN-—第一级运放放大器的反相输入端。
1IN+—第一级运放放大器的同相输入端。
1OUT—第一级运算放大器的输出端。
2IN-—第二级运算放大器的反相输出端。
2OUT—第二级运算放大器的输出端。
Vc—触发禁止端。
当Vc＜VR时禁止触发；当VC＞VR时允许触发。
VR≈0.2VD。
VRF—参考电压及复位输入端。
一般接VDD。
接“0”时可使定时器复位。
A—可重复触发和不可重复触发控制端。
当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0”时，不可重复触发。
Vo—控制信号输出端。
由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平时为有效触发。
在输出延时间Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。
RR1RC1—输出延迟时间Tx的调节端。
Tx≈49152R1C1。
RR2RC2—触发封销时间Ti的调节端。
Tx≈24R2C2。
3.3.2PT2262
图3.12PT2262的管脚图
PT2262最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
表3.5PT2262管脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8,10-13
地址管教，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，悬空
D0-D5
7-8,10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内有下拉
VCC
18
电源正端
VSS
9
电源负端
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端
DOUT
17
编码输出端（
升级会员 