陆廷刚基于单片机的红外线防盗报警器的设计讲解.docx

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陆廷刚基于单片机的红外线防盗报警器的设计讲解

摘要

随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。

本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。

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。

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AT89S51。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

系统程序可以划分为以下几个模块：

数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。

第一章绪论

第一节课程背景

随着社会的发展，人们安防意识的提高，现代化的安防技术得到了广泛的应用。

为了防止非法的入侵和各种破坏活动，传统的防范手段己难以适应要害部门、重点单位安全保卫工作的需要。

人力防范往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，亦难免出现漏洞和失误。

近年来由于红外线是不可见光，具有很强的隐蔽性和保密性，所以众多的红外产品也逐渐应用到小区的安保之中，但大多数都应用在夜间照明，以提高监控性能。

同比国外的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、红外发射／接收以及微波等技术为基础。

利用科技手段和有效的物业管理，改变人们安全防范的方法和手段，从单一封闭式、被动型安全防范模式向多元化、综合化、电控化以及红外报警处理方向发展。

目前国际上应用最多的是主动红外对射总线制报警主机的方式，这种方式具有技术成熟、可靠性高、易扩展、操作简便、经济性好等优点。

第2节任务要求

1.查阅防盗报警方面的相关资料，了解此方面的发展状况；

2.掌握红外发送与接收技术；

3.采用脉冲式发射以尽量增加作用范围；

4.考虑抗干扰措施；

5.采用合理的声光报警方案；

6.设计、实现该系统；

7.撰写设计。

第二章红外线防盗报警器

第一节红外线报警器的简介

红外线报警器在电影《偷天换日》和其它的电影、电视剧中我们常可以看到，神偷在偷取宝物时，总会有一个把风的在外面用电脑监测着。

电脑屏幕上面，显示着神偷周围有一根根红线，如果神偷不小心“触”到了这根红线，那么报警器就会发响。

这就是红外线报警器。

　　红外线报警器分主动式和被动式两种。

主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。

如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。

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。

第二节红外线报警器的工作原理

红外报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统.探测一旦探测到入侵,红外报警器立即把报警入侵信号无线密码传输到报警主机,主机接收到报警信号后,会立即启动高分贝警笛现场报警器,红外报警器主机面板上的LED显示报警防区,防区路数0-99路,明确显示入侵方位,同时报警主机还有时间显示、报警记录查询、自动开关机等功能。

第三节红外线报警器的功能

1、探测器和主机无线自动对码，即学习式编码，系统扩容简单快捷； 

2、100个独立无线防区，每个防区可单独撤布防，方便实用； 

3、报警主机有两组定时开关机时间，并具有当前开、关机状态指示； 

4、三种报警声、四级报警音量可选； 

5、红外报警器可同时滚动显示最新十条报警信息； 

6、可查询60条最近报警记录； 

7、红外报警器可选配内置备用电源，并具有浮充装置和低电压告警功能； 

8、提供一组常开、一组常闭报警输出和＋12V直流输出，供其他设备控制使用；9、加装拨号模块，报警时可实现自动拨打６组电话功能。

第四节红外线报警器的安装方法

由于被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备,在安装对必须注意一些细节方面的问题,如高度,灵敏度等.正确安装一个被动红外探测器,必须掌握以下几个方面的信息:

首先是对探测器的性能特点必须了解,其次要合理确定安装的位置,最后必须要仔细调试.不能说探测器能报警就说明安装好了,那么如何确定一个被动红外探测器的安装位置呢?

   *根据说明书确定正常的安装角度

   安装高度不是随意的,会影响探测器的灵敏度和防小宠物的效果.试想一下,一个探测器装在2M高度的位置和2.5高度的位置,那么移动物体从地面移动时,切割明区和暗区的频率是不一样的。

   *不宜面对玻璃门窗

   被动红外探测器正对玻璃门窗,会有两个问题:

一是白光干扰,显然PIR对白光具有很强的抑制功能,但毕竟不是100%的抑制.因此避免正对玻璃门窗,可以避免强光的干扰.二是避免门窗外复杂的环境干扰,比如人群流动、车辆等。

   *不宜正对冷热通风口或冷热源

   被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系.冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报,对有些低性能的探测器,有时通过门窗的空气对流也会造成误报。

   *不宜正对易摆动的物体

   易摆动的物体将会使微波探测器起作用,因此同样可能造成误报.古注意非法入侵路线安装探测器的目的足防止犯罪分子的非法入侵,在确定安装位置之前,必须要考虑建筑物主要出人口.实际上我们防止了出入口,截断非法入侵线路,也就达到了我们的目的。

   *合理的选型

   被动红外探测器具有多种型号。

从6米到60米,从单红外到三红外,从壁挂式到吸顶式的都有,那么所要安装的探测器必须要考虑防范空间的大小,周边的环境,出入口的特性等实际状况.有时要考虑更换菲涅尔透镜来满足要求。

   调试

   将探测器安装完中后,调试探测器是最后所要做的工作.被动红外探测器的调试具有两种方法,一种是步测,就是调试人员在警戒区内走s型的线路来感知警戒范围的长度等宽放,从图中可以理解这一点。

   微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整,过高或过低的灵敏度都将影响防范效果.有时由于季节变换,冬季和夏季要对灵敏度分别调整.微波灵敏度一定不能过大,因为微波只有穿透性,在调试的时候要注意。

   第二种方法是仪表测量,有的探测器有背景噪声电压输出接口,用万用表的电压来测试,当探测器在警戒状态下,它的静态背景噪声的输出电压的大小,表示干扰源的干扰程度,以此判断这一位置是否合适安以上部分只是作者对于被动红外探测器的使用及安装方法的基本共性作一点分析,各种品牌在红外处理方面具有其独特的方法,因此我们在使用安装前,必须仔细阅读说明书,最重要的是通过实际工作经验的积累,对探测器的特性一定能够更深刻的了解,从而更好的发挥被动红外探测器在安防工程中的作用。

第三章红外线防盗报警器的设计

第一节硬件电路

电路原理图如图所示.可将该电路分为以下三个部分.

 电路原理图

一、电源电路

   220V交流市电经变压器T降压.桥式整流器D1整流. 电解电容C7滤波.三端稳压器78L05稳压,最后得到整机要求的+5V稳定直流电源。

二、单片机系统.

   U1为AT89C2051单片机.C1.R0,R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路;C2.C3以及晶振T1组成时钟电路iC4.C5为+5V电源滤波电容.U2为CM0S6反相器CC4069 ,起驱动作用。

VD1～VD6为红外发射管,其负极端接与P1口.P1口设置为输出状态,当P1口为.0时,VD1～VD6发红外光.VD7～VD12为红外接收管.当接收到红外光时导通,+5V电源通过VD7一VD12加到反相器 CC4069的输入端,经反相为低电平,这时P3_0~P3.5为低电平.发管和接收管分别安装在门和窗口的适当位置.当有人闯入时遮挡了红外线,接收管截止.反相器输入端为低电平.这时U1的P3.0一P3.5为高电平.当在一定时间内检测到位于不位置的光束被遮挡时.则由P3.7口输出报警信号（高低电平间隔1S的脉冲信号）.驱动声光报警电路.进声光报警.直至按复位按钮RESET或电源开关S1.由于红外收发管之间没有遮挡时为正常.有遮挡时为异常,则当P1口输出o0H时.P3口的正常状态数据为00H。

三、声光报警电路.

   555定时器组成的声光报警电路。

555定时器U4，扬声器BY，普通红色发光二极管VD13等组成声光报警电路。

其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。

当P3.7为高电平时控制电压Uco较高，阈值电压UT+（=Uco）和UT-（=1/2Uco）也较高；当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低。

当UT+较高时，电容C9充、放电的电压幅度较大，因而振荡频率较低。

反之，当UT+较低时，电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小，充、放电过程完成得较快，故振荡频率较高。

即当P3.7=1时，555输出脉冲的振荡频率较低；当P3.7=0时，555输出脉冲的振荡频率高。

该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上，扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。

同时，P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上，VD13将闪烁发光。

达到声光同时报警的效果。

（1）　发射器电路原理与原理图

它由主振电路和发送电路组成。

在该电路中，k1为开关，NE555组成一个振荡频率约为32kHz的多谐振荡器，由振荡器③脚输出调制脉冲通过红外发送管向外发送。

（2）接收器原理图：

AT89C2051红外接电路图

该电路由555定时器接成的一个低频多谐振荡器与单片机at89c2051组成。

其振荡频率约为30kHz,占空比为1:

10…远红外线………正常情况下红外接收管收到由发送管送来的红外信号后，转变为微弱的电信号，555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制。

当P3.7为高电平时控制电压Uco较高，阈值电压UT+（=Uco）和UT-（=1/2Uco）也较高；当P3.7为低电平时UT+和UT-也较低。

当P3.7=0时，555输出脉冲的振荡频率高。

该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上，扬声器将交替发出高、低不同的两种叫声。

同时，P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上，VD13将闪烁发光。

达到声光同时报警的效果。

发射器电路原理图

接收器原理图

4、通信协议

   开始发送数据时,A1_89S52发出SS下降沿信号然后等待ZLG500在SDA线上的响应,若在50ms内未检测到此响应则退出本次传输（由SPI看门狗定时器实现）将错误代码返回给主程序由主程序进行错误处理.若ZLG500正确响应则AT89S52可将命令和数据发送出去,然后AT89S52等待ZLG500发回的状态和响应数据.即等待SS线上的下降沿的产生,此时的AT89S52用外部中断响应.若在500ms内未检测到此信号则退出本次传输且向主程序报告错误代码（由SPI看门狗定时器实现）。

若正确检测到SS信号则可接收状态和数据.SS为数据发送使能,若一方有数据要发送给另一方,则该方控制SS线为低.并在发送结束后将该线置高。

接收数据方不得控制该线.双方必须遵守通信协议。

不得同时控制该线.SDAT为数据线由数据发送端控制数接收端必须释放该线,该线在一次传输开始时还同时作为数据接收端的响应信号.SPI线上信号波形圈见图。

SPI线上信号波形圈

本系统主要由四个源程序实现分为三层。

mface-3.asm为底层程序.定义最基本的函数且直接操作硬件zig500.C.12864.C为中层程序定义各种功能函数main.C为顶层程序直接调用底层和中层文件中的函数.其中zig500.C和m-face.asm由ZLG500模块的生产厂家提高低不同的两种叫声.同时P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号经电阻R8加到红色发光二极管VD13上.VD13将闪烁发光达到声光同时报警的效果。

第二节.软件设计

我们的目标是，当检测到有人闯入时就由P3.7口输出高低电平间隔1S的脉冲信号去驱动声光报警电路，产生声光报警。

这可通过使P3.7口每隔1S取反一次实现。

而1S时间可通过让定时器T0（工作于定时方式1）重复定时100ms十次实现。

用工作寄存器R1作循环计数器，初值为10（0AH）。

采用中断方式编程，整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成。

YES

NO

NO

YES

开始

系统初始化

有人闯入？

启动定时

时间到吗？

转报警程序

图2 主程序流程图

等待时间到

1．主程序。

主要功能是对系统进行初始化和对系统进行监视。

看是否有人闯入。

其程序流程图如图所示。

程序流程图

程序清单如下：

ORG0000H

AJMPMAIN；转向主程序

ORG000BH；定时器T0中断入口

LJMPBJ；转向中断服务程序

ORG0030H

MAIN：

MOVSP，#50H；设置堆栈栈底

MOVR1，#0AH；设置循环计数器初值

MOVP3，#00H；设置P3口为正常状态

MOVP1，#00H；使VD1~VD6发红外光

MOVTMOD，#01H；设T0为定时方式1

MOVTH0，#3CH；设置定时100ms初值

MOVTL0，#0B0H

SETBEA；CPU开中断

SETBET0；定时器0允许中断

JS：

MOVA，P3；监视是否有人闯入

CJNEA，#00H，LP

AJMPJS

LP：

SETBTR0；启动T0定时100ms

SJMP$；等待定时100ms完成

1S到吗？

P3.7取反

中断返回

保护现场

图3中断服务程序流程图

重设定时初值

恢复现场

YES

NO

2．中断服务程序。

主要功能是判断定时1S是否完成，从而决定是否对P3.7口取反。

其程序流程图如图所示。

中断服务程序

程序清单如下：

ORG0060H

BJ：

PUSHAcc；现场保护

PUSHPSW

MOVTH0，#3CH；重设定时初值

MOVTL0，#0B0H

DJNZR1，FH；1S未到返回

MOVR1，#0AH；重设计数器初值

CPLP3.7；P3.7口取反

FH：

POPPSW；恢复现场

POPAcc

RETI；中断返回

END

第三节.系统调试 

一、软件调试.

   先在Keilc51环境中进行软件调试.再利用编程器将调试好的程序固化到AT89C2051单片机中。

二、硬件调试

（1）检查线路应焊接无误.

（2）电源电路调试.断开负载.用万用表测量78L05的3脚应有+5v电压.（3）先不装入AT89C2051单片机.用短路线把U1插座的12脚接地.调整VD1和VD7的安装位置和角度,测量U1插座的2脚电压.当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏,有遮挡时为+5伏.用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度.使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求.（4）将固化好程序的AT89C2051插入电路中的U1插座上.接上电源即可工作。

结束语

本文设计的红外线防盗报警器，以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，同时能有效抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。

实践表明，由于电机扫动速度、角度都通过电视遥控器操作，操作简单、灵活，且安装方便、智能性高、误报率低、成本低、应用前景广。

到目前为止我的毕业设计也即将告一段落了，在这次的毕业设计中，自己也学习到了很多以前没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。

谢辞

通过此次的论文，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。

并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。

在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

在毕业设计即将结束之即，再次对帮助过我的同学、和教诲过我的各位老师表示忠心的感谢，在我的毕业设计过程中给了我很大的帮助和细心指导，老师不但知识广博、治学严谨、实践经验丰富，而且宽厚待大，和蔼可亲，让我受益非浅，再次表示感谢。

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