红外防盗报警器设计说明书.docx
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红外防盗报警器设计说明书
电气系高级工毕业课题
设计说明书
课题名称红外防盗报警器设计
专业班级11电气六
（2）
学生姓名蒋雨陶
学号16
指导教师唐幼君
宁波技师学院电气技术系
二零年月
摘要
本系统采用ATME公司生产的8位AT89S52单片机作为主控芯片,由热释电红外传感器实现对人体发送红外信号的检测。
本系统由硬件和软件两部分组成。
硬件电路包括热释电红外传感器探头电路、单片机控制电路、电源电路、时钟电路、复位电路、放大电路及报警电路。
软件部分由汇编语言实现。
本系统实现的功能是检测在所设定的区域内是否有人经过。
当传感器检测到人体发出的红外信号时，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AT89S52单片机。
在单片机内，经软
件查询、识别等环节发出入侵报警状态控制信号。
驱动电路将控制信号放大并使声光报警设备开始报警。
报警延迟10s后自动解除，也可以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。
红外报警器的特点是使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，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，并且安装隐蔽，不容易被窃贼发现。
关键词：
红外报警器；红外传感器；单片机；报警器
1•引言1
2•设计方案2
2.1任务分析2
2.2方案论证2
3•方案实施5
3.1总体电路设计5
3.2模块电路设计5
3.3软件设计13
3.4系统仿真18
3.5系统制作18
4.结果与结论20
4.1结果20
4.2结论20
5.收获与致谢21
6.参考文献22
7.附件23
7.1电路原理图23
7.2仿真图24
7.2工作图25
7.4元器件清单26
1.引言
随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，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。
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。
2.设计方案
2.1任务分析
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AT89S52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。
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。
2.2方案论证
1、方案设计
方案一：
模拟电路框图如图2.1所示。
图2.1模拟电路框图
利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。
系统主要有红外线传感器、
信号放大器、电压比较器、声音报警延时电路和电源电路组成。
方案二：
集成运放电路框图如图2.2所示。
图22集成运放电路框图
利用集成运放电路构成红外防盗报警器。
系统主要有红外传感器、放大电路、
电压比较器、精确比较电压、报警电路和9V直流电源组成。
方案三：
基于单片机的电路框图如图2.3所示。
图2.3系统电路框图
本设计包括硬件和软件设计两个部分。
处理器采用51系列单片机AT89S52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AT89S52单片机。
在单片机内，经软件查询、识别判决等环节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。
2、方案选定
方案一的模拟电子式红外线报警器和方案二的集成运放式红外线报警器的硬件电路相比于方案三较为复杂、元件多、稳定性差抗干扰性不好、不够安全可靠且不易实现。
由于方案三具有节能且抗干扰性强的特点，采用的热释电红外传感器具有制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰性能力强、灵敏度高、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。
并且在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、经济的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路，而且方案三操作性强，能够随时修改程序以改变功能，综上所述，选择方案三。
3.方案实施
3.1总体电路设计
红外报警器系统整体原理如图3.1图所示
图3.1系统整体原理图
本设计包括硬件和软件设计两个部分块。
电路结构可划分为：
热释电红外传感器、单片机控制电路、LED控制电路、报警器、电源电路、时钟电路、复位电路及相关的控制管理软件组成。
用户完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警的功能。
单片机是红外报警器系统的核心，单片机应用系统也是由硬件和软件组成。
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。
所以该系统包含以下部分：
热释电红外传感探头电路、单片机电路、电源电路、始终电路、复位电路、报警电路及相关的控制管理软件组成。
3.2模块电路设计
1、热释电红外传感器电路
热释电红外传感器引脚图如图3.2所示。
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丽国冋陌同［H］而引
［BISSOOOl
AVQRRlECIHCEWVSSVKF/KE5ET
图3.2热释电红外传感器引脚图
热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成的尺寸为2*1mm的
探测元件。
热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。
由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。
故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。
热释电
红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。
由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。
该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。
它利用两个极性相
反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。
对于辐射
至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。
这个电压信号就可以用来驱动外部控制电路。
制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的
探测波长范围为0.2-20um。
为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。
引脚功能如表1所示。
表3-1引脚功能
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端
2
V0
O
控制信号输出端
3
RR1
输出延时时间Tx的调节端
4
RC1
输出延时时间Tx的调节端
5
RC2
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
工作电源负端
8
VRF
I
参考电压及复位输入端
9
VC
I
触发禁止端
10
IB
预算放大器偏置电流设置端
11
VDD
工作电源正端
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的冋相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应器
上。
红外感应器通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，即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，送给单片机上的P1.7端口，后续电路经检测
处理后就能产生报警信号。
热释电红外传感器的主要工作参数有：
常用的热释电红外传感器工作电压范围为3〜15V;工作波长：
通常为7.5〜14卩m;源极电压：
通常为0.4〜1.1V，R=47kQ;输出信号电压：
通常大于2.0V;检测距离：
常用热释电红外传感器检测距离约为6〜10m水平角度：
约为120°;工作温度范围：
—10C〜+40。
热释电红外传感器电路如图3.3所示
R2
图3.3热释电红外传感器电路
本设计所用的热释传感器就采用双探测元的结构。
在VCC电源端利用C2和R1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型三极管的放大，外加反相器使输入单片机的电信号为低电平。
2、单片机控制电路
单片机内部硬件结构图如图3.4所示。
图3.4AT89S52单片机的片内硬件组成结构
单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元、存储器、并行I/O口、
串行I/O口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。
⑴片内各部件功能
CPU（微处理器）：
AT89S52单片机中有1个8位的CPU，与通用的CPU基
本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，此外还有面向控制的位处理功能
数据存储器（RAM）:
片内为128B，片外最多可外扩64KB。
片内128B的
RAM以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快的单片机运行的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗。
程序存储器（FlashROM）:
它用来存储程序。
AT89S52片内集成4KB的Flash存储器，如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩至64KB。
中断系统：
具有5个中断源，2级中断优先权。
定时器/计数器：
片内有2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。
1个看门狗定时器WDT:
提供了当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞状态时而使程序恢复正常运行的有效手段。
串行口：
1个全双工的异步串行口，具有4种工作方式。
可进行串行通信，扩展并行I/O口，还可与多个单片机相连构成多机系统。
P0口、P1口、P2口、P3口：
4个8位并行I/O口。
特殊功能寄存器（SFR）:
共有26个特殊功能寄存器，用于CPU对片内个功能部件进行管理、控制和监视。
特殊功能寄存器实际上是片内各个功能部件的控制寄存器和状态寄存器，这些特殊功能寄存器映射在片内RAM区80H~FFH的地址区间内。
■10
5S
37
輛
55
34
33
3J
3L
30
Q
28
27
26
24
23
22
21
目前AT89S52单片机多采用40个引脚的双列直插封装方式，如图3.5所示。
VCC
ADO.PD.0ADIP0.1
AD2PO.2
AO4P04
M苦'ED3
AD6PO.6
ALTPD.：
iEAVFPALE1PROG
小对
A13P25A12P24
AHP23A101*2.2
AP/Pi.i
ASPj.ll
图3.5AT89S52双列直插封装方式的引脚
（2）引脚功能
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。
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。
这是由于内部上拉的缘故。
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。
P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表3-2所示。
表3-2P3口的第二功能定义
引脚
第二功能
说明
P3.0
RXD
串行数据输入口
P3.1
TXD
串行数据输出口
P3.2
INTO
外部中断0入口
P3.3
INT1
外部中断1入口
P3.4
TO
定时器0外部计数输入
P3.5
T1
定时器1外部计数输入
P3.6
WR
外部数据存储器写选通输入
P3.7
RD
外部数据存储器读选通输出
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。
（3）单片机工作过程
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，此高电平通过P1.7端口输入单片机，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。
3、时钟电路
时钟电路如图3.6所示。
■IlJ〒
图3.6时钟电路
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，本系统外接石英晶体振荡器的振荡频率为
12MHZ,—个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。
4、电源电路
电源电路如图3.7所示。
图3.7电源电路
该电路由桥式整流器U1、滤波电容和集成稳压块7805组成。
其工作原理为220V交流电经变压器降压后由次级线圈输出后电压降为9V的交流电，然后经
过桥式电路整流后成为波动的直流电源，经过高低通滤波后，输入集成电压稳压器7805,输出+5V（凸％）直流电压，提供给单片机应用系统。
该电路经实验证明，具有结构简单、经济、实用等特点。
5、复位电路
复位电路如图3.8所示。
亠I「f
==
I
0
III―1
图3.8复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需给AT89S52的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使AT89S52复位。
本系统
复位电路采用按键手动复位的电平复位方式，是通过RST端经电阻与电源相连
来实现的。
当时钟频率选用12MHz时，电容C3的经典取值为10疗，电阻R4的经典取值为1KQ。
当按键按两次，即在RST加上大于2个机器周期的高电平后，红外传感器就可以复位，表现在为正常状态，即绿色的LED灯开始亮，蜂
鸣器停止鸣叫，红色的LED灯灭。
6、声光报警电路和手动复位电路
报警电路和复位电路如图3.9所示。
图3.9声光报警电路和手动复位电路
用一个电阻和一个发光二极管连到RXD引脚上，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声光报警电路。
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。
当TXD引脚被置成高电平后，蜂鸣器发出声音，同时起到报警作用。
当按下按键S2实现手动复位功能。
3.3软件设计
程序编写对话框如图3.10所示。
先打开KEIL软件，点击File，在下拉菜单中选择new,就出现程序编写对话框，即可以在新建的对话框中编写程序
3.10程序编写对话框
KEILC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势.Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些
部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98NTWIN2000WINXP等操作系统。
如果使用C语言编程,KEIL软件是最好的选择，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其有方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具。
1、主程序设计
程序是若干指令的有序集合，单片机的运行就是执行这一指令序列的过程。
要想使单片机工作，必须编写出正确的程序。
本系统采用AT89S52汇编语言进
行程序设计。
主程序工作流程图如图3.11所示
图3.11主程序工作流程图
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。
第一，要对单片机进行端口分配。
输入端口有P1.7和P3.2,P1.7是检测红
外信号输入的端口，P3.2是外部中断0的端口，即有手动按键时信号通过此端口输入。
输出端口有P1.2，P3.0和P3.1，P1.2接绿色LED，当系统处于正常状态时，绿色指示灯亮，信号通过P1.2输出；P3.0接红色LED，当有红外信号时，
红色LED灯亮，控制红色LED灯的信号通过P3.0输出
第二，对单片机进行初始化设置，即系统处于正常工作的状态，此时绿色指示灯亮，根据硬件电路连接原理，需要将引脚P1.2清零；通过设置P3.0和P3.1接口，使红色指示灯熄灭，蜂鸣器不发出警报；此外，还需要设置中断允许寄存器IE，保证允许外部中断0。
第三，单片机开始工作过程，通过控制转移类指令检测是否有红外信号输入，如果有信号输入，则系统处于报警状态，并持续10S，通过以下步骤实现：
设置
定时器T0为50ms定时器，处于工作方式1,并且需要一个循环程序段，将50ms定时器循环20次，达到报警持续10S的要求。
如果没有红外信号输入，则一直检测，直到有信号输入。
在报警阶段，需要设计中断服务子程序，检测是否有中断信号输入，即外部手工输入停止报警的信号，如果有，转入中断服务子程序停止报警。
中断服务子程序包括以下内容：
现场保护和恢复现场、关中断和开中断、中断处理和中断返回。
第四，报警结束单片机进行复位。
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即可。
单片机又恢复正常状态，继续下一轮检测。
实现程序如下：
主程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPPINT0
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
LP:
JNBP1.7,LA;监测输入信号，是否有输入信号
LA:
ACALLDELAY;延时消抖
JNBP1.7,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:
SETB1.2;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
CPLP3.1;10S钟定时
MOV51H,#0C8H;10S循环次数
MOVTMOD,#01H;定时器T0定时方式1
MOVTL0,#0B0H;置50mj定时初值
MOVTH0,#3CH
SETBTR0;启动T0
L2:
JBCTF0,L1;查询计数溢出
SJMPL2
L1:
MOVTL0,#0B0H
MOVTH0,#3CH
DJNZ51H,L2;未到10S继续循环
SETBP3.0;10s到关闭报警
CLRP3.1
CLRP1.2；报警结束，正常运行绿指示灯亮
LJMPLP;循环继续工作
HERE:
SJMPHERE
2、中断程序设计
中断服务程序流程图如图3.12所示。
图3.12手工按键停止报警中断服务程序流程图
中断程序实现的功能是当声光报警器开始报警而未到10S时，手动输入一个
电平就能使报警结束。
需要设计中断服务子程序，检测是否有中断信号输入，即
外部手工输入停止报警的信号，如果有，转入中断服务子程序停止报警。
中断服务子程序包括以下内容：
现场保护和恢复现场、关中断和开中断、中断处理和中断返回。
中断子程序如下：
中断服务程序
PINT0:
CLREXO;
外部中断服务程序开始，屏敝外部中断
PUSHPSW
PUSHACC
JNBP3.2,LN;
监测是否有中断输入
LN:
LCALLDELAY;
延时消抖
JNBP3.2,LN1
AJMPLN2;
无中断输入,中断返回
LN1:
SETBP3.0
CLRP3.1
CLRP1.2;
使报警纟口束，绿扌曰示灯亮
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
END
3.4系统仿真
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机
升级会员 