基于单片机的红外报警监控系统设计.docx
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基于单片机的红外报警监控系统设计
基于单片机的红外报警监控系统设计
摘要
伴随着经济的飞快发展，科学技术的发展速度令人侧目。
随着人民生活水平日趋提高，大家对自己的个人财产的保护意识也是越来越重，因此，越来越多的家庭都安装了报警监控系统来保护自己的私有财产和人身安全。
在众多的报警系统当作，红外报警监控系统凭借它很高的稳定性和可靠性赢得了广泛的市场。
本设计采用了STC89C52单片机，把STC89C52作为了这个系统的核心来进行系统的设计，由于人的体温恒定在37度左右，所以人体会发射出特定波长的红外线，这种红外线通过被HC-SR501人体红外传感器的检测后，红外线信号就会转化成为电压信号，通过单片机对信号进行经过一系列的处理以后，就会驱动控制声光报警电路进行报警。
本设计使用HC-SR501人体感应模块来进行探测。
HC-SR501灵敏度高、可靠性强、安装简单方便而且非常隐蔽，不容易人被发现。
本文设计完成的红外报警监控系统，比普通的报警监控系统抗干扰性能更好、安装更方便、成本低廉,是现代家庭防盗报警的最佳选择。
关键词STC89C52；报警电路；HC-SR501模块；晶体振荡器
ThedesignandimplementationofInfraredalarmmonitoringsystembasedonSCM
Abstract
Alongwiththe fast developmentofeconomy, scienceandtechnologydevelopmentspeedis surprising. Withthepeople'slivingstandards graduallyimprove, everyonetohis personalproperty protectionconsciousnessis moreandmoreheavy, therefore, moreandmorefamilies haveinstalled alarmmonitoring systemto theprotectionofprivatepropertyandthe people'sownpersonalsafety.
Inmanyofthe alarmsystem as, infrared alarmmonitoringsystem withits highstabilityandreliability towinbroad market. ThisdesignusestheSTC89C52singlechip, STC89C52as the core ofthissystemto systemdesign, becauseofthe constanttemperature at37degrees, so thebodywill emit aspecificwavelengthof infrared, theinfrared by detectionofHC-SR501 humanbodyinfrared sensor, theinfraredsignal willbe convertedinto voltagesignal, throughthemicrocontrollerto signal after aseriesofprocessing, will drivecontrolacousto-optic alarming. ThisdesignusesHC-SR501 humanbodyinductionmodule todetect. HC-SR501 hastheadvantagesofhighsensitivity, strongreliability, simpleandconvenientinstallation andvery subtle, noteasy befound.
Inthispaperthedesign ofthe infrared alarmsystem, alarmmonitoring systemsthan ordinary betteranti-jammingperformance, moreconvenientinstallation, lowcost, isthebestchoicefor themodernfamily anti-theft alarm.
KeywordsSTC89C52;alarmcircuit;HC-SR501module;crystaloscillator
第1章绪论
1.1引言
随着社会经济的发展，科技不断的在进步，其中电子技术发展速度令人侧目，在短短的几十年里面，电子产品从无到有，从有到多，如今渗透了社会的各个领域，人们的生活的各个方面都含有电子产品的影子，电子技术及产品大大简化了人们的生活方式。
随着社会生产力的发展，社会信息化程度也越来越高，而这一切又反过来促使电子技术和产品的不断的高速发展，电子产品更新换代的节奏也越来越快。
比如8年前小小的一张SD卡容量是128MB，如今却已经达到128GB以上。
这令人咋舌的发展速度促使电子技术被应用得越来越广泛，也越来越平民化。
所以说电子技术正在一点一点不断地渗透进我们的生活，改变了人们的生活方式。
我们的生活与电子技术紧密的结合在一起，世界已经离不开电子技术！
1.2选题背景
改革开放以后，中国的经济在飞速的发展，人民的生活水平也达到了一个较高的水准，这导致人们对自己私有财产的保护意识在不断的加强。
面对科技发展，盗窃方式层出不穷，因此对于防盗措施要求也是越来越高。
本设计的目的是为了实现预防盗窃，给予人们对自己私有财产和人生安全的一个有力保障。
目前市面上的报警器都存在着许多问题，由于工作原理和设计的限制，大多数报警器都存在着误报率高、可靠性低、范围小、灵敏度低等问题，另外，安装闭路监控电路防盗系统的线路非常的复杂，对于安装技术要求比较高，硬件成本和维护成本太高了，不适合在一般家庭当中安装使用，不利于广泛推广利用。
而本设计所采用的是探测红外线的红外传感器来探测，由于红外线是不可见光，所以这个系统有很高的保密性和隐蔽性，因此被广泛应用于报警防盗等安全等装置之中。
在探测区域内，一旦人体所辐射出的红外线被人体红外感应模块检测到，模块将人体辐射出的红外线吸收，通过一系列的处理后使其转变为电压信号。
本设计的系统由STC89C52为核心，通过组织报警电路、HC-SR501人体感应模块、复位电路这几个部分组合而成的一个系统。
第2章红外报警监控系统基础知识
2.1系统描述
本设计是STC89C52单片机为核心来设计的红外报警监控系统，如果在人体红外传感器的探测范围之中有检测到人体所产生的红外辐射时，传感器就会将红外辐射信号进行一系列的转化，经过转化后就会产生一个与之相对应的电信号继而输出。
当没有人在里面的运动检测区域时，通过人体红外传感器的输出信号是低的，一旦在区域范围内的检测到时，传感器所输出的电信号立刻由低电平向高电平转换，同时把这个高电平信号输入到单片机当中，这个信号会被当作单片机的外部触发信号来进行一系列的处理，经过单片机的内部软件的一系列编程处理之后，STC89C52单片机将会输出一个控制信号，由这个信号来控制报警电路进行报警。
这个设计的电路结构由信号检测电路、复位电路、STC89C52单片机报警执行电路组合而成。
经过我的分析和总结，总体框图如图2.1所示：
图2.1系统框图
2.2STC89C52单片机
这个设计的核心是STC89C52单片机，我所使用的STC89C52是宏晶公司所生产的，这一款单片机是性价比非常高。
单片机的最高时钟工作频率能够达到惊人的80Mhz，片内的Flash只读程序存储器可以反复的写入和擦除十万多次，SCT89C51兼容80C51引脚结构以及标准的MCS-51，这块单片机能够做到在系统可编程，因为单芯片集成的8位CPU和ISP闪存存储单元，通过在计算机程序的控制可以用代码下载到单片机中，这样就不需要去特意的去买通用编程器节省了很多不需要的开支，而且速度更快。
2.2.1STC89C52单片机的结构
宏晶生产STC89C52完全兼容传统的8051单片机指令，它是一款低功耗、高速、超强抗干扰的单片机。
STC89C52有四种封装形式：
44针脚的PLCC和LQFP、PQFP形式；40针脚的PDIP形式。
图2.2PDIP-40引脚图
图2.3PLCC-44封引脚图
图2.4LQFP-44和PQFP-44引脚图
2.2.2STC89C52的特点
（1）精简指令集结构的8051CPU
（2）工作电压：
3.4-5.5V
（3）工作频率范围：
0到48MHz.
（4）2-12K字节的内部应用程序空间
（5）片上集成512字节RAM
（6）23/27通用的I/O端口，每个I/O端口的驱动能力都可以达到20mA，但最大驱动能力不能超过55mA
（7）将能够在系统中做的，上面的编程应用程序不需要特殊的程序，通过串口（P3.0、P3.1）可以直接通过电脑下载到单片机，这个过程仅仅只需要几秒钟就可以完成
（8）EEPROM功能
（9）看门狗
（10）在STC89C52当中集成了专用的复位电路
（11）当下载用户程序的时候，可以选择应用外部晶体/时钟或者内部R/C振荡器。
（12）具有两个十六位的定时器/计数器
（13）外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断，断电可由外部提供的低电平触发中断唤醒中断
（14）PWM（4）/PCA，可用于实现4或4的外部中断定时器
（15）异步串行口（UART）
（16）SPI同步通信端口，从模型的主要模式
（17）在0到75摄氏度的温度范围内能够正常工作
2.2.3STC89C52单片机的基本结构
STC89C52单片机上集成了CPU、存储器、定时和计数器、可编程I/O口、中断系统和串行接口等部分，这些元器件都是组成微型户数的主要成分。
各个部分的元件通过内部总线互相连接在一起。
单片机的基本结构如图2.5所示
图2.5STC89C52基本结构图
2.3HC-SR501人体感应模块
HC-SR501人体感应模块是基于红外线技术而设计开发出来的自动控制模块，使用的是从德国进口的原装LHI778探头来进行设计的，LHI778探头的灵敏度很高，可靠性也很强，是超低电压工作模式，在各类自动感应的电器设备当中被广泛的应用，在自动控制产品当中，尤其用干电池当电源的产品中应用的最为广泛。
HC-SR501的实物图如图2.6所示
图2.6HC-SR501人体感应模块实物图
2.3.1人体感应模块的工作原理：
因为每一个人的体温都是恒定的保持在37摄氏度左右，所以人体会发出10um左右的波长的红外线，人体感应模块通过lhi778探头检测所发射的红外工作。
通过探头上的菲泥尔滤光片增强人体说发射出的红外线，然后把增强后的红外线聚集到红外感应源上面去。
一般都是采用热释电元件来充当红外感应源，一旦接收到的人体红外辐射温度产生了变化，这时候热释电元件内部的电荷就会失去平衡，从而向外释放电荷，所释放出的电荷通过后续电路时，经检测处理之后就会产生报警信号，从而执行报警。
2.3.2HC-SR501人体红外感应模块的电气参数
人体红外感应模块的电气参数如表2.1所示
产品型号
HC-SR501
工作电压
4.5-20V直流电压
静态电流
小于50uA
电平输出
高电平3.3V/低电平0V
触发方式
H重复触发，L不能重复触发
延时时间
5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟
封锁时间
2.5S（默认）可制作范围零点几秒-几十秒
电路板尺寸
32毫米×24毫米
感应角度
小于100度锥角
工作温度
-15-+70度
表2.1HC-SR501的电器参数
2.3.3HC-SR501人体感应模块的特性
1、LHI778探头的目的是探测人体辐射。
所以使用红外辐射波长敏感的热释电元打的敏感范围应该在10um左右的波长。
。
2、为了探测的准确性减少其他红外源的干扰，在探头的辐射照面覆盖上一层菲泥尔滤光片，来控制了环境对探头的干扰，这样做的效果很明显。
3、在被动红外探头里面会集成两个热释电元。
这两个电元互相串联或并联，并且使得这两个电元要有相反的电极化方向，由于环境背景的辐射对这两个元件作用是一样的，由于极化反向相反，所以他们各自产生的释电效应会完全相互抵消掉，所以探测器不会输出任何信号。
4、一旦有人来LHI78探头所在的检测区里面的时候，人体的红外辐射经过滤光片的镜面进行聚焦，聚焦后的热量分别被两个热释电元件接收，由于两个元件所接受的热量是不同的，两个热释电元接收的热量也不一样，所以热释电是不一样的，因此热释电效应不能被完全的抵消掉，电信号经过一系列的处理后控制报警器报警。
5、之所以菲泥尔滤光片会产生许多的不同的试场来进行监控是因为它会根据对性能的要求不同，从而产生不同的感应距离，如果视场越多，那么就说明它对报警孔子种子的也就更加的严密。
2.3.4人体感应模块的使用说明
1.在刚通电的时候，感应模块要的初始化时间大概要有一分钟左右，在这段时间里面，模块会间歇性的输出0到3次，在一分钟的初始化时间过后，模块进入待机状态。
2.模块不要放在灯光等干扰源附近，防止被那些干扰源所干扰从而产生错误的信号。
在使用模块的时候应该尽量的避免安装在空气流动快的地方，在有风的地方感应器会受到一定程度上的干扰。
3.模块采用长方形窗口的双元探头，双元应该处于长向的两端，当有人在探测区域里面从右边的一端向左边的一端走过的时候，红外光谱到达这两个探头的时间和距离都是有这一定的差距，而这个差距越大，就代表这个模块的感应效果就越灵敏。
但是，当有人从底部到顶部或从上到下，双元探测器没有光谱的变化，所以不会产生间隙，所以会导致传感器误差。
所以安装的时候要尽量的对准和人体运动反向想平行的地方安装，尽可能的确保人体在经过探头的时候能被探头的双元感应到。
2.3.5HC-SR501人体感应器的感应范围及安装要求
图2.7HC-SR501的感应范围
为了降低人体感应器的误报率，我们在安装的时候有几点需要特别的注意，正确的安装应满足下列条件：
a.模块应该离地面2.0-2.4米。
b.模块不能安装在有强气流经过的地方。
c.模块探测范围内不能有屏风、大型盆景之类的隔离物。
d.模块应该远离那些会产生热量的物体，比如空调、冰箱等。
第3章红外报警监控系统的设计方案
3.1红外报警监控系统的设计思路
单片机是这个设计的核心，因此这个设计就是一种对于单片机应用系统的应用。
硬件和软件这两个部分构成了这个应用系统。
它的设计过程大致可以分成总体设计、硬件设计还有软件设计这几个部分。
从毕业设计的设计要求与目的进行分析，我之所以选用的单片机是STC89C52是因为STC89C52的主控电路之中集成了复位电路和时钟电路，并且能够在系统可编程，所以他能够在很大程度上节省在硬件上和软件成本，能够节约大量的时间，而且简单有实用。
按照总体框图的设计思路，利用软件PROTEL99SE来设计得到的总电路图如图3.1所示：
图3.1报警器总电路图
3.2红外报警监控系统涉及的模块
这个红外报警监控系统的电路组成部分有：
系统电源及指示灯，STC89C52单片机，复位电路，放大电路，时钟点了，蜂鸣器报警电路和LED指示电路。
3.2.1系统电源模块
本设计采用的是干电池来进行供电，电源系统的电路图如图3.2所示
图3.2电源及指示灯模块
3.2.2放大电路
放大电路的作用是把感应器所产生的微弱的电流信号进行放大处理，它的电路图如图3.3所示：
图3.3放大电路
3.2.3复位电路
复位电路的作用是使电路回到同一角色的初始状态，其工作原理和计算机，只要复位电路启动原理和方法和计算机是不一样的。
复位电路的电路图如图3.4所示
图3.4复位电路
3.2.4时钟电路
时钟电路是只一个有严格周期性的振荡电路。
时钟电路的组成包括了电容、晶振以及晶体振荡器。
时钟电路的电路图如图3.5所示
图3.5时钟电路
3.2.5蜂鸣器报警电路
蜂鸣器接收到高电平的时候进行报警，提示有人进入到探测区域。
在没有人的时候，蜂鸣器不工作。
报警电路的电路图如图3.6所示
图3.6蜂鸣器报警电路
3.2.6LED指示电路
当有人闯入到探测的区域里面的时候，除了蜂鸣器报警以外，LED指示电路也开始工作，通过发光的方式来提醒有人闯入。
使这个监控系统同时拥有声光两种报警方式，让报警器的报警信号能够更加的明显。
LED指示电路的电路图如图3.7所示
图3.7LED指示电路
第4章基于单片机的红外报警监控系统的软件设计
4.1主程序的总体流程图
根据上述的模块的工作原理以及硬件的结构设计的系统流程图如图4.1.1所示：
图4.1主程序流程图
4.2主程序的C语言编程
#include
voidinit（）;//定时器0初始化函数
sbitrt=P1^1;//定义人体传感器输入引脚是P11
sbitspk=P2^7;//定义蜂鸣器输出入引脚是P07
sbitled=P2^0;//定义报警指示灯输出引脚是P27
inti,j,n;//定义全局变量
longintt=0;//延时程序//
voiddelay（intn）
{
for（i=250;i>0;i--）
for（j=n;j>0;j--）;
}
main（void）
{
init（）;//定时器函数初始化
spk=0;//关闭蜂鸣器，上电就不会响
led=1;
while
（1）
{
if（rt==0）
{
for（n=0;n<20;n++）
{
led=~led;//报警指示灯闪
spk=0;//蜂鸣器响
delay（50）;
}
}
if（t>=250）
{
led=~led;//工作状态灯不停闪，边上工作正常
spk=1;
t=0;
}
}//while
（1）
}//main
voidinit（）
{
TMOD=0X01;//设置定时器0为模式一（也就是16位计算模式）
TH0=（65536-10000）/256;//给计数寄存器赋值，为50ms的时间
TL0=（65536-10000）%256;
EA=1;//开启总中断
ET0=1;//开启定时器0中断
TR0=1;//启动定时器0
}
voidtimer（）interrupt1
{
TH0=（65536-10000）/256;//重新赋值50毫秒中断
TL0=（65536-10000）%256;
t++;//t累加
//可随意更改中断时间做一个精确的脉冲发生器，最大中断时间为65536毫秒
}
第5章软件仿真
软件和硬件结合在一起，调试和模拟是一个重要的过程。
通过调试和仿真来检验设计出的系统的性能。
本设计是通过使用软件Keil来进行程序的编写和编译。
keil软件编译结果如图5.1所示
图5.1KEIL编译结果
经过编译，证明这个程序是实际可行的
5.1硬件调试
之所以要进行硬件调试，是为了排除明显的硬件错误。
根据电路图制作出PCB板后，再按照电路图把对应的元器件逐一连接，并且检测是不是连接正确。
然后检测调试每个硬件的各个部分，确保每个接口都是正确可靠的。
然后在通过仪器检测电路是不是正确，是不是有短路、断路等错误的存在。
5.2软件调试
在编制好系统的软件程序以后，使用汇编软件对程序进行编制，让程序变成可以在器件里面执行的目标代码。
根据（子程序，中断程序，算法模块——主程序），以便调试。
前三步调试完成后，通过主程序把前面的三个部分进行连接，组合成一体，然后进行最后的整体调试。
通过整体调试来检查各个部分的程序之间是会否相互冲突，互相影响。
采用逐步扩大的方法来进行整体调试，依次增加一个模块，最后直到所有模块都组合成一个整体位置，这样做的好处是能够更加简单的发现哪里发生错误，从而能够更简单的去纠正错误。
如果整体通过的调试检测，那么说明所设计的软件基本上是正确可行的。
5.3系统调试
在软件调试通过以后，确保所设计的程序是可行的，就可以进行系统调试了。
①讲电脑与单片机的开发板通过串口线来进行连接。
插上电源线，关闭开发板上面的电元开关。
②打开下载软件，STC_ISP
③打开代码文件
④点击download按钮进行下载程序，把程序下载到单片机上
⑤打开电源开关，给单片机系统通电
结论
本系统设计的核心芯片STC89C52，红外报警监控系统的设计具有电路简单，可靠性高，成本低的优点，我认为这是最经济、实用的家庭防盗报警系统方案。
本设计是一个实践应用性非常强大的一个课题，但是要让这个设计产品化，让它完全能够进入到实际的市场应用的，让它能够经受住严格实际环境的验证，这还要进行很多细节上的修改以及其他许多的深入细致的工作。
随着社会的进步，科技也在日新月异的在发展，如今住宅小区的智能化是现在住宅的必然的发展方向，这导致了住宅小区智能化管理系统将对安全智能化的要求越来越高。
本次设计完成了软件和硬件的主要功能模块的设计，为进一步设计开发及功能扩展打下了坚实的基础。
由于时间关系和水平有限，设计的系统比较的简单，功能也比较单一，对于环境干扰和实际情景下的工作状态的考虑还有很多不足的地方。
这些不足和功能上的拓展只能在日后掌握更多的专业知识之后才能更加深入进行补充和完善了。
致谢
在我的毕业设计过程当中，我的导师教授给与了我很大的帮助，提供了很多的相关的资料。
从论文的选题、设计、准备到完成，乃至论文的撰写与修改，这一切的一切都凝聚着导师巨大的心血。
在此，我由衷的对班建民导师表示衷心的感谢！
同时，也要感谢学校所提供的PC电脑和各种试验仪器等设施，使我的设计已经顺利完成。
寒窗几载，春花秋实。
在大学的四年是我人生之中非常主要的一个人生阶段。
在这四年当中，在学习了专业的知识的同时，我各方面的能力也得到了很大的锻炼，这为今后的工作生活有着很大的影响，通过这四年的锻炼让我能够从容的面对今后来自社会的挑战。
通过这次的毕业设计，我学习到了很多平时学不到的事情，第一次通过自己的努力专研去把这几年学习到的理论知识付诸实践，这对我来说是一次宝贵的经历。
最后，感谢所有给与我帮助的同学和老师们，我衷心的祝愿各位身体健康、万事如意!
参考文献
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