家用红外现场报警器毕业论文.docx

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家用红外现场报警器毕业论文

任务书

一、毕业设计（论文）题目：

家用红外现场报警器

二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：

三、毕业设计（论文）进行地点：

四、任务书的内容：

设计目的：

完成家用红外现场报警器

设计任务：

在防范的区域装上报警器后，一旦有盗贼进入红外探测电路的防范区域，报警器立即周期性发出刺耳的警报声，起威慑及警示作用。

工作日程安排：

设计（论文）要求：

（1）技术指标

1）工作电压：

DC6V，即4节7号干电池。

2）工作电流：

静态<0.072mA。

3）报警电流：

10mA。

4）使用环境：

相对温度-20～＋38度。

5）相对湿度<80%。

6）输出音频功率>85db。

（2）报警器装上4节7号干电池，将它挂在离地面约2米处（室内），使透镜对准监视场所，打开开关，延时一分钟后，立即进入工作状态。

这时如有人进入，红色指示灯亮，并周期性发出刺耳的警报声10秒，间歇6秒。

学生开始执行任务书日期200年月日指导教师签名：

年月日

学生送交毕业设计（论文）日期：

200年月日教研室主任签名：

年月日

学生签名：

年月日

家用红外现场报警器

摘要热释电红外传感器，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，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模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。

处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。

关键字热释电红外传感器、STC89C52、红外线，红外遥控

1引言

随着科技的提高，电子电器飞速发展，人民生活水平有了很大提高。

各种高档家电和贵重物品为许多家庭所拥有。

然而一些不法分子也越来越多。

这点就是因为不法分子看到了大部分人防盗意识不够强所造成的结果。

因此越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。

报警系统这时为人们解决了大部分问题。

但是市场上的报警系统大部分是适用于一些大公司的重要机构。

其价格昂贵，使普通家庭难以承受。

如果设计一种价格低廉，性能可靠、智能化的报警系统，必将在私人财产的防盗领域起到巨大作用。

由于红外线是不可见光，隐蔽性能良好，因此在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。

而本设计的电路包括硬件和软件两个部分。

硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：

电源部分、传感器模块部分、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。

主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。

就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。

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，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。

2设计任务分析

2.1基本要求

（1）单片机完成热释电红外光检测装置。

（2）实现声光两种报警模式电路。

（3）使用KeilC编程，实现相关逻辑控制。

（4）利用DXP设计电路原理图。

（5）提出系统设计框图，提出相应的解决方案。

（6）完成具体实物。

2.2主要技术指标

（1）工作电压：

DC6V，即4节7号干电池。

（2）工作电流：

静态<0.072mA。

（3）报警电流：

10mA。

（4）使用环境：

相对温度-20～＋38度。

（5）相对湿度<80%。

（6）输出音频功率>85db。

3家用红外现场报警器设计内容

3.1选择系统方案

方案一：

用倍频振荡器，隔离振荡器，高频放大输出电路，报警音效电路和电源电路组成无线防盗报警电路。

用户可使用FM调频收音机在远处接收到报警信号。

将产生的基准频率信号经倍频振荡器四倍频放大后，送入隔离放大器进一步二倍频放大，产生八倍频超高频信号加至高频放大输出电路。

报警音效电路通电工作后，输出报警音效电信号，该信号经放大后，用变化的音频振荡信号对超高频振荡信号进行调制，调制后的高频载波信号发射出去。

用户在远处通过FM调频收音机即可接收到报警音响信号。

其原理图如3-1所示：

图3-1方案一原理图

方案二：

采用52系列单片机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转换成电信号，经BISS0001放大送出TTL电平至STC89C52单片机。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时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。

当报警位置被确定之后，人为中断消除后，热释电红外传感器继续采集数据。

其原理图如3-2所示:

图3-2方案二原理图

方案比较：

方案一和方案二都能的完成设计任务，其中，方案一所用原理为振幅调制，用报警音效电信号控制高频载波的振幅。

方案二的原理是用到无线发射模块和无线接收模块，通过接收无线电信号，改变电平高低，从而控制报警器的工作状态。

从原理上看两个方案都没有问题，考虑实际的条件，由于方案一电路复杂，较难实现功能，而方案二电路简单，用到的元器件比较常见，硬件做起来比较简单，程序也不复杂，所以本次课程设计最选择的是方案二。

3.2家用红外现场报警器的总体设计

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

实现当热释电红外传感器探测到有人闯入时，单片机驱动蜂鸣器和LED报警，最后人为中断结束声光报警。

此设计软件部分可划分为数据采集、键盘控制、红外遥控、报警、中断、模式选择几个模块。

硬件电路可划分为：

热释电红外传感器及其相关电路、蜂鸣报警器电路、单片机控制电路、晶振电路、复位电路、LED控制电路。

所有的硬件设备都由相关的软件控制管理。

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。

就此设计的核心模块来说，STC89C52单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机系统的一种应用。

单片机应用系统也是有硬件和软件组成。

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。

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。

本设计的构成框图如图3-3所示：

图3-3总体设计框图

3.3家用红外现场报警器工作原理

本设计处理器采用52系列单片机，在系统软件控制下工作。

设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱转换成电信号，经BISS0001放大送出TTL电平至STC89C52单片机。

在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时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。

当报警位置被确定之后，人为中断消除后，热释电红外传感器继续采集数据。

3.4单片机的选择

STC和AT89系列有很多相同点都支持ISP在线编程功，但AT89S51-是模拟ISP，不是真正的ISP。

可以不用昂贵的编程器，只用自己做一个编程即可（注：

AT的AT89CXXx系列不能在线编程，AT89SXX系列可以）。

都是40引脚两种单片机。

不同的是，STC的在线编程方式是通过串口，需要一个MAX232芯片做串口通信电路，AT的是并口编程方式，需要一个74HC244来做并口通信电路（可以不要这个芯片，但对你的电脑有危险）。

AT89系列51是指ATMEL出的51单片机，特点是AT发挥了自己在FLASH上的特长，把flash储存器集成到单片机里（传统的51单片机内部是没有flash储存器的裸核。

），其实和标准的51单片机没有太大不同，认为就是标准51单片机。

这些单片机都是要把晶振频率除以12后才是机器周期，所以比较慢。

STC系列价格最便宜，功能比较多，抗干扰能力最强，串口编程比较与并口编程更容易掌握。

并且STC单片机可以理解成是把传统51单片机＋AD芯片＋定时芯片＋复位芯片全做到一个芯片里，同时还内置RC振荡，单片机的运行速度也比传统51快了12倍。

使用后自然比51要方便许多。

综合以上几点，本设计选择了STC89C52作为系统的单片机。

3.5传感器的选择

由于本系统的设计目的是以探测人体的红外辐射信号，转换成电电信号引起传感器驱动声光报警。

所以整个系统的灵敏度、稳定性等参数都直接受到此单元的影响，所以采用这种热释电红外传感器检测装置是本设计的一个关键问题。

方案一：

采用主动式红外检测探头。

其原理是该探头本身包含有一个红外线发射装置和一个接收装置，在探头正常工作时，其中的发射装置向外发射出红外光线，当其监测范围内没有障碍物的时候，探头接收端接收不到发送端发射出的红外光线，红外接收管截止；当有障碍物进入探头的监测范围时，探头中发射装置发射出来的红外光被障碍物反射回去，使接收管能够接收到反射回来的红外光线，接收管导通。

方案二：

采用热释电红外探头来检测。

其原理是因为正常情况时人体会发出波长在10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射出来的红外线而进行工作的。

当人体进入热释电红外探头的监测区域时，因人体温度与环境温度有明显差别，当传感器检测到环境有温度变化时就会输出一定电压值；若无人或动物进入检测区，或者在探头监测区域内保持静止，则环境温度没有变化，传感器就不会有输出，所以这种传感器适合用于检测运动的人或者动物。

红外检测单元是整个设计系统的核心。

方案一所提到的使用主动式红外探头，自身发出红外光线，靠检测是否有障碍物反射回红外光线来判断是否该输出触发信号。

虽然这种传感器探测可靠性比较高，但是其发出的光束较窄，因此一般的主动式探测器的探测方式是点到点，而不是一个空间范围。

如果要对一个空间进行布防，就需要有多个主动式探测器，造价较高。

而方案二中提到的热释电红外传感器则可以在比较宽的范围内进行监控，当使用涅菲尔光学透镜辅助聚焦时，热释电红外传感器的感应距离可达8m，检测角度可达89º，灵敏度较高，受外界干扰较小。

所以本单元选用方案二。

图3-4传感器实物图

4现场家用红外报警器硬件设计

红外现场防盗报警器由红外探测电路及报警电路组成，是一种实用的威慑性质的报警工具。

在防范的区域装上报警器后，一旦有盗贼进入红外探测的防范区域，报警器立即周期性发出刺耳的警报声，起威慑及警示作用。

本设计硬件主要包含了单片机、传感器、复位电路、显示电路、声光报警电路、按键电路。

分别对它们的基本原理、原理图进行介绍，对整个硬件的设计实物也进行了展示。

4.1单片机

本设计采用STC89C52型号的单片机，这种型号单片机是集成在一块芯片上的完整简单计算机系统模式。

尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件。

如：

CPU、内存、外部总线等同时集成诸如通讯接口、定时器、数码管等外围设备。

而现在最强大的单片机系统甚至可以讲声音、图像、网络等功能模块都集成在一个芯片上。

本系统利用单片机的P1.0、P1.1接通两个独立按键用于模式选择，P1.3接通热释电红外传感器。

P2.0、P2.1、P2.3分别接通声光报警显示的LED灯，P2.3接通蜂鸣器。

单片机上S2、S1管脚接通晶振电路。

最后把复位电路接通到单片机RST接口上。

STC89C52的四十引脚的管脚图如图4-1所示。

图4-1stc89c52引脚图

4.2传感器

热释电红外报警系统，总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。

探测发射电路通过热释电红外探测器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、编码和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号应用无线电技术发射出去；而接收报警电路则是通过对电信解调、译码和声光报警等环节，将电信号转为声音、光源信号，从而达到报警的目的。

人体有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长为10μm左右的红外线。

被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10μm左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。

红外感应源泉通常采用热释电元件。

其中热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变成电压信号,同时他还能鉴别出生物和其他非生物。

图4-2热释电红外无线感应器探测发射和接收电路

4.3单片机最小系统

单片机最小系统主要由三个部分组成：

1）复位系统:

 当引脚9出现2个机器周期以上高电平时，单片机复位，程序从头开始运行。

2）时钟系统：

  有振荡器电路产生频率等于晶振频率，这时用的是外界晶振。

 也可以又外部单独输入，此时XTAL2脚接地，时钟信号由XTAL1输入。

3）电源系统：

 VCC,和GND引脚，供电电压4--5.5V。

4.4按键电路

后，工作人员发现有人进入后，就可以关闭报警，即采用中断方式，当按下按键S4后，关闭报警模式。

最后中断返回，等待下一次的模式选择。

采用人为中断，而不是延时中断，是防止报警时间不容易被工作人员掌控。

本设计的按键电路电路图如图4-3所示。

图4-3按键电路

4.5蜂鸣器报警电路

图4-4蜂鸣器报警电路

4.6红外遥控电路设计

对红外遥控进行系统设计，必须先了解一外通信基本原理，红外数据协会标准，红外线遥控原理等；还要对设计的有一个比较清楚的方案。

红外通信基本原理些有关的原理和标准

红外遥控是单工的红外通信方式，本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控，而且本设计也使用了红外通信技术，故着重分析红外通信的基本原理。

红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。

它一般由红外发射和接收系统两部分组成。

发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号，而接收系统用光学装置和红外探测器进行接收，就构成红外通信系统。

红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波，它的频率高于微波而低于可见光，是一种人眼看不到的光线。

红外通信一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75um至25um之间。

红外数据协会（IRDA）成立后，为了保证不同厂商的红外产品能够获得最佳的通信效果，红外通信协议将红外数据通信所采用的光波波长的范围限定在850至900nm之内。

红外通信的基本原理是发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号（载波信号），通过红外发射管发射红外信号。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。

脉时调制（PPM）是红外数据协会（IRDA）和国际电子电工委员会（IEEE）都推荐的调制方式，本设计采用脉时调制方法，即用两个脉冲串之间的时间间隔来表示二进制信息，数据比特的传送仿照不带奇偶校验的RS232通信，首先产生一个同步头，然后接着8位数据比特，如图4-5所示。

红处线发射/接收控制电路均采用8051单片机来实现，电路简单，输出控制方式可选择，实用性强。

体工作过程如下：

接收时:

采用与发射部分配套的红外接收头,将发射出的数据接收后送到串行口P3.0中,再由系统进行确认接收数据是否与发送数据是否相符,相符则开锁,以发光二极管D2亮来表示，不相符则放弃，以发光二极管灭来表示。

遥控发射电路利用通用的红外发射管，如图4-6所示;从图中可以看出，遥控发射装置是利用8051单片机作为控制部分，控制图中的发光二极光发射出红外线，从而使本机中的红外接收部分感应，然后解码，对照接收到的信号是否正确，如果正确就正常开锁，完成遥控开锁任务。

图4-6遥控发射电路

遥控开锁部分的具体操作如下：

当选择遥控开锁时，本机键便会被封锁.这时,用户手执遥控器按下图2-4单片机上的P1.0口上的按键时,便有数字从单片机的P1.2口发出，发送的过程如下：

先将从P3.0送出5FH，然后将5FH反馈到P1.1口进行内部调制，调制的规则是“0”电平调制,“1”电平不调制，最后将调好的数据从P1.2口通过红外发光二极管以波长为940mm的红外光发出红外遥控信号。

然后，在本机控制电路中单片机的P3.0口接有与红外发光二极管配套的接收头,将接收的光信号转换成电信号数据。

最后，通过系统与内部原先设置的数据进行比较确认，如果一致便可开锁，如果不一致放弃开锁。

5现场家用红外报警器软件设计

5.1主程序工作流程图

图5-1主程序流程图

5.2按键子程序流程图

图5-2按键程序流程图

6总结

6.1硬件调试及调试中遇到的问题

第一步为目测，单片机应用系统电路全部手工焊接在覆铜板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。

检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。

第二步为万用表测试，先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。

第三步为加电检查。

当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。

第四步是联机检查。

在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力。

6.2结论

经过这次毕业设计使我进一步认识到大学所学课程的重要性，通过自己的亲自实践，加深了我对传感器、模拟电路中基本概念、基本电路的工作原理和单片机基本设计方法、C语言的编写简单函数的理解，提高了自身的水平和能力，使我更深刻地认识到了单片机和传感器对于实际生产生活和未来工作的重要影响。

设计完成热释电红外传感器式报警器后，我深刻地了解了它的工作原理、内部结构、应用范围和性能参数等方面的内容。

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、声光报警电路、中断电路等部分组成。

处理器采用STC89C52单片机，整个系统是在系统软件控制下工作的。

此次毕业设计培养了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。

回顾起毕业设计，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的提高自己实际动手能力和独立思考的能力。

以前对所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，对单片机C语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识总结与加固。

致谢

在本次毕业设计中，我得到了指导老师的热心指导。

自始至终关心督促毕业设计进程和进度。

帮助解决毕业设计中遇到的许多问题。

还不断向我传授分析问题和解决问题的办法，并指出了正确的努力方向，使我在毕设过程中少走很多弯路。

同时，他还提供给我们专门的各种设备及场所，使我在调试过程中能够有充足的时间。

在这里非常感老师的指导和帮助，并致以诚挚的谢意！

同时，身边的同学给了我许多的帮助。

在此，我向身边关心我的同学致以诚挚的谢意！

另外，系里的领导和老师也给了我们必要的指导，我也向系和年级的领导们表示衷心的感谢！

最后感谢学院对我这几年的培养。

参考文献

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15-16.

[2]唐德琴.电子温度测量仪器技术发展战略研究[J].电子科学技术，2009,27

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[3]李行善.基于串口组件的体系结构[J].电子串口与仪器学报，2010（08）：

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[4]姜道连等.用于AT89C51设计红外报警器的设计与制作[J].国外电子元器件，2010（12）：

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[5]冯国进．嵌入式Linux驱动程序设计从入f-J至U精通D田．北京：

清华大学出版社,2008

[6]蔡文斋.专业级串口调试器设计.现代电子技术,2010.

[7]熊如贵.串口通信感应装置[J].电子制作，2009（6）:

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[8]时德钢等.基于串口通信的红外报警器的研究[J].计算机测量与控制，2009,10（7）：

480-482.

附录

1总体原理图设计

2仿真图设计

3PCB图设计

4实物图

5程序源代码

#include//调用单片机头文件

#defineucharunsignedchar//无符号字符型宏定义变量范围0~255

#defineuintunsignedint//无符号整型宏定义变量范围0~65535

#definekey_ioP1

ucharkey_can;

//红外热释电平时为0有输出为1

sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器定义

sbitred=P2^2;//红色发光二极管定义

sbitgreen=P2^1;//绿色发光二极管定义

sbityellow=P2^0;//黄色发光二极管定义

sbithw=P1^3;//红外热释传感器定义

bitflag_300ms=0;

ucharflag_alarm;//报警标志位

ucharflag_bufang;//布防标志位

ucharflag_bufang_en;//布防标志位使能

uintflag_value;//用做定时器的变量

sbitP32=P3^2;

ucharhw_table[4];

bitflag_jiema_en;//红外接收完标志位

红外遥控对应的数据字节hw_table[2]

454647

444043

071509

16190d

0c185e

081c5a

42524a

*******************************************/

/***********************1ms延时函数*****************************/

voiddelay_1ms（uintq）

{

uinti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j<120;j++）;

}

/********************独立按键程序*****************/

ucharkey_can;//按键值

voidkey（）//独立按键程序

{

staticucharkey_new;

key_can=20;//按键值还原

P1|=0x07;

if（（P1&0x07）!

=0x07）//按键按下

{

delay_1ms

（1）;//按键消抖动

if（（（P1&0x07）!

=0x07）&&（key_new==1））

{//确认是按键按下

key_new=0;

switch（P1&0x07）

{

case0x06:

key_can=3;break;//得到按键值

case0x05:

key_c