基于51单片机的红外防盗报警系统设计之欧阳文创编.docx
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基于51单片机的红外防盗报警系统设计之欧阳文创编
XXXX大学
时间：
2021.03.12
创作：
欧阳文
毕业设计（论文）
红外防盗报警系统
系别：
专业（班级）：
作者（学号）：
指导教师：
完成日期：
2015年5月10日
XXXX教务处制
中文摘要1
英文摘要.2
1引言3
2设计任务和要求4
3硬件基本设计5
3.1系统方案设计5
3.2硬件设计5
3.3单片机10
3.3.1STC89C52单片机简介10
3.3.2单片机最小系统11
3.3.3按键电路12
3.3.4指示灯和报警电路12
3.3.5总体原理设计图13
4软件总体设计15
4.1主程序工作流程图15
4.1.1编译预处理15
4.1.2独立按键处理函数16
4.1.3定时器0初始化程序17
4.1.4红外报警程序18
4.1.5对应不同的按键处理18
4.1.6主程序19
4.1.7定时器0中断服务程序19
4.2Proteus软件仿真20
4.2.1Proteus软件简介20
4.2.2Protues软件仿真图21
谢辞23
参考文献24
附录：
程序源代码25
红外防盗报警系统
摘要：
科技创造着人们的生活，科技引领着人们的生活，科技丰富着人们的生活。
自改革开放以来，我们身边的科技发展速度可以说是突飞猛进，让人眼花缭乱应接不暇。
伴随着科技的发展自然而然就有了经济的长足发展。
私人财产的增加就进而带来了财产安全问题。
财富的不断增加也使得人们越来越重视私人财产的保护措施。
防盗窗防盗门这种早期的防盗措施的防盗能力已经越来越力不从心。
家庭防盗报警系统也是因为这市场需求而逐渐诞生并越发成熟。
我们将在这篇论文中将设计一种非常适合家庭用的防盗报警系统，我们的设计经过研究确定了使用热释电红外探测器，因为它相对来说性价比很不错，防盗报警效果显著，可以说是物美价廉。
既然本设计是用于防盗的系统，那么就必须要求它安装时的位置隐蔽，不容易被窃贼行窃之前看到，而且该系统最好在平时维护起来也要简单方便，否则对于用户来说这个系统将没有太大的实用价值，也不利于产品的市场竞争。
考虑到使用了红外探测器元件，我们需要用到单片机处理我们探测器所接收到的电信号。
选用单片机中功能强大的51系列STC89C52单片机作为本设计电路的核心元器件，程序烧录则使用keilC51烧录。
软件主要针对本论文选用的单片机运行的时候所需。
关键字：
热释电红外传感器，菲涅耳透镜，Protues仿真软件，BISS0001芯片，STC89C52单片机
Pyroelectric Infrared AlarmSystem
Abstract：
sciencecreatepeople'slife,scienceleadingpeople'slives,scienceenrichpeople'slives.Theincreasingofwealthmakepeoplepaymoreattentiontotheprotectionofprivateproperty.Andthecapabilityofsecuritywindowsorsecuritydoorshasbeengettingworse.Atthesametime,moreandmorefar-sightedpeoplestarttoinstallhomesecurityalarmsystem.Inthisarticle,wedevelopadesignofsystemusingusingpyroelectricinfraredsensorwithareal-timemonitoring,torealizefastalarmandprompt.
Theanti-theftsystemthispaperuse,itsinstallationlocationishidden,itisdifficultforrobberstofindandusers’managementormaintenanceisconvenient.Therearetwopartsinthisdesignincludinghardwareandsoftware.Hardwarepartofthisdesignincludesinfrareddetectormodule,MCUmodule,driverwarningmodule,LEDmodule,etc.Italsochoose51seriesSTC89C52single-chipmicrocomputerastheprocessorofthecircuitdesignandusingClanguagetowriteprograms.
Keywords：
PIR;Fresnellens;Protues;BISS0001chip;SCM（STC89C52）
红外防盗报警系统
1引言
随着我国电子工业飞速发展，高新科技不断点缀着人们的精彩生活。
伴随着科技的发展自然而然就有了经济的长足发展。
私人财产的增加就进而带来了财产安全问题，人们对家庭防盗安全的疏忽大意也让心怀叵测的窃贼们而越发的猖狂。
大部分居民财产安全防盗意识不够强给不法分子创造了很多机会，居民家中被盗也变的越来越频繁，这也造成了人们对财产安全问题的极大担忧。
在这样的大环境下，人们对普通家庭安装物美价廉的防盗报警器的呼声也是越来越高。
然而我们走访市场后却发现目前的防盗系统基本都因为价格昂贵只适用于一些需要保密的部门或者机构，普通家庭实在难以承受。
若要在家庭财产防盗领域起到作用，那么这种防盗报警系统必须要有造价低廉，性能可靠而且具备一定的智能化的特点。
众所周知红外线是一种肉眼无法观察到的，任何物体都在时刻发射着不同的红外线，人们充分利用这一点将红外线应用在博物馆，金店，甚至在军队中利用红外线来搜索战场中的敌人。
本设计主要涉及红外探测以及单片机控制。
电源和单片机以及红外探测器组成了基本的系统运行电路。
而单片机部分我们需要用单片机最小系统来控制即可，当然也需要声光报警电路的组合。
系统大致工作流程：
充当耳目作用的的红外报警器负责信号的探测，而充当大脑的作用的单片机负责判断信号，并控制声光报警电路。
通过单片机功能的设定以及处理到达报警模块的功效。
就该设计的核心而言，单片机为本设计的中心模块，其作用重要性不言而喻。
作为大脑的单片机自然也是由软件和硬件共同组成，软件相当于它的思想，硬件就是单片机本身。
2设计任务和要求
本防盗报警系统设计包括了软、硬件。
由数据采集模块完成信号采集和数据转换功能，按键设定模块完成系统基本操作环节，报警模块执行防盗声光报警任务。
本防盗系统基本组成比较简单，囊括了了单片机（信号处理以及模块控制），热释电红外探测器（人体信号的采集），蜂鸣器（鸣笛报警），LED报警电路（二极管闪烁报警）以及Proteus仿真软件和烧写软件。
要求本设计功能如下：
倘若有人需要外出，便可将本红外报警系统打开，此时报警器进入了布防程序；如果在布防之后，有人闯入了住宅之内就会立即被探测器感应到，人体辐射出的红外光谱将会被安装在监测点上的热释电红外探测器转变成了电信号并输出。
STC89C52单片机将会立即检测到探测器发送来的电平信号，而后单片机就控制报警LED发光，同时蜂鸣器也会响起。
3硬件基本设计
3.1系统方案设计
我们综合考虑了各方面可能出现性能影响的因素，人体红外探测元件最后定为性价比很高的热释电红外探测器，最主要的因素还是考虑到该探测器对人体辐射的红外线具有更好的探测效果。
而且该传感器防盗保护性能相对普通的压力报警器（一般通过可触发的压力开关来报警的防盗系统）来说更加稳定，抗干扰能力很高，探测灵敏度和安全性更是无可挑剔。
正如上面所说的，本探测器安装相当隐蔽，几乎很难发现该装置的位置，极大的方便了用户管理和操作。
考虑到正常情况下检测的是处于移动中的人体，所以红外探测器我们选择双元件型。
因为这个传感器内部的两个灵敏元件是反相接的，如果闯入的人员一直停止不动（当然这是不可能的）或者无人闯入，则这两个灵敏元件极化的程度完全相同，两元件的极化相互之间就抵消了，这时候探测器输出电压为0，报警器不工作；可一旦闯入者移动起来，则两个元件极化程度立马就不同了，输出电压也随之变化不在是0，报警器工作，进而实现探测移动中的人体为目的的功能。
本红外防盗报警系统设计包括硬件组成和软件组成两部分。
如果以模块功能来区分的话主要有系统按键模块（按键控制）、信号处理模块（红外探测器）、报警模块（声光报警部）。
如果按照电路的结构来区分的话主要有单片机电路部分、红外传感器部分、蜂鸣器部分、LED报警指示电路部分。
3.2硬件基本设计
按照我们所设计的设计要求本设计至少应该包含以下三个基本的结构：
STC89C52单片机部分、红外感应部分、报警指示电路。
电路总原理图如图3-1。
图3-1总体原理设计框图
（1）热释电红外传感器
上个世纪八十年代研发制造出来的热释电红外传感器堪称传感器领域的经典之作，该传感器因其灵敏度高，简单实用又廉价而闻名遐迩。
如图3-2所示就是常见的热释电红外传感器。
这种被动式传感器接受到人体辐射出的红外线后立即转成电压信号输出至其本身自带的放大器开始放大处理，以此实现了运行和驱动本设计几大电路控制部分的功能
。
所以该探测器被人们广泛大量的应用在防盗和报警这类用途。
Pyroelectric infrared sensor have polarization inside the pyroelectric crystals with temperature changes , When the constant infrared radiation on the detector, pyroelectric crystal temperature constant, external crystal is electrically neutral, no electrical output from detector, so constant that can not be detected by the infrared radiation
.
正常人体发出的红外线波长范围一般在9～10μm之间，而本设计的红外探测元件能感应到的波长灵敏度在0.2～20μm范围内，范围太大不太适合，但是其特性基本稳定不变，为了达到更精准的探测效果，我们通过在传感器上面安装了一个限制入射红外光波长范围的的滤光片来把入射红外光波长约束至7～10μm
，这时候改装后的探测器对于检测人体红外线来说性能更加完美，显而易见我们安装的滤光片将其它波长的红外线吸收了，只有人体红外线才能进入其内，就这样一种专业探测人体红外线的探测器应运而生，以上充分说明了本系统设计的核心之一为该传感器，其重要性不言而喻。
图3-2热释电红外传感器
（2）PIR特性原理
该热释电红外传感器一般植入一个到两个探测元件，并以反极性串联这两个元件，从而减少自身温度升高而带来的的干扰和影响。
人体发射的红外辐射经过该探测器的接收处理后转换成较弱的电压信号，由于该电压信号不足以让系统正常运行，需要探头里面的场效应管放大再向外输出。
Thedetectormainlymadeofamaterialofahighpyroelectriccoefficient,Ruleadzirconatetitanate-basedceramics,lithiumtantalate,titaniumsulfate,triethyleneglycol,orthelikeofasizeof2*1mmdetectingelement
.
（3）菲涅耳透镜
热释电传感器就如同近视的人的眼睛一样，需要一个“眼镜”来“矫正”它的视力，以清楚的辨别事物，“眼镜”的选用是否得当与使用的功效的好坏有着直接的关系。
配用不当的菲涅耳透镜会产生错误的动作，经常性的误报警会使用户很快失去对产品的信任。
报警监视空间内的红外线不断的被集中到了传感器之上。
由于不同型号的菲涅耳透镜拥有着不同的焦距参数（即传感器探测距离），所以我们可以根据所需监控的空间大小选择不同的菲涅耳透镜，一般探测距离十米内最为常见；而且根据物体红外线特点可以设计出很多专门探测某个物体红外线的红外报警器，例如火灾报警器，该热释电传感器对一般火焰红外辐射最为敏感，类似这样的设计使得热释电报警器的应用范围被大大扩展和丰富了。
菲涅耳透镜的不同会导致传感器感应距离的不同，感应距离的不同会使报警器有不同的视场和范围，对于这样的传感器来说视场多且广，监控也就越是密不透风，防盗效果也越是令人满意。
下图3-3为菲涅耳透镜的实物模型。
图3-3菲涅耳透镜模型
（4）BISS0001芯片的简介
作为集成芯片中性能优良且价格极为便宜的型号，BISS0001优势相当明显。
而且该芯片经常与红外探测器等探测器匹配，可组成各类功能不一形形色色的热释电探测器，该芯片与传感器的高度可匹配性使其受到广大用户的一致热捧。
BISS0001芯片对电路中来自热释电传感器的信号传输到芯片内对信号进行处理，该芯片有着无与伦比的小静态电流，3V到5V的工作电压使其具有简单可靠的驱动电源选择，三个1.5V的干电池即可，驱动电流输出的值为10mA
。
红外传感器其实就是由该芯片和最重要的热释电传感器以及一些基本元器件组合而成，其简单实用的性能得到很多人的广泛认可。
该芯片是典型的16管脚，使用了CMOS精湛工艺以及DIP精密封装。
如图为BISS0001芯片的内部电路框图。
图3-4BISS0001内部电路框图
由上图很容易看出该BISS0001芯片是由VoltageComparator（电压比较器）和StateController（状态控制器）、OperationalAmplifiers（运算放大器）、LockTimer（封锁时间定时器）、DelayTimer（延迟时间定时器）及参考电压等组合而成的数模混合电路。
下图3-5为其管脚功能说明。
图3-5管脚功能说明
（5）BISS0001信号处理
人体红外信号在此电路成功完成了转换，并以电信号输出。
热释红外传感器信号来自2引脚，且由OP1放大器实施放大处理，C4耦合后，二级处理（放大运算）便立马在COP2运算放大器之中进行运算。
双向鉴幅器由电压比较器（COP1以及COP2）构成，放大后的信号经过鉴幅器运行处理，启动延时定时器信号的输出由上面检测出有效信号而产生，单片机对通过电阻R3输入的定时器信号进行运算处理。
可以使用R12来设置延时周期的值，倘若VS变化发生在延时周期之内，那么从VS上跳变时刻开始Vo就会立即继续延长一单位周期；单片机的下一步骤是在Vs始终高电平状态通过P10传送到达时进行的。
图3-6信号采集处理模块
由于我们的探测器一般需要根据所需保护空间大小来选择，与此同时不同的探测距离R13的大小要求也不同，7米一般就最大的可调节距离了。
如上图所示芯片中接高电平经过跳线和1脚连接后，倘若在延时时间段（即防盗报警器工作状态）之中红外传感器探测范围内有人在活动，那么高电平状态将会成为该芯片的输出保持状态，若想高电平状态改变为低电平只要探测范围内的人离开探测范围内即可，所以本设计是一种不需要直接接触的红外触发式防盗系统。
（6）电源模块
正如上面我们提到的，我们设计为3V-5V的工作电压以便报警系统安装更加灵活方便。
通常情况下可以使用3只1.5V普通直流干电池为电源，考虑到更换电池的问题，也可以外接4.5V直流电源使用起来更为长久。
3.3单片机
3.3.1STC89C52单片机简介
STC89C52单片机为广泛认可的51系列单片机中的经典大作之一，它相对其他的51系列的单片机来说价格稍微高一点，但是其软件烧写功能很方便用户的使用
。
其标准功能如下：
256字节的RAM、8k字节Flash、看门狗定时器、32位I/O口线、数据指针两个、6向量二级中断结构一个、16位定时器/计数器三个、全双工串行口、片内晶振和时钟电路。
3.3.2单片机最小系统
单片机最小系统其核心很简单，即可以完整运行的最简单单片机电路。
如下图所示。
图3-7单片机最小系统电路图
即便是单片机最小系统也是要由单片机和时钟电路以及复位电路三个基本要素构成，这一点毋庸置疑。
由于本设计采用的STC89C52单片机的本身运行电压是4V-5V,所以4.5V直流电源供电成了该系统的不二之选。
本设计单片机的电源连接方式极为简单明了，上图中电源或者电池的正极接上图中的40引脚VCC端，而电路中的20引脚直接连接电源或者电池的负极（接地端），电压值稳定在为5V即可。
单片机运行起始情况都是由复位电路来控制和确定的，而且复位电路完成单片机的启动过程十分高效简洁。
一般情况下电源连接上的时候单片机就会生成一个复位信号，如果此时单片机完成了启动动作，那么我们可以判断单片机目前运行正常；如果没有完成启动动作则单片机运行不正常，需要调试。
当单片机运行之中遇到程序跑飞这种外界环境干扰和影响而产生的情况之时，我们通常使用复位按钮来启动热释电红外报警器系统单片机内部设定的程序让单片机重新运行我们所需要它运行的程序。
通常情况中电路中的单片机复位方式要么是自动复位，要么就是手动复位，这是最常用最实用的电路复位方法。
自动复位一般都是上电自动复位，手动复位就是按键复位，单片机复位动作往往是在时钟电路运行后于RESET端生成了两个周期高电平而完成的。
至于手动复位，本设计采用了一个按键来实现，即手动复位键，改按键的设计使得电路复位变得更加简单可靠，为了把输出电平升高到一定的值，我们通常都连接了上拉电阻。
时钟电路的作用就是像人类控制心脏跳动的神经一样非常重要，由此可见单片机运行节奏是由时钟电路来确定的。
实际上振荡电路即为我们提到的时钟电路，其基本原理是以正弦波为标准精准控制单片机运行节奏和运行速度。
3.3.3按键电路
本报警系统中不同状态的工作形式也是不同的，考虑到操作的简单和实用功能，我们对本设计的电路初步进行了简单的规划设计，经过再三研讨后设计确定如下：
布防状态在我们按了布防按键后立即启动，大约20秒系统进入布防状态，这20秒的时间是为了操作人员离开布防区域而设置的，这个时间可以根据具体的离开布防区域需要的时间来设置；倘若无人闯入监控布防范围内，则热释电红外探测器不动作，倘若有人在探测器布防范围内移动，那么人体辐射的红外线会被探测器立刻感应到，并立刻通过电路传至单片机进行运算处理，单片机快速运算后立马通过电路发出信号控制声光报警部分报警。
考虑到一些始料未及的突发情况（如入室抢劫和银行抢劫），客户还需要我们对报警系统附加一个紧急的报警方案，为解决此问题，我们在设计中使用了一个紧急报警电路从根本上解决了这个需求，既方便又实用，在紧急报警按键按下后电路立刻进行声光报警。
如图下图3-8所示。
图3-8按键电路
3.3.4指示灯和报警电路
高低不同的电平状态是由单片机的I/O端口的输出来决定的，P32连接黄色LED指示灯，P35连接绿色LED指示灯，P38连接红色LED指示灯，P26连接报警用蜂鸣器，而蜂鸣器工作的驱动与否是由外部连接的9012型号三极管是否达到饱和状态而决定的，该三极管如同一个开关，达到了饱和状态就会驱动报警蜂鸣器运行。
图3-9指示灯和报警电路
3.3.5总体原理设计图
前面对时钟电路、复位电路、按键电路、指示灯和报警电路都做了解释和说明，根据图3-2总体设计图稍加整理我们可以大致设计出一个较为完整的总体电路设计图，如图3-10所示。
图3-10总体电路设计图
4相关软件设计
4.1主程序流程图
结合了上面几章硬件的基本介绍和电路的基本排布我们综合考虑之后，可以大致设计出下图的流程，如图4-1所示。
图4-1主程序工作流程图
4.1.1编译预处理
KeilC51C语言编译器为8051系列单片机在目前世界上最流行的C语言编译器之一。
它为我们提供了比任何其他8051系列C语言编译器都更多更完善更强大的功能。
在图4-1中开始的第一步启动前我们一般要进行一些基本的编译预处理工作。
KeilC51预处理功能是指编译系统在程序扫描前对特殊命令进行的预处理工作，KeilC51程序中的宏定义、文件包含等都放在函数外，位于原文件前面，我们称其为预处理部分，这些命令称为预处理命令，“#”开头指的是预处理命令，同时在宏语句的后面没有“；”
。
文件包含的一般形式为#include“文件名”或者#include<文件名>，软件如下：
#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;
4.1.2按键设定程序
该程序是针对各个按键实现其功能的一个程序。
所对应的是系统电路中的几个按键，该部分软件如下所示。
voidkey（）
{
staticucharkey_new=0,key_old=0,key_value=0;
if（key_new==0）//按键松开
{
if（（key_io&0x07）==0x07）
key_value++;
else
key_value=0;
if（key_value>=5）//按键松开，松手检测
{
key_value=0;
key_new=1;//按键松开后进入等待按键状态
}
}
else
{
if（（key_io&0x07）!
=0x07）//按键按下
key_value++;
else
key_value=0;
if（key_value>=5）//按键按下消抖
{
key_value=0;
key_new=0;//按键松开后进入等待松开按键状态
}
}
key_can=20;
if（（key_new==0）&&（key_old==1））
{
switch（key_io&0x07）
{
case0x06:
key_can=1;break;//得到按键值
case0x05:
key_can=2;break;//得到按键值
case0x03:
key_can=3;break;//得到按键值
}
}
key_old=key_new;
}
4.1.3定时器0初始化程序
定时功能的实现是通过系统内计数器计数功能来实现的，而本设计
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