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一副本副本
目录
1绪论1
1.1选题的背景1
1.2红外报警器的工作原理1
1.3国内外的研究情况2
1.4几种红外传感器2
1.4.1热电释红外传感器2
1.4.2红外光电传感器3
1.5红外传感器产品介绍5
2系统设计目的6
3系统功能框图设计6
4系统硬件设计7
4.1硬件电路图设计7
4.2硬件选择8
4.2.1AT89C2051单片机9
4.2.2一体化红外接收头10
5程序流程图设计11
6程序设计12
7PCB布线图12
8系统调试13
8.1调试步骤13
8.2实物图15
9目前仍存在的问题17
10收获与建议17
11参考文献18
1绪论
1.1选题的背景
近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。
各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。
然而一些不法分子越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。
这里所设计的红外报警器正为人们解决这个问题。
由于红外线是不见光，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。
1.2红外报警器的工作原理
红外报警器分为主动红外报警和被动红外报警，主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。
主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束（此光束的波长约在0.8～0.95微米之间），经过光学系统的作用变成平行光发射出去。
此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。
由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。
正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。
目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。
一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。
被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。
人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。
人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10μm左右的红外线，被动红外报警器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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
【1】
1.3国内外的研究情况
国外的红外报警器大多数都是采用先进技术，其功能也非常先进。
其中包括被动式热释电型红外报警器，红外监控无线报警器，超声波防盗报警器，红外线防盗报警器，高灵敏红外报警器，触摸式防盗报警器等等。
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。
同比国外的各类防盗报警器，国内的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。
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。
防盗报警产品的发展趋势，产品技术将在数字化、无线化、集成化核心前提下力求突破。
而在应用市场上，将朝更细化的方向前进，成长最快的住宅小区应用为例，有厂商表示，专为住宅小区设计的定向幕帘式和防宠物探测器，成本低、安装简单、适合家庭用的无线联网报警系统，以及小区智能化安防和报警集成系统产品都将是亮点。
为了因应中国加入WTO/TBT（技术性贸易壁垒协议），目前防盗报警产品均需过过3C认证。
1.4几种红外传感器
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：
（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；
（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。
红外传感器根据探测机理可分成为：
光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。
1.4.1热电释红外传感器
热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射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。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
【2】当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称电效应。
能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件。
热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。
它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。
由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。
热释电效应所产生的电荷ΔQ会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0，传感器无输出。
当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。
当传感器探测到人体辐射的红外线信号并经放大后送给窗口比较器时，若信号幅度超过窗口比较器的上下限，系统将输出高电平信号；无异常情况时则输出低电平信号。
红外线探测器中的热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。
然后，对电压信号进行波形分析。
于是，只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时，才输出检。
如图1-1，图1-2
热释电红外传感器原理图：
图1-1图1-2
1.4.2红外光电传感器
光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
三角反射板是结构牢固的发射装置。
它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。
它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。
分类和工作方式:
⑴槽型光电传感器
把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。
发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。
但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。
输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。
槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。
⑵对射型光电传感器
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。
由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。
它的检测距离可达几米乃至几十米。
使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。
（3）反光板型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。
正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。
（4）扩散反射型光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。
正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。
当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。
如图1-3，图1-4
图1-4
图1-3
1.5红外传感器产品介绍
一．智能数码红外报警器（图1-5）
图1-5
1.产品介绍：
采用先进的数字信号处理最新技术，由高精度被动双元红外探测头和模糊逻辑数码电路设计组成，具有智能化微功耗节电、自动温度补偿、抗小宠物干扰、防拆报警、防漏报等特点。
探测器通过探测立体空间中人体辐射的红外热能而发射数码信号来启动报警主机相应报警。
具有外形美观、安全可靠、抗电磁干扰能力强、受环境影响小、抗白光干扰能力强、信号稳定等优点。
SMT贴片工艺，功能更稳定，经久耐用。
可以与多种主机兼容。
广泛使用于家居住宅，办公室、防范通道，无人看管的仓库，设备等等。
2.技术指标：
（1）.供电电压：
DC9V
（2）.使用环境：
-10℃～55℃
（3）.发射距离：
最大200米（空旷无障碍地）
（4）.静态电流：
＜30μA，报警电流：
＜16mA
（5）.继电器输出：
无电压接点继电器输出NO、NC（可选）；
（6）.无线接收频率：
315/433
（7）.探测角度：
广角式：
110°×12m（最远探测距离）幕帘式：
6～10°×12m（最远探测距离）
（8）.设防时间选择：
3秒或30秒，由跳线块选择。
3.价格：
30.00元/个
二．无线幕帘型红外报警器（如图1-6）
1.产品介绍：
本产品为无线幕帘行被动红外探测器，它使用了先进的信号分析处理技术，提供了超高的探测和防误报性能，从设计上保证了产品的稳定性。
当有入侵者通过探测区域时，探测器将自动探测区域内人体的活动。
如有动态移动现象，它则向控制主机发送报警信号。
产品适合家庭住宅区、楼盘别墅、厂房、商场、仓库、写字楼等场所的安全防范。
2.技术指标：
工作电压
12（V）
报警电流
15（mA）
探测角度
15
静态电流
25（uA）
工作温度
-10-+50（℃）
探测距离
4-10（m）
发射频率
315、433（MHZ）
适用范围
家用商用商铺用
类型
红外探头感应器
3.价格：
30.00元/个
三．无线烟感报警器（如图1-7）
1.产品介绍：
它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。
根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。
2.工作电压：
DC9V静态电流：
≤10uA
报警电流：
≤15mA工作温度：
-10℃～+50℃
工作湿度：
≤95%RH报警方式：
无线输出/LED指示报警
发射频率：
315M或433M发射距离：
100m（空旷无阻碍）
3.价格：
1.00元/个【3】
图1-7
2系统设计目的
利用AT89C2051，红外传感器，LED,蜂鸣器设调试计一个红外火灾声光报警器，完成软件设计硬件设计，并作出实物.。
当红外传感器监测范围内有火情发生时，声光报警电路被触发，开始报警，在检测范围内没有火情发生时，报警器没有现象。
3系统功能框图设计
本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、报警等子模块。
电路结构可划分为：
红外一体化接收头（由红外接收管和放大电路组成）、报警器、单片机控制电路、LED。
4系统硬件设计
4.1硬件电路图设计
元件清单
单片机
AT89C2051
电容
CAPCAP-ELCE
晶振
CRYSTAL
电阻10k
RES
灯
LED-RED
蜂鸣器
SPEAKER
三极管
2N2005
开关
BUTTON
设计的是被动式红外传感器，使用的是最基本的红外接收管作为传感器，单片机是结构简单价格低廉的AT89C2051。
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，当物体的温度高于一定值的时候，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。
电路中分为三部分由与7端口相接的开关表示红外传感器部分，还有单片机的晶振与复位部分和驱动报警器部分。
使用Protues软件画出原理图。
图4-1
图4-1
晶振电路：
每个单片机系统里都有晶振，全程是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。
晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
复位电路：
单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
无论是单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。
单片机常见的复位电路有上电复位电路和按键复位电路。
为了方便系统的硬件初始化，我们采用按键复位电路。
报警电路：
由P1.0控制灯光报警电路，P1.1控制声音报警电路经过三极管放大电流
4.2硬件及电路设计介绍
4.2.1AT89C2051单片机
AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。
内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，与IntelMCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。
由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片，引脚配置如图所示。
与8051相比，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚下，因而芯片尺寸有所减小。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为：
VCC电源电压。
GND接地。
RST复位输入。
当RST变为高电平并保持2个机器周期时，所有I/O引脚复位至“1”。
XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2来自反向振荡放大器的输出。
P1口:
8位双向I/O口。
引脚P1.2～P1.7提供内部上拉，当作为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流，这是因内部上拉的缘故。
P1.0和P1.1需要外部上拉，可用作片内精确模拟比较器的正向输入（AIN0）和反向输入（AIN1），P1口输出缓冲器能接收20mA电流，并能直接驱动LED显示器；P1口引脚写入“1”后，可用作输入。
在闪速编程与编程校验期间，P1口也可接收编码数据。
P3口:
引脚P3.0～P3.5与P3.7为7个带内部上拉的双向I/0引脚。
P3.6在内部已与片
内比较器输出相连，不能作为通用I/O引脚访问。
P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌
电流；P3口写入“1”后，内部上拉，可用输入。
P3口也可用作特殊功能口，P3口同时也可为闪速存储器编程和编程校验接收控制信号。
如图4-2
4.2.2一体化红外接收头
在本电路中，使用的是最简单的红外传感器---一体化红外接收头。
现在的红外接收器都采用一体化红外接收头。
他将红外接收管，放大器，滤波器及解调器集成在一个硅片上，不仅尺寸小，无需外部元件，并且具有抗光电干扰性能好，并有接受角度款等特点。
红外接收管就是将光信（不可见光）转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，红外信号经接收管解调后，数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。
重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。
将红外接收管安装在已有的电路模块中这就是本次课设使用的一体化红外接收头。
它的作用是通过接受红外线的强弱来输出高低电平，再根据已输入程序的单片机模块将信号输出从而控制报警模块。
本实验使用的是红外接收二极管。
如图4-3
图4-2图4-3
AT89C2051引脚红外接收管
5程序流程图设计
N
Y
Y
N
6程序设计
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbithw=P3^3;定义红外传感器的管脚
sbitbell=P1^0;定义报警器的管脚
sbitred=P1^1;定义LED的管脚
voiddelay（void）--------延时程序
{uinti;for（i=0;i<256;i++）;
}
voidmain（void）-----主程序
{P3=0xff;-------将P3端口置一
bell=0;将报警器初始值设为0
red=1;LED初始值设为1
while
（1）
{
if（hw==0）
{
{
bell=!
bell;如果红外输出为低电平，报警器报警，LED灯
red=0;亮，如果输出为高电平，报警器和LED灯都没
delay（）;有反应。
}}
else
bell=0;
red=1;}}
7PCB布线图
图7-1
8系统调试图7-2
8.1调试步骤
（1）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。
（2）硬件调试。
检查线路焊接，确定无误后，检查电源与地线。
最后将AT89C2051单片机插入U1中，接上电源，再使用打火机充当火源进行检测。
运行程序，当红外模块输出低电平时，报警模块无现象如图8-1
图8-1
当红外模块输出低电平时报警模块开始报警如图8-2
图8-2
8.2实物图
正面图（图8-3）
背面图（图8-4）
调试现象
有火情发生时（图8-5）
打火机离传感器越近声光报警器的报警频率越高
无火情发生时（图8-6）
检测到的红外报警器数据：
检测范围15~20cm
检测角度30度
9目前仍存在的问题
生成PCB图是蜂鸣器和LED的封装形式是需要自己输入的。
在制作实物的时候，如果严格按照PCB图来焊接有些会变得十分复杂，我所制作的PCB图在生成的3d效果图中有些连线是在板子的正面有些是在背面（是双面图），而在实际焊接中考虑整洁美观等因素连线要在板子的一面，所以焊接的时候根据实际的连接情况重新布置了器件的位置。
最开始选择的三极管型号是8050是NPN形式的，但是在焊接电路板时将蜂鸣器的正负极接反了，在调试的时候没有发出声音，8050的端口与原理图中的端口不对应，为了方便焊接调试改用了8550是PNP形式的，它的端口形式与8050是相反的，为了保证蜂鸣器能够正常发出声音，修改了原本的电路将与蜂鸣器相连的100欧姆的电阻去掉，增大电流。
最后完成了实物制作。
10收获与建议
通过这次课程设计，我学到了很多真正有用的东西，不再是简单的利用软件做程序仿真，而是真真正正的做出了一个产品，在单片机课程和本次课设的整个学习过程中我深深体会到单片机的重要性，它可以出现在我们生活的任何一个地方，给我们的学习工作带来了很大的便利，比如这次设计的红外报警器，它就能够准确的为我们提供可靠的安全保障，单片机不仅仅是一门学科技术，它的可利用性可开发性还有更多更好的前景，学好单片机也会我今后的就业带来很多好处。
很快的，就要结束这学期单片机课程的学习，从开始没信心学好，到熟悉软件，熟练应用软件，设计简单程序，到最后的亲手制作产品，一开始看起来不可能完成的任务，在张老师一点一点耐心而又有趣的教学方式下我从一个门外汉到渐渐入门再到设计简单产品，虽说现在的能力还不是很强，但是对于单片机我越来越有信心，兴趣也越来越浓。
而在最后这三周的课程设计里，在单片机课中学习到的各种知识和能力都充分的应用了，查找资料，运用软件，编写程序，设计产品，在整个的学习与实践的过程中我真的收获了很多。
在张老师由简到繁，由浅入深的引导教授下，我对单片机有了很浓厚的兴趣，也知道自己在这方面的知识有很多的不足，我会利用各种与单片机接触的机会更加认真地学习这门学科。
张老师新颖独特的教学模式对于学生学习知识和运用知识有很大的帮助，刚开始接触单片机时觉得它晦涩难懂，张老师通过给我们布置作业，锻炼我们的能力，同时还结合实际的应用情况给我们讲解知识点，渐渐地增加我们的信心和兴趣，不知不觉中提高了我们的能力，我要感谢张老师，张老师这种模式的教学改革作为一个亲身体会过的学生来说，它不仅仅教会了我知识，还提高了我的思维能力和动手能力。
感谢张老师的教导，让我能够把单片机学好，真正锻炼了自己的独立设计，自己动手的能力，在今后的学习甚至工作中这都是我宝贵的财富。
11参考文献
【1】中国安防展览网--《红外报警器的原理分析》
【2】来清民.《传感器与单片机接口及实例》北京：
北京航空航天大学出版社2008.
【3】红外线供应网
【4】宋文绪.传感器与检测技术.北京:
高等教育出版社,2004.
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