红外防盗报警器的设计论文.docx

1、红外防盗报警器的设计论文毕 业 设 计 论 文 学 生 姓 名： 张军 学号： 082231227 系别： 一系 专业： 电子工程 毕 业 综 合 实 践 题 目：红外防盗报警器的设计 指 导 教 师：石红梅 （姓名、专业技术职务） 2011年10月21日声 明本人所呈交的 红外防盗报警器的设计 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 张军 日期： 2010年10月21日 目 录1、引 言 52、二、基 础

2、 知 识 5（一）任 务 设 计 5（二）AT89C51单 片 机 概 述 6（三）红 外 线 传 感 器 简 介 6 （四）PIR原 理 7三、设 计 方 案 7（一）思 路 设 计 7（二）电 路 设 计 7（三）红 外 传 感 器 原 理 9（四）系 统 硬 件 电路 11四、软 件 程 序 流 程 11（一）中 断 服 务 程 序 流 程 图 11（二）主程序流程图 12五、红 外 防 盗 报 警 器 的 调 试 13六、总 结 14七、谢 辞 15八、参 考 文 献 16摘 要红外感应是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至

3、于思想认识上都取得了长足的进步。在当今的社会红外感应在诸多领域都得到了应用。如红外报警器、红外数据传输器、红外夜视仪等方面。所以设计一个简易红外报警器有利于我们对红外传输技术有所了解。在设计中我受益匪浅，三极管构成自锁驱动与抚复位电路和三极管构成无稳态振荡电路结构原理等新的理论知识，复习巩固了以前所学的电路、模拟电子技术，现代电子电路与技术等知识。还更好的理论结合实际，把相关的新老知识应用到设计中，自己动手设计出成品。红外报警器的作用是把从发射端发送的信号经过空气有接收端接收，在这一过程中由于外部人体的作用阻碍了信号的传递而作为报警信号的触发条件。作为电子技术的毕业设计，本课题提出的红外对射报

4、警器指标比较低，以及现实的干扰与实用性等原因采用直流供电红外发生发生电路。由于个人水平有限，本设计中的缺点、错误在所难免，恳请原谅！一、引 言近年来，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。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。红外报警器大多数采用国外的先进技术，其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有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

5、式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声光报警器。 报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司及财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不可见光，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，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 其外，可用红外报警器原理控制各种电器的运行。二、基 础 知 识 （一）任务设计(1)包括硬件和软

6、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)该系统当人员外出时，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，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1。(3)传感器是入侵探测器的核心，它是一种物理量转换器件，可以将入侵时所产生的力、压力、位移、振动、温度、声音、光强等物理量转化为易于处理的电信号和电参量，如电压、电流、电阻、电容等。对传感器来说输入信号除了被探测的入侵行为所产生的物理信号外，还包

7、括有干扰所产生的气压、温度、振动、噪声等干扰信号，因此实际上转换函数应是一多元函数，但好的传感器会使干扰对输出的影响被忽略。(4)本红外线防盗报警系统由红外传感器、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。(5)隐蔽性是红外线防盗报警器的一个比较显著的特点，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

8、要指标。至于报警可采2 基础知识介绍（二） AT89C51单 片 机 概 述结构 AT89C51单片机是一种高性能单片机.片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和随机存取数据存储器(RAM)，器件是高密度、非易失性存取技术生产的产品，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大，可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。在一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。 AT89C51是一种高效微控制器，是

9、高性能单片机，因为受引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。（三）红外传感器简介红外传感器已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。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：光子探测器和热探测器（基于热效应）。是一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传

10、感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。如图1示为红外传感器的内部电路框图。图1 红外传感器电路图（四） PIR原 理在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而输出电压信号。红外线传感器主要是由一种高热电系数制成

11、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。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源上。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)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以

12、热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。(2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲泥尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。(3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。(4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。(5)滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距(感应距离)，从而产生不同的监控视场，视场越多，

13、控制越严密。被动式热释电红外探头的优缺点：(6)优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉(7)缺点：容易受各种热源、光源干扰被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。易受射频辐射的干扰。环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。(8)抗干扰性能：1.防小动物干扰探测器安装在推荐地使用高度，对探测范围内地面上地小动物，一般不产生报警。2.抗电磁干扰探测器的抗电磁波干扰性能符合GB10408中4.6.1要求，一般手机电磁干扰不会引起误报。抗灯光干扰探测器在正常灵敏度的范围内，受3米外H4卤素灯透过玻璃照射，不产生报警。三、方 案 设

14、计（一） 思 路 设 计单片机是红外防盗报警器系统设计的核心器件，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。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。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。红外防盗报警器系统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：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。结构如下：红外传感探头电路、报警电路、单片机、复

15、位电路及相关的控制管理软件组成；如图3设计框图：图3 设计框图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AT89C51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。当报警延迟10s一段时间后自动解除，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，或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。（二） 电 路 设 计如图所示为放大电路，输入电压信号Vi，输出放大的电压信号Vo。（三） 红 外 传 感 器 原 理本设计采用这

16、种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如图4所示, 在VCC电源端利用C1和R2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的转化，输出OUT为低电平。图4 红外传感器原理图复位电路的设计复位方法有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图5示为复位电路。图5复位电路图 报警电路的设计报警电路由4

17、个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，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。图8所示为发光二极管报警电路。报警电路的设计如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声音报警电路，如图6示为声音报警电路。图6电路图图7声音报警电路图（七） 系 统 硬 件 电 路 选 择硬件电路的设计从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中D1为电源工作指示灯，D2是正常工作指示灯，D3D6是起报警指示作用，当RXD脚被

18、置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时的暂停键, S2键作为作为电路复位键。四、软件程序（一）中 断 服 务 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，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测是否还有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图

19、，如下图11所示；图8中断服务程序工作流程图（二）主程序流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图10所示；图9 主程序流程图五、红 外 防 盗 报 警 器 调 试报警器安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面。例如：将被动红外入侵探测器对着空调、换气扇安装时，将会引起系统的误报警；室外用主动红外探测器如果不作适当的遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护)，势必会引起系统的误报警；报警线路与动力线、照明线等强电线路间距小于1.5m时，而未加防电磁干扰措施，系统亦将产生误报警。 用户使用不当引起的误报警：用户使用不当常常会引起报警系统的误报警。例如：打开报警器后20秒内没离

20、开探测区等 环境噪扰引起的误报警：环境噪扰引起的误报警是指报警系统在正常工作状态下产生的，从原理上讲是不可避免的，而事实又是不需要的，属于误报警。例如：热气流引起被动红外入侵探测器的误报警；老鼠在防范区出没；宠物在居室内走动等。随着传感技术、计算机技术的发展，大规模集成电路的推广应用，报警系统智能化程度将不断提高，环境噪扰引起的误报警现象必将随之降低。六、总 结通过这一两个月的毕业设计，我从中学到了很多以前我没学好的知识。从最初的茫然，到后来的得心应手其中有太多的过程值得回味。始进入设计电路阶段，我开始到网上资料，可方向不明确的我，不知道选择什么样的电路，才能把做出红外报警。问题出来了，我该怎

21、么办呢？我要怎样设计我的电路呢？就在我不知道怎么办时，这时我想到了找老师。对以思维混乱的我，老师的话给了我非常大的启发“现在你需要实现的红外报警器的功能是什么，根据你的需要设计每一部分电路”。老师的话提醒了我做事不能好高骛远，在接下来的一段时间我先是上网查看别人的红外报警器的设计思路。在观看他人设计的时候我发现虽然红外报警器有着很大的前景但是大多素的普通人对红外报警器的了解并不够，所以他们往往不会选择购买红外报警器就更别提区分其中的好坏了。最终我将我的红外报警器定位在一个适用于普遍大众的基础上，并且功能简单实用价格便宜不易损坏。在电路的设计中我采用了模块化设计的思路针对具体的功能，设计电路模块

22、在整合修改，经过最简答功能的实现到多步骤功能的统一最终完善整体电路的设计方案。在方案确定以后我网购了所需的元件，安装并调试电路。在调试电路的过程中我遇到课很多的问题，如接线错误红外发射管件装反等。其中有一个问题靠自己的能力始终没有解决，在老师的帮助下终于解决了上电瞬间电路自锁的问题。原来是PNP三极管BC级反向击穿的问题，三极管作为一种非线性元器件它和其它的一些非线性元器件的使用和调试需要我们更加丰富的基础知识和灵活的思路。在这次毕业设计的过程中它检验了我两年的来的学习，是对我所学知识的一次整合更开阔了我的眼界。七、谢 辞宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。经过几百个日日夜夜的辛勤努力，我终于圆满

23、完成了此次毕业设计，由于本人知识经验不足，有许多考虑不十很周全的地方，如果没有老师的辅导以及同学的鼓励帮助，我相信这个设计很难顺利完成。所以在此谢谢我的老师以及曾经给予我帮助的同学。谢谢大家！这次的毕业设计让我真正的认识到自己的不足，感谢罗老师和石老师对我的帮助辅导使我顺利完成了毕业设计，她们在我做设计的每个阶段都对设计进行了详细地把关，并给出了详细的指导意见，感谢同学们的热情帮助。通过这次做的毕业设计，我深刻的体会到了理论知识和实践结合的重要性。也更加深刻的体会到了学校的用心良苦和同学老师们的温暖。在三年的大学生活中我收到了太多的帮助来自于老师与同学，还有那些不认识的陌生人。但是我最需要感谢

24、的是我的父母他们辛苦的养育是我长大成人，他们的辛苦工作才换来了读书的机会。然后我应该感谢的是我们伟大的祖国是它庇佑着我们让我们能够在这片土地上幸福的生活与学习。最后我要感谢我的老师他们不光教会了生存在这个世界上的知识更教会了我做人的道理，是他们的无私奉献让我们的社会进步使我们的文化得到传承。在这里再次感谢我的父母！我的祖国！以及我们可爱的老师！八、 参 考 文 献 0 康华光. 单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社1 张彦斌. 电子技术基础J. 锦州师范学院学报, 2001.2 薛均义. 传感器与检测技术M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 唐桃波. 单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2000.4 彭秀华.智能无线安防报警器 J. 电子设计应用, 2003, 5(6): 4951.5 李全利.电子产品设计与仿真实习M. 北京: 西安航空技术高的专科学校., 2004.6 薛均义.单片微型计算机及其应用M. 西安: 西安交通大学出版社, 2005.7 徐爱钧,. 单片机高级语言C51应用程序设计M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.8 李全利. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 2004.