基于单片机的红外感应报警系统设计论文传感器程序原理图全套.docx

1、 基于单片机的红外感应报警系统设计论文传感器程序原理基于单片机的红外感应报警系统设计论文传感器程序原理图全套图全套 专业综合课程设计报告 题 目 单片机红外报警系统 系 别 电子工程系 专 业 电子信息 班 级 2011级 1班 姓 名 龙 汭 学 号 20102115 年 月 日 目的目的 报警器在现实生活中应用非常的广泛，家庭防盗，汽车平安防盗，企业内部平安保障，特别是金融行业等。一般传统式的报警器采用机械式的，如压电式报警器，当有入侵者将压力施加与压电传感器时，机械能在压电传感器中转化为电能，通过放大电路，将信号方法，从而带动发声报警装置，这类报警装置通过物体的接触实现信息的采集，容易被

2、发现，隐蔽性能差，容易遭到破坏，而且传统式的报警器使用寿命短，造成不必要的经济浪费。本次设计目的在于设计以红外传感器为根底的红外线传感器，红外线是一种不可见的光，任何物体都会发出红外线，所以其隐蔽性能非常的好。如果采用被动式的红外探测，只需要将红外传感器远探测人体发射的红外线，探测装置无需与被测物体直接接触，就可以感受到入侵者的进入。单片机红外热释电家庭防盗报警采用 STC89C52单片机+红外热释电传感器+发光二极管+按键+蜂鸣器设计而成。按键说明：从左边第一个起，手动报警键、布防键、取消报警键。1.两钟状态，一种紧急报警，另一种布防报警 2.三个 LED 指示灯，红色当有报警时此发光二极管

3、闪烁报警，否那么熄灭;绿色用做布防指示灯;黄色传感器信号指示灯有信号就亮，否那么灭。3.按下布防键，系统等待 20秒进入布防状态此时绿色的灯闪烁，20秒后系统进入布防状态此时绿色的亮长亮，当有人靠近时，红外热释电传感器信号输送给单片机，单片机接收到信号马上报警。1.2 国内外进展情况 红外线报警器是紧跟着光敏传感器和物体的红外效应而出现的。美国军方是最早使用红外探测技术的国家，上世纪美国军方研制出以主动红外方式导引的精确制导炸弹，这可能是红外探测物体最早应用的实例。我国开展红外报警系统的时间起步比拟晚，直到上世纪末才出现对红外报警系统的研究。但是这并没有阻碍我国红外技术的进步，从 2000年开

4、始，全国各地出现了大小不等的红外传感器研发销售公司，这为红外传感器的迅速开展起着关键性作用。现在我国红外传感器广发应用在银行，重要工厂，甚至走进了普通的家庭，但是研究更加简易，低价格，高性能的被动式红外传感器仍然需要科技的进步。1.3 设计思路设计思路 由于现代仿真技术已经非常的成熟，不像过去那样设计过程就需要消耗大量的财力和物力。本系统可以使用 ISIS画出系统的原理图，首先翻开 ISIS 软件，单击命令窗口 filenew design，创立一个 default 模板，保存名称为“基于 AT89C51单片机红外线报警器的设计.DSN。执行菜单命令 librarypick device/sy

5、mbol，添加所需元件。本程序中红外传感器可以使用 TORCH_LDR 原件来代替，上面有“+“-可以模拟外界红外强度的变化，并将这个变化转化为电信号输入到单片机中。扬声器功率放大电路中的芯片选取 555。在原理图编辑窗口中放置元件，再单击工具箱中的“原件终端图标，在对象选择中单击 POWER 和 GROUND 放置电源和地。放置好元件后，布好线。左键双击各元件，设置好相应参数，完成电路设计。设计的软件局部在 Keil中完成，由于汇编语言的优越性，本次设计选择汇编语言进行程序设计。2、设计方案、设计方案 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

6、及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图 3总体设计框图所示：AT89 C51 复位电路 信号检测电路 报警执行电路 LED 发光显示 放大 驱动 驱动 图 3 总体设计框图 处理器采用 51系列单片机 AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作的。当红外检测装置检测到有人时，信号经放大电路和非门将相应的电平送至单片机的 p1.0端口，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

7、时器实现自动消除报警。三、设计内容 3.2 红外传感器系统中用红外传感器系统中用 TORCH_LDR根底知识根底知识 热释电式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、下两局部各分成假设干等份，制成一种具有特殊光学系统的透

8、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 1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区和“高灵敏区，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区进入“高灵敏区，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为 910-um，而探测元件的波长灵敏度在 0.220-um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 710-um，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

9、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。热释电式传感器的优点是：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。热释电式传感器的缺点是：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。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。3.3 三极管放大作用三极管放大作用 在红外传感器信号采集电路中需要用到三极管，三极管的作用是对小信号进行功率放大，从而驱动负载工作。三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域，常用的三极管放大电路形式有：共发射极放大电路，共集电极放大

10、电路，共基极放大电路三种，其中共集电路用于电流放大功率放大，共基电路用于高频放大，共射电路用于低频放大。三极管放大电路包含静态参数和动态参数两大类，静态参数又称静态工作点，是保证三极管正常工作的根底，意义是在输入条件为零时，晶体管的基极电流 Ib，集电极电流 Ic，be极之间的电压 Ubc，管压降 Uceq。当有输入信号时，晶体管呈现的输入电阻 Ri，输出电阻Ro，电压增益 Au等参数被称为动态参数。另外还有一类参数被称为放大电路频率特性参数，主要包括放大电路的低频端截止频率，高频端截止频率，通频带，增益平坦度，幅度频率特性曲线等。三极管的作用 晶体三极管，是最常用的根本元器件之一，晶体三极管

11、的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的根本组成局部也就是晶体三极管。三极管根本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把正块半导体分成三局部，中间局部是基区，两侧局部是发射区和集电区，排列方式有 PNP和 NPN 两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极 b发射极 e和集电极 c。发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发

12、射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有 PNP型和 NPN 型两种类型。三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的创造就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地，当基极电压 UB 有一个微小的变化时，基极电流 IB 也会随之有一小的变化，受基极电流 IB 的控制，集电极电流 IC 会有一个很大的变化，基极电流 IB 越大，集电极电流 IC 也越大，反之，基极电流越

13、小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。刚刚说了电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最根本的和最重要的特性。我们将 Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数。当

14、三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。3.4 红外信号采集电路：红外信号采集电路：红外信号采集电路是单片机的信号输入端，红外传感器在接收到红外信号变化后将信号通过三极管放大电路将微弱的电信号进行放大并输入到单片机中，器电路图如下列图 1所示：图 1 信号采集电路 3.5 声光报警电路声光报警电路 声光报警电路接收单片机发送过来的信号，红灯亮起，扬声器会

15、持续响 10S，知道红外传感器不再发送信号为止，假设果想认为暂停报警系统，只需要按下中断按钮即可。声光报警电路如下列图 2所示：图 2 扬声器报警电路 四、电路设计与描述 本设计以 AT89C51单片机为核心，红外传感器给出相应的外界红外信号的变化，通过单片机对信号进行处理并发送到声光报警电路中。当所需原件如表 5.1所示。表 红外报警器所用的元件 单片机AT89C51 瓷片电容 CAP 30PF 扬声器 SPEAKER 电解电容CAP-ELEC 晶振CRYSTAL 12MHz 三极管2N2905 电阻RES 反向器 74LS04 红外传感器TORCH_LDR 芯片 555 原理图如图 3所示

16、 图 3 总体电路图 通过上面对系统结构和功能的分析，可以清晰的了解红外感应报警系统的设计过程。首先对系统进行初始化设计，单片机检测外部的红外感应传感器是否有信号输入，如果检测到有信号输入，那么就启动声光报警电路开始报警，同时定时计数器开始工作，当定时计数器计时 10S后，声光报警电路停止工作，同时单片机检测是否还有信号输入，假设有信号输入，声光报警电路会继续工作 10S，直到没有信号让输入为止，如果在 10S想暂停声光报警系统，进入到下次信号检测过程，那么，直接按中断按钮就可以了。程序流程图如下列图所示：系统初始化 声光报警结束 检测外部有 无信号输入 声光报警是否持续 10秒 开始 启动声光报警电路开始报警 是否还有检测信号等待下次报警 结束 Y N N Y Y N 中断效劳程序工作流程图 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