红外防盗报警器设计说明书.docx

1、红外防盗报警器设计说明书电气系高级工毕业课题设计说明书课题名称 红外防盗报警器设计专业班级 11 电气六（2）学生姓名 蒋雨陶学 号 16指导教师 唐幼君宁波技师学院电气技术系二零 年 月摘 要本系统采用ATME公司生产的8位AT89S52单片机作为主控芯片,由热释电红外传 感器实现对人体发送红外信号的检测。本系统由硬件和软件两部分组成。硬件电路包括 热释电红外传感器探头电路、单片机控制电路、电源电路、时钟电路、复位电路、放大 电路及报警电路。软件部分由汇编语言实现。本系统实现的功能是检测在所设定的区域 内是否有人经过。当传感器检测到人体发出的红外信号时，红外探头将人体辐射的红外 光谱变换成电

2、信号，经放大电路、比较电路送至 AT89S52单片机。在单片机内，经软件查询、识别等环节发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并使声光报 警设备开始报警。报警延迟10s后自动解除，也可以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。红外报警器的特点是使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，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，并且安装隐蔽，不容易被窃贼发现。关键词：红外报警器；红外传感器；单片机；报警器1引 言 12设计方案 22.1任务分析 22.2方案论证 23方案实施 53.1总体电路设计 53.2模块电路设计 53.3软件设计 133.4系统仿真

3、183.5系统制作 184.结果与结论 204.1结果 204.2结论 205.收获与致谢 216.参考文献 227.附件 237.1电路原理图 237.2仿真图 247.2工作图 257.4元器件清单 261.引言随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，人们生活水平得到很大的提 高，对私有财产的保护意识在不断的增强， 因而对防盗措施提出了新的要求。 本 设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、 开关电子防盗报警器和压 力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些 缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见

4、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。 这种热释电红外传感器能以非接 触形式检测出人体辐射的红外线， 并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传 感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。2.设计方案2.1任务分析1、 该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、 报警等模块子函数。2、 本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、 通信模块、功能设

5、定模块等部分组成。3、 系统可实现功能。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，热释电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AT89S52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。4、 红外线具有隐蔽性，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 要指标。至于报警可采用声光信号。2.

6、2方案论证1、方案设计方案一：模拟电路框图如图2.1所示。图2.1模拟电路框图利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大器、电压比较器、声音报警延时电路和电源电路组成。 方案二：集成运放电路框图如图2.2所示。图22集成运放电路框图利用集成运放电路构成红外防盗报警器。系统主要有红外传感器、放大电路、电压比较器、精确比较电压、报警电路和 9V直流电源组成。方案三：基于单片机的电路框图如图2.3所示。图2.3 系统电路框图本设计包括硬件和软件设计两个部分。处理器采用51系列单片机AT89S52 整个系统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

7、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AT89S52单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节发出 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。2、方案选定方案一的模拟电子式红外线报警器和方案二的集成运放式红外线报警器的 硬件电路相比于方案三较为复杂、 元件多、稳定性差抗干扰性不好、不够安全可 靠且不易实现。由于方案三具有节能且抗干扰性强的特点， 采用的热释电红外传 感器具有制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较

8、稳定，抗干扰性 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。并且在 电路元件和模块的选择上尽量采用通用、 经济的元器件，避免采用大规模的集成 电路来设计电路，而且方案三操作性强，能够随时修改程序以改变功能，综上所 述，选择方案三。3.方案实施3.1总体电路设计红外报警器系统整体原理如图3.1图所示图3. 1系统整体原理图本设计包括硬件和软件设计两个部分块。电路结构可划分为：热释电红外传 感器、单片机控制电路、LED控制电路、报警器、电源电路、时钟电路、复位 电路及相关的控制管理软件组成。用户完成信息采集、处理、数据传送、功能设 定、本地报警的功能。单片机是红外报警器系统的核

9、心，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，软件是各 种工作程序的总称。所以该系统包含以下部分：热释电红外传感探头电路、单片 机电路、电源电路、始终电路、复位电路、报警电路及相关的控制管理软件组成。3.2模块电路设计1、热释电红外传感器电路热释电红外传感器引脚图如图3.2所示。lotrr in- 11 肝爼h-mut vdd ib vr丽国冋陌同H而引 BISSOOOlA VQ RRl ECI HCE W VSS VKF/KE5ET图3.2热释电红外传感器引脚图热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成的尺寸为 2*1mm的探测

10、元件。热释电红外传感器在结构上引入场效应管， 其目的在于完成阻抗变换。 由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电 压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。 设计时应 将高热电材料制成一定厚度的薄片， 并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其 进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此 极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探 测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。 它利用两个极性相反、大小相等的干扰信

11、号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。 对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚 焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。这个电压信号就可以用来 驱动外部控制电路。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料， 它的探测波长范围为0.2-20um。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该 传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。引脚功能如表1所示。表3-1引脚功能引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端2V0O控制信号输出端3RR1输出延时时间Tx的调节端4RC1输出延时时间Tx的调节端5RC2触发封锁时间Ti的调节端6RR

12、2触发封锁时间Ti的调节端7VSS工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端9VCI触发禁止端10IB预算放大器偏置电流设置端11VDD工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的冋相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10 um左右的红 外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10 um左右的红外线而进行工作 的。人体发射的10 um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应器上。红外感应器通常采用热释电

13、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，即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，送给单片机上的 P1.7端口，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。热释电红外传感器的主要工作参数有：常用的热释电红外传感器工作电压 范围为315V;工作波长：通常为7.514卩m;源极电压：通常为0.41.1V， R=47kQ ;输出信号电压：通常大于2.0V;检测距离：常用热释电红外传感器检测 距离约为610m水平角度：约为120;工作温度范围：10C+ 40。热释电红外传感器电路如图3.3所示R2图3.3 热释电红外传感器电路本设计所用的热释传

14、感器就采用双探测元的结构。在 VCC电源端利用C2和 R1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型三极管的放大，外加反相器使输入单片机的电信号为低电平。2、单片机控制电路单片机内部硬件结构图如图3.4所示。图3.4 AT89S52单片机的片内硬件组成结构单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元、 存储器、并行I/O 口、串行I/O 口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算 机。片内各部件功能CPU（微处理器）：AT89S52单片机中有1个8位的C

15、PU，与通用的CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，此外还有面向控制的位处理功能数据存储器（RAM ）:片内为128B，片外最多可外扩64KB。片内128B的RAM以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快的单片机运行的速度，而 且这种结构的RAM还可以降低功耗。程序存储器（Flash ROM）:它用来存储程序。AT89S52片内集成4KB的Flash 存储器，如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩至 64KB。中断系统：具有5个中断源，2级中断优先权。定时器/计数器：片内有2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。1个看门狗定时器 WDT :提供了当CPU由于干扰使程序陷

16、入死循环或跑 飞状态时而使程序恢复正常运行的有效手段。串行口 ： 1个全双工的异步串行口，具有4种工作方式。可进行串行通信， 扩展并行I/O 口，还可与多个单片机相连构成多机系统。P0 口、P1 口、P2 口、P3 口 ： 4个 8位并行 I/O 口。特殊功能寄存器（SFR）:共有26个特殊功能寄存器，用于 CPU对片内 个功能部件进行管理、控制和监视。特殊功能寄存器实际上是片内各个功能部件 的控制寄存器和状态寄存器，这些特殊功能寄存器映射在片内 RAM区80HFFH 的地址区间内。105S37輛5534333J3L30Q28272624232221目前AT89S52单片机多采用40个引脚的双

17、列直插封装方式，如图3.5所示。VCCADO. PD.0 ADIP0.1AD2PO.2AO4 P0 4M苦ED 3AD6PO.6ALTPD.： iEAVFP ALE1PROG小对A13P2 5 A12P2 4AHP23 A101*2.2AP/Pi.iAS Pj.ll图3.5 AT89S52双列直插封装方式的引脚(2)引脚功能VCC :供电电压。GND:接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。 当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻

18、的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接 收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为 输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内 部上拉的缘故。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入1后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入， 由于外部下

19、拉为低电平，P3 口将输出电流。P3 口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表 3-2所示。表3-2 P3 口的第二功能定义引脚第二功能说明P3.0RXD串行数据输入口P3.1TXD串行数据输出口P3.2INTO外部中断0入口P3.3INT1外部中断1入口P3.4TO定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6WR外部数据存储器写选通输入P3.7RD外部数据存储器读选通输出RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST脚两个机器周期的高电平时间。(3)单片机工作过程平时传感器输出低电平，当有人在探测区范围内移动时输出低电平变为高电 平，此高电平通过P1.7端口输入单

20、片机，作为单片机的外部触发信号处理，经 单片机内部软件编程处理后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。3、时钟电路时钟电路如图3.6所示。Il J 图3.6 时钟电路XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置 为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，本系统外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ, 个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。4、电源电路电源电路如图3.7所示。图3.7 电源电路该电路由

21、桥式整流器U1、滤波电容和集成稳压块7805组成。其工作原理为 220V交流电经变压器降压后由次级线圈输出后电压降为 9V的交流电，然后经过桥式电路整流后成为波动的直流电源， 经过高低通滤波后，输入集成电压稳压 器7805,输出+5V （凸）直流电压，提供给单片机应用系统。该电路经实验证 明，具有结构简单、经济、实用等特点。5、复位电路复位电路如图3.8所示。亠I f=I 0III1图3.8 复位电路复位是单片机的初始化操作，只需给 AT89S52的复位引脚RST加上大于2 个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可以使 AT89S52复位。本系统复位电路采用按键手动复位的电平复位方式，是

22、通过 RST端经电阻与电源相连来实现的。当时钟频率选用12MHz时，电容C3的经典取值为10疗，电阻R4 的经典取值为1KQ。当按键按两次，即在 RST加上大于2个机器周期的高电平 后，红外传感器就可以复位，表现在为正常状态，即绿色的 LED灯开始亮，蜂鸣器停止鸣叫，红色的LED灯灭。6、声光报警电路和手动复位电路报警电路和复位电路如图3.9所示。图3.9声光报警电路和手动复位电路用一个电阻和一个发光二极管连到 RXD引脚上，用一个Speaker和三极管、 电阻接到单片机的TXD引脚上，构成声光报警电路。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。当TXD引脚被置成高电

23、平后， 蜂鸣器发出声音，同时起到报警作用。当按下按键S2实现手动复位功能。3.3软件设计程序编写对话框如图3.10所示。先打开KEIL软件，点击File，在下拉菜单 中选择new,就出现程序编写对话框，即可以在新建的对话框中编写程序3.10 程序编写对话框KEILC51是美国Keil Software 公司出品的51系列兼容单片机C语言软件 开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显 的优势.Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的 仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境( uVision )将这些部分组合在一起。运行 Kei

24、l软件需要 WIN98 NT WIN2000 WINXP等操作系统。 如果使用C语言编程,KEIL软件是最好的选择，即使不使用C语言而仅用汇编语 言编程，其有方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具。1、主程序设计程序是若干指令的有序集合，单片机的运行就是执行这一指令序列的过程。要想使单片机工作，必须编写出正确的程序。本系统采用 AT89S52汇编语言进行程序设计。主程序工作流程图如图3.11所示图3.11主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。第一，要对单片机进行端口

25、分配。输入端口有 P1.7和P3.2, P1.7是检测红外信号输入的端口，P3.2是外部中断0的端口，即有手动按键时信号通过此端口 输入。输出端口有P1.2，P3.0和P3.1，P1.2接绿色LED，当系统处于正常状态 时，绿色指示灯亮，信号通过 P1.2输出；P3.0接红色LED，当有红外信号时，红色LED灯亮，控制红色LED灯的信号通过P3.0输出第二，对单片机进行初始化设置，即系统处于正常工作的状态，此时绿色指 示灯亮，根据硬件电路连接原理，需要将引脚 P1.2清零；通过设置P3.0和P3.1 接口，使红色指示灯熄灭，蜂鸣器不发出警报；此外，还需要设置中断允许寄存 器IE，保证允许外部中

26、断0。第三，单片机开始工作过程，通过控制转移类指令检测是否有红外信号输入， 如果有信号输入，则系统处于报警状态，并持续 10S，通过以下步骤实现：设置定时器T0为50ms定时器，处于工作方式1,并且需要一个循环程序段，将50ms 定时器循环20次，达到报警持续10S的要求。如果没有红外信号输入，则一直 检测，直到有信号输入。在报警阶段，需要设计中断服务子程序，检测是否有中 断信号输入，即外部手工输入停止报警的信号，如果有，转入中断服务子程序停 止报警。中断服务子程序包括以下内容：现场保护和恢复现场、关中断和开中断、 中断处理和中断返回。第四，报警结束单片机进行复位。只需给单片机的复位引脚RST

27、加上大于2 个机器周期的高电平即可。单片机又恢复正常状态，继续下一轮检测。实现程序如下：主程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP PINT0ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU 开放中断，INT0允 许中断SETB IT0 ; 外部中断为边沿触发方式MOV SP,#30H ; 指针入口地址SETB P3.0CLR P3.1MOV P1,#0FFH ; 使 P1 口全部置 1LP: JNB P1.7,LA ; 监测输入信号，是否有输入信号LA: ACALL DELAY ;延时消抖JNB P1.7,ALARM ; 再次监测输入信号，若有输入信号

28、转入报警子程序AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAHLD2: MOV R2,0BBHLD1: NOPDJNZ R2,LD1DJNZ R1,LD2RETALARM:SETB1.2 ; 开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1 ;10S 钟定时MOV 51H,#0C8H ;10S 循环次数MOV TMOD,#01H ; 定时器T0定时方式1MOV TL0,#0B0H ; 置 50mj定时初值MOV TH0,#3CHSETB TR0 ; 启动 T0L2: JBC TF0,L1 ; 查询计数溢出SJMP L2L1: MOV TL0,#0B0HMOV T

29、H0,#3CHDJNZ 51H,L2 ; 未到10S继续循环SETB P3.0 ;10s 到关闭报警CLR P3.1CLR P1.2 ； 报警结束，正常运行绿指示灯亮LJMP LP ; 循环继续工作HERE: SJMP HERE2、中断程序设计中断服务程序流程图如图3.12所示。图3.12手工按键停止报警中断服务程序流程图中断程序实现的功能是当声光报警器开始报警而未到 10S时，手动输入一个电平就能使报警结束。需要设计中断服务子程序，检测是否有中断信号输入，即外部手工输入停止报警的信号，如果有，转入中断服务子程序停止报警。中断服 务子程序包括以下内容：现场保护和恢复现场、关中断和开中断、中断处

30、理和中 断返回。中断子程序如下：中断服务程序PINT0: CLR EXO ;外部中断服务程序开始，屏敝外部中断PUSH PSWPUSH ACCJNB P3.2 ,LN ;监测是否有中断输入LN: LCALL DELAY ;延时消抖JNB P3.2 ,L N1AJMP LN2 ;无中断输入,中断返回LN1: SETB P3.0CLR P3.1CLR P1.2 ;使报警纟口束，绿扌曰示灯亮POP ACCPOP PSWSETB EX0 ;开放外部中断0LCALL LP ;在中断继续检测是否有输入信号LN2: RETIEND3.4系统仿真Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅 具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最 好的仿真单片机