完整版)紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、光電檢測(cè)技術(shù)題 目：家居防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)專業(yè) ： 測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí) ：姓名 ：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師 : 日期 :28摘要人們生活水平不斷提高，對(duì)私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)意識(shí)在不斷的增強(qiáng)，因而對(duì)防 盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計(jì)就是為了滿足預(yù)防搶劫、 盜竊等意外事件的需 要而設(shè)計(jì)的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電 路、紅外探頭電路、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路、 LED 控制電路等部分組成。處理器采 用單片機(jī) STC89C5。1 整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。軟件部分可以劃分 為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警和顯示等子函數(shù)。 關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)、紅外傳感器、 數(shù)據(jù)采

2、集、 報(bào)警電路。1、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （1）該設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控 制、報(bào)警和顯示等模塊子函數(shù)。（2）本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、智能報(bào)警器、單片機(jī)控制電 路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、 數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地顯示、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入 模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。（ 3）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。為了探測(cè)移動(dòng)人體 , 通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器 , 在這種傳感器內(nèi)部 , 兩個(gè)敏感元件反相連接 , 當(dāng)人體靜止時(shí)兩元件極化程度相同 , 互相抵消。但人體移動(dòng)時(shí) ,兩元

3、件極化程度不同 , 凈輸出電壓不為 0 , 從而達(dá)到了 探測(cè)移動(dòng)人體的目的。因此可把 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，使探測(cè)器工作。 當(dāng)有人闖入時(shí)， 熱釋電紅外傳感器 將探測(cè)到動(dòng)作， 設(shè)置在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的紅外探頭將 人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)， 經(jīng)放大電路、 比較電路送至門限開(kāi)關(guān)， 打開(kāi) 門限閥門送出 TTL 電平至單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使 警 號(hào)發(fā)聲。2 、熱釋電紅外傳感器2.1 、 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)介熱釋電紅外線傳感器是 80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件， 它能 以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸 出。熱釋電紅外線傳感器應(yīng)用電

4、路如下：為了探測(cè)移動(dòng)人體 , 通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器 , 在這種傳感器內(nèi) 部,兩個(gè)敏感元件反相連接 , 當(dāng)人體靜止時(shí)兩元件極化程度相同 ,互相抵消。但人 體移動(dòng)時(shí) ,兩元件極化程度不同 , 凈輸出電壓不為 0 , 從而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的 目的。2.2 、 HC-SR501紅外線技術(shù)本次 設(shè) 計(jì)采用 的是 HC-SR501紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊。 其特點(diǎn)是探頭設(shè) 計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感，實(shí)物 圖片如 圖2-1。圖 2-12.3 、功能特點(diǎn)1. 全自動(dòng)感應(yīng) : 人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng) 延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。2.

5、 光敏控制（可選擇，出廠時(shí)未設(shè)）可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時(shí)不 感應(yīng)。3. 溫度補(bǔ)償 （可選擇，出廠時(shí)未設(shè) ） ：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至 3032， 探測(cè)距離稍變短，溫度補(bǔ)償可作一定的性能補(bǔ)償。4. 兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇）1） 不可重復(fù)觸發(fā)方式 : 即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸 出將自動(dòng)從高電平變成低電平；2） 可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有 人體在其感應(yīng)范圍 活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開(kāi)后才 延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢 測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自 動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段， 并且以最后一次活動(dòng)的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始 點(diǎn) ） 。5

6、. 具有感應(yīng)封鎖時(shí)間 （默認(rèn)設(shè)置 :2.5S 封鎖時(shí)間 ） ：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平） ，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間 段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。 此功能可以實(shí)現(xiàn) “感應(yīng)輸出時(shí)間” 和“封 鎖時(shí)間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑 制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。 （ 此時(shí)間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒幾十秒 鐘）。6. 工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 DC4.5V-20V。7. 微功耗:靜態(tài)電流50 微安，特別適合干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。8. 輸出高電平信號(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接。2.4 、 熱釋電紅外線傳感器電路圖圖 2-23、STC89

7、C51RC單片機(jī)STC89C51RC/RD系+ 列單片機(jī)是兼容 8051 內(nèi)核的單片機(jī)，是高速 / 低功耗 的新一代 8051 單片機(jī)， 12 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 / 機(jī)器周期可反復(fù)設(shè) 置，最新的 D 版本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。3.1 、主要特性1. 增強(qiáng)型 1T 流水線/ 精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu) 8051 CPU2. 工作電壓： 3.4V - 5.5V （5V 單片機(jī)） / 2.0V - 3.8V（ 3V 單片機(jī)）3. 工作頻率范圍： 0 - 35 MHz ，相當(dāng)于普通 8051 的 0 420MHz.實(shí)際工作頻 率可達(dá) 48MHz.4. 用戶應(yīng)用程序空間 12K / 1

8、0K / 8K / 6K / 4K / 2K字節(jié)5. 片上集成 512 字節(jié) RAM6. 通用 I/O 口（27/23 個(gè)） ，復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉（普通 8051 傳 統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉，推挽 / 強(qiáng)上拉，僅為輸入 / 高阻，開(kāi)漏每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò) 55mA7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP （在應(yīng)用可編程） ，無(wú)需專用編程器可通過(guò)串 口（ P3.0/P3.1 ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8. EEPROM功 能9. 看門狗10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M

9、 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電 路）11. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 / 時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器。用戶在下載用戶程序 時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時(shí)鐘。常溫下內(nèi)部 R/C 振 蕩器頻率為： 5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)?有溫漂，請(qǐng)選 4MHz 8MHz12. 有 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器13. 外部中斷 2 路 , 下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,Power Down 模式可由外部 中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒14. PWM （ 4 路）/ P C A （可編程計(jì)數(shù)器陣列） ，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí) 器或 4 個(gè)外部中斷（

10、上升沿中斷 / 下降沿中斷均可支持 ）15. STC89Cc516AD具 有 ADC 功能。 10 位精度 ADC，共 8 路16. 通用異步串行口 （UART）17. SPI 同步通信口， 主模式 / 從模式18. 工作溫度范圍： 0 - 75 / -40 - +85 19. 封裝： PDIP-28 ，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20超（ 小封 狀，定貨 ）3.2 、STC89C51引腳說(shuō)明圖 3-1 STC89C51引腳1. VCC: 電源電壓2. GND: 地3. P0口：P0口是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用

11、口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯門電路，對(duì)端 口 P0 寫“1”時(shí)可作為高阻抗輸入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址 （低 8 位） 和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。4. P1 口:P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1的輸出緩沖級(jí)可 驅(qū)動(dòng)（ 吸收或輸出電流 ）4 個(gè) TTE邏輯門電路。對(duì)端口寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉 電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上 拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （ILL） 。與 AT89C51不同之處是， P1.0 和 P1.1

12、還可分別作為定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 2 的外部 計(jì)數(shù)輸入 （P 1.0/T2） 和輸入（P 1.1/T2EX ） 。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收低 8 位地址。表 3-2 P1.0 和 P1.1 的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2（定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù) 2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）表 3-25. P2 口:P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2的輸出緩沖級(jí) 可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流 ）4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì)端口 P2寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的 上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因

13、為內(nèi)部存 在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （ILL） 。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 例如執(zhí)行 MOVX DPT指R令）時(shí)，P2口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 如執(zhí)行 MOVX R指I 令） 時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。6. P3 口:P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖 級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流 ）4 個(gè) TTL邏輯門電路。對(duì) P3口寫入“ 1”時(shí)，它們 被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電 阻輸出電流 （ILL） 。P

14、3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， 如表 3-3 所示。7. RST: 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電 平將使單片機(jī)復(fù)位。表 3-3 P3 口的第二功能端口引 腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0 （外中斷 0）P3.3INT1 （外中斷 1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù) 0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù) 1）P3.6WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表 3-38. EA /VPP: 外部訪問(wèn)允許。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器 （ 地址為 0000H-F

15、FFFH ） 。EA 端必須保持低電平 （接地） 。需注意的是 : 如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平 （接 VCC端） ，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須 是該器件是使用 12V 編程電壓 VCC 。9. XTAL1: 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。10. XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。11. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：89C51有 256個(gè)字節(jié)的內(nèi)部 RAM,80H-FFH高 128個(gè)字節(jié)與特殊功能寄存器 （SFR）地址是重疊的，也就是高 128。字節(jié)的

16、 RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的， 但在物理上它們是分開(kāi)的。 當(dāng)一條指令訪問(wèn) 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時(shí)，指令中使用的尋址方式是不 同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問(wèn)高 128 字節(jié)。RAM還是訪問(wèn)特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問(wèn)特殊功 能寄存器。12. 中斷：89C51共有 6 個(gè)中斷向量 : 兩個(gè)外中斷（ INT0 和 INT1），3 個(gè)定時(shí)器中斷 （ 定時(shí) 器 0, 1, 2） 和串行口中斷。13. 時(shí)鐘振蕩器 :89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶

17、瓷諧振器一起構(gòu)成自激振 蕩器，振蕩電路參見(jiàn) 圖 3-4 （a）所示。外接石英晶體（或陶瓷諧振器） 及電容 C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu) 成并聯(lián)振蕩電路， 對(duì)外接電容 C1、C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的 大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫 度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF 士 10pF，而如果使用 陶瓷諧振器，建議選擇 40pF士 l0pF。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如 圖 3-4 （ b） 所示。這種 情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則 懸空。a）內(nèi)部振蕩電路

18、b）外部振蕩電路圖 3-4 振蕩電路由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以 對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電 平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。4、方案設(shè)計(jì)4.1 、 系統(tǒng)概述本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡(jiǎn)單、成本低， 安裝比較方便， 而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、安全可靠。這種防盜器安 裝隱蔽，不易被盜賊發(fā)現(xiàn)，同時(shí)它的信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和機(jī) 通信，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。為了探測(cè)移動(dòng)人體 , 通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器 , 在這種傳感器內(nèi) 部,兩個(gè)敏感元件反相連接 , 當(dāng)人體靜

19、止時(shí)兩元件極化程度相同 ,互相抵消。但人 體移動(dòng)時(shí) ,兩元件極化程度不同 , 凈輸出電壓不為 0 , 從而達(dá)到了探測(cè)移動(dòng)人體的 目的。它們的進(jìn)程框圖如 圖4-1 所示。圖 4-1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研制過(guò)程框圖4.2 、總體設(shè)計(jì)家居防盜報(bào)警器主要是由人體感應(yīng)模塊、中央控制單元、數(shù)字顯示單元、 按鍵電路、報(bào)警電路和電源電路等部分組成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：圖 4-2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)1、主機(jī)有三個(gè)控制按鍵， 一個(gè)按鍵布防， 一個(gè)按鍵是遇到緊急情況緊急報(bào)警 （或 是測(cè)試鍵），一個(gè)是撤防。 另一個(gè)為單片機(jī)的上電復(fù)位按鍵。2、按下布防按鍵后， 30 秒后進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)（此時(shí)有人靠近不報(bào)警） ，當(dāng)有人 靠近時(shí)，熱

20、釋紅外感應(yīng)到信號(hào)，傳回給單片機(jī)，單片機(jī)馬上進(jìn)行報(bào)警。按下撤 防按鍵解除布防。3、當(dāng)遇到特殊緊急情況時(shí)，可按下緊急報(bào)警鍵（測(cè)試鍵） ，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 （前提是在布放狀態(tài)下！ ！）4、布防時(shí)數(shù)碼管顯示“ b”，撤防時(shí)數(shù)碼管顯示“ c”，測(cè)試時(shí)或報(bào)警時(shí)數(shù)碼管顯4.3 、系統(tǒng)硬件選擇從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： STC89C51、熱釋電紅外傳 感器、LED、按鍵、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位 電路等等。所需元器件如下 表 4-3編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量R1 、R3、R5電阻2.2K3R2、R4電阻10K2C1有極電容10uF1C2，C3電容30pF2D1發(fā)光二極管LED

21、1Q1三極管90131Q2三極管90121U1單片機(jī)STC89C511Y1石英晶振12MHZ1K1-K4按鍵*4SZ電源開(kāi)關(guān)1Tantou熱釋電傳感器HC-SR5011U2蜂鳴器1DS1共陰數(shù)碼管DISPLAY1表 4-34.4 、 硬件電路實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的電路原理圖如下 圖 4-4 所示VCC人體感應(yīng)模塊SzVCC9012901221DC電源插座R52.2kR32.2KR410kVCCVCCKSP1.3+ C110uF1RESET12345678910111R020KC230zH1314151617181920C33031K331K242P1.242P1.1P1.3P1.0VCCP1.1(AD0

22、)P0.0P1.2(AD1)P0.1P1.3(AD2)P0.2P1.4(AD3)P0.3P1.5(AD4)P0.4P1.6(AD5)P0.5P1.7(AD6)P0.6RST(AD7)P0.7P3.0(RXD)EA/VP PP3.1(TXD)ALE/P ROGP3.2(INT0)PSENP3.3(INT1)(A1 5)P2.7P3.4(T0)(A1 4)P2.6P3.5(T1)(A1 3)P2.5P3.6(WR)(A1 2)P2.4P3.7(RD)(A1 1)P2.3XTAL2(A1 0)P2.2XTAL1(A9 )P2.1GND(A8 )P2.0U389C51/C52403938363534333231302928272625242322213142K1P1.0gc da bVCCR12.2kVCCe f圖 4-4 紅外防盜報(bào)警器原理圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是： 當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋點(diǎn)傳感器送來(lái)的脈沖信號(hào) 后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警點(diǎn) 路開(kāi)始報(bào)警。4.5