畢業(yè)設(shè)計（論文）基于AT89C51單片機(jī)的防盜報警器的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得安陽工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解安陽工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的

2、印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄中文摘要、關(guān)鍵詞1英文摘要、關(guān)鍵詞21引言51.1發(fā)展概況與設(shè)計背景51.2 設(shè)計任務(wù)與要求62 基礎(chǔ)知識介紹62.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹72.2 pir的原理特性72.3紅外探測原理和類型82.4 at89c51單片機(jī)簡單概述82.4.1主控芯片單片機(jī)的選擇92.4.2 at89c51的主要特性92.4.3 at89c51特性概述93 方案設(shè)計123.1總體設(shè)計思路123.2具體電路模塊設(shè)計133.2.1 熱

3、釋電紅外傳感器原理143.2.2紅外測溫原理153.2.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)193.2.4 放大電路的設(shè)計193.2.5 時鐘電路的設(shè)計203.2.7 復(fù)位電路的設(shè)計203.2.7 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計203.2.8 聲音報警電路的設(shè)計213.2.9電源電路的設(shè)計223.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明223.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)223.4.1中斷服務(wù)程序工作流程圖224 軟件仿真235結(jié)論246致謝25參考文獻(xiàn)26附錄一 設(shè)計編程程序29附錄二 proteus仿真原理圖30 基于at89c51單片機(jī)的防盜報警器的設(shè)計摘要：本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且

4、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)，同時它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理后方便和pc機(jī)通信，便于多用戶統(tǒng)一管理。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機(jī)控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、led控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機(jī)at89c51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路design of alarm for security based on at89c51-mcuabstract :this system used pyroelectric infrared sen

5、sor. its manufacture is simple, and its cost is low, and fixing is convenient. besides, the system has many merits, such as steady guard against theft, and strong antijamming ability, and high thesensitivity, and high reliability. the fixxing of this alarm is covert, which is discovered easily by cr

6、acksman. after has been processed by scm, the signal of alarm communicates with pc, which is convenient for uniform management. this design includes hardware part and software part. the hardware part includes the control circuit of scm, and the infrared probe circuit,and the alarm circuit, and led c

7、ontrol circuit. the scm uses at89c51, the overall system works under the control of the systemsoftware. key words: scm; infrared sensor; data collection; alarm circuit 1 引言1.1發(fā)展概況與設(shè)計背景當(dāng)今社會的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，人們私有財產(chǎn)也不斷地增多，因而也對防盜措施提出了新的要求。從現(xiàn)代人們住宅發(fā)展的趨勢來看，現(xiàn)代人們住宅主要是向群體花園式住宅區(qū)發(fā)展，向高空中發(fā)展，一般都是一個住

8、宅區(qū)有幾棟至幾十棟以上，但目前市面上所擁有的家庭電子防盜報警器，只能用于單一的住宅單元，不利于統(tǒng)一管理，而且也不能滿足現(xiàn)代住宅區(qū)的發(fā)展要求，所以很有必要對家庭電子防盜報警器進(jìn)一步完善和提高。本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設(shè)計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。它在以前的防盜器基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的改進(jìn)，不但可以用于單一的住宅區(qū)，也可以規(guī)模用于比較大規(guī)模住宅區(qū)的防盜系統(tǒng)，它的工作性能好，不易出現(xiàn)不報和誤報現(xiàn)象，安全可靠。不僅如此，它使用了單片機(jī)做信號處理器，這樣有利于與計算機(jī)相連接，利用計算機(jī)統(tǒng)一管理，使整個小區(qū)的住戶基本情況、資料等在計算機(jī)內(nèi)存儲起來，方便來訪人的查詢和保安人員的統(tǒng)一管理。目前市面上裝備

9、主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子內(nèi)，當(dāng)主機(jī)停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效范圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太陽光照射就會引起誤報，同時如果由于風(fēng)吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價格也比較昂貴，不利于廣泛利用。1.2 設(shè)計任務(wù)

10、與要求 (1)該設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報警器、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、本地報警等功能。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)可實現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時，可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當(dāng)有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出ttl 電平至at89

11、c51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。(4)紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計一束紅外線可以方便地檢測到是否有人出入。此類裝置設(shè)計的要點：其一是能有效判斷是否有人員進(jìn)入；其二是盡可能大地增加防護(hù)范圍。當(dāng)然，系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性也是追求的重要指標(biāo)。至于報警可采用聲光信號。2 基礎(chǔ)知識介紹2.1 熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖1

12、 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.2 pir的原理特性熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)制成的探測元件，在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7-10um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電

13、元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號處理而輸出電壓信號。2.3紅外探測器原理和類型:不同種類的物體發(fā)射出的紅外光波段是有其特定波段的，該波段的紅外光處在可見光波段之外。 因此人們可以利用這種特定波段的紅外光來實現(xiàn)對物體目標(biāo)的探測與跟蹤。將不可見的紅外輻射光探測出并將其轉(zhuǎn)換為可測量的信號的技術(shù)就是紅外探測技術(shù)。從目前應(yīng)用的情況來看，紅外探測有如下幾個優(yōu)點：環(huán)境適應(yīng)性優(yōu)于可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力；隱蔽性好，一般都是被動接收目標(biāo)的信號，比雷達(dá)和激光探測安全且保密性強(qiáng)，不易被干擾；由于是目標(biāo)和背景之間的溫差和發(fā)射率差形成的紅外輻射特性進(jìn)行探測，因而識別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可

14、見光；與雷達(dá)系統(tǒng)相比，紅外系統(tǒng)的體積小，重量輕，功耗低；探測器的光譜響應(yīng)從短波擴(kuò)展到長波；探測器從單元發(fā)展到多元、從多元發(fā)展到焦平面；發(fā)展了種類繁多的探測器和系統(tǒng)；從單波段探測向多波段探測發(fā)展；從制冷型探測器發(fā)展到室溫探測器；由于紅外探測技術(shù)有其獨特的優(yōu)點從而使其在軍事國防和民用領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用，尤其是在軍事需求的牽引和相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動下，作為高新技術(shù)的紅外探測技術(shù)在未來的應(yīng)用將更加廣泛，地位更加重要。 紅外探測器是將不可見的紅外輻射能轉(zhuǎn)變成其它易于測量的能量形式的能量轉(zhuǎn)化器，作為紅外整機(jī)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，紅外探測器的研究始終是紅外物理與技術(shù)發(fā)展的中心。自1800年hersche

15、l發(fā)現(xiàn)太陽光譜中的紅外線時所用的涂黑水銀溫度計為最早的紅外探測器以來，隨著紅外實驗和理論的發(fā)展，新器件不斷涌現(xiàn)。紅外探測器制備涉及物理、材料、化學(xué)、機(jī)械、微電子、計算機(jī)等多學(xué)科，是一門綜合科學(xué)。 2.4 at89c51單片機(jī)簡單概述2.4.1主控芯片單片機(jī)的選擇at89c51是一種帶4k字節(jié)flash存儲器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓、高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。at89c2051是一種帶2k字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用

16、atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，at89c2051是它的一種精簡版本。at89c單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 2.4.2 at89c51的主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程flash存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 三級程序存儲器鎖定 1288位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉

17、電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2.4.3 at89c51特性概述:at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32 個i/o 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 atmel（愛特梅爾）公司的at89c51是一種高效微控制器。采用40引腳雙

18、列直插封裝形式。at89c51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出

19、電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上

20、拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 int0（外部中斷0）p3.3 int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器

21、周期的高電平時間。ale/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。psen：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/v

22、p：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，應(yīng)不接。3 方案設(shè)計3.1 總體設(shè)計思路本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、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

23、、功能設(shè)定、本地報警等功能。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、以及外圍應(yīng)用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程包括總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3.0總體設(shè)計框圖所示： at89c51復(fù)位電路信號檢測電路報警執(zhí)行電路led發(fā)光顯示放大驅(qū)動驅(qū)動圖3.0 總體設(shè)計框圖 處理器采用51系列單片機(jī)at8

24、9c51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體+輻射的紅外光譜變換成電信號，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設(shè)備完成相應(yīng)動作。當(dāng)報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。3.2 具體電路模塊設(shè)計3.2.1 熱釋電紅外傳感器原理熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)

25、中的主要手段，其特點是測溫范圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸紅外測溫有以下幾點優(yōu)點：（1）測量不干擾被測溫場，不影響溫場分布，從而具有較高的測溫準(zhǔn)確度。（2）測溫范圍寬。（3）探測器的響應(yīng)時間短，反應(yīng)速度快，易于快速與動態(tài)測量。（4）不必接觸被測物體，操作方便。（5）可以確定微小目標(biāo)的溫度。非接觸測溫技術(shù)的意義是顯而易見的。隨著工農(nóng)業(yè)、國防事業(yè)、醫(yī)學(xué)的發(fā)展，對溫度測量越來越迫切。在某些場合，溫度測量逐步上升為主要矛盾，引起了各方面的普遍重視。通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測

26、物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強(qiáng)電介質(zhì)溫度變化p的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：litao2(鉭酸鋰)、bati o2(鈦酸鋇)和tgs（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強(qiáng)抗干擾能力，這里選用了tgs晶體制作的雙型探測器3.2.2紅外測溫原理紅外測溫是通過探測物體表面發(fā)射的能量來測量其溫度，由物理學(xué)可知，處于絕對溫度（273.15）以上的任何物體，都要釋放熱能，而紅外輻射溫度計測量其中與溫度有關(guān)波長范

27、圍內(nèi)的熱能，并將其轉(zhuǎn)換與溫度成比例的電信號，由此測出其溫度。據(jù)斯蒂芬波茲曼常數(shù)，絕對黑體其溫度t于與輻射能之間的關(guān)系為：其中：為蒂芬波茲曼常數(shù)，其值為5.669710-12 w/cm2 ，k4 為黑體的溫度；e0 為黑體輻射能。實際中大多數(shù)物體為非黑體，其熱輻射公式為：e=e0其中：e為物體在一定溫度下的輻射能力；e0 為與e在同一溫度下的黑體輻射能力; 為黑度系數(shù)，表示物體的發(fā)射能力接近黑體的情況，其值在01之間。由上可知，任何物體只要溫度不是絕對零度都不斷地發(fā)射紅外輻射，物體的溫度越高，輻射的功率就越大，只要知道物體的溫度和它的比輻射率，就可算出它所發(fā)射的輻射功率。所以如果能量出物體的輻射

28、功率，則可確定它的溫度。3.2.3熱釋紅外傳感器的結(jié)構(gòu)紅外探測器是紅外熱釋傳感器的重要組成部分。它可以分成熱釋電探測器和光子探測器兩大類：其中，熱釋電探測器是電效應(yīng)工作的探測器，其響應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬，靈敏度與波長無關(guān)，因此其應(yīng)用領(lǐng)域廣，容易使用。常用的熱釋電探測器如：litao2(鉭酸鋰) 探測器、bati o2(鈦酸鋇) 探測器和tgs（硫酸三甘酞）探測器等。如圖3.1為熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖。傳感器的敏感元為pzt，在上下兩面做上電極，并在表面加一層黑色氧化膜以提高其轉(zhuǎn)化效率。它的等效電路是一個在負(fù)載電阻上并聯(lián)一個電容的電流發(fā)生器

29、，其輸出阻抗極高，而輸出電壓信號又極其微弱，故在管內(nèi)附有jfet及厚膜電阻，以達(dá)到阻抗變大的目的。在管殼的頂部設(shè)有慮光鏡（to5封裝）。圖3.2為熱釋電傳感器的實物照片。圖3.1圖3.2熱釋電體的自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)。隨著溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度下降。溫度升高到tc時，自極化消失，此溫度稱為居里溫度。溫度超過居里溫度，鐵電體發(fā)生變化，從極化晶體變?yōu)榉菢O化晶體，極化強(qiáng)度變?yōu)榱?。由于自發(fā)極化，在與極化軸相垂直的晶體兩外表面上出現(xiàn)正負(fù)極化強(qiáng)度。但是這些面束縛電荷常常被晶體內(nèi)部或外部的電荷所中和，因而顯示不出來。因此不能在靜態(tài)條件下測量自發(fā)極化，但是自由電荷和面束縛電荷所需的時間很長，因晶體自發(fā)極化的

30、弛豫時間很短，約1012s，因此當(dāng)晶體經(jīng)受一定頻率的溫度變化時其體內(nèi)的自由電荷和外部雜散電荷便來不及中和變化著的面束縛電荷，因此可在動態(tài)條件下測量自發(fā)極化。如果在熱釋電晶體沿極化軸的端面裝上電極，那么自發(fā)極化在電極上感應(yīng)的電荷量為： q=aps當(dāng)紅外輻射照射時，熱釋電晶體溫度升高，自發(fā)極化電晶體溫度升高，自發(fā)極化強(qiáng)度降低，因此電極表面上感應(yīng)電荷減少，這相當(dāng)于“釋放”了一部分電荷，因此稱之為熱釋電現(xiàn)象。如圖3.3所示的電路連接負(fù)載，則在紅外輻射時，就有電流流過負(fù)載經(jīng)放大后成為輸出信號。圖3.3若沒有經(jīng)過調(diào)制的紅外輻射熱釋電晶體，使溫度升高到一個新的平衡值，那么電極表面的感應(yīng)電荷也變化到新的平衡值

31、，不再“釋放”電荷，也就不再輸出信號。因此，熱釋電探測器與其他熱釋探測器不同，它只存在溫度升降的過程中才有信號輸出。所以利用熱釋電探測器探測的紅外輻射必須經(jīng)過調(diào)制。如果用調(diào)制頻率為f的紅外線照射熱釋電晶體，則晶體的溫度自發(fā)極化強(qiáng)度（ps）及其引起的面束縛作電荷密度均以頻率f作周期變化。如果1/f小于自由電荷中和面束縛電荷所需要的時間，那么在垂直于ps的晶體的兩個端面之間就會產(chǎn)生開路電壓。如果用負(fù)載電阻rg把兩個電極連接起來，就會有熱釋電電流is 通過負(fù)載。熱釋電晶體自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度變化，使電極表面感應(yīng)電荷發(fā)生變化，其等效電路如圖3.4所示。圖3.4電流源的電流強(qiáng)度為is為： 式中:p一自發(fā)極

32、化強(qiáng)度對溫度變化率，稱為熱釋電系數(shù)，本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計電路如圖3.5所示, 在vcc電源端利用c1和r2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(jīng)過fet放大后，經(jīng)過c2，r1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢唬俳?jīng)過npn的轉(zhuǎn)化，輸出out為低電平。圖3.5熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.4 放大電路的設(shè)計如圖5所示為最基本的放大電路，vi是輸入電壓信號，vo是輸出放大的電壓信號。圖3.6 放大電路圖3.2.5 時鐘電路的設(shè)計xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石

33、晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。因為一個機(jī)器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機(jī)器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機(jī)器周期為1us5。如圖3.7所示為時鐘電路。圖3.7 時鐘電路圖3.2.6復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機(jī)在時鐘電路工作以后, 在reset端持續(xù)給出2個機(jī)器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12mhz時，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖3.8示為復(fù)位

34、電路。圖3.8 復(fù)位電路圖3.2.7 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的rxd的引腳，外接vcc，當(dāng)單片機(jī)的rxd引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用。圖3.9所示為發(fā)光二極管報警電路。圖3.9發(fā)光二極管報警電路圖3.2.8 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的txd引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖3.10示為聲音報警電路。圖3.10聲音報警電路圖3.2.9 電源電路的設(shè)計單片機(jī)at89c51由5v直流電源供電，本次設(shè)計運(yùn)用橋堆2w10和7805完成電源電路，具體電路設(shè)計如圖3.11所示。圖3.11電源電路圖3.3 系

35、統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計見附圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： at89c51、熱釋電紅外傳感器、led、按鍵、反相器74ls04、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。其中d1為電源工作指示燈，d2是正常工作指示燈，d3d6是起報警指示作用，當(dāng)rxd腳被置低電平時，d3d6亮紅燈開始報警，同樣，txd腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，s1鍵作為倒計時的暫停鍵, s2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)3.4.1 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控

36、區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開始報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停止報警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停止的聲光報警的作用。手工按鍵停止報警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖3.12所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場into端有輸入信號關(guān)閉報警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖3.12 中斷服務(wù)程序工作流程圖4 軟件仿真本設(shè)計通過利用proteus仿真，將所編寫的程序用keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄c。軟件設(shè)計時，畫出了程序流程圖，依據(jù)流程圖用匯編語言來編寫

37、軟件程序。采用自頂向下，逐步求精的方法來編寫。程序?qū)懞煤?，采用medwin軟件和keil軟件進(jìn)行仿真。一開始，程序存在問題，如標(biāo)點符號中英文輸入錯誤，有的經(jīng)過仔細(xì)檢查，是有些端口名輸入錯誤等等。經(jīng)過單步執(zhí)行，觀察變量和寄存器的變化，耐心的糾錯后，程序最終消除了語法錯誤。 軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)有關(guān),如果采用模塊程序設(shè)計技術(shù),則逐個模塊調(diào)好后再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)。如果采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng),一般是逐個任務(wù)進(jìn)行調(diào)試。 對于模塊結(jié)構(gòu)程序要一個個子程序分別調(diào)試。調(diào)試時,一定要符合入口條件和出口條件,調(diào)試可用單步運(yùn)行和斷點運(yùn)行方式,通過檢查用者系統(tǒng)的cpu現(xiàn)場情況、 ram的內(nèi)容和io口的狀態(tài),檢測程

38、序執(zhí)行結(jié)果是否符合設(shè)計要求,有無循環(huán)錯誤、有無機(jī)器碼錯誤以及轉(zhuǎn)移地址的錯誤,同時,還可以發(fā)現(xiàn)使用者系統(tǒng)中存在的 硬件設(shè)計錯誤和軟件算法錯誤。本設(shè)計所要求達(dá)到的目標(biāo)是在接收到紅外傳感器帶來的低電平信號，可使圖中的綠燈由暗變亮，紅燈產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報警結(jié)束后，綠燈亮起。5結(jié)論經(jīng)過三個月時間的畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，在這三個月中，理論和實踐相結(jié)合，除了對已經(jīng)學(xué)到的東西重新溫習(xí)了下外，我學(xué)到了許多新東西，豐富了理論同時，增強(qiáng)了動手能力。首先，在硬件電路設(shè)計方面更加熟悉了各種單片機(jī)接口電路的設(shè)計與外圍器件的使用，加深了對硬件電路的認(rèn)識，能夠更加靈活的應(yīng)用單片機(jī)的引腳的功能。焊接的工藝也得到了

39、更進(jìn)一步的提高。其次，在軟件應(yīng)用方面，我翻閱了很多資料，特別是單片機(jī)的應(yīng)用與實例，加深了對編程的理解和認(rèn)識。本次設(shè)計的軟件設(shè)計有很多相近的程序，通過對它們的研究，終于編出了能夠?qū)崿F(xiàn)自己功能的程序，自己特別的高興，編程能力得到了更進(jìn)一步的提高。但是由于時間的局限性以及本人能力的有限性，本系統(tǒng)還有需要改進(jìn)和完善的地方，未能真正達(dá)到產(chǎn)品化的要求?？傮w來說，本次畢業(yè)設(shè)計還是非常成功的，能夠達(dá)到預(yù)期效果。6致謝通過這次設(shè)計學(xué)到了許多知識。學(xué)會了使用keil編譯軟件和proteus仿真軟件。硬件電路的連接，晶振電路、復(fù)位電路、電源電路等。在設(shè)計過程中，學(xué)會了上網(wǎng)收集資料，利用自己所學(xué)的知識進(jìn)行設(shè)計。提升了

40、自己對單片機(jī)的理解，提高了自己的動手能力開拓了視野。我明白了只學(xué)習(xí)課本知識是行不通的，只有把課本上的知識同具體實踐結(jié)合起來才能學(xué)到真正的知識，我知道了實踐是多么的重要。整個設(shè)計的過程中，我針對不同的實際情況進(jìn)行各種各樣的分析、討論。從整體規(guī)劃，到模塊劃分，我在總體方案的框架內(nèi)，不斷地對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，反復(fù)糾正各個階段出現(xiàn)的錯誤。從開始一頭霧水到最后的思路清晰，在這段反反復(fù)復(fù)的歷程中艱難地走過，培養(yǎng)鍛煉了我細(xì)致耐心的實驗求索精神，讓我在以后的工作中更加嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)，有責(zé)任感和使命感。我們應(yīng)該珍惜這樣一個機(jī)會，好好的鍛煉一下自己。在設(shè)計中我們得到了指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，在這里我們要感謝老師的指點，給了我們一定的幫助。參考文獻(xiàn)1余發(fā)山.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)m.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，20082董愛華.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)m.北京：中國電力出版社，20073周立功等