基于單片機的紅外防盜報警器的設(shè)計0913011

1、紅外防盜報警器的設(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，而且防盜性能比較穩(wěn)定，抗干擾能力強、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)過單片機系統(tǒng)處理后方便和PC 機通信，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；紅外傳感器；數(shù)據(jù)采集；報警電路The Design of Imfrared AlarmHu RuifengElectronic I

2、nformation Engineering Specialty No: 6102106010Abstract : This system used Pyroelectric infrared sensor. 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 thesens

3、itivity, and high reliability. The fixxing of this alarm is covert, which is discovered easily by cracksman. 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

4、includes the control circuit of SCM, and the infrared probe circuit,and the alarm circuit, and LED control circuit. The SCM uses AT89C51, the overall system works under the control of the systemsoftware.Key words: SCM ; infrared sensor; data collection; alarm circuit目 錄0 摘要····&#

5、183;·················································&#

6、183;············1 1引言····································

7、83;·······························41.1設(shè)計任務(wù)與要求 ················

8、83;······································4 2 基礎(chǔ)知識介紹··········

9、;·················································42.1熱

10、釋電紅外傳感器簡單介紹 ·············································42.2 PIR的原理特性·

11、;··················································

12、;······52.3 AT89C51單片機簡單概述········································

13、3;········52.3.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)······································&#

14、183;··········52.3.2 AT89C51單片機管腳說明····································

15、;···········6 3 方案設(shè)計·····································

16、83;··························83.1總體設(shè)計思路 ·····················

17、3;····································83.2具體電路模塊設(shè)計 ···········

18、83;··········································93.2.1 熱釋電紅外傳感器原理 ····

19、83;···········································93.2.2 放大電路的設(shè)計 ····

20、··················································

21、93.2.3 時鐘電路的設(shè)計 ···············································

22、83;······93.2.4 復(fù)位電路的設(shè)計·········································&

23、#183;············103.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計··································

24、;··········103.2.6 聲音報警電路的設(shè)計·····································

25、·············113.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明··································

26、···········113.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)·····································

27、;··················123.4.1主程序工作流程圖·····························&#

28、183;······················123.4.2中斷服務(wù)程序工作流程圖························&#

29、183;······················13 4 軟件仿真··························

30、;·····································13 5總結(jié)············

31、;··················································

32、;·····13 6參考文獻···········································

33、83;····················14 附錄一 設(shè)計編程程序···························&#

34、183;···························14附錄二 單片機控制的紅外防盜報警器原理圖··················

35、3;···············16附錄三 單片機控制的紅外防盜報警器PCB 圖······························

36、3;·17 附錄四 Proteus 仿真原理圖·············································&#

37、183;·181 引言隨著社會的不斷進步和科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。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)。就目前市面上裝備主要有壓力觸發(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。而本設(shè)計中所使用的紅外線是不可見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警

38、裝置，也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。1.1 設(shè)計任務(wù)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

39、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，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲1。(4紅外線具有隱蔽性，在露天防護的地方設(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入；其二是盡可能大地增加防護范圍。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(PIR傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。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

40、的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖1 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。人體輻射的紅外線中心波長為9-10um ，而探測元件的波長靈敏度在0.2-20um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這

41、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 AT89C51單片機簡單概述2.3.1 AT89C51單片機的結(jié)構(gòu)AT89C51單片機是美國Atmel 公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM ）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM，器件采用A

42、tmel 公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU ）和Flash 存儲單元，功能強大3。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2為AT89C51單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括CPU 、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。 P1口的時，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

43、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)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FL

44、ASH 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 WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同

45、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 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG ：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

46、通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次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)。EA /VP：當(dāng)EA 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，EA 將內(nèi)部鎖定為RESET ；當(dāng)EA 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

47、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。就此設(shè)計的核心模塊來說，單片機就是設(shè)計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一種應(yīng)用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、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、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它

48、們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設(shè)計框圖所示： 圖3 總體設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機AT89C51。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。在單片機內(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4。3.2 具體電路模塊設(shè)計3.2.1 熱釋電紅外傳

49、感器原理本設(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4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?，再?jīng)過NPN 的轉(zhuǎn)化，輸出OUT 為低電平。 圖4 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2.2 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5 放大電路圖3.2.3 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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采

50、用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機器周期含有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，故而一個機器周期為1us 5。如圖6所示為時鐘電路。 圖6 時鐘電路圖3.2.4 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，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET 端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作6。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 7。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖7示為復(fù)位電路。 圖7 復(fù)

51、位電路圖3.2.5 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8。圖8所示為發(fā)光二極管報警電路。 圖8 發(fā)光二極管報警電路圖3.2.6 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker 和三極管、電阻接到單片機的TXD 引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖9示為聲音報警電路。 圖9 聲音報警電路圖3.3 系統(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外圍

52、應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(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 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示； 圖10 主程序工作流程圖3.4.2 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)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(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