紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)

1、 學(xué)校代碼：10904 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)課程設(shè)計(jì)紅外防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)姓 名：田德陽(yáng)學(xué) 號(hào)：201215120143指導(dǎo)教師：盧紀(jì)麗院系：機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化完成日期：2014年12月3日摘 要本系統(tǒng)是基于單片機(jī)AT89C51設(shè)計(jì)的家用無(wú)線防盜報(bào)警器。它采用的元件是熱釋電紅外傳感器，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，靈敏度高、安全可靠、抗干擾能力強(qiáng)。該報(bào)警器成本較低，易于安裝可靠性和穩(wěn)定性高，并且在功能上具有良好的可擴(kuò)展性，便于市場(chǎng)應(yīng)用與推廣。本設(shè)計(jì)分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，硬件部分包括紅外探頭電路、單片機(jī)控制電路、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路、LED控制電

2、路等部分組成。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。Abstract This system is designed based on single chip AT89C51 home wireless burglar alarm. It uses the element pyroelectric infrared sensors, and its production is simple, low cost, more convenient to install, and anti-theft performance is relatively stable, high sensitivity,

3、 safe, reliable, anti-interference ability. The alarm is low cost, easy to install high reliability and stability, and has a good scalability in functionality, ease of market application and promotion. The design points of hardware design and software design in two parts, hardware section includes i

4、nfrared sensor circuit, MCU control circuit to drive the implementation of the alarm circuit, LED control circuit and other components. The whole system is working under the control of the system software.Key words: SCM; infrared sensor；Wireless alarm； data collection目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III第一章 緒論

5、 11.1 選題背景 11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1第二章 主要元器件選擇與介紹 22.1 傳感器介紹 22.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)單介紹 22.1.2 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu) 2第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1 整體設(shè)計(jì)方案 33.2 信號(hào)放大電路 33.2.1 主要電路元件介紹 33.2.2 實(shí)現(xiàn)功能 43.3 比較電路 53.3.1實(shí)現(xiàn)功能 53.4聲音報(bào)警電路 53.4.1 主要電路元件介紹 53.4.2 實(shí)現(xiàn)功能 53.5燈光警示電路 63.5.1 主要電路元件介紹 63.5.2 實(shí)現(xiàn)功能 63.6 顯示電路 73.6.1 主要電路元件介紹 73.6.2 實(shí)現(xiàn)功能 83.7供電電源電

6、路 83.7.1 主要電路元件介紹 83.7.2 實(shí)現(xiàn)功能 9第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 104.1 單片機(jī)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì) 104.1.1 單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本步驟 104.1.2 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法 104.2 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 104.2.1主程序流程圖 104.2.2 中斷函數(shù)流程圖 11參考文獻(xiàn) 13致 謝 14附錄一：設(shè)計(jì)編程程序 15附錄二：硬件電路圖 18第一章 緒論1.1 選題背景隨著社會(huì)科學(xué)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們生活水平得到很大的提高，對(duì)個(gè)人私有財(cái)產(chǎn)的保護(hù)越來(lái)越重視，因而對(duì)于防盜的措施提出了更高的要求。本設(shè)計(jì)就是為了滿足現(xiàn)代生活防盜的需要而設(shè)計(jì)的應(yīng)用于家庭、車庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)和保

7、險(xiǎn)柜等處進(jìn)行防盜監(jiān)控的無(wú)線防盜報(bào)警裝置。目前市面上防盜裝備主要有開關(guān)式電子防盜報(bào)警器、壓力觸發(fā)式防盜報(bào)警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報(bào)警器等各種報(bào)警器，但這幾種比較常見(jiàn)的報(bào)警器都或多或少的存在著一些缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)的紅外線探測(cè)防盜報(bào)警器是基于紅外光的不可見(jiàn)性而設(shè)計(jì)的，具有報(bào)警精確度高、誤報(bào)率低、設(shè)備安裝隱蔽等特點(diǎn)，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可以通過(guò)非接觸形式的檢測(cè)接收人體輻射的紅外線，并且將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)各部分電路進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)，熱釋電紅外傳感器不僅可用于防盜報(bào)警裝置，也可用于接近開關(guān)、制動(dòng)控制、遙測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1）該設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)

8、和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、中斷控制、報(bào)警等模塊組成。(2本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路、報(bào)警器及相關(guān)的控制管理軟件組成。(3系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測(cè)器工作起來(lái),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關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51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。(4紅外線具有隱蔽性，在露天防護(hù)的地方設(shè)計(jì)一束紅外線可以方便地檢測(cè)到是否有人出入。此類裝置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是能有效判

9、斷是否有人員進(jìn)入。至于報(bào)警可采用聲光信號(hào)。第二章 主要元器件選擇與介紹2.1 傳感器介紹現(xiàn)在有關(guān)家庭防盜的傳感器種類非常多，有門磁傳感器、紅外線反射開關(guān)無(wú)線探頭、振動(dòng)位移傳感器、人體熱釋電傳感器、雷達(dá)波人體檢測(cè)無(wú)線探頭等等。本系統(tǒng)考慮到不僅要滿足可靠性探測(cè)的需求，同時(shí)還需要考慮安裝操作簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)實(shí)用，所以本設(shè)計(jì)選用了人體熱釋電紅外傳感器完成防盜監(jiān)測(cè)。當(dāng)盜賊企圖從門窗進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行盜竊時(shí)，人體熱釋電傳感器可以檢測(cè)到人體移動(dòng)的紅外信號(hào)，從而進(jìn)行報(bào)警。2.1.1 熱釋電紅外線傳感器簡(jiǎn)單介紹熱釋電紅外線(PIR傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm

10、的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)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(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70分貝以上，這樣就可以測(cè)出10-20米范圍內(nèi)人的行動(dòng)。2.1.2 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)主要有光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電紅外探測(cè)頭、信號(hào)濾波和放大、信號(hào)處理電路等幾部分組成。其組

11、成框圖如圖2-1所示：待測(cè)目標(biāo)電源報(bào)警電路信號(hào)處理熱釋電紅外傳感器菲涅爾透鏡圖2-1 熱釋電紅外傳感器系統(tǒng)組成框圖第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 整體設(shè)計(jì)方案該設(shè)計(jì)硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示，它由紅外線探測(cè)器、信號(hào)放大電路、比較電路、延時(shí)電路、顯示電路、報(bào)警電路和穩(wěn)壓電源組成。比較電路圖3-1 紅外無(wú)線防盜報(bào)警器的結(jié)構(gòu)框圖紅外線探測(cè)器由主動(dòng)式和被動(dòng)式紅外線探測(cè)器組成，主動(dòng)式紅外線探測(cè)器由紅外發(fā)光管和接收管組成，被動(dòng)式紅外探測(cè)器由紅外熱釋電傳感器組成。探測(cè)器探測(cè)到的微弱信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路的放大，傳輸?shù)奖容^電路，比較電路將探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)與參考值進(jìn)行比較，除去信號(hào)中的干擾信號(hào)，提高報(bào)警的準(zhǔn)確

12、性，比較電路輸出的信號(hào)傳輸?shù)綀?bào)警電路觸發(fā)報(bào)警電路報(bào)警。報(bào)警電路有聲、光報(bào)警兩種方式組成，并且將聲、光報(bào)警進(jìn)行延時(shí)，為防止主人啟動(dòng)電路或調(diào)試報(bào)警器時(shí)報(bào)警，電路中設(shè)計(jì)了開機(jī)延時(shí)電路，為防止交流電網(wǎng)停電或入侵者切斷交流電，該報(bào)警器配有交流電源和直流電源，直流電源有蓄電池提供，并且交流電源和直流電源可以自動(dòng)切換。本報(bào)警器屬于多路探測(cè)報(bào)警器，探測(cè)器有兩種類型，可以根據(jù)所要監(jiān)測(cè)的區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行選擇使用，同時(shí)顯示報(bào)警部分可以顯示發(fā)生報(bào)警的監(jiān)測(cè)區(qū)域。硬件電路圖見(jiàn)附錄二所示。其中，各部分電路設(shè)計(jì)如下。3.2 信號(hào)放大電路3.2.1 主要電路元件介紹LM324是四運(yùn)放集成電路，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大

13、器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖3-2所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見(jiàn)圖3-3。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。圖3-2運(yùn)算放大器 圖3-3 LM324的引腳圖3.2.2 實(shí)現(xiàn)功能當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測(cè)到

14、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)，然后經(jīng)放大電路將電信號(hào)放大傳給單片機(jī)。其電路原理圖設(shè)計(jì)如圖3-4所示。圖3-4 信號(hào)放大電路3.3 比較電路3.3.1實(shí)現(xiàn)功能電壓比較器的作用是將一個(gè)模擬電壓與一個(gè)參考電壓相比較。在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生越變。其電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5 比較電路3.4聲音報(bào)警電路3.4.1 主要電路元件介紹三極管SS8050是一種常用的普通三極管。 它是一種由硅制作的低電壓,大電流,小信號(hào)的NPN型硅三極管。3.4.2 實(shí)現(xiàn)功能此電路通過(guò)接受單片機(jī)傳送來(lái)的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)高音報(bào)警器使高音喇叭發(fā)聲從而達(dá)到報(bào)警效果。其電路原理圖設(shè)

15、計(jì)如圖3-7所示。圖3-7 聲音報(bào)警電路3.5燈光警示電路3.5.1 主要電路元件介紹繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，它實(shí)際上是用小電流去控制大電流運(yùn)作的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。3.5.2 實(shí)現(xiàn)功能此電路通過(guò)接受單片機(jī)傳送來(lái)的電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)燈光警示電路使炫目燈亮起從而達(dá)到報(bào)警效果。其電路原理圖設(shè)計(jì)如圖3-8所示。圖3-8 燈光警示電路3.

16、6 顯示電路3.6.1 主要電路元件介紹我們最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的LED的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)LED的陽(yáng)極連在一起。其原理圖如3-9。圖3-9 八段數(shù)碼管引腳圖其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們

17、的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即0x3f；共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即0xc0。3.6.2 實(shí)現(xiàn)功能本系統(tǒng)使用共陰極數(shù)碼管做為狀態(tài)顯示電路，在正常無(wú)人非法闖入室內(nèi)時(shí)數(shù)碼管的DP點(diǎn)閃爍，若有人闖入數(shù)碼管則顯示E來(lái)提示有人非法闖入。電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10 顯示電路3.7供電電源電路3.7.1 主要電路元件介紹L

18、7805CV是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了，他的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源,他的輸出電壓恰好為5v，剛好是51系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差別，用的最多的還是7805，下面我簡(jiǎn)單的介紹一下他的3個(gè)引腳以及用它來(lái)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的資料。如圖3-11所示，其中1接整流器輸出的+電壓，2為公共地(也就是負(fù)極，3就是我們需要的正5V輸出電壓。圖3-11 L7805CV引腳圖3.7.2 實(shí)現(xiàn)功能通過(guò)此電路為整個(gè)電路各個(gè)模塊提供其工作所需電壓。其電路原理圖設(shè)計(jì)如圖3-12所示。圖3-12 供電電源電路第4章 系統(tǒng)軟件

19、設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)4.1.1 單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本步驟單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本步驟如下：(1 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析、確定思路或算法。(2 程序的總體設(shè)計(jì)并畫出流程圖。(3 編寫源程序?？稍诰幾g軟件下編程，要求簡(jiǎn)練、層次清楚、字節(jié)數(shù)少和執(zhí)行時(shí)間短等。(4 源程序的匯編和調(diào)試。(5 編寫程序說(shuō)明文件。4.1.2 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)方法(1 匯編程序的基本結(jié)構(gòu)總是簡(jiǎn)單程序、分支程序、循環(huán)程序、查表程序、子程序、中斷程序等結(jié)構(gòu)化的程序模塊有機(jī)組成的。(2 劃分功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3 自上而下逐漸求精。4.2 報(bào)警系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4.2.1主程序流程圖如下圖4-1所示:在開機(jī)后，單片機(jī)首先

20、進(jìn)行初始化，將數(shù)碼管、高音警報(bào)器、炫目燈等外設(shè)關(guān)閉，同時(shí)將中斷總允許位、外部中斷0允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T1開啟，關(guān)閉外部中斷1允許位和定時(shí)計(jì)數(shù)器T0。其中布防/撤防按鍵用來(lái)觸發(fā)外部中斷0，熱釋電傳感器用來(lái)觸發(fā)外部中斷1，外部中斷1允許位的開啟與關(guān)閉由外部中斷0來(lái)控制。方便對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防與撤防功能。定時(shí)計(jì)數(shù)器T0用來(lái)控制高音報(bào)警器的發(fā)音頻率以使其發(fā)出逼真的報(bào)警聲；定時(shí)計(jì)數(shù)器T1用作延時(shí)函數(shù)。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圖4-1所示；圖4-1 主程序工作流程圖N4.2.2 中斷函數(shù)流程圖下圖4-2、4-3為中斷函數(shù)流程圖：外部中斷0請(qǐng)求打開外部中斷1允許位，并將數(shù)碼管、高

21、音報(bào)警器、炫目燈關(guān)閉。圖4-2外部中斷1請(qǐng)求延時(shí)10S數(shù)碼管顯示E，炫目燈開啟。同時(shí)開啟定時(shí)中斷0允許位定時(shí)中斷T0請(qǐng)求T0重裝初值、高音報(bào)警器取反關(guān)閉各個(gè)外設(shè)圖4-3參考文獻(xiàn)1 張軍. AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例.中國(guó)電力出版社，2005年2 童詩(shī)白 華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社 2004年10月3 楊志忠. 數(shù)字電子技術(shù). 高等教育出版社. 2000年 4 黃智偉 無(wú)線發(fā)射與接收電路設(shè)計(jì) 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2004年5月 5 吳少軍、劉光斌 編著 單片機(jī)實(shí)用低功耗設(shè)計(jì) 人民郵電出版社 6 譚輝.Nrf401 無(wú)線收發(fā)芯片的長(zhǎng)距離通信設(shè)計(jì)J.今日電子, 2

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