基于單片機的紅外傳感器設計

1、課程設計說明書摘要：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。本設計包括硬件和軟件設計兩個部分。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89C51，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；報警電路；89C51目錄1 引言12.1 設計主要內(nèi)容及要求12.2 紅外傳感器簡單介紹12.3 89C51單片機的結(jié)構(gòu)22.4 89

2、C51管腳說明23 方案設計53.1 總體設計思路53.2 具體電路模塊設計63.2.1紅外傳感器原理63.2.2 放大電路的設計63.2.3 時鐘電路的設計73.2.4 復位電路的設計.73.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計83.3 紅外報警器原理圖83.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn)93.5 設計編程程序103.5.1 主程序清單103.5.2 外部中斷INTO11總結(jié)13參考文獻141.引言隨著社會的不斷進步和科學技術(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。本設計就是為了滿足現(xiàn)代住宅防盜的需要而設計的家庭式電子防盜系統(tǒng)。就目前市面上

3、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裝置，也可用于制動控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。2.1設計主要內(nèi)容及要求：a 硬件電路設計 （1）完成89C51應用系統(tǒng)設計(晶振電路， 上電復位電路等) （2）紅外收發(fā)模塊與單片機的正確連接； b程序設計 編寫程序當紅外接收管接到紅外線時對應發(fā)光

4、二極管點亮。 要求完成主程序的設計及對應的子程序設計。 c選芯片, 元件按設計連線 d完成子程序調(diào)試 e完成總調(diào)試 2.2 紅外傳感器簡單介紹紅外傳感器是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。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。 圖1紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖2.3 89C51單片機的結(jié)構(gòu) 89C51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4

5、k bytes的可反復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Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準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。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(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，振蕩器和時序OSC程序存儲器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲器256 B RAM/SFR定時器/

6、計數(shù)器 2 ×16 AT89C51CPU64 KB總線 擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。外部中斷 控制并行口 串行通信圖2 89C51功能方塊圖2.4 89C51管腳說明89C51單片機是高性能單片機，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FLASH進行

7、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，P

8、2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)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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

9、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：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：當訪問外部存儲器時，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

10、， 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)。/VP：當保持低電平時，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，應不接。本設計包括硬件和軟件設計

11、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、功能設定、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。3方案設計3.1 總體設計思路從設計的要求來分析該設計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報警電

12、路、單片機、復位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖3總體設計框圖所示： 復位電路信號檢測電路圖3 總體放大89c51驅(qū)動驅(qū)動報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示圖3 總體設計框圖處理器采用51系列單片機89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(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備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位

13、電路使系統(tǒng)復位，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具體模塊設計3.2.1紅外傳感器原理本設計所用的紅外傳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紅外傳感器原理圖3.2.2 放大電路的設計如圖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 時鐘電路的設計XTAL1和XTAL2分別為反

14、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用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應不接。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。如圖6所示為時鐘電路。圖6 時鐘電路圖3.2.4 復位電路的設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，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位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本設

15、計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖7示為復位電路。圖7 復位電路圖3.2.5 發(fā)光二極管報警電路的設計由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。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3.3 紅外報警器原理圖紅外報警器的設計原理如上圖，從以上的分析可知在本設計中要用到如下器件： 89C51、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應用電路，以及單片機的手工復位電路等。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RXD腳被置低電平時

16、，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鍵作為作為電路復位鍵。3.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)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9所示；系統(tǒng)初始化聲光報警結(jié)束檢測外部有無信號輸入聲光報警是否持續(xù)10秒開始啟動聲光報警電路開始報警是否還有檢測信號等待下次報警結(jié)束YNNYYN圖9 主程序工作流程圖3.5 設計編程程序3.5.1 主程序清單如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT

17、0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測輸入信號，是否有輸入信號 LA: ACALL DELAY ;延時消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測輸入信號，若有輸入信號轉(zhuǎn)入報警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P

18、1.2 ;開始報警使運行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報警啟動CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時: MOV 51H,#14H ;10S循環(huán)次數(shù) MOV TMOD,#01H ;定時器T0定時 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;啟動T0 L2:JBC TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報警 CLR P3.1 CLR P1.2 ;報警結(jié)束，正常運行綠指示燈亮 LJMP LP ;循環(huán),繼續(xù)工作 3.5.2 外部中斷INTO服務程序： PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務程序開始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB