熱釋電人體感應(yīng)紅外報警器設(shè)計(jì)制作

1、熱釋電紅外報警器1一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析1.該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、按鍵設(shè)定、報警等。2.本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路、LED指示電路及軟件組成。3.系統(tǒng)可實(shí)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(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，紅外熱釋電模塊送出TTL 電平至STC89C52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。二、技術(shù)方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)（實(shí)施）2.1本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外線傳感器，它的制作簡單、

2、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)，便于多用戶統(tǒng)一管理和用戶操作。為了探測移動人體，通常使用雙元件型熱釋電紅外線傳感器，在這種傳感器內(nèi)部，兩個靈敏元件反相連接，當(dāng)人體靜止時兩元件極化程度相同，互相抵消。但人體移動時，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達(dá)到了探測移動人體的目的。該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。模塊化分為數(shù)據(jù)采集、按鍵控制、報警等模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機(jī)控制電路、LED指示燈組成。2.2硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個部分。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如

3、下結(jié)構(gòu)：紅外感應(yīng)部分、STC89C5單片機(jī)、報警系統(tǒng)三大部分。電路總原理圖如圖3-1所示： 電源開關(guān) 電源 STC89C52 單片機(jī)復(fù)位電路LED指示燈報警電路按鍵控制 圖3-1 總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)STC89C52。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(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，送出TTL 電平至STC89C52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(shí)時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.2.1紅外感應(yīng)部分2.2.1.1 電源模塊 本系統(tǒng)電壓為4.5v左右，直接接3個1.5V的直流干電池提供電源，然后用導(dǎo)線連接電源接口

4、模塊。2.2.1.2 熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器(簡稱PIR)是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。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，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自動覽測等，人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um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，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，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，本傳感器是整個系

5、統(tǒng)的關(guān)鍵，只有本傳感器才能感應(yīng)到人體紅外線。如圖3-2所示。 圖3-2熱釋感應(yīng)傳感器2.2.1.3 菲涅耳透鏡 菲涅耳透鏡片相當(dāng)于熱釋感應(yīng)傳感器的“眼鏡”，它和人的眼睛一樣的作用，配用得當(dāng)與否直接影響到使用的功效，配用不當(dāng)產(chǎn)生錯誤的動作，致使用戶或者開發(fā)者對其失去信心。它的作用是有效的將探測到空間的紅外線集中到傳感器上，菲涅耳透鏡根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場，視場越多，控制越嚴(yán)密。如圖3-3所示為菲涅耳透鏡模型圖。圖3-3 菲涅耳透鏡2.2.1.4 BISS0001芯片簡介BISS0001是一款傳感信號處理集成電路，只要熱釋感應(yīng)器把紅外線接收到信號傳輸?shù)?/p>

6、BISS0001里進(jìn)行信號處理，它本身靜態(tài)電流極小，工作電壓在3V5V之間，當(dāng)工作電壓為5V時輸出的驅(qū)動電流為10MA。配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構(gòu)成被動式熱釋電紅外傳感器，廣泛用于安防，自控等一些領(lǐng)域，它是有16個管腳組成的一種集成塊。如圖3-4所示為BISS000集成芯片的內(nèi)部框圖，管腳功能說明如表1所示。 圖3-4 BISS0001內(nèi)部框圖引腳名稱I/O功能說明1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時，允許重復(fù)觸發(fā)；反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號輸出端。由VS的上跳前沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間Tx之外和無VS的上跳變

7、時，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1-輸出延遲時間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2-觸發(fā)封鎖時間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS-工作電源負(fù)端，一般接0V8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VCC，當(dāng)接“0”時可使定時器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)VcVR時允許觸發(fā)(VR0.2VDD)10IB-運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端，經(jīng)RB接VSS端，RB取值為1M左右。11VCC-工作電源正端，范圍為35V122OUTO第二級運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級運(yùn)算放大器的反相輸入

8、端161OUTO第一級運(yùn)算放大器的輸出端 表1：管腳說明圖由圖可見BISS0001 由運(yùn)算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器即參考電壓等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰？蓮V泛應(yīng)用于多種傳感器和延時控制器。首先，根據(jù)實(shí)際需要，利用運(yùn)算放大器OP1組成傳感信號預(yù)處理電路，將信號放大。然后耦合給運(yùn)算放大器OP2，再進(jìn)行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM(0.5VDD)后，將輸出信號V2送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，當(dāng)VDD=5V時，可有效抑制±1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。

9、COP3是一個條件比較器。當(dāng)輸入電壓VcVR時，COP3輸出為高電平，進(jìn)入延時周期。 當(dāng)A端接“0”電平時，在Tx時間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng)Tx時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進(jìn)入封鎖周期Ti。在Ti時間內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo跳變?yōu)橛行顟B(tài)（高電平）,可有效抑制負(fù)載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。而可重復(fù)觸發(fā)工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期間，信號Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1”、A=“1”時，Vs可重復(fù)觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并可促使Vo在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時間內(nèi)，只要Vs發(fā)生上跳變

10、，則Vo將從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后Vo恢復(fù)為無效狀態(tài)，并且，同樣在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。2.2.1.5 信號采集處理模塊 圖3-5信號處理模塊 本電路是將人體輻射的紅外線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。熱釋紅外感應(yīng)2腳輸入到前置放大器OP1進(jìn)行放大，然后由C4耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級放大。再經(jīng)過電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號去啟動延時時間定時器輸出信號在經(jīng)過R3進(jìn)入單片機(jī)部分進(jìn)行處理。延時周期可通過R12來調(diào)節(jié)輸出，在延時時間

11、內(nèi)只要Vs發(fā)生上跳變，Vo就會從Vs上跳變時刻起繼續(xù)延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了芯片內(nèi)的定時器，若Vs一直保持為高電平，這樣就可以通過P10傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)內(nèi)進(jìn)行下一步處理。而根據(jù)不同的距離要求來調(diào)節(jié)R13，最大可以調(diào)節(jié)到7米左右。圖中BISS0001中1腳用跳線連連接住一個接高電平后，在延時時間段內(nèi)如果有人體在其感應(yīng)范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變?yōu)榈碗娖?，本電路設(shè)計(jì)就是可觸發(fā)方式。2.3單片機(jī)部分2.3.1 STC89C52單片機(jī)簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用高密度非易

12、失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計(jì)

13、數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。這一模塊以單片機(jī)為中心把程序代碼燒進(jìn)去然后外圍接上復(fù)位電路、振蕩電路、鍵盤控制、LED顯示電路、報警電路等子模塊。2.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 要使單片機(jī)工作起來最基本的電路構(gòu)成為單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-7所示。 圖3-7信號處理模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、復(fù)位電路、時鐘電路構(gòu)成。STC89C52 單片機(jī)的工作電壓范圍：4V-5.5V,所以通常給單片機(jī)外界5V直流電源。連接方式為單片機(jī)中的40腳VCC接正極5V，而20腳VSS接電源地端。復(fù)位電路就是確定單片機(jī)的工作起始狀

14、態(tài)，完成單片機(jī)的啟動過程。單片機(jī)接通電源時產(chǎn)生復(fù)位信號，完成單片機(jī)啟動確定單片機(jī)起始工作狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到外界環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。 時鐘電路好比單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機(jī)提供一個正弦波信號作為基準(zhǔn)，決定單片機(jī)的執(zhí)行速度。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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€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12MH

15、Z，一個振蕩周期為1/12us。 2.3.3按鍵控制電路 本電路的設(shè)計(jì)就是為了控制電路中布防和緊急狀態(tài)下不同的工作形式，當(dāng)按下布防按鍵后， 5秒后進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)有人靠近時，熱釋紅外感應(yīng)到信號，傳回給單片機(jī)，單片機(jī)馬上進(jìn)行報警。當(dāng)遇到特殊緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進(jìn)行報警。如圖3-8所示。 圖3-8按鍵部分2.3.4指示燈和報警電路在單片機(jī)的I/O 里會輸出高低電平,在P20、P21和P22分別接上LED指示燈而P23接上蜂鳴器而蜂鳴器外接個8550的三極管起到開關(guān)作用，當(dāng)三極管達(dá)到飽和狀態(tài)下就驅(qū)動了蜂鳴器工作了 。圖3-9指示燈和報警電路2.4軟件的程序?qū)崿F(xiàn)主程序工作流程圖 按上述

16、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所示：開始布防按鍵按下倒計(jì)時結(jié)束20秒倒計(jì)時開始檢測到有無信號蜂鳴器報警，發(fā)光二級管閃爍緊急按鍵按下YYN蜂鳴器報警結(jié)束 圖3-10主程序工作流程圖三.制作與調(diào)試3.1制作過程（略）3.2硬件調(diào)試及調(diào)試中遇到的問題第一步為目測，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電路全部手工焊接在洞洞板上，因此對每一個焊點(diǎn)都要進(jìn)行仔細(xì)的檢查。檢查它是否有虛焊、是否有毛剌等。第二步為萬用表測試，先用萬用表復(fù)核目測中認(rèn)為可疑的連線或接點(diǎn)，查看它們的通斷狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符，再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步為加電檢查。當(dāng)系統(tǒng)加電時，首先檢查所有插座或器件引腳的電源端是

17、否有符合要求的電壓值，接地端電壓值是否接近零，接固定電平的引腳端是否電平正確。第四步是聯(lián)機(jī)檢查。在對硬件電路調(diào)試過程中，還遇到了不少問題，第一次把所有的元件都焊上去后，都準(zhǔn)備調(diào)試了，才發(fā)現(xiàn)正負(fù)電源的插針離得太近了，不容易接電源，本不該犯的錯誤，這些都是由于自己的粗心大意造成的，所以說，做任何事情都必需經(jīng)過“三思而后行”，來不得半點(diǎn)的馬虎，否則浪費(fèi)了時間和精力附件一：報警器部分原理圖熱釋電部分原理圖附件二：實(shí)物圖附件三：程序源代碼#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit beep

18、=P23; /蜂鳴器定義sbit red=P22; /紅色發(fā)光二極管定義sbit white=P21; /白色發(fā)光二極管定義sbit yellow=P20; /黃色發(fā)光二極管定義sbit hw= P13; /紅外熱釋傳感器定義sbit key0=P10;sbit key1=P11;sbit key2=P12;uint num,num1;uchar temp;uchar flag_alarm; /報警標(biāo)志位uchar flag_bufang; /布防標(biāo)志位void delay(uint tms) uint i,j; for(i=tms;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);void init() TMOD=0x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;void T0_time()interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;num+;void main() num=0; init(); while(1) if(key0=0) /按鍵1被按下，緊急報警 delay(10); if(key0=0) flag_alarm=1; if(key1=0) /按鍵2被按下，布防鍵