紅外防盜報(bào)警器

-.z基于單片機(jī)的紅外防盜報(bào)警系統(tǒng)簡介熱釋電紅外線傳感器作為一種高熱電系數(shù)的探測(cè)元件，可過濾接收人體輻射特定波長圍的紅外線，將紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)放大后向外輸出。它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置，能以非接觸形式檢測(cè)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(hào)輸出。本設(shè)計(jì)從模塊上劃分為：熱釋電紅外傳感器探測(cè)模塊、放大電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、放光二極管報(bào)警電路、聲音報(bào)警電路。硬件實(shí)現(xiàn)：本系統(tǒng)所用到的器件為：單片機(jī)STC89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等。系統(tǒng)功能描述：系統(tǒng)等待外部熱釋電傳感脈沖信號(hào)輸入，接收到輸入表示有人闖入，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路，報(bào)警持續(xù)10秒后完畢，假設(shè)有新的信號(hào)輸入，開場(chǎng)新的檢測(cè)循環(huán)。同時(shí)手工按鍵可以強(qiáng)制報(bào)警中斷。一、設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)：1.1設(shè)計(jì)要求〔1〕利用單片機(jī)AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、反相器74LS14、蜂鳴器等元器件模擬出紅外防盜報(bào)警器?！?〕熟練掌握proteus和keiluvision2軟件的使用1.2技術(shù)指標(biāo)〔1〕報(bào)警接收方式：無線發(fā)射輸出，發(fā)射距離≥150米報(bào)警持續(xù)時(shí)間：10秒主機(jī)外接鳴響分貝：≥110dB工作頻率：315MHz/433MHz石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ二、設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)：2.1.明白此防盜系統(tǒng)的工作方式起來，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、比擬電路送至門限開關(guān)，翻開門限閥門送出TTL電平至89C51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。2.2了解Proteus軟件的大致容并會(huì)使用Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2021年又增加了Corte*和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。主要參考元器件：本次設(shè)計(jì)所需所以元器件如表1所示：序號(hào)元器件數(shù)量備注1AT89C51151核系列單片機(jī)(4K)274LS141施密特觸發(fā)器的六反相器3CRYSTAL1石晶振蕩器4BUTTON1按鈕5CAP-ELEC1電解電容6CAP3電容7NPN1三極管8LED5紅色*4綠色*19RES7電阻10SPEAKER1蜂鳴器表1主要元器件設(shè)計(jì)容4.1具體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)局部。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子?？刂齐娐芳跋嚓P(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(bào)警等功能。就此設(shè)計(jì)的核心模塊來說，單片機(jī)就是設(shè)計(jì)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(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)包含如下構(gòu)造：熱釋電紅外傳感探頭、報(bào)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4.1總體設(shè)計(jì)框圖所示：燈光報(bào)警驅(qū)動(dòng)AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路燈光報(bào)警驅(qū)動(dòng)AT89C51單片機(jī)時(shí)鐘電路聲音報(bào)警復(fù)位電路驅(qū)動(dòng)聲音報(bào)警復(fù)位電路驅(qū)動(dòng)圖4.1總體設(shè)計(jì)框圖處理器采用51系列單片機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。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、比擬電路送至門限開關(guān)，翻開門限閥門送出TTL電平至STC89C51單片機(jī)。在單片機(jī)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，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(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。4.2硬件模塊設(shè)計(jì)4.2.1時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)*TAL1和*TAL2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振一個(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1/12us。如圖4.2.1所示為時(shí)鐘電路。圖4.2.1時(shí)鐘電路4.2.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。使用晶振頻率為12MHz示為復(fù)位電路。圖4.2.2復(fù)位電路4.2.3發(fā)光二極管報(bào)警電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)使本紅外線防盜報(bào)警器報(bào)警時(shí)發(fā)出刺眼的紅光提醒人們有小偷，以保證財(cái)產(chǎn)平安。該電路由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的R*D的引腳，外接，當(dāng)單片機(jī)的引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用。圖3-10所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。4.2.3發(fā)光報(bào)警電路聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)使本紅外線防盜報(bào)警器報(bào)警時(shí)發(fā)出刺耳的報(bào)警聲音提醒人們有小偷。如下列圖所示為聲音報(bào)路。圖4.2.4聲音報(bào)警電路4.2.5系統(tǒng)硬件的選擇從以上各種條件下得到如下硬件：、熱釋電紅外傳感器、、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍是正常工作指示燈，D2-D5是起報(bào)警指示作用，當(dāng)R*D腳被置低電平時(shí)，D2-D5紅燈閃爍開場(chǎng)報(bào)警，同樣，T*D腳置高電平時(shí)2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵,S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。4.3軟件設(shè)計(jì)4.3.1主程序工作流開場(chǎng)程開場(chǎng)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化N檢測(cè)外部有無信號(hào)輸入N檢測(cè)外部有無信號(hào)輸入YY啟動(dòng)聲光報(bào)警電路系統(tǒng)開場(chǎng)報(bào)警啟動(dòng)聲光報(bào)警電路系統(tǒng)開場(chǎng)報(bào)警N聲光報(bào)警是否持續(xù)報(bào)警10秒N聲光報(bào)警是否持續(xù)報(bào)警10秒YY聲光報(bào)警完畢聲光報(bào)警完畢是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警Y是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警YN完畢N完畢由此流程框圖可看出，當(dāng)紅外探測(cè)器接收到一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)開場(chǎng)初始化，然后有C51單片機(jī)判斷是否有人闖入監(jiān)控區(qū)域，如果不是的話報(bào)警器將不會(huì)工作，是的話開啟聲光報(bào)警系統(tǒng)，然后判斷是否開場(chǎng)持續(xù)10秒報(bào)警，是的話則是報(bào)警即將完畢，不是的話則開場(chǎng)繼續(xù)判斷是否還有需要報(bào)警的信號(hào)，有的話開場(chǎng)持續(xù)報(bào)警，沒有的話則此次報(bào)警完畢。4.3.3軟件仿真本設(shè)計(jì)通過利用仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，綠燈由亮變暗，紅燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲音產(chǎn)生報(bào)警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當(dāng)報(bào)警完畢后，綠燈亮起，紅燈熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲。圖4.3.3為電路開場(chǎng)工作的狀態(tài)圖4.3.3軟件仿真圖〔開場(chǎng)〕紅色發(fā)光二極管D3,D4,D5,D6〔發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵〔Ga〕與砷〔AS〕、磷〔P〕的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦浴撤澍Q器LS〔蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化構(gòu)造的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器的分類：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本設(shè)計(jì)采用的則是壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓〕,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHz的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲)〔1〕電路實(shí)現(xiàn)功能針對(duì)中斷系統(tǒng)的顯示，設(shè)計(jì)了一種實(shí)用化基于單片機(jī)AT89C51的手工暫停電路。該電路可通過按按鈕S1能夠?qū)崿F(xiàn)手工解除警報(bào)信號(hào)。電平信號(hào)經(jīng)放大電路到聲光報(bào)警器后，當(dāng)報(bào)警延時(shí)10s一段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)解除，同樣也可以通過按下按鍵，單片機(jī)接收INT0的中斷信號(hào)，調(diào)用INT0中斷子程序，從而解除報(bào)警?！?〕電路原理*TAL1和*TAL2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蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，*TAL2應(yīng)不接。有余輸入至部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。復(fù)位則是通過*種方式,使單片機(jī)各存放器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復(fù)位。復(fù)位方式是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)除了正常的初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或由于操作錯(cuò)誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時(shí)，也需要按復(fù)位鍵重啟機(jī)器。MCS—51單片機(jī)復(fù)位后,程序計(jì)數(shù)器PC和特殊功能存放器復(fù)位的狀態(tài)如表2-1所示。復(fù)位不影響片RAM存放的容,而ALE、/PSEN在復(fù)位期間將輸出高電平。由表2.1可以看出，復(fù)位后：(1)〔PC〕=0000H表示復(fù)位后程序的入口地址為0000H，即單片機(jī)復(fù)位后從0000H單元開場(chǎng)執(zhí)行程序；(2)〔PSW〕=00H，其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復(fù)位后單片機(jī)選擇工作存放器0組；(3)〔SP〕=07H表示復(fù)位后堆棧在片RAM的08H單元處建立；(4)P0口～P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復(fù)位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能存放器復(fù)位后的狀態(tài)對(duì)各功能部件工作狀態(tài)的影響。存放器復(fù)位狀態(tài)存放器復(fù)位狀態(tài)PCABPSWSPDPTRP0~P3IPIETOMD0000H00H00H00H07H0000HFFH**000000B0*000000B00HTCONT2CONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00H**H(0**0000B)表2.1PC與SFR復(fù)位狀態(tài)表單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后,在RST/VPD端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位以及―看門狗‖復(fù)位三種類型。―看門狗‖電路則是一種集成有單片機(jī)的電源監(jiān)測(cè)、按鍵復(fù)位以及對(duì)程序運(yùn)行進(jìn)展監(jiān)控，防止程序―跑飛‖而出現(xiàn)死機(jī)而設(shè)計(jì)的電路本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開場(chǎng)報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停頓報(bào)警,然后程序開場(chǎng)循環(huán)工作，檢測(cè)是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停頓的聲光報(bào)警的作用。4.4系統(tǒng)調(diào)試4.4.1軟件調(diào)試先在Keil2環(huán)境中進(jìn)展軟件調(diào)試，再利用編程器將調(diào)試好的程序固化到89C51單片機(jī)中,在調(diào)試中遇到了幾個(gè)問題，畢竟仿真跟實(shí)際電路是有一些區(qū)別的。本次調(diào)試時(shí)第一次發(fā)現(xiàn)在仿真中能良好運(yùn)行的程序，而在實(shí)際電路中蜂鳴器卻不響調(diào)試后才發(fā)現(xiàn)是單片機(jī)的管腳輸出電壓不夠，因此后來改電路，有單片機(jī)管腳電壓跟三極管的基極相連，集電極與相連，把單片機(jī)的管腳與三級(jí)管構(gòu)成一個(gè)開關(guān)使用，發(fā)現(xiàn)在實(shí)物中蜂鳴器能發(fā)出聲音了。還有一個(gè)問題是延時(shí)時(shí)間問題，在仿真中報(bào)警延時(shí)時(shí)間大約是10秒，而在實(shí)際電路中卻多了些，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，紅外探頭的輸出是有延時(shí)的，經(jīng)改良，報(bào)警延時(shí)大約是10秒。4.4.2硬件調(diào)試調(diào)試時(shí)應(yīng)分模塊調(diào)試最后整機(jī)調(diào)試〔1〕紅外檢測(cè)模塊調(diào)試。在反向器后測(cè)試當(dāng)有人在熱釋電紅外線傳感器前走動(dòng)時(shí)是否有輸出。經(jīng)檢測(cè)，有3.3V電壓輸出?！?〕燈光報(bào)警電路調(diào)試。將電源正極接至燈光報(bào)警電路，將電源負(fù)極接至單片機(jī)管腳P3.0口，發(fā)現(xiàn)LED亮度不夠，后經(jīng)與資料比照，發(fā)現(xiàn)時(shí)連接時(shí)沒有220 V的電阻用的1K的代替的，在改正后，LED可以正常發(fā)光〔3〕聲音報(bào)警器調(diào)試，將電源正極接到聲音報(bào)警模塊三極管的集電極，電源負(fù)極接到蜂鳴器的負(fù)極管腳，當(dāng)在基極輸入一個(gè)電壓時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音?！?〕整機(jī)調(diào)試。接通電源，當(dāng)人在熱釋電紅外傳感器前走動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，并且人離開之后還會(huì)延時(shí)報(bào)警10秒鐘。當(dāng)沒有人在探頭前走動(dòng)時(shí)如希望馬上不報(bào)警了，可以按下單片機(jī)的外接復(fù)位開關(guān)，經(jīng)整機(jī)調(diào)試，單片機(jī)外接復(fù)位開關(guān)能良好工作。五、結(jié)論單片機(jī)為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動(dòng)式紅外探測(cè)器件，能夠以非接觸方式探測(cè)出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出，同時(shí)能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時(shí)傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測(cè)區(qū)圍移動(dòng)時(shí)輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機(jī)，作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開場(chǎng)報(bào)警。該報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低。隨著現(xiàn)代人們平安意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速開展，相信報(bào)警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)本身具有一定的局限性，就是系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警的圍有限，如果沒人在附近，即使發(fā)出了聲光報(bào)警也提醒不到有小偷。例如：單個(gè)家庭使用時(shí)，由于現(xiàn)代化的城市多都屬于上班族，鄰居之間有可能住了幾年都相互不認(rèn)識(shí)，而且大多數(shù)人都抱著事不關(guān)己高高掛起的心態(tài)，所以當(dāng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警時(shí)即使有人意識(shí)到是有小偷也有想去看看到底是怎么回事，這時(shí)大都市的弊端顯示出來了，本身不認(rèn)識(shí)鄰居，很有可能被小偷欺騙。則這就給系統(tǒng)的改良提供了一個(gè)方向，能不能遠(yuǎn)程通知主人有小偷入侵呢.答案是可以的，我們可以在報(bào)警模塊中加上一個(gè)遠(yuǎn)程報(bào)警模塊，如手機(jī)發(fā)短信模塊，用