傳感器課程設(shè)計-紅外熱釋電報警電路

...wd......wd......wd...傳感器課程設(shè)計熱釋電紅外防盜報警電路系別：電子工程系姓名：劉迅學(xué)號：0501090220專業(yè)年級：電子信息工程技術(shù)0902指導(dǎo)教師：韓艷贊設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的與要求通過設(shè)計，進(jìn)一步掌握傳感器的原理與應(yīng)用，熟悉傳感器的測量電路的設(shè)計方法。到達(dá)根據(jù)設(shè)計要求，能借助參考書和網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料，獨立完成設(shè)計任務(wù)。培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決實際問題的能力。設(shè)計相關(guān)的技術(shù)文件熟悉有關(guān)資料。確定設(shè)計方案，繪制測量電路原理圖。編寫設(shè)計說明書，5000字以上：設(shè)計思想與方案論證；系統(tǒng)工作原理說明；電路計算；電路元器件計算與選擇；元器件明細(xì)表。設(shè)計任務(wù)運用已經(jīng)學(xué)過的知識和上網(wǎng)、圖書等資料設(shè)計一個熱釋電紅外防盜報警電路，以適應(yīng)安防技術(shù)的開展，把學(xué)過的理論知識和具體實際相結(jié)合，以到達(dá)理論結(jié)合實際的目的。摘要現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng),因而大大提高了小區(qū)的安全程度,有效保證了居民的人身財產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光,有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性,因此在防盜、戒備等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外,在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中,被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點而受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡迎。該報警器主要由熱釋電紅外傳感器及其檢測電路，LED顯示組成，熱釋電紅外傳感器是報警器設(shè)計中的核心器件。它是一種被動式紅外報警探測器，只需要提供它工作電壓，它就可以把在感應(yīng)到人體的紅外信號后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵鲆怨┬盘柼幚砭植渴褂?。目前，國?nèi)市場上的防盜報警器大局部是國外品牌，國內(nèi)防盜報警產(chǎn)品廠商開展時間比照短，真正取得長足開展也是在2000年以后，特別是在2004年國內(nèi)有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速開展和擴(kuò)大。熱釋電紅外傳感器是一種被動式調(diào)制型溫度敏感器件，利用熱釋電效應(yīng)工作，它是通過目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射來探測目標(biāo)的。其相應(yīng)速度雖不如光子型，但由于它可在室溫下使用、光譜響應(yīng)寬、工作頻率寬、靈敏度與波長無關(guān)，容易使用。這種探測器，靈敏度高，探測面廣，是一種可靠性很強(qiáng)的探測器。因此廣泛應(yīng)用于各類入侵報警器，自動開關(guān)、非接觸測溫、火焰報警器等。在電子防盜、人體探測器領(lǐng)域中，熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用非常廣泛，因其價格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣闊用戶和專業(yè)人士的歡迎。目錄設(shè)計任務(wù)書II設(shè)計目的與要求II設(shè)計相關(guān)的技術(shù)文件II設(shè)計任務(wù)II摘要III目錄IV一、課程設(shè)計的背景1二設(shè)計12.1技術(shù)要求12.2主要任務(wù)1三、根基知識簡介23.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹23.2AT89S51單片機(jī)簡單概述2四、方案設(shè)計34.1總體設(shè)計思路34.2具體電路模塊設(shè)計54.2.1熱釋電紅外傳感器原理54.2.2調(diào)整電路的設(shè)計………………54.2.3時鐘電路的設(shè)計………………64.2.4復(fù)位電路的設(shè)計………………74.2.5數(shù)碼管顯示報警電路的設(shè)計…………………84.2.6聲音報警電路的設(shè)計…………94.3系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明94.4總原理圖9五、軟件編程105.1軟件程序的實現(xiàn)10六、課程設(shè)計心得體會15七、參考文獻(xiàn)16一、課程設(shè)計的背景隨著時間的推移，計算機(jī)革命的完成，信息高速公路的開展，人們生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護(hù)意識在不斷的增強(qiáng)，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)。本次設(shè)計所用的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。此次設(shè)計也是對所學(xué)理論知識的檢驗，以適應(yīng)時代開展的需要。二、設(shè)計2.1技術(shù)要求基于單片機(jī)控制的熱釋電紅外報警，將檢測到人體紅外信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)調(diào)理電路整形處理為TTL電平送入單片機(jī)，單片機(jī)對送入信號進(jìn)展判別，是哪一路報警信號，發(fā)出音響報警并通過數(shù)碼管顯示報警位置。2.2主要任務(wù)1.系統(tǒng)分析與設(shè)計：對系統(tǒng)進(jìn)展調(diào)研，詳細(xì)分析系統(tǒng)，設(shè)計出基于單片機(jī)控制的熱釋電紅外報警系統(tǒng)方案；2．實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：熱釋電傳感器調(diào)理電路；報警音響電路；報警顯示電路；軟件控制；3．系統(tǒng)電路的設(shè)計與實現(xiàn)：器件選擇；地址分配和硬件連接；4．系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn):單片機(jī)代碼的實現(xiàn)，計算機(jī)控制代碼的實現(xiàn)；5．系統(tǒng)調(diào)試；6．系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；7．寫課設(shè)報告。三、根基知識簡介3.1熱釋電紅外傳感器簡單介紹熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代開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示圖1熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖3.2AT89S51單片機(jī)簡單概述AT89S51單片機(jī)是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器〔EPROM〕和128bytes的隨機(jī)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(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(qiáng)大。振蕩器和時序OSC振蕩器和時序OSC程序存儲器4KBROM數(shù)據(jù)存儲器256BRAM/SFR定時器/計數(shù)器2×16AT89S51CPU64KB總線擴(kuò)展控制器可編程I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷圖2AT89S51功能方塊圖圖2為AT89S51片機(jī)的根本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機(jī)的主要組成局部，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，各局部通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要局部。四、方案設(shè)計4.1總體設(shè)計思路本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個局部。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路構(gòu)造可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機(jī)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(jī)就是設(shè)計的中心單元，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、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等幾個階段。AT89AT89S51復(fù)位電路傳感器報警執(zhí)行電路LED發(fā)光顯示調(diào)整電路驅(qū)動驅(qū)動驅(qū)動發(fā)光二極管圖3總體設(shè)計框圖處理器采用51系列單片機(jī)AT89S51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)放大電路送出TTL電平至AT89S51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，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位。4.2具體電路模塊設(shè)計4.2.1熱釋電紅外傳感器原理本設(shè)計所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的構(gòu)造。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4.2.2調(diào)整電路的設(shè)計如圖5所示為最根本的調(diào)整電路，圖中1為輸出，接單片機(jī)的P0.7,P0.6輸入輸出口。圖5調(diào)整電路電路圖4.2.3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用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機(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12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機(jī)器周期為1us。如圖6所示為時鐘電路。圖6時鐘電路圖4.2.4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(jī)在時鐘電路工作以后,在RESET端持續(xù)給出2個機(jī)器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作。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。該復(fù)位電路連接單片機(jī)的RESET引腳，如圖7示為復(fù)位電路。圖7復(fù)位電路圖4.2.5數(shù)碼管顯示報警電路的設(shè)計由2個數(shù)碼管接上電阻后連上單片的P0,P2輸入輸出口的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的相應(yīng)引腳被置低電平后，數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字，起到報警作用。注：當(dāng)P0口輸出0F9H時，數(shù)碼管DS1顯示數(shù)字1，當(dāng)P2口輸出025H時，數(shù)碼管DS2顯示數(shù)字2。圖8所示為數(shù)碼管報警電路。圖8發(fā)光二極管報警電路圖4.2.6聲音報警電路的設(shè)計如以以以下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的P2.0引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，低電平觸發(fā)，如圖9示為聲音報警電路。圖9聲音報警電路圖4.3系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明硬件電路的設(shè)計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、發(fā)光二極管、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路。4.4總原理圖圖10紅外防盜報警電路總原理圖五、軟件編程5.1軟件程序的實現(xiàn)按上述工作原理和硬件構(gòu)造分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如以以以下圖10所示；圖10主程序工作流程圖C語言程序編寫如下所示：#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineled8P1 #defineShumaguan1P0#defineshumaguan2P2 sbitbeep=P2^0; //蜂鳴器對應(yīng)的是P2.0口sbitsensor=P0^7; //將P0.7口設(shè)置成傳感器入口sbitsensor1=P0^6; ucharflag1; //定義全局變量，作為信號檢測標(biāo)位ucharflag;voiddelay(uintt) { while(t--);}voidTest_Voltage(void){ if(sensor==0) { delay(10000); //延時50毫秒信號確定 if(sensor==0) { flag1=1; //檢測到信號 } else { flag1=0; } }else{flag1=0;}}voidaction(void){ if(flag1==1) { Shumaguan1=0XF9; //數(shù)碼管顯示【1】 beep=0; //檢測到信號后，蜂鳴器發(fā)出“滴答〞聲 led8=0X00; //8個LED燈閃爍 delay(10000); beep=1; led8=0XFF; delay(10000); } else { Shumaguan1=0XC0; //數(shù)碼管顯示【0】 } }voidTest_Voltage1(void){if(sensor1==0) { delay(10000); //延時50毫秒信號確定 if(sensor1==0) { flag=1; //檢測到信號 } else { flag=0; }}else{flag=0;}}voidaction1(void){ if(flag==1) { shumaguan2=0X25; //數(shù)碼管顯示【2】 beep=0; //檢測到信號后，蜂鳴器發(fā)出“滴答〞聲 led8=0X00; //8個LED燈閃爍 delay(10000); beep=1; led8=0XFF; delay(10000); } else { shumaguan2=0X03; //數(shù)碼管顯示【0】 }}voidmain(void){ while(1) { Test_Voltage();action(); Test_Voltage1(); action1(); }}六、課程設(shè)計心得體會本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、本錢低、安裝比照方便，而且防盜性能比照穩(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)，同時它的信號經(jīng)過單片機(jī)系統(tǒng)處理前方便和PC機(jī)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)計兩個局部。硬件局部包括單片機(jī)控制電路、LED控制電路等局部組成。處理器采用51系列單片AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程?；貞浧鸫舜握n程設(shè)計，我仍感慨頗多，確實，從理論到實踐，在一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以穩(wěn)固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠結(jié)實，比方說不懂一些元器件的使用方法，對開發(fā)板不太了解，對單片機(jī)C語言掌