《紅外線電子防盜網(wǎng)設(shè)計(jì)》12000字（論文）

-PAGE32-紅外線電子防盜網(wǎng)設(shè)計(jì)摘要隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)財(cái)產(chǎn)安全頗為重視。本次課題是對(duì)紅外防盜網(wǎng)加以探索并完成設(shè)置，依靠編碼程序及硬件電路的構(gòu)造，達(dá)成設(shè)計(jì)紅外線電子防盜網(wǎng)。這次的設(shè)計(jì)集成了兩個(gè)成分，也就是軟件程序、硬件電路，由此來達(dá)成設(shè)置本次選題。優(yōu)先對(duì)這次設(shè)計(jì)要引用的多樣性器件進(jìn)行明確，經(jīng)過探討分析后，界定是通過HC-SR501紅外熱釋電傳感器對(duì)是否有人經(jīng)過進(jìn)行檢測，選擇該傳感器是因?yàn)镠C-SR501對(duì)人體體溫敏感，有效檢測區(qū)間是小于120°錐角，7m之內(nèi)。在HC-SR501后設(shè)置有紅外對(duì)射傳感器，只有正常觸發(fā)兩者，才會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警,同時(shí)使用OLED顯示屏顯示遭到入侵的方位以及通過短信的方式通知主人。接著再通過Keil開發(fā)系統(tǒng)來編譯程序，而描繪設(shè)計(jì)模擬電路圖時(shí)是采用了Protues8應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)測試實(shí)體電路板前的模擬查驗(yàn)。最后，逐一達(dá)成紅外線電子防盜網(wǎng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，keil，紅外防盜，報(bào)警器目錄1緒論 51.1課題背景 51.2紅外傳感器 61.2.1紅外傳感器的含義 61.2.2紅外傳感器的分類 61.2.3熱傳感器 61.2.4光子傳感器 71.2.5紅外傳感器的性能參數(shù) 71.3研究意義 91.4研究的主要內(nèi)容 92系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 102.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 102.2方案設(shè)計(jì) 102.3各部分元器件選型 112.3.1單片機(jī)的選型 112.3.2紅外熱釋電傳感器的選型 123硬件部分設(shè)計(jì) 143.1總電路圖 143.2整體工作流程 153.3ST89C52單片機(jī)系統(tǒng) 153.3.1晶振電路和復(fù)位電路 163.4紅外對(duì)射傳感器模塊 173.5紅外熱釋電傳感器模塊 173.5鍵盤電路 193.6報(bào)警電路 193.6.1聲音報(bào)警電路 193.6.2燈光報(bào)警電路 203.7電源供電模塊 203.8GSM模塊 213.9OLED模塊 214軟件部分設(shè)計(jì) 234.1主程序流程圖 235proteus仿真 245.1proteus軟件介紹 245.2仿真電路圖 245.3仿真結(jié)果調(diào)試 245.3.1電路的檢查以及軟件的下載 245.3.2仿真測試結(jié)果 255.3.4仿真結(jié)果整理 285.3.4仿真中出現(xiàn)的問題 296實(shí)物成果 306.1實(shí)物圖 306.2調(diào)試過程 306.2.1調(diào)試前的準(zhǔn)備 306.2.2進(jìn)行調(diào)試 316.3調(diào)試遇到的問題 34結(jié)論 351緒論1.1課題背景隨著科技水平快速提高，大眾生活有了明顯改善，對(duì)個(gè)人財(cái)產(chǎn)安全越來越重視，因此對(duì)防盜設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，期望獲得更全面、更高級(jí)防護(hù)，避免遭受不必要經(jīng)濟(jì)損失。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格背景下，傳統(tǒng)防盜設(shè)施譬如防盜門、電網(wǎng)門等等，逐漸暴露大量缺點(diǎn)，安全防護(hù)能力始終有限，難以解決當(dāng)今社會(huì)發(fā)展要求。有鑒于此，針對(duì)上述傳統(tǒng)防盜設(shè)施種種缺陷，亟需研發(fā)一款更理想防盜設(shè)施，體現(xiàn)易于安裝維護(hù)、隱蔽性強(qiáng)、可靠性好等特點(diǎn)，才能真正解決廣大用戶實(shí)際問題。[1]時(shí)至今日，通過人們不懈研究與探索，使得防盜設(shè)施種類越來越豐富，譬如開關(guān)電子、壓力觸發(fā)式等等，但大部分均有著各種短板和弊端，實(shí)用效果差強(qiáng)人意，在社會(huì)關(guān)注度日益提高的今天，漸漸無法滿足人們實(shí)際需求，必須盡快提出更科學(xué)解決方案。防盜報(bào)警系統(tǒng)主要通過物理手段或者電子科技，自動(dòng)檢測并提示防控區(qū)域內(nèi)各種非法活動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，確保人身及財(cái)產(chǎn)安全獲得更大保障。[2]紅外防盜網(wǎng)則靈活運(yùn)用紅外線諸多特點(diǎn)，譬如不可見光、保密與隱蔽性好等特點(diǎn)[3]，同時(shí)還具備穩(wěn)定性高[4]、安裝方便、體積小[5]的特點(diǎn)。憑借這些良好特點(diǎn)，通過紅外線實(shí)施紅外監(jiān)控，不但具有非常好的隱蔽性，白天和黑夜都能使用，而且紅外抗干擾能力強(qiáng)。[6]設(shè)計(jì)紅外線防盜網(wǎng)，本質(zhì)上就是要構(gòu)造出紅外線監(jiān)測控制警報(bào)系統(tǒng)，若產(chǎn)生了應(yīng)急狀況則就可動(dòng)態(tài)通知到有關(guān)人員，同時(shí)還可自行呼叫警報(bào)。國內(nèi)的報(bào)警器基本都是以超聲波、紅外發(fā)射/接收以及微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。從單一封閉式、被動(dòng)型安全防范模式向多元化、綜合化、電控化以及紅外報(bào)警處理方向發(fā)展。國外的紅外報(bào)警器大多數(shù)都是采用先進(jìn)技術(shù)，其功能也非常先進(jìn)。其中包括被動(dòng)式熱釋電型紅外報(bào)警器，紅外監(jiān)控?zé)o線報(bào)警器，超聲波防盜報(bào)警器，紅外線防盜報(bào)警器，高靈敏紅外報(bào)警器，觸摸式防盜報(bào)警器等等。目前國際上應(yīng)用最多的是主動(dòng)紅外對(duì)射總線制報(bào)警主機(jī)的方式，這種方式具有技術(shù)成熟、可靠性高、易擴(kuò)展、操作簡便、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)借助紅外線傳輸指令，具備高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，目前受到諸多領(lǐng)域高度重視，其在各行各業(yè)中被大規(guī)模的普及使用，如工控、軍事、家電等。結(jié)合實(shí)際情況來看，人為防護(hù)模式常常面臨各種因素掣肘，容易引發(fā)安全漏洞與失誤問題，同時(shí)占用大量人力資源，成本相對(duì)較高，不符合經(jīng)濟(jì)性原則。因此，配置該系統(tǒng)已成為一項(xiàng)重要安全保護(hù)措施，應(yīng)當(dāng)引起人們足夠重視。在配置該系統(tǒng)后，若是監(jiān)測到有侵入人員則就立即形成警報(bào)提醒，就如同在關(guān)鍵范圍的邊界位置布控了“電子眼”，可高精度的守護(hù)危害目標(biāo)。所以紅外線防盜系統(tǒng)獲得了一眾人員的贊譽(yù)與支持。通常情況下，紅外線監(jiān)測控制警報(bào)系統(tǒng)會(huì)布置在防護(hù)區(qū)域的邊界，故紅外探頭可預(yù)先探測出不正常的狀況并提早觀察出存疑的跡象，增進(jìn)了安全性。由于系統(tǒng)是通過電子器械來完成防護(hù)，因此總體上有更為優(yōu)異的安全性保證。1.2紅外傳感器1.2.1紅外傳感器的含義顧名思義，這類傳感器主要基于紅外線物理性質(zhì)來感測，包括反射、折射、散射、干涉、吸收等，借此得到所需參數(shù)信息。在自然界內(nèi)，不管是哪種物質(zhì)，如果本身溫度超過絕對(duì)零度(約-273℃),都能正常輻射紅外線。[7]它屬于不可見光，由于光譜處在紅色之外，故而叫做紅外線。1.2.2紅外傳感器的分類根據(jù)市場產(chǎn)品現(xiàn)狀可知，主要包含熱、光子兩類傳感器，下面分別進(jìn)行說明。1.2.3熱傳感器工作原理是按照入射紅外輻射造成傳感器出現(xiàn)溫變特性，導(dǎo)致相關(guān)物理參數(shù)隨之改變，只需針對(duì)這種改變進(jìn)行檢測，就能判斷傳感器所吸收紅外輻射，達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果。這類傳感器優(yōu)點(diǎn)包括：波段寬；能夠適應(yīng)室溫條件，操作相對(duì)簡單。然而檢測時(shí)間過長，靈敏度偏低，通常被用在低頻調(diào)制場合。它主要包含以下四種型式：1、熱敏電阻型熱敏電阻通常加工為薄片狀，只要受到紅外輻射，就會(huì)出現(xiàn)溫升變化，電阻隨之變小，按照變化程度判斷所吸收紅外輻射，借此達(dá)到檢測目標(biāo)。2、熱電偶型熱電偶通過兩類熱電功率差距明顯材料制得，如果紅外輻射至兩者組成閉合回路接點(diǎn)上，那么此處就會(huì)出現(xiàn)溫升變化。但未被紅外輻射接點(diǎn)溫度偏低，此刻回路內(nèi)形成溫差電流及電勢，按照電勢高低水平，可判斷接點(diǎn)吸收紅外輻射程度，借此達(dá)到檢測目標(biāo)。3、高萊氣動(dòng)型遵照氣體熱碰撞原理制成，可使用在采集獲取多樣性的紅外輻射。這一現(xiàn)象的運(yùn)行機(jī)制是，若紅外線發(fā)射到窗口，使得吸收膜對(duì)此進(jìn)行吸收之后，膜將能量傳遞到氣室，讓氣溫和壓力同時(shí)上升，從而導(dǎo)致反射鏡膨脹偏轉(zhuǎn)，只需采取光學(xué)技術(shù)測量其移動(dòng)量，即可間接檢測紅外線輻射，最終達(dá)到檢測效果。4、熱釋電型結(jié)合實(shí)際情況來看，它可檢測人或生物發(fā)射紅外線再輸出電信號(hào)，經(jīng)分析處理即可得到所需結(jié)果。通過熱釋電材料自發(fā)極化強(qiáng)度隨外界溫變出現(xiàn)電荷移動(dòng)性質(zhì)，非接觸式測量人體輻射紅外能量，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，采取電壓或電流形式輸出，同時(shí)利用功放進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)控制電路目標(biāo)。目前它已被人們用在諸多領(lǐng)域中，發(fā)揮著極其重要作用，譬如防盜報(bào)警、自動(dòng)控制、遙測等方面，均能發(fā)現(xiàn)它的存在。[8]1.2.4光子傳感器工作原理是部分半導(dǎo)體材料接收入射光后，會(huì)形成光子效應(yīng)，材料電學(xué)性質(zhì)隨之改變。只需針對(duì)這種改變進(jìn)行檢測，能夠判斷紅外輻射強(qiáng)度，借此達(dá)到預(yù)期應(yīng)用效果。這類傳感器基本特征是靈敏度好、響應(yīng)快且頻率高。但應(yīng)用階段有著局限性，通常需要用于低溫條件下，檢測波段很窄。按照市場發(fā)展現(xiàn)狀來看，它主要包含如下四種型式：1、外光電型光輻射到部分材料表面后，如果入射光光子能量很大，可以讓材料電子從表面逸出，此即為外光電（或光電子發(fā)射）效應(yīng)。其響應(yīng)非?？?，通常僅用數(shù)毫微秒，因此檢測效率非常高，可滿足實(shí)時(shí)性要求。2、光電導(dǎo)型紅外輻射至部分半導(dǎo)體材料表面后，材料內(nèi)一部分電子與空穴會(huì)由原先不導(dǎo)電束縛態(tài)轉(zhuǎn)化成可導(dǎo)電自由態(tài)，大幅提高材料導(dǎo)電率，此即為光電導(dǎo)現(xiàn)象，借此可制作對(duì)應(yīng)傳感器。但在實(shí)踐應(yīng)用過程中，必須考慮相應(yīng)要求，也就是必須制冷與施加相應(yīng)偏壓，否則響應(yīng)率變小，噪聲嚴(yán)重，響應(yīng)波段變窄，造成器件遭到不同程度破壞，因此使用條件相對(duì)嚴(yán)格。3、光生伏特型紅外輻射到部分半導(dǎo)體材料PN結(jié)后，PN結(jié)中電場影響下自由電子會(huì)進(jìn)入N區(qū)，若PN結(jié)開路，那么其兩端會(huì)形成1個(gè)附加電勢，被人們叫做光生電動(dòng)勢，借此可制作對(duì)應(yīng)傳感器。4、光磁電型紅外輻射到部分半導(dǎo)體材料表面后，半導(dǎo)體材料中有些電子與空穴朝內(nèi)擴(kuò)散，此時(shí)如果被強(qiáng)磁場影響，會(huì)分別偏向一方，由此形成開路電壓，此即為光磁電效應(yīng)，借此可制作出特定傳感器。1.2.5紅外傳感器的性能參數(shù)1、電壓響應(yīng)對(duì)紅外線輻射實(shí)施調(diào)制處理后，其會(huì)傳輸?shù)絺鞲衅髦袀鞲衅髦械挠行Ы缑?，設(shè)備輸出電壓比上輻射功率，以RV來表示，如下。Rv在表達(dá)式內(nèi)，A、P0、US分別代表的是紅外傳感器敏感元件具體的面積、發(fā)射到器件內(nèi)單位面積需要的功率、設(shè)備的輸出電壓。2、響應(yīng)波長區(qū)間：圖1.1響應(yīng)波長范圍結(jié)合上圖進(jìn)行說明，曲線1、2分別是熱電、光子傳感器RV曲線（前者和波長無關(guān)）。（1）響應(yīng)波長范圍反映出RV和輻射波長間關(guān)系，可采用曲線形式來完成顯示。實(shí)際內(nèi)容參考圖1.1。（2）一般情況下，峰值波長和最高響應(yīng)率互相匹配。（3）響應(yīng)率降低至1/2處對(duì)應(yīng)波長叫做截止波長，代表器件所用波長范圍。3、噪聲等效功率若Us恰好等于器件自身噪聲電壓，那么此時(shí)紅外輻射功率便是“噪聲等效功率”，一般記作符號(hào)“NEP”，如下。NEP=P式中：P0含義同上；A0表示紅外敏感元面積；UN表示器件綜合噪聲電壓。4、探測率探測率為NEP的倒數(shù)，如下：D=1D值較大，代表器件可檢測最低輻射功率較低，也會(huì)更加靈敏。5、比探測率比探測率本質(zhì)上代表A代表了單位面積，△f放大器帶寬代表的是在單位赫茲的條件下，單位功率輻射輸出信號(hào)電壓比上噪聲電壓的數(shù)值。通常會(huì)記作D*。D*的單位：Cm·Hz^(1/2)·W^(-1)6、時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)是指器件輸出信號(hào)隨紅外輻射變化速率，也就是前者滯后于后者時(shí)間，具體的數(shù)值高低參考以下明確：τ＝1在表達(dá)式內(nèi)，fc代表的是響應(yīng)率降低到0.707最高數(shù)值條件下，相應(yīng)的調(diào)制頻率。將光子、熱力兩類傳感器加以比較，因?yàn)闊崃鞲衅饔休^高的RC變量和熱慣性，故而τ值明顯大于光子傳感器，通常是毫秒級(jí)或更長,但光子傳感器τ值通常是微秒級(jí)。1.3研究意義隨著人們的安全意識(shí)的不斷增加，怎樣加強(qiáng)安全系統(tǒng)成了非常重要的事。紅外防盜系統(tǒng)具有體積小、易于擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡單、適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，本課題基于單片機(jī)同時(shí)依靠構(gòu)造紅外線傳感器，獲得了簡單方便的紅外線防盜網(wǎng)，憑借軟件程序的支持達(dá)成了自行監(jiān)測有無人經(jīng)過往返的紅外線防盜網(wǎng)，并在有人入侵時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警，以此來增加房屋的安全度。同時(shí)采用了通信模塊，當(dāng)遭到入侵的時(shí)候可以通過發(fā)送短信的方式來通知主人。1.4研究的主要內(nèi)容1.通過調(diào)研和查詢文獻(xiàn)資料，了解紅外線的特點(diǎn)及其應(yīng)用于防盜報(bào)警的基本工作原理和實(shí)現(xiàn)方法。2.結(jié)合所學(xué)的KeilC編程，電路理論，設(shè)計(jì)工具，傳感器，接口等知識(shí)，經(jīng)融會(huì)貫通，最后靈活用于該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中。3.提出運(yùn)用紅外線防盜的工作方案，設(shè)計(jì)紅外線電子防盜網(wǎng)的控制電路和報(bào)警聲光顯示電路，編制紅外線電子防盜網(wǎng)的控制程序，要求做到在遭受入侵的時(shí)候及時(shí)發(fā)出報(bào)警。4.進(jìn)行仿真測試，確定紅外線電子防盜網(wǎng)的控制電路的合理性、實(shí)用性。5.若時(shí)間充裕，制作實(shí)物，進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試完成沒有問題后，進(jìn)行功能演示。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2.1紅外線防盜網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)圖圖2.1展示了紅外線防盜網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)圖，本系統(tǒng)采用從整體結(jié)構(gòu)而言，本設(shè)計(jì)選用了紅外對(duì)射和紅外熱釋電傳感器用于檢測是否有人通過，以滿足紅外線防盜網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求。傳感器是否有行人通過，并同時(shí)將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。單片機(jī)在接收到數(shù)據(jù)后觸發(fā)報(bào)警電路。用戶可以通過LED指示燈、蜂鳴器或OLED顯示屏接收到報(bào)警信息。同時(shí)可以在預(yù)設(shè)的手機(jī)號(hào)上接收到報(bào)警短信。本設(shè)計(jì)采用紅外對(duì)射和紅外熱釋電傳感器結(jié)合的方式，首先觸發(fā)紅外熱釋電，然后在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)紅外對(duì)射才會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，從而減少誤報(bào)警的機(jī)率。2.2方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為紅外防盜報(bào)警器，作為報(bào)警器最重要的功能就是能夠在遭受入侵的時(shí)候及時(shí)報(bào)警，并盡可能減少誤報(bào)警。若采用單個(gè)紅外熱釋電則容易在有人正常路過時(shí)誤報(bào)警。若采用單個(gè)紅外對(duì)射則無法判斷是人類或是物體通過。本設(shè)計(jì)采用紅外對(duì)射和紅外熱釋電傳感器結(jié)合的方式，當(dāng)兩個(gè)傳感器都感應(yīng)到入侵時(shí)才會(huì)觸發(fā)報(bào)警，兩者缺一不可，極大程度降低了誤報(bào)警的產(chǎn)生。整體設(shè)計(jì)為紅外熱釋電在前，紅外對(duì)射在后，若紅外熱釋電沒有觸發(fā)而紅外對(duì)射觸發(fā)則不會(huì)報(bào)警，這樣極大概率降低了飛蟲或障礙物導(dǎo)致的誤報(bào)警的幾率。而若紅外熱釋電觸發(fā)但紅外對(duì)射未觸發(fā)也不會(huì)報(bào)警，這樣可以降低行人路過產(chǎn)生感應(yīng)導(dǎo)致誤報(bào)警的幾率。觸發(fā)報(bào)警后采用多種報(bào)警方式，包括蜂鳴器、LED指示燈、OLED顯示屏、短信等方式，以起到震懾入侵者者以及通知主人的目的。報(bào)警觸發(fā)后主人趕到可以按下手動(dòng)復(fù)位按鈕停止報(bào)警。2.3各部分元器件選型2.3.1單片機(jī)的選型隨著社會(huì)發(fā)展，大眾對(duì)生活質(zhì)量提出更高標(biāo)準(zhǔn)，智能家居理念也逐漸深入人心，在智能家居領(lǐng)域，最重要的構(gòu)成應(yīng)當(dāng)指的是單片機(jī)，它可分析并傳發(fā)傳感器捕獲數(shù)據(jù)，并且還可以生成驅(qū)使執(zhí)行構(gòu)件的命令。有多個(gè)系列的單片機(jī)，如飛思卡爾、STM32、MSP430、Arduino、89C52等。各種系列產(chǎn)品均有其特點(diǎn)，在具體選擇過程中，必須圍繞實(shí)際情況與要求出發(fā)，通過綜合對(duì)比分析，選取性價(jià)比更高產(chǎn)品。其中，89C52是一款低電壓、性能強(qiáng)大CMOS8位MCU，內(nèi)置4KFPEROM。在1996年，德州儀器公司研發(fā)出了MSP430系列單片機(jī)，并在同年將其推廣到市場內(nèi)，占據(jù)了16位組合信號(hào)處理器的市場份額，擁有損耗少等優(yōu)勢。作為免費(fèi)的電子原型系統(tǒng)，Arduino可迅速上手操作、方便靈活，有軟硬件上的設(shè)計(jì)。飛思卡爾半導(dǎo)體是另外一個(gè)全世界有名的半導(dǎo)體制造設(shè)計(jì)企業(yè)，其專心研究內(nèi)置式單片機(jī)。現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的單片機(jī)系列有兩類，一是STM32系列單片機(jī)，二是51系列單片機(jī)。表2.151和STM32單片機(jī)性能比較51MCUSTM32MCU內(nèi)核51Core，8Bit@2MHzMax，0.06DMIPSARMCortex-M3，32Bit@72MHz，1.25DMIPS地址空間64KB4GB片內(nèi)ROM/RAMROM是2K-64K，RAM是128B-1KROM是20K-1MB，RAM是8K-256K外設(shè)三個(gè)Timer和一個(gè)串口AD，DA，Timer，WWDG，IWDG，CRC，DMA，IIC，SPI，USART等遵從表2.1的內(nèi)容進(jìn)行分析可明確，相較于51系列單片機(jī)，STM32系列單片機(jī)在多個(gè)維度上都好于前者，不過前者最突出的優(yōu)勢是方便上手操作，同時(shí)有突出的易學(xué)性。這次設(shè)計(jì)是引用89C52型號(hào)的芯片，根本的理由是在《單片機(jī)原理與應(yīng)用》這一課程的學(xué)習(xí)中，掌握了這種單片機(jī)的運(yùn)行機(jī)制還有相應(yīng)的應(yīng)用模式，同時(shí)51MCU自身性能可充分滿足本設(shè)計(jì)各項(xiàng)需求，換言之，既能有效解決實(shí)際問題，又能規(guī)避資源浪費(fèi)現(xiàn)象，因此屬于本設(shè)計(jì)理想選擇。除此之外，89C系列產(chǎn)品給大量嵌入式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)帶來了重要支持，積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，即便開發(fā)階段碰到相應(yīng)阻礙，也能準(zhǔn)確、高效進(jìn)行處理，避免影響開發(fā)進(jìn)度。STC的STC89C52RC單片機(jī)經(jīng)常作為一款入門級(jí)單片機(jī)，適合初學(xué)者使用。2.3.2紅外熱釋電傳感器的選型目前有多種型號(hào)可供選擇，主要的有HC-SR501、HC-SR505、SR602等，各型號(hào)產(chǎn)品均有其特點(diǎn)，也有其適用范圍，需要以性價(jià)比為前提，圍繞實(shí)際出發(fā)合理選型。相比之下，HC-SR501、HC-SR505應(yīng)用更加普遍。表1-2是兩者的參數(shù)對(duì)比。表2.2HC-SR501和HC-SR505傳感器參數(shù)對(duì)比HC-SR501HC-SR505靜態(tài)功耗65微安<60uA電平輸出高3.3V，低0V高3.3v、低0v延時(shí)時(shí)間可調(diào)(0.3秒~18秒)默認(rèn)(8秒±30%)觸發(fā)方式L、H分別是不可/可重復(fù)，默認(rèn)是H(跳帽選擇)?？芍貜?fù)(默認(rèn))檢測區(qū)間＜120°錐角，7m內(nèi)。<100°錐角，3m內(nèi)。工作溫度-15~+70度-20~+80℃圖2.2HC-SR501實(shí)物圖圖2.3HC-SR505實(shí)物圖通過全面對(duì)比分析，圍繞實(shí)際需求考慮，本次最終決定選擇HC-SR501來設(shè)計(jì)。HC-SR501具備以下描述的特征：1、因?yàn)榧t外線探頭的根本目的是要采集人體輻射，故要求熱釋器件應(yīng)當(dāng)是在大概100um波長位置的紅外輻射有較為靈敏的探測。2、被動(dòng)紅外探頭，HC-SR501具備2個(gè)相互串聯(lián)或并聯(lián)熱釋單元。所制成兩電極化方向反向，環(huán)境背景輻射對(duì)兩單元效果并無明顯區(qū)別，可使所產(chǎn)生釋電效應(yīng)正常抵消，所以沒有生成信號(hào)。3、若是有不法人員踏進(jìn)探測范圍，人體紅外線輻射會(huì)基于局部鏡面產(chǎn)生匯聚，被兩個(gè)熱釋單元接收，但收到熱量并不一致，存在相應(yīng)差別，無法正常抵消，通過信號(hào)分析產(chǎn)生報(bào)警提示，確保主人及時(shí)察覺危險(xiǎn)隱患，提前做好防范工作。4、菲涅爾濾光片按照性能標(biāo)準(zhǔn)差異，可提供各種焦距(檢測范圍)，借此形成各種監(jiān)控視場，隨著視場不斷增加，控制更密切。5、菲涅爾透鏡擁有兩大功能，其一可以聚焦人體紅外能量投射至熱釋電元件，增加檢測范圍；其二能夠把視場劃分成可見區(qū)和暗區(qū)，使投射能量信號(hào)存在相應(yīng)變化。[9]

3硬件部分設(shè)計(jì)3.1總電路圖根據(jù)以上的方案設(shè)計(jì)和器件選型，我繪制了紅外線防盜網(wǎng)的整體電路圖。圖3.1總電路圖

3.2整體工作流程主要的思路為首先紅外熱釋電傳感器觸發(fā)，然后觸發(fā)紅外對(duì)射傳感器再報(bào)警，這樣可以極大地降低誤報(bào)警觸發(fā)的幾率。報(bào)警的方式采用了多種報(bào)警方式同時(shí)觸發(fā)，包括LED指示燈、蜂鳴器、OLED顯示屏、短信通知等方式。在報(bào)警時(shí)為每個(gè)紅外對(duì)射傳感器標(biāo)有編號(hào)，這樣可以更直觀地得知觸發(fā)報(bào)警的是哪一個(gè)傳感器。圖3.2為應(yīng)用場景模擬圖，其中P1HC-SR501，P2-4是紅外對(duì)射傳感器（數(shù)量按實(shí)際需求來定）。圖3.2紅外對(duì)射傳感器不同的放置方案方案（1）：紅外對(duì)射傳感器與紅外熱釋電傳感器在Y軸方向依次排列，適用于走廊、過道等狹長的范圍，此時(shí)可以通過報(bào)警的紅外對(duì)射傳感器的編號(hào)來得知入侵者向前行進(jìn)的路程。方案（2）：紅外對(duì)射傳感器與紅外熱釋電傳感器在同一平面中依次排列，即較為通常意義上的防盜網(wǎng)，適用于大門口或墻邊。方案（3）：以方案（1）中的樣式為一組，紅外對(duì)射傳感器圍繞被保護(hù)物體展開，每一面上都有一組，根據(jù)不同的面修改報(bào)警的標(biāo)號(hào)。這樣可以輕松知道是物體的哪一面遭到入侵，適用于保護(hù)展覽中的貴重物品等。3.3ST89C52單片機(jī)系統(tǒng)ST89C52屬于一款低功耗、性能強(qiáng)大MCU，當(dāng)下在MCU市場占據(jù)重要地位，依托功能、性能兩方面優(yōu)勢，受到廣大用戶認(rèn)可和青睞，而且完全符合本設(shè)計(jì)要求。3.3.1晶振電路和復(fù)位電路MCU最小系統(tǒng)主要有時(shí)鐘、復(fù)位電路，是芯片內(nèi)最基礎(chǔ)的成分，圖3.2描述了結(jié)構(gòu)成分。圖3.2MCU最小系統(tǒng)原理框圖(1)時(shí)鐘電路MCU時(shí)鐘信號(hào)可由芯片內(nèi)的時(shí)鐘回路生成，也支持從外部連接。圖3.3呈現(xiàn)的是內(nèi)部時(shí)鐘回路。只需外接晶振，便能形成時(shí)鐘信號(hào)。各MCU系統(tǒng)均存在晶振，搭配MCU內(nèi)部電路，形成MCU所需時(shí)鐘頻率，如果該值較大，那么MCU運(yùn)行較快，反之亦然。時(shí)鐘能夠來自內(nèi)、外部，由XTAL1、XTAL2外接定時(shí)元件，內(nèi)部晶振會(huì)出現(xiàn)自激振蕩。[10]圖3.3ST89C52內(nèi)部時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路擬定按鍵是通過VCC連接上MCU的管腳9來操作，按鍵閉合的情況下，管腳9是高電位，并且MCU內(nèi)部的RST管腳采集量兩時(shí)鐘周期高電位后就可完成復(fù)位操作，讓系統(tǒng)迅速返回初始態(tài)，確保用戶可以正常使用。具體電路圖如下圖3.4所示。圖3.4ST89C52復(fù)位電路3.4紅外對(duì)射傳感器模塊它主要由紅外發(fā)射電路和紅外接收電路組成，紅外線發(fā)射管陽極接5V電壓，陰極接到單片機(jī)P2.1~2.3口，正常通電后，MCU中P1口設(shè)置成輸出，若都是“0”所有二極管都會(huì)導(dǎo)通，產(chǎn)生紅外光，覆蓋接收電路相應(yīng)區(qū)域。紅外接收電路顧名思義負(fù)責(zé)接收環(huán)節(jié)，一般來講可正常接收，若是出現(xiàn)入侵者，會(huì)造成阻擋情況，便無法正常接收紅外線，此刻將確認(rèn)異常必須報(bào)警，通過MCU控制產(chǎn)生報(bào)警提示，方便用戶及時(shí)察覺危險(xiǎn)隱患。紅外接收電路中含有一個(gè)npn三極管用作反相器，無阻擋情況下能夠接收紅外線且導(dǎo)通，+5V電源經(jīng)接收管正極流至npn三極管輸入端，經(jīng)反相輸出置低[11]；若出現(xiàn)非法闖入造成阻擋情況，接收端立即截止，輸入端置低，經(jīng)反相輸出置高。圖3.5紅外對(duì)射傳感器模塊的內(nèi)部電路3.5紅外熱釋電傳感器模塊HC-SR501作為一款基于紅外線技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品，通過德國LHI778探頭制成，靈敏度與穩(wěn)定性好，超低電壓運(yùn)行，目前被各種自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)施普遍使用，特別是其中一些選擇干電池作為電源產(chǎn)品，都能發(fā)現(xiàn)HC-SR501身影。觸發(fā)形式： L、H分別是不可/可重復(fù)。能跳線選通，默認(rèn)是H。A.不可重復(fù)式：感應(yīng)輸出高電平，等待相應(yīng)時(shí)間自動(dòng)置低。B.重復(fù)式：感應(yīng)輸出置高，等待過程中，若感應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)人類，那么輸出持續(xù)置高直至無人情況下，等到相應(yīng)時(shí)間會(huì)置低(HC-SR501感測人類出現(xiàn)后將自動(dòng)順延延時(shí)，同時(shí)將最后出現(xiàn)時(shí)間定義成延時(shí)起點(diǎn))。圖3.6HC-SR501觸發(fā)方式可調(diào)封鎖時(shí)間與測距范圍：1、可調(diào)測距范圍，借此滿足更多場景應(yīng)用需求，避免操作受限。2、封鎖時(shí)間：HC-SR501各次感應(yīng)輸出后（電平由高置低），能夠立即設(shè)置1個(gè)封鎖時(shí)間，該時(shí)段不接受感應(yīng)信號(hào)。這項(xiàng)功能支持(感應(yīng)輸出與封鎖時(shí)間)兩者間隔運(yùn)行，能用在間隔感測工具上；還能抑制負(fù)載切換階段各類干擾因素。(默認(rèn)封鎖2.5S)注：分別調(diào)節(jié)距離、延時(shí)兩種電位器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)距離、延時(shí)均會(huì)變長（分別是7m左右、300S左右），相反均會(huì)變短（分別是3m左右、0.5S左右）。圖3.7HC-SR501調(diào)節(jié)旋鈕3.5鍵盤電路MCU具備有兩類外設(shè)鍵盤，即矩陣鍵盤、獨(dú)立鍵盤，考慮此次實(shí)驗(yàn)要使用的按鍵總數(shù)較少，基于占據(jù)資源、鏈接形式的維度分析，此次引用了外部接入的獨(dú)立鍵盤的形式。按鍵電路如下圖3.5所示。圖3.8按鍵電路參考上圖來進(jìn)行論述，獨(dú)立鍵盤兩邊會(huì)與單片機(jī)的輸入輸出端口及地線進(jìn)行連接，按下按鍵后，輸入輸出端口的高電位會(huì)跳變至低電位，以此來判定按鍵有無閉合。3.6報(bào)警電路3.6.1聲音報(bào)警電路蜂鳴器是極為普遍的發(fā)聲元件，在大眾生活中是非常常見的.按照接入到蜂鳴器信號(hào)的差異化,可劃分成兩種類型,一是無源式，二是有源式，為達(dá)成運(yùn)行的需要，本次選擇前者來實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖3.9所示。圖3.9聲音報(bào)警電路開關(guān)是PNP三極管，并且是低電位的情況下工作，限流電阻是有10K的阻值，若是三極管基極采集到源自MCU的低電位信號(hào)時(shí)就能連通工作，蜂鳴器立即動(dòng)作，發(fā)出提示聲，相反正常截止，不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作，沒有提示聲。3.6.2燈光報(bào)警電路相較于一般的二極管，LED燈同樣也有單向?qū)щ姷奶卣?，不過因?yàn)轵?qū)使發(fā)光二極管的工作電壓并不高，故在應(yīng)用時(shí)要接入限流電阻。LED燈便是LED主要應(yīng)用形式，相較傳統(tǒng)燈具而言，具備如下說明的特性：1）保護(hù)環(huán)境；2）應(yīng)答速度快；3）節(jié)省能源；4）支持在高速率開關(guān)形態(tài)下運(yùn)行。詳細(xì)回路參考以下，MCU的P0.1、P0.4、P0.7分別相應(yīng)是控制操作紅、綠、黃燈，鑒于在3V電壓狀態(tài)下，LED燈才可運(yùn)行，故R4-R6是限流電阻，功能是防護(hù)是防護(hù)LED燈。因?yàn)轵?qū)使LED綠燈的電流要超過紅燈，故而在限流電阻上，綠燈前的不能超過紅燈前的，最終LED燈是在低電位的情況下有效，圖3.10是詳細(xì)的電路接線。圖3.10燈光報(bào)警電路3.7電源供電模塊外界電源要提供電能的自鎖開關(guān)是通過DC端口來實(shí)現(xiàn)的，自鎖開關(guān)閉合的情況下，整個(gè)回路導(dǎo)通，若是自鎖開關(guān)打開的條件下，是沒有獲電的狀態(tài)下，下圖呈現(xiàn)的內(nèi)容就是供電電路。圖3.11供電電路3.8GSM模塊圖3.12GSM模塊結(jié)合上圖進(jìn)行說明，GSM模塊主要把GGSM射頻/基帶處理芯片、功放等集成到1塊線路板實(shí)現(xiàn)，擁有單獨(dú)OS、GSM射頻/基帶處理以及規(guī)范接口模塊。在實(shí)踐應(yīng)用方面，擁有基于GSM網(wǎng)絡(luò)通信的各種功能，譬如傳輸SMS短信，語音交流，GPRS通信等，可滿足本設(shè)計(jì)要求。3.9OLED模塊圖3.13OLED模塊OLED(organicLight-EmittingDiode），中文名是有機(jī)發(fā)光二極管。OLED顯示技術(shù)存在自發(fā)光特性，通過較薄有機(jī)材料涂層與玻璃基板制成，一旦電流流過，材料便發(fā)光。OLED顯示屏可視角大、功耗少，此外OLED還擁有自發(fā)光、無須背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、快速反應(yīng)、適用溫度區(qū)間大等良好特性。先考察1286屏均為LCD，要求背光、功耗偏大，但OLED功耗偏小，更有利于滿足小系統(tǒng)需求。二者發(fā)光材料有所差異，各種場景下OLED表現(xiàn)更出色，因此更適合本次設(shè)計(jì)。引腳定義：VCC：電源正極；GND：電源地；SCL：IIC時(shí)鐘線；SDA：IIC數(shù)據(jù)線。

4軟件部分設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖在設(shè)計(jì)匯編程序前，先要對(duì)本系統(tǒng)整體的框架進(jìn)行描繪編制，實(shí)際內(nèi)容參考下圖知悉。圖4.1主程序流程圖具體代碼見附錄

5proteus仿真5.1proteus軟件介紹Proteus是能針對(duì)MCU還有自身外設(shè)回路實(shí)施仿真的應(yīng)用程序，這就是其和別的EDA工具的不同，并且這個(gè)程序還可完成設(shè)計(jì)PCB電路板等作用，并能識(shí)別keil中的多元化編譯器。5.2仿真電路圖如下是仿真電路圖，其雛形是AD電路圖，描繪仿真實(shí)物圖是在Proteus7.2應(yīng)用程序內(nèi)，同時(shí)完成模擬試驗(yàn)。圖5.1仿真電路圖5.3仿真結(jié)果調(diào)試5.3.1電路的檢查以及軟件的下載第一項(xiàng)操作是要對(duì)電路接線進(jìn)行查驗(yàn)，因?yàn)槌跏紤?yīng)用這個(gè)程序時(shí)較為陌生，無法猶如AD應(yīng)用程序一般通過網(wǎng)絡(luò)編號(hào)的方式來完成接線，認(rèn)定只需這些接線就能夠現(xiàn)聯(lián)通，故一開始的接線交接混亂，又因?yàn)槎喾N連線的交接引發(fā)有部分位置未連接，故初始情況下沒能成功的完成模擬。對(duì)有關(guān)的差錯(cuò)進(jìn)行修正后，通過網(wǎng)絡(luò)編號(hào)來接線局部回路，讓電路圖更加的精簡易懂。結(jié)束接線電路圖操作后，要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行雙擊，使得其可自行載入軟件程序，具體內(nèi)容參考圖5.2，同時(shí)在ProgramFile位置選用前期已完成的程序編碼加以燒錄。圖5.2軟件下載界面5.3.2仿真測試結(jié)果按下開始按鈕后彈出模擬短信接收界面的彈窗，同時(shí)OLED顯示屏中顯示“沒有人”字樣，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.3點(diǎn)擊開始后的仿真界面此時(shí)按下布防按鈕OLED顯示屏顯示“布防”提示，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.4按下布防按鈕后OLED的顯示情況當(dāng)紅外熱釋電感應(yīng)到有人經(jīng)過以后（用按鍵按下來模擬有人經(jīng)過時(shí)的狀態(tài)），OLED顯示屏中的“沒有人”字樣調(diào)整為“有人”，但是不觸發(fā)報(bào)警，僅表示有人經(jīng)過，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.5紅外熱釋電感應(yīng)到人以后OLED的顯示情況此時(shí)若紅外對(duì)射傳感器感應(yīng)到入侵，則報(bào)警器觸發(fā)報(bào)警，指示燈亮，蜂鳴器響，OLED顯示屏顯示遭到入侵的紅外對(duì)射傳感器的標(biāo)識(shí)，同時(shí)GSM模塊發(fā)送短信至預(yù)設(shè)的手機(jī)號(hào)進(jìn)行通知。若觸發(fā)的紅外對(duì)射為一號(hào)，則報(bào)警內(nèi)容為“一號(hào)遭到入侵”。圖5.6紅外對(duì)射也感應(yīng)到人時(shí)進(jìn)行報(bào)警同理，當(dāng)其他紅外對(duì)射遭到入侵時(shí)同樣進(jìn)行報(bào)警，指示燈亮，蜂鳴器響。圖5.7當(dāng)紅外對(duì)射均遭到入侵時(shí)的報(bào)警若按下布防鍵后紅外熱釋電未感應(yīng)到人但紅外對(duì)射傳感器遭到入侵則不報(bào)警，指示燈不亮，蜂鳴器不響。圖5.8只有紅外對(duì)射觸發(fā)時(shí)不報(bào)警若未進(jìn)行布防而兩種傳感器均遭到觸發(fā)時(shí)依舊不報(bào)警。若按下手動(dòng)報(bào)警按鈕則聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，指示燈亮，蜂鳴器響，OLED顯示屏提示入侵，但不會(huì)發(fā)送短信。圖5.9按下手動(dòng)報(bào)警按鈕后的狀態(tài)5.3.4仿真結(jié)果整理對(duì)仿真測試的結(jié)果進(jìn)行匯總和整理。表5.1仿真測試結(jié)果匯總測試動(dòng)作實(shí)現(xiàn)結(jié)果初始狀態(tài)。OLED顯示“沒有人”，指示燈不亮，蜂鳴器不響。按下“布防”按鈕。OLED顯示“布防”字樣。布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人。OLED中“沒有人”變?yōu)椤坝腥恕?，指示燈不亮，蜂鳴器不響。布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人且紅外對(duì)射感應(yīng)到人。OLED顯示“X號(hào)遭到入侵”，指示燈亮，蜂鳴器響，并發(fā)送短信“X號(hào)遭到入侵”。布防狀態(tài)下熱釋電未感應(yīng)到人但紅外對(duì)射感應(yīng)到人。OLED仍舊顯示“沒有人”，指示燈不亮，蜂鳴器不響。非布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人。OLED中“沒有人”變?yōu)椤坝腥恕?，指示燈不亮，蜂鳴器不響。非布防狀態(tài)下熱釋電感應(yīng)到人且紅外對(duì)射感應(yīng)到人。OLED無變化，指示燈不亮，蜂鳴器不響（布防相當(dāng)于第二重開關(guān)）。任意狀態(tài)下按下手動(dòng)報(bào)警按鈕。OLED顯示“有人”且紅外對(duì)射傳感器全顯示遭到入侵，指示燈亮，蜂鳴器響，不發(fā)短信。5.3.4仿真中出現(xiàn)的問題鑒于并未高度了解應(yīng)用Proteus程序，并不熟練這個(gè)應(yīng)用程序的使用，初期上手的過程中產(chǎn)生了不少低端的操作。就和前文論述的一樣，沒有通過網(wǎng)絡(luò)編號(hào)來與電路圖進(jìn)行接線，讓電路圖的連接極為錯(cuò)綜繁雜。還有之前沒有說過的差錯(cuò)，涵蓋了沒有查找到各種器件，如LED燈、按鍵、電阻等。沒有接線5V工作電源及地線，造成初期調(diào)節(jié)測試的過程中沒有產(chǎn)生設(shè)想的現(xiàn)象，耗費(fèi)較長的周期來檢測電路接