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1、 摘摘 要要随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。同时它的信号经过单片机系统处理后方便和机通信，便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件
2、设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED 控制电路等部分组成。处理器采用 51 系列单片机AT89S51。整个系统是在系统软件控制下工作的。系统程序可以划分为以下几个模块：数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，经放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出 TTL 电平至 AT89S51 单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。关键词：报警电路、单片机、红外传感器、数据采集目目
3、 录录绪 论1 1 无线报警器系统总体设计2 1.1 系统概述 .2 1.2 主要器件介绍.3 1.2.1 热释电红外传感器概述 .3 1.2.2 AT89S51 单片机概述.7 1.3 总体设计 12 2 无线报警器系统硬件设计.12 2.1 系统工作原理图12 2.2 信号检测与放大电路 .13 2.2.1 电路实现功能 13 2.2.2 电路图图 2-1 信号检测与放大电路 13 2.2 LED 显示电路14 2.3.1 电路实现功能 14 2.3.2 电路图 14 2.3.3 电路实现原理 15 2.3 报警执行电路 .15 2.4.1 电路实现功能 15 2.4.2 电路图 18 2
4、.4.3 电路实现原理 16 2.4 手工暂停162.5.1 电路实现功能 16 2.5.2 电路图 16 2.5.3 电路工作原理 17 2.5 单片机控制晶振与复位电路172.6.1 电路实现功能： 17 2.6.2 电路图： 17 2.6.3 电路工作原理 17 3 无线报警器系统软件设计.20 3.1 流程图21 3.2 主程序设计 20 4 系统调试.30 结论和展望.31 心得体会.34 参考文献.34附录.34绪论绪论随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，因而对防盗措施提出了新的要求。 本设计就是为了满足现代住
5、宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而我所研究的防盗报警器采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和 PC 机通信，便于多用户统一管理和用户操作。近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人民的生活水平有了很大提高，各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有，然而一些不法分子也是越来越多。因此，
6、越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问题，但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构，价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器，红外监控无线报警器，超声波防盗报警器，红外线防盗报警器高灵，敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声先报警器而本产品选择的是被动
7、式热释电型红外报警器。此外，在电子防盗、人体探测等领域中，红外探测器、以其价格低廉、技术性能稳定等特点也受到广大用户和专业人士的欢迎。1 1 无线报警器系统总体设计无线报警器系统总体设计1.11.1 系统概述系统概述 本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便和 PC 机通信，便于多用户统一管理和用户操作。 该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警和显示等模块子函数。电路结构做成可划分为：热释电红外传感器、家庭智能报
8、警器、单片机控制电路、LED 控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地显示、本地报警等功能。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试等几个阶段，就本设计来说也包括这些过程。它们的进程框图如图 1-1 所示。图 1-1 单片机应用系统研制过程框图1.21.2 主要器件介绍主要器件介绍1.2.1 热释电红外传感器概述
9、1） PIR 传感器简单介绍热释电红外线(PIR)传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动检测等。自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。其特点如下：目标物体的辐射能
10、量随温度的升高而增大。开始明确任务选机型，划分软、硬件硬件研制软件设计联机仿真调试排出故障、修正软件固化程序、应用系统独立运行完成研制随着温度的升高，物体辐射能量的峰值向短波方向移动，其变化符合维恩定律。相同温度下，不同目标物体的辐射能量是不同的。热释电传感器的输出信号直流电平为 1V，幅度为 1MV 的交流信号。改信号通过热释电传感器内部场效应的源极输出。热释电红外传感能区别运动着的生物和飘落的物体（主动式红外传感器无法鉴别出运动中的物体是生物，还是其他非生物）2） PIR 结构特性及安装图 1-2 PIR 结构 图-2 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极，端接电
11、源负极，端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电
12、红外传感器的探测元上时，电路中的传感器将输出电压信号，然后使该信号先通过一个由 C1、C2、R1、R2 组成的带通滤波器，该滤波器的上限截止频率为 16HZ，下限截止频率为 0.16HZ。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱（通常仅有 1MV 左右），而且是一个变化的信号，同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式（脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定,通常为 0.110HZ），所以应对热释电红外传感器输出的电压信号进行放大。本设计运用集成运算放大器 LM324 来进行两级放大，以使其获得足够的增益。本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如 图
13、1-3 所示, 在 VCC 电源端2利用 C1 和 R2 来稳定工作电压，同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时，电荷信号经过 FET 放大后，经过 C2，R1 的稳压后使输出变为高电位，再经过 NPN 的转化，输出 OUT 为低电平。RSY2 Y1R1 R2C2C1R3R4 Q2 NPNQ1FETVccVCC 3v12vOUT图 1-3 热释电红外传感器原理图红外线热释电人体传感器只能安装在室内，其误报率与安装的位置和方式有极大的关系。正确的安装应满足下列条件：1、红外线热释电传感器应离地面 2.0-2.2 米。2、红外线热释电传感器远离空调, 冰箱，火炉等空气温度变化敏
14、感的地方。3、红外线热释电传感器探测范围内不得隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物。4、红外线热释电传感器不要直对窗口，否则窗外的热气流扰动和人员走动会引起误报，有条件的最好把窗帘拉上。红外线热释电传感器也不要安装在有强气流活动的地方。红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。1.2.2 AT89S51 单片机概述AT89S51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，
15、片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和 128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用 Atmel 公司的高密度、非易失性存取技术生产，兼容标准MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（CPU）和 Flash 存储单元，功能强大。AT89S51 单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。图 3-1 为 AT89S51 单片机的基本组成功能方块图。有图可见，在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器/计数器、串行口等，各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要
16、部分。外时钟源 外部事件数振荡器和时序 OSC程序存储器 4 KB ROM数据存储器 256 B RAM/SFR定时器/计数器 2 16 AT89S51CPU 64 KB 总线 扩展控制器可编程 I/O可编程全 双工串行口内中断外中断 控制 并行口 串行通信图 1-4 AT89S51 功能方块图（1）. 中央处理器（CPU）中央处理器是单片机最核心的部分，是单片机的大脑和心脏，主要完成运算和控制功能。AT89S51 的 CPU 是一个字长为 8 位的中央处理单元，即它对数据的处理是按字节为单位进行的。（2）. 内部数据存储器（内部 RAM） AT89S51 中共有 256 个 RAM 单元，但其中能作为寄存器供用户使用的仅有前面128 个，后 128 个被专用寄存器占用。（3）. 内部程序存储器（内部 ROM）AT89S51 共有 4 KB 掩膜 ROM，用于存放程序、
