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1、侈 fe电子系统设计课程考查报告题目基于单片机的红外报警系统设计授课教师学生姓名学 号专 业教学单位物理系完成时间2012年6月30日 摘要1序论12系统方案设计22.1总体设计思路23系统硬件设计介绍33.1 AT89C51简介33.2热释电红外传感器简单介绍44具体电路模块设计54.1热释电红外传感器原理54.2放大电路的设计54.3时钟电路的设计64.4复位电路的设计64.5发光二极管报警电路的设计74.6声音报警电路的设计84.7电源电路模块84.8系统硬件电路的选择及说明95系统软件设计95.1主程序工作流程图95.2中断服务程序工作流程图106软件仿真117总结118参考文献13致
2、谢14附录115DirectoryAbstract11 Julian12 Scheme design22.1 General design thought23 Introduction of the systemhardware design33.1 AT89C51 introduction33.2 Pyroelectric infrared sensor is introduced simply44 Specific circuit design54.1 Pyroelectric infrared sensor principle54.2 Amplifying circuit design5
3、4.3 The clock circuit design64.4 Reset circuit design 64.5 Leds alarm circuit design74.6 Voice call the police circuitdesign 84.7 Power circuit module84.8 The choice of system hardware circuit 95 System software design95.1 The main program flow chart95.2 The interrupt service routine work flowchart1
4、17Summary118Reference13Thanks14Appendix 15基于单片机的红外报警系统设计朱玉亭（德州学院物理系,山东德州253023）摘要基于社会安全保障的需要，电子报警这门综合技术正在不断的发展。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，便于多用户统一 管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。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AT89C51,整个系 统是在系统软件控制下工作
5、的，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。此外， 在电子防盗、人体探测等领域中，热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点 而受到广大用户和专业人士的欢迎。关键词：单片机；红外传感器；数据采集；报警电路1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。而本设计中所使用的红外线
6、是不可见光，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。这种热释电红外传感器能以非接 触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，热释电红外传 感器既可用于防盗报警装置，也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。红外线报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动 发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探 头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报 警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检 测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。
7、物理学 上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物 体都能发出红外线。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线 报警器对温度敏感，温度越高的物体辐射出的红外线越强，当感应到环境中存在 高出背景强度的辐射时,就触发反警。2系统方案设计2.1总体设计思路本系统采用了热释电红外线传感器，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。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器
8、 内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。 但人体移动时，两元件极化程度不同，净输出电压不为0,从而达到了探测移动 人体的目的。进程框图如图2.1所示。开始二确定设计方案软硬件设计联机仿真调试故障排除图2. 1本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 警等子模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、报警器、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
9、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、软件设计等几个 阶段。从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报 警电路、单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如 图2. 2总体设计框图所示：图2. 1总体设计框图处理器采用51系列单片机AT89C5E整个系统是在系统软件控制下工作的。 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AT89C51单片机。在单 片机内，
10、经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动电 路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟10s 一段时间 后自动解除，也可人工手动解除报警信号，当警情消除后复位电路使系统复位， 或者是在声光报警10s钟后有定时器实现自动消除报警。3系统硬件设计介绍3.1 AT89C51 简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能 CMOS 8 位 微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存 储器的
11、单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用 ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS. 51指令集和输出 管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的 AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图4. 1所示。3.2热释电红外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
12、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。如图3. 1示为热释电红外传感器的内部电路框图。图3. 1热释电红外传感器的内部电路框图PIR的原理特性：热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测 元件，在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串 联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外 辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为9. . 10um,而探测元件的波长灵敏度在 0. 2. . 20um范围内几乎稳定不变。在传
13、感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗 口，这个滤光片可通过光的波长范围为7. .10um,正好适合于人体红外辐射的探 测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测 人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面 聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同 不能抵消，经信号处理而输出电压信号。4具体电路模块设计4.1热释电红外传感器原理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3所示，在VCC电源端利用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
14、，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。如图4. 1所示。图4. 1热释电红外传感器原理图4.2放大电路的设计如图6所示为最基本的放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大的电压信号。如图4. 2所示。VCCC3100pFR91K1KC4lOOpFGNDC5lOOpFQ3 卜 2N3904GND图4.2放大电路图4.3时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为 片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2 应不接。因为一个机器周期含有6个状态
15、周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所 以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12MHZ, 一个振荡周期为l/12us,故而一个机器周期为lus5o如图4. 3所示。C120pF IIY1C220pF图4. 3时钟电路图4.4复位电路的设计复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作 以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作6。 例如使用晶振频率为12MHz则复位信号持续时间应不小于2us7o本设计米用的是外部手动按键复位电路。如图4. 4所不S1+5o oSW-PBC310pFGND-|Wk*R211KR3II图4. 4复位电路图4.5发光二极管报警电路的设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC,当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用8。如图4. 5所
