红外热释防盗报警器的设计和实现 通信技术专业.doc

论文（设计）题目：红外热释防盗报警器的设计 摘 要 现如今社会在飞速地发展，促进了各种高新技术治疗的有效融合，使得人们的生活发生了翻天覆地的变化。有些人喜欢购置很多相应的高科技产品，因此对于人们的生活来说，高科技产品的应用也开始扮演着重要的角色。所以，他们格外关注环境的有关安全性，尤其是家庭住房的安全性，他们非常期待相应的高科技产品的到来。对于城市来说，他们的社区都有相应的安保人员，然而很多农村是没有的。所以，在住房里设置报警系统能够确保人们的安全。本设计所做的内容就是通过热释电红外传感器来实施报警与监测。 这种传感器有很多优点，例如稳定的防盗性能，便于安装，成本很低，制造十分简单，安全可靠，灵敏度很高以及很强的抗干扰能力。另外，可以安装地很隐蔽，不易被盗贼察觉，除此以外可以多人管理。本设计主要涉及软件与硬件两个部分:对于硬件部分主要有LED控制，驱动器执行报警，红外探针以及单芯片控制这四个模块。相应的处理器所采用的是51系列单片机STC89C52，使用C语言编写相应的程序。 关键字：热释电红外传感器，STC89C52，报警器 一、摘要 2 二、设计任务分析 1 三、技术方案的详细设计（实施） 2 3.1本系统的设计方案 2 3.1.1系统概述 2 3.2硬件电路设计 2 3.2.1红外感应部分 3 3.3单片机部分 8 3.3.1 STC89C52单片机简介 8 3.3.2 单片机最小系统 9 3.3.3按键控制电路 10 3.3.4指示灯和报警电路 11 3.4软件的程序实现 11 3.4.1主程序工作流程图 11 3.5 报警判断程序 13 3.6 程序编写与调试 13 3.7硬件调试和调试中遇到的问题20 四、总结评价 20 致谢 21 参考文献 21 附件一：总体原理图设计 22 附件二：实物图 23 附件三：程序源代码 23 一、引言 随着社会的不断进步，促进了科技的进一步发展，使得电子电器行业飞速发展，人们的生活质量也被大大改善。大多数家庭或多或少地拥有着很多贵重物品以及高端家电。因此，盗窃行为就随之产生了。很多家庭对自己的财产不太警觉，所以使得盗窃现象越来越严重。现如今，很多家庭已经开始意识到了财产安全问题。尽管报警系统能够解决上述的盗窃问题。然而，在我国市场中，很多报警系统都是专门为那些重要的机构服务的。因此其相应的价格也是十分昂贵的，普通百姓无法承受。倘若能够发明一个智能的，可靠的，成本很低的报警系统，就会在很大程度上保证人们的私人财产的安全。由于红外光属于不可见光，另外其隐蔽性也很好，因此其经常用在相应的警示与防盗装置中。该设计主要涉及两种电路:硬件与软件。对于硬件部分，主要是由单片控制以及红外传感这两个部分构成的。整个电路系统是由以下几个部分构成的，即单片机控制电路，传感器模块以及电源部分，其中，单片机是由以下几个子模块构成的，即报警电路，指示电路以及最小系统等。相应的热释电红外传感器负责主要的工作，利用单片机进行信息采集，处理数据，传输数据，最终输送到相应的报警模块。本设计的核心是微控制器。对于单片机控制系统来说，其也有硬件与软件两个部分。对于硬件部分主要有，外围应用电路，输入与输出设备以及单片微计算机。这种软件是通过编写程序对输入信号进行控制的。 二、设计任务分析 1.本设计的设计内容主要是硬件和软件这两个部分。该模块主要有以下几个部分组成，即报警提示，按钮设置以及数据采集等。 2.相应的红外报警系统是由以下几个部分组成的，即软件，LED指示电路，单片机控制电路，蜂鸣器以及热释电红外传感器。 3.该系统可以实现下述一些功能：倘若有人外出，则将报警系统设置成相应的防卫状态，此时探测器就进行有关工作，只要有人闯进，相应的传感器就能够感应到，这时位于监测点中的红外探头就会辐射出相应的红外光谱，之后在利用相应的红外热电模块将其转变为电信号，随后向STC89C52微控制器发送TTL电平。经由单片机处理以后，就会启动警报电路，从而发出相应的警笛声。 三、技术方案的详细设计（实施） 3.1本系统的设计方案 3.1.1系统概述 1.系统设计简介 该系统使用的传感器有很多优点，例如稳定的防盗性能，便于安装，成本很低，制造十分简单，安全可靠，灵敏度很高以及很强的抗干扰能力。另外，可以安装地很隐蔽，不易被盗贼察觉，人们操作也很简单。 通常情况下，通过相应的双元件传感器来检测正在移动的人。在其内部存在两个反相连接的敏感元件，倘若人们处于静止状态时，这两个敏感元件就会互相抵消。但是只要当人体稍微移动，就会造成两个敏感元件极化不同，另外其输出的净电压也不为零，这样就能够检测人体是否在移动。 本设计的设计内容主要是硬件和软件这两个部分。该模块主要有以下几个部分组成，即报警提示，按钮控制以及数据采集等。相应的电路结构由以下几个部分构成，即LED指示灯，单片机控制电路，蜂鸣器以及热释电红外传感器。 3.2硬件电路设计 该设计的设计内容是硬件与软件部分。 :该设计主要包括以下三大系统，即报警系统、STC89C52单片机以及红外传感部分，相应的设计框图见图3-1： 电源开关 红外感应 STC89C52 单片机 复位电路 LED指示灯 报警电路 按键控制 图3-1 总体设计框图 该处理器所选择的是51系列这种单片机里相应的STC89C52芯片。相应的系统软件控制整个系统的工作。位于监测点上的红外探头能够把相应的红外光谱通过红外热电模块转换成电信号，将TTL电平发送到STC89C52单片机。然后单片机将查询，识别以及判断相应的信息，随后输出相应的入侵报警的控制信号，最后报警指示灯与蜂鸣器发出警报。 3.2.1红外传感部分 3.2.1.1 电源模块 该系统的额定电压是4.5V，因此只需要将三个1.5V的干电池连接即可，或者是用电脑与充电宝提供电源，在最后将其和电源模块的接口相连接。 3.2.1.2 热释电传感器 这种传感器（以下简称 “PIR”）是于上世纪八十年代研发出来的，其是一个十分灵敏的探测器。其无需和人体接触就能检测到相应的红外能量，另外还能够转换成对应的电压信号并输出。对该电压信号进行放大，能够驱动所有的控制电路，譬如自动观察、防盗火警以及控制电源开关等，由人体辐射出来的红外波长通常是9~10-um，而相应的检测元件波长通常在0.2~20-μm之间。在传感器的顶部还设置了具有滤光镜的一个窗口。其能够通过的光的波长范围是7~10μm，和人体辐射出来的红外光的波长很吻合，因此能用于检测人体的辐射。热释电红外传感器是系统的核心，仅仅它能够感知人体辐射出来的红外。详见图3-2。 图3-2热释感应传感器 3.2.1.3 菲涅耳透镜 该透镜好比是传感器中的“玻璃”。其和人的眼睛有着一样的功能。因此能不能正确地进行使用直接影响其使用功能的发挥。不合理的操作与使用会使得开发人员与用户对其失去信心。其能够实现把检测到的相应的红外线全部输送到传感器中。其有着各种各样的焦距，因此监视范围也很广泛。监视的范围越大，效果越好。详见图3-3. 图3-3 菲涅耳透镜 3.2.1.4 BISS0001芯片简介 该芯片是用来处理相应的传感信号的集成电路。该芯片用来处理传感器发送的信号，因此它的静态电流很小，其工作电压也很小在3V-5V之间。如果电压是5V ，就会输出10MA的电流。其含有少量的外围元件以及PIR，因此产生了无源PIR。其通常用在自我控制以及安全等领域。其有16个引脚的有关集成模块。芯片的内部框图见图3-4。表1为相应的引脚功能。 图3-4 BISS0001内部框图 引脚 　名称 I/O 功能说明 1 A I 触发选择是可重复还是不可重复的。如果A值为“1”，说明可以重复触发；否则就为不可重复触发。 2 VO O 对输出信号进行控制。以VS为起点，倘若Vo输出从低电平转换成高电平，则是有效触发。如果相应的输出延迟的时间Tx外部，另外VS没有上跳，那么Vo将一直处于低状态。 3 RR1 -- 相应的输出延迟时间Tx的调节端 4 RC1 -- 相应的输出延迟时间Tx的调节端 5 RC2 -- 相应的触发封锁时间Ti的调节端 6 RR2 -- 相应的触发封锁时间Ti的调节端 7 VSS -- 其是工作电源的负端，通常接的是0V 8 VRF I 复位输入与参考电压。一般情况下，与VCC相连，当其为“0” 时，能够对定时器进行复位。 9 VC I 其是触发禁止的一端。如果Vc> VR（VR≈0.2VDD），那么就能够触发 10 IB -- 利用RB将运算放大器偏置电流设定端子和VSS端子相连接，相应的RB值为1M。 11 VCC -- 对应的是工作电源的正端，电压范围是3~5V 12 2OUT O 第二级运算放大器对应的输出端 13 2IN- I 第二级运算放大器对应的反相输入端 14 1IN+ I 第一级运算放大器对应的同相输入端 15 1IN- I 第一级运算放大器对应的反相输入端 16 1OUT O 第一级运算放大器对应的输出端 表1：管脚说明图 从上图中我们能够得到，BISS0001由以下几个部分构成的数模混合ASIC，即参考时间，延迟时间计时器，状态控制器，电压比较器以及运算放大器。其能够用在很多延迟控制器与传感器中。在实际应用中，相应的运算放大器OP1能够产生传感信号并对电路进行预处理从而放大信号。接着，其又和OP2相耦合，进行第二级信号放大。另外，当DC电位升至和VM相等后，对其进行监测，这样就能触发信号Vs。因为VL≈0.3VDD与VH≈0.7VDD，因此当VDD=5V时，就能够很好地抑制住在±1V范围之内的噪声的影响，另外能够使得系统的可靠性提升。对于COP3为条件比较器，如果Vc> VR，那么其将输出高电平，随后进入一个延迟时段。倘若A和“0”电平相连接，那么在相应的Tx时间段内，V2的变化可忽略，一直到该时间断结束为止，这就是不可重复触发。在这个时间段结束以后，Vo将要跳到低电平，与此同时，其将要开启锁定时间这一计时器，随后进入Ti这一锁定时间段。在负载切换期间形成的所有干扰都能被很好地约束，这得益于在Ti时间内，Vo都无法跳转到高电平。即使V2发生改变。如果可重复触发模式中出现的波形是处于Vo=“0”，A =“0”的波形，那么信号Vs将无法触发Vo，使其进入激活状态。当波形是处于Vc =“1”，A =“1”，这时，信号Vs能够反复地触发Vo维持在激活状态。若在Tx的时段中，这种Vo信号能够一直保持有效果。同时，如果上述的Vs信号发生跳跃，那么从Vs信号开始转换的时间算起，Vo信号能够保持Tx周期；假如信号Vs一直是“1”，那样的话，Vo信号能够持续处于活动状态，假如信号Vs一直是“0”，则Tx周期之后Vo信号处于无效状态。在这种情况下，在Ti时间期间，Vo都不会被触发激活，即使Vs发生改变。 3.2.1.5 信号采集和处理模块 图3-5信号处理模块 图3-6实物图 这种电路能够把由人体辐射出来的红外线变成电信号。前置放大器OP1将热电红外检测2引线的输入放大，与相应的运算放大器OP2相耦合,这可以放大C4的第二级。在COP1以及COP2这两个电压比较器产生相应的双向鉴别器以后，检