基于单片机的红外防盗系统红外线报警器毕业论文.doc

1、第 1 页 福建信息职业技术学院 毕 业 论 文 课题名称： 红外线报警器 学生姓名 ：曹丽煊 学 号 ： 0801017229 专 业 ：电子信息工程 班 级 ：电子 0822 班 指导教师 ： 2010 年 04 月 第 2 页 摘 要 随着时代的不断进步 ,人们对环境的安全性提出更高的要求 ,很多小区都安装了智能报警系统 ,大大提高了小区的安全程度 ,有效保证居民的人身财产安全 .目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、 主动式红外发射 /接收以及微波等技术为基础 .而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件 热释电红外传感器 .这种热释电红外传感器能以非接触形式检

2、测出人体辐射的红外线 ,并将其转变为电压信号 ,同时 ,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物 .热释电红外传感器既可用于防盗报警装置 ,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域 . 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。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

3、统软件控制下工作的。 关键词： 单片机 ； 红外传感器 ； 数据采集 ； 报警电路 第 3 页 目 录 摘 要 . 1 1. 绪论 . 4 1.1 课题背景 . 4 1.2 防盗报警系统的发展概况 . 4 2. 红外防盗报警器 . 5 2.1 引言 . 5 2.2 设计任务及要求 . 5 2.3 基础知识介绍 . 5 2.3.1 常见的几种红外传感器介绍 . 7 2.3.2 热释电红外传感器的原理 . 9 2.3.3 PIR 的原理特性 . 11 2.3.3 AT89C51 单片机的概述 . 11 3 方案 设计 . 13 3.1 总体设计思路 . 13 3.2 具体电路模块设计 . 14 3

4、.2.2 放大电路的设计 . 14 3.2.3 时钟电路的设计 . 14 3.2.4 复位电路的设计 . 15 3.2.5 发光二极管报警电路的设计 . 15 3.2.6 声音报警电路的设计 . 16 3.3 系统硬件电路的选择及说明 . 16 3.4 软件的程序实现 . 16 3.4.1 主程序工作流程图 . 16 3.4.2 设计编程程序 . 18 4. 软件仿真 . 20 5. 设计总结 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 附录 单片机控制的红外防盗报警器 . 24 第 4 页 红外防盗报警器的设计 1. 绪论 1.1 课题背景 随着时代的不断进步 , 人们对自己所处环境的安

5、全性提出了更高的要求 ,尤其是在家居安全方面 ,不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统 , 因而大大提高了小区的安全程度 , 有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光 , 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。此外 ,在电子防盗、人体探测等领域中 ,被动式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。 1.2 防盗报警系统的发展概况 目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，国内防盗报警产品厂商发展时间比较短，真正取得长足发展也是在 2000 年以后，特别是在 2004 年国内有些厂

6、商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。 现阶段，大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌，其中，安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国，这三个国家的产品占据我国报警市场的近 80%的市场份额。这主要是因为，在产品供给市场上，绝大部分国 外品牌来自美国和日韩，防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟，产品功能稳定、性能完善，再加上进入我国是时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。 智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能，安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来，实现不问断监

7、控。安防报警包括：门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。 第 5 页 2. 红外防盗报警器 2.1 引言 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是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性， 因此在防盗、警戒

8、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。 2.2 设计任务及要求 (1)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、报警等模块子函数。 (2)本红 外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。 (3)系统可实现功能。 当人

9、员外出时，可把报警系统设置在外出布 防状态，探测器工作起来 ,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AT89C51 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1。 (4)红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外 线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。 2.3 基础知识介绍 通过了解此基础知识，会对防盗报

10、警器设计的原件选择有一个明确的思路，通过比较运用最佳原件，也对防盗报警器的设计有个整体思路 。 2.3.1 常见的几种红外传感器介绍 第 6 页 （ 1）红外探测器： 红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。 热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。 （ 2）红外测温产品： HEITRONICS 拥有 40 多年非接触红外测温经验

11、， 50 多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求 ,提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场，来自德国的 HEITRONICS 以其在尖端领域应用中良好的品质纪录，被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。 HEITRONICS 系列产品已广泛应用于冶金，玻璃 ,造纸 , 纺织 , 橡胶 , 木材 , 制陶 ,塑料 涂层 , 沥青 建筑 , 电子 , 食品 ,石化 ，水泥等工业制造、科学研究和实验领域。 HEITRONICS 红外测温仪部分产品 KT19 系列 -50C - 3000C 智能型红外测温仪 智能测温系统 19 种光谱范

12、围 实时数字处理 5 ms 响应时间 光学瞄准 ,带激光瞄准 LCD 显示 可编程 ,RS232 串行接口 KT15D 系列 -50C - 3000C 通用型红外测温仪 通用测温专家 19 种光谱范围 实时数字处理 响应时间 50ms 可编程 RS232 串行接口 紧凑型结构 KTX 系列 0C - 2000C 集成型红外测温仪 响应时间 50ms 全金属外壳 抗电磁干扰 HD 版适合在 180C 恶劣环境下工作 LS12 系列 -50C - 3000C 线性扫描式测温仪 19 种光谱范围 实时数字处理 可编程 RS232 串行接口 独立使用远端软件遥控 KT18S50C - 2500C 光谱

13、式红外测温仪 响应时间 10ms 距离目标系数为400:1 光学瞄准 硅探测器 (3)压电传感器 压电传感器 (Piezoelectric sensor)是一种典型的 有源传感器 ,它是以某些电介质的压电效应为基础 ,在外力作用下 ,电介质表面产生电荷 ,从而实现外力与电荷量间的转换 ,达到非电量的电测目的 . 压电传感器的应用 :可分为单向力 ,双向力和三向力传感器 .压电传感器的物理基础是压电效应 ,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出 ,即根据输出电压或电荷的大小和极性 ,就可确定作用力的大小和方向 .由此可见 ,压电传感器可以直接用于测力 ,第 7 页 或测与力相关的压力 位移

14、 振动加速度等 . (4)磁电传感器 磁电传感器可分为两大类 ,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器 ,一类是基于半 导体材料磁敏效应的磁敏传感器 磁敏管的应用 :不但具有很高的磁灵敏度 ,同时能识别磁场极性 ;而且体积小 功耗低 ,因而具有广泛的应用前景 . (5)光电传感器 光电传感器 (Photoelectric sensor)是一种将光信号转换成电信号的装置 ,它具有结构简单 ,性能可靠 ,精度高 ,反应快等优点 ,在现代测量和自动控制系统中 ,应用非常广泛 ,是一种很有发展前途的新型传感器 . (6)人体热释电红外传感器介绍和应用 : 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式

15、热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户 和专业人士的欢迎。 （ 7）无线红外传感器 无线红外传感器又名无线红外探测器 无线智能幕帘 /广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制，自动温度补偿，微电流省耗，无误报，无漏报，探测距离远，工作稳定，性能可靠，外形精巧，美观大方。机内设置电源外拨开关，外出设防可以接通电源，达到更加省电的效果。 它是根据人体红外光谱而工作，当人体在其接收范围内活动时，探测器输出报警信号，广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。 它是目前可靠性较高的产品，红外探测部分采用报警 器用传感器

16、和红外专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面（ S）稳频技术，配合成熟的外围电路，使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。 工作原理：红外广角型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发 120 度，长 12米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收。 幕帘型探头工作原理：红外幕帘型探头的防范区域是以其透镜始点，向前散发 120度，长 12 米的圆锥形的探测区域，在这区域内，只要是热能动物在区域内活动，其散发的红外热能将被吸收 2.3.2 热释电红外传感器的原理 热释电红外线 (PIR)传感器是 80 年代发展起来的

17、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。将这第 8 页 个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路 2。 如图 1 示为热释电红外传感器的内部电路框图。 图 1 热释电红外传感器的 内部电路框图 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 2 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，电荷信号经过 FET 放大后，经过 C2，

18、 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 Q2N P NQ1F E TV c c V C C3v 12vOUT第 9 页 图 2 热释电红外传感器原理图 热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 ， 该传感器在工艺上将两个 特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出

19、物体放出的红外线能量变化 ， 并将其转换为电信号输出。 热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用 ， 因而需要用电阻将其转换为电压形式 ， 该电阻阻抗高达 104M ，故引入的 N 沟道结型场效应管应接成共漏形式 ， 即源极跟随器来完成阻抗变换。 热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片， 并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进 行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 2.3.3 PIR 的原理特性 热

20、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

21、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。 2.3.3 AT89C51 单片机的概述 （ 1） AT89C51 单片机的结构 AT89C51 单片机是美国 Atmel 公司生产低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，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 3。 AT8

22、9C51 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。 第 10 页 图 2 为 AT89C51 单片 机的基本组成功能方块图。由图可见，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。下面介绍几个主要部分。 外时钟源 外部事件计数 外中断 控制 并行口 串行通信 图 3 AT89C51 功能方块图 （ 2） AT89C51 的管脚说明 ATMEL 公司的 AT89C51 是一种高效微控制器。采用 40 引脚双列直插封装形式。AT89C51 单片机是高性能单片机，因为受引脚数

23、目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。在 FLASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位 双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4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 AT89C51 CPU 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