1、本科毕业论文基于单片机的控制红外线防盗报警器设计专 业： 电子信息科学与技术 指导教师： 学生姓名： 学生学号： 目录 摘要 .IIIAbstract .V第一章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 防盗报警系统的发展情况 .1第二章 总体的方案设计 .22.1 传感器的选择 .22.1.1 几种常见的红外传感器 .22.1.2 红外线简介 .32.1.3 红外辐射原理 .32.1.4 红外探测器 .42.1.5 红外传感器的选择 .42.2 总体设计思路 .5第三章 每个模块的设计 .73.1 热释电红外传感器 .73.1.1 结构 .73.1.2 热释电红外传感 器的工作原理 .83.
2、1.3 热释电红外传感器的抗干扰性 .93.1.4 双探测热释电红外探头的优点和缺点 .93.1.5 热释电红外传感器的安装要求 .103.2 单片机的选择 .103.2.1 AT89C51 单片机简介 .103.2.2 AT89C51 的管脚说明 .103.2.3 芯片擦除 .123.2.4 振荡特性 .133.3 光电开关 .133.4 放大电路的设计 .133.5 时钟电路的设计 .143.6 复位电路设计 .143.7 发光二极管报警电路设计 .153.8 声音报警电路的设计 .153.9 系统硬件选择 .163.10 硬件电路图的实现 .163.11 软件程序的实现 .16第四章 优
3、化方案 .194.1 防盗报警器故障引起的误报警 .194.2 报警器设计引起的误报警 .194.3 报警器安装引起的误报警 .194.4 用户使用不当引起的误报警 .204.5 环境引起的误报警 .204.6 干扰的成因及后果 .204.7 电路设计中的抗干扰措施 .21第五章 总结 .23参考文 献 .24附录 A.25附录 B 红外防盗报警设计原理图 .27附录 C Proteus 仿真原理图 .28致谢 .29基于单片机的控制红外线防盗报警器设计 摘要随着社会的不断发展，人民生活水平的不断提高，人们的安全意识越来越强，基于此种情况各种不同的报警器也越来多。其中以热释电红外线防盗报警器最
4、为突出，它以其相当高的灵敏度和可靠性，深受广大用户的喜欢。本文是以热释电红外线检测为核心，结合各种报警电路装置及其外围辅助电路，构成了防盗检测功能的报警系统。本系统采用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装也比较方便，而且防盗性能稳定，抗干扰能力较强、灵敏度高、安全性可靠。而这种防盗器安装很隐蔽，且不易被盗贼发现，同时它的信号经过单片机系统处理后方便与 PC 机通信，便于多用户统一管理 1。本设计包括软件和硬件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、驱动执行报警电路、红外探头电路、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的
5、。关键词：热释电红外传感器；单片机；报警电路；AT89C51Based on a Single-chip of Infrared Burglar Alarm Control DesignAbstractWith the development of society, peoples standard of living continues to improve, peoples growing awareness of security, based on such a wide variety of alarm to many more. With Pyroelectric infrared
6、 alarm is most prominent, it to its very high sensitivity and reliability, by the majority of users like. This article is based on Pyroelectric infrared detection for core, combined with all kinds of alarm circuit device and external auxiliary circuit, forming the intrusion detection and alarm syste
7、m.This system used Pyroelectric infrared sensor. Its manufacture is simple, and its cost is low, and fixing is convenient. Besides, the system has many merits, such as steady guard against theft, and strong antijamming ability, and high thesensitivity, and high reliability. The fixxing of this alarm
8、 is covert, which is discovered easily by cracksman. After has been processed by SCM, the signal of alarm communicates with PC, which is convenient for uniform management. This design includes hardware part and software part. The hardware part includes the control circuit of SCM, and the infrared pr
9、obe circuit,and the alarm circuit, and LED control circuit. The SCM uses AT89C51, the overall system works under the control of the systemsoftware. Keywords：Pyroelectric infrared sensor， SCM, AlarmCircuit, AT89C51第一章 绪论1.1 课题背景在科学产品飞速发展的今天, 人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居生活方面,不得不时刻留意那些不法分子。现在很多小区都安装了智能
10、报警系统, 从而很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, 具有很强的保密性和隐蔽性 , 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人民的青睐。1.2 防盗报警系统的发展情况目前，国内市场上的防盗报警系统绝大部分是国外品牌，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 年国内有些厂商迅速成长，投资规模和企业规模都在迅速发展和壮大，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
11、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，再加上进入我国的时间较早，所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安防盗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，实现不断监控。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。第二章
12、 总体的方案设计2.1 传感器的选择2.1.1 几种常见的红外传感器 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。 压电传感器：压电传感器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,或测与力相关的压力、位移、振动加
13、速度等。 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。 光电传感器：光电传感器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,反应快等特点,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。 红外传感器：按传感器接收到的红外线是由被探测物体反射的，还是被探测物体自身发射的可分为主动型和被动型。主动式红外反射式传感器主动发出红外线，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，也就是不断发出红外线又不会反弹的，那么报警器就不会报
14、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。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,就触发报警。 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，自动温度测量，微电流省耗，无误报，无漏报，探测距离远，性能可靠，工作稳定，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、
15、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传感器和红外专用处理 IC。 2.1.2 红外线简介红 外 线 是 太 阳 光 线 中 众 多 不 可 见 光 线 中 的 一 种 ， 由 德 国 科 学 家 霍 胥 尔 于 1800年 发 现 2， 又 称 为 红 外 热 辐 射 ,他 将 太 阳 光 用 三 棱 镜 分 解 开 ， 在 各 种 不 同 颜 色 的 色带 位 置 上 放 置 了 温 度 计 ， 试 图 测 量 各 种 颜 色 的 光 的 加 热 效 应 。 结 果 发 现 ， 位 于 红 光外 侧 的 那 支 温 度 计 升 温 最 快 。 红 外 线
16、 具 有 ： 1、有 热 效 应 2、穿 透 云 雾 的 能 力 强 的特 点 。 因 而 得 到 结 论 ： 太 阳 光 谱 中 ， 红 光 的 外 侧 存 在 看 不 见 的 光 线 ， 也 就 是 红 外线 ， 可 以 当 作 传 输 之 媒 介 。 2.1.3 红外辐射原理在某些应用现场，检测器要接触被测物是不实际或者是不可能的。而红外检测器可以在短时间内进行远距离温度测量，因此在某些情况下它是很实用的。所有的物体都是由不断震动的原子构成的，高能量的原子震动频率就越高。所有的微粒震动，包括这些原子，生成电磁波谱，物体的温度越高，它的震动就越快，因此光谱的辐射能量就越高。结果，所有物体都
17、不停的以自身的波长频率向外辐射，而其波长和频率又取决于物体自身的温度和它的光谱比辐射率。视觉范围比率和到直径距离的比率：视觉范围是指仪器操作的角度，它是由该个体的视度所决定的。视觉范围是仪器和目标物距离与目标物直径的比率。目标物越小，你就应该靠它更近一些。当目标物的直径很小时，那么将温度计离目标物近一些就显得很重要，这样可以确保只是在测量该目标物，而不包括周围环境。视度操作 D : S 是指视点直径距离的比率，它包括目标物前面最大限度接受辐射的 90%。激光可视 激光点是用来显示测量区域的点，而不是散发出某种东西要测量。 2.1.4 红外探测器红 外 探 测 器 是 将 入 射 的 红 外 辐
18、 射 信 号 转 变 成 电 信 号 输 出 的 器 件 。 一 般 来 说 ， 红 外辐 射 照 射 物 体 所 引 起 的 任 何 效 应 ， 只 要 效 果 可 以 测 量 并 且 足 够 灵 敏 ， 都 可 以 用 来 度 量红 外 辐 射 的 强 弱 。 要 察 觉 这 种 辐 射 的 存 在 且 测 量 其 强 弱 ， 必 须 把 它 转 变 成 可 以 察 觉 和测 量 的 其 他 物 理 量 。 现 代 红 外 探 测 器 所 利 用 的 主 要 是 红 外 热 效 应 和 光 电 效 应 。 这 些 效应 的 输 出 大 都 是 电 量 ， 或 者 可 用 适 当 的 方 法
19、 转 变 成 电 量 。 一 个 红 外 探 测 器 至 少 有 一 个对 红 外 辐 射 产 生 敏 感 效 应 的 物 体 ， 称 为 响 应 元 2。 此 外 ， 还 包 括 响 应 元 的 支 架 、 透红 外 辐 射 和 密 封 外 壳 的 窗 口 。 有 时 还 包 括 致 冷 部 件 、 光 学 部 件 和 电 子 部 件 等 。就 目 前 的 情 况 来 看 ， 红 外 探 测 有 以 下 几 个 优 点 ： 1、隐 蔽 性 较 好 ， 一 般 都 是 被 动 接 收目 标 的 信 号 ， 比 雷 达 和 激 光 探 测 安 全 而 且 保 密 性 较 好 ， 不 容 易 被
20、干 扰 ； 2、与 雷 达系 统 相 比 较 ， 红 外 系 统 的 重 量 轻 ， 体 积 小 ， 功 耗 低 ； 3、环 境 适 应 性 优 于 可 见 光 ， 尤其 是 在 夜 间 和 恶 劣 天 候 下 的 工 作 能 力 ； 4、由 于 是 目 标 和 背 景 之 间 的 温 差 和 发 射 率 差形 成 的 红 外 辐 射 特 性 来 进 行 探 测 ， 因 而 识 别 伪 装 目 标 的 能 力 强 于 可 见 光 。 红 外 探 测 技术 具 有 独 特 的 优 点 ， 从 而 使 它 在 军 事 国 防 和 民 用 领 域 得 到 了 广 泛 的 研 究 及 应 用 ， 尤
21、其是 在 军 事 需 求 的 牵 引 和 相 关 技 术 发 展 的 推 动 下 ， 作 为 高 新 技 术 的 红 外 探 测 技 术 在 未 来的 应 用 将 更 加 广 泛 ， 地 位 更 加 重 要 。 红 外 探 测 器 是 将 不 可 见 的 红 外 辐 射 能 量 转 换 成 其它 便 于 测 量 的 能 量 形 式 的 能 量 转 化 器 ， 作 为 红 外 整 机 系 统 的 核 心 关 键 部 件 ， 红 外 探 测器 的 研 究 始 终 是 红 外 物 理 与 技 术 发 展 的 中 心 3。2.1.5 红外传感器的选择根据上述关于各种红外传感器的工作原理的介绍，综合考虑
22、经济、实用等各方面因素，本设计采用热释电红外传感器。热释电红外线(PIR )传感器是 80 年代发展起来的一种新型敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量变化，并且将其转换成电压输出信号，并将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路 4。如图 2.1 所示，为热释电红外传感器的内部电路框图。 图 2.1 热释电红外传感器的内部电路框图 2.2 总体设计思路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构成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设
23、定、本地报警等功能。就此设计的中心模块来说，单片机就是设计的核心单元，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由硬件和软件组成。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 所示：为总体设计框图。本 设 计 的 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，经过放大电路、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，经过软件查询、识别、判断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，当报警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。
