基于单片机的红外报警专业系统设计.doc

电子系统设计课程考查报告题 目 基于单片机红外报警系统设计 授课教师 学生姓名 学 号 专 业 电子信息科学与技术 教学单位 物理系 完毕时间 6月30日目 录摘 要1序 论12 系统方案设计22.1 总体设计思路23 系统硬件设计简介33.1 AT89C51简介33.2 热释电红外传感器简朴简介44详细电路模块设计54.1热释电红外传感器原理54.2放大电路设计54.3时钟电路设计64.4复位电路设计64.5发光二极管报警电路设计74.6声音报警电路设计84.7电源电路模块84.8系统硬件电路选取及阐明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 参照文献13致 谢14附录115DirectoryAbstract .11 Julian .12 Scheme design .22.1 General design thought .23 Introduction of the system hardware design .33.1 AT89C51 introduction .33.2 Pyroelectric infrared sensor is introduced simply .44 Specific circuit design .44.1 Pyroelectric infrared sensor principle .44.2 Amplifying circuit design .44.3 The clock circuit design .44.4 Reset circuit design. 44.5 Leds alarm circuit design. 44.6 Voice call the police circuit design. 44.7 Power circuit module. 44.8 The choice of system hardware circuit. 45 System software design. 45.1 The main program flow chart. 45.2 The interrupt service routine work flowchart. 46 Software simulation.47 Summary. .48 Reference.4Thanks.4Appendix .4基于单片机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 基于社会安全保障需要，电子报警这门综合技术正在不断发展。本系统采用了热释电红外传感器，它制作简朴、成本低、安装比较以便，并且防盗性能比较稳定，抗干扰能力强、敏捷度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，便于多顾客统一管理。本设计涉及硬件和软件设计两个某些。硬件某些涉及单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等某些构成。解决器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作,因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛应用。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顾客和专业人士欢迎。核心词：单片机；红外传感器；数据采集；报警电路1 绪论随着社会不断进步和科学技术、经济不断发展，人们生活水平得到很大提高，对私有财产保护意识在不断增强，因而对防盗办法提出了新规定。本设计就是为了满足当代住宅防盗需要而设计家庭式电子防盗系统。就当前市面上装备重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，但这几种比较常用报警器都存在某些缺陷。而本设计中所使用红外线是不可见光，有很强隐蔽性和保密性，因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射红外线，并将其转变为电压信号，同步，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。红外线报警器分积极式和被动式两种。积极式红外线报警器，是报警器积极发出红外线，红外线遇到障碍物，就会反弹回来，被报警器探头接受。如果探头监测到，红外线是静止不动，也就是不断发出红线线又不断反弹，那么报警器就不会报警。当有会动物体触犯了这根看不见红线时候，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。物理学上告诉咱们，当物体温度高于0K时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后原理，被动式报警器和积极式是同样。 红外线报警器对温度敏感,温度越高物体辐射出红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度辐射时,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，它制作简朴、成本低，安装比较以便，并且防盗性能比较稳定、抗干扰能力强、敏捷度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现，同步它信号通过单片机系统解决后以便和PC机通信，便于多顾客统一管理和顾客操作。开始为了探测移动人体，普通使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个敏捷元件反相连接，当人体静止时两元件极化限度相似，互相抵消。但人体移动时，两元件极化限度不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体目。进程框图如图2.1所示。拟定设计方案软硬件设计联机仿真调试故障排除结束图 2.1本设计涉及硬件和软件设计两个某些。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等子模块。电路构造可划分为：热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及有关控制管理软件构成。顾客终端完毕信息采集、解决、数据传送、功能设定、本地报警等功能。就此设计核心模块来说，单片机就是设计中心单元，因此此系统也是单片机应用系统一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件构成。硬件涉及单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等构成系统，软件是各种工作程序总称。单片机应用系统研制过程涉及总体设计、硬件设计、软件设计等几种阶段。从设计规定来分析该设计须包括如下构造：热释电红外传感探头电路、报警电路、单片机、复位电路及有关控制管理软件构成；它们之间构成框图如图2.2总体设计框图所示： AT89C51复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示放大驱动驱动图 2.1 总体设计框图解决器采用51系列单片机AT89C51。整个系统是在系统软件控制下工作。设立在监测点上红外探头将人体辐射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，经软件查询、辨认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毕相应动作。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钟后有定期器实现自动消除报警。3 系统硬件设计简介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）低电压、高性能CMOS 8位微解决器，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单片机。单片机可擦除只读存储器可以重复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业原则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，ATMELAT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它一种精简版本。AT89C单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉方案。如图4.1所示。3.2 热释电红外传感器简朴简介热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来一种新型高敏捷度探测元件。是一种能检测人体发射红外线而输出电信号传感器，它能构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红外线能量变化，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内部电路框图。图3.1 热释电红外传感器内部电路框图PIR原理特性：热释电红外线传感器重要是由一种高热电系数制成探测元件，在每个探测器内装入一种或两个探测元件，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干扰。由探测元件将探测并接受到红外辐射转变成薄弱电压信号，经装在探头内场效应管放大后向外输出。人体辐射红外线中心波长为9.10um，而探测元件波长敏捷度在0.2.20um范畴内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一种装有滤光镜片窗口，这个滤光片可通过光波长范畴为7.10um，正好适合于人体红外辐射探测，而对其他波长红外线由滤光片予以吸取，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射红外线传感器。一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过某些镜面聚焦，并被热释电元接受，但是两片热释电元接受到热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号解决而输出电压信号。4详细电路模块设计4.1热释电红外传感器原理本设计所用热释感器就采用这种双探测元构造。其工作电路原理及设计电路如图3所示，在VCC电源端运用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，电荷信号通过FET放大后，通过C2，R1稳压后使输出变为高电位，再通过NPN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放大电路设计如图6所示为最基本放大电路，Vi是输入电压信号，Vo是输出放大电压信号。如图4.2所示。图4.2 放大电路图4.3时钟电路设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器输入和输出。该反向放大器可以配备为片内振荡器。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。由于一种机器周期具有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，因此一种机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器振荡频率为12MHZ，一种振荡周期为1/12us，故而一种机器周期为1us5。如图4.3所示。图4.3 时钟电路图4.4复位电路设计复位办法普通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后来，在RESET端持续给出2个机器周期高电平时就可以完毕复位操作6。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不不大于2us7。本设计采用是外部手动按键复位电路。如图4.4所示图4.4 复位电路图4.5发光二极管报警电路设计由4个发光二极管接上电阻后连上单片RXD引脚，外接VCC，当单片机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所示图4.5 发光二极管报警电路图4.6声音报警电路设计如下图所示，用一种Speaker和三极管、电阻接到单片机TXD引脚上，构成声音报警电路，如图示为声音报警电路。如图4.6所示图4.6 声音报警电路图4.7电源电路模块本设计中用到1种电源，为+5V。如图所示，220V交流电经变压器降压、桥式整流、电容滤波后由7805三端集成稳压管分别得到.+5V电压，为整个系统供电。如图4.7所示。图4.7电源电路图4.8系统硬件电路选取及阐明硬件电路设计见附图示，从以上分析可知在本设计中要用到如下器件： AT89C51、热释电红外传感器、LED、按键、反相器74LS04、蜂鸣器等某些单片机外围应用电路，以及单片机手工复位电路等。其中D1为电源工作批示灯，D2是正常工作批示灯，D3D6是起报警批示作用，当RXD脚被置低电平时，D3D6亮红灯开始报警，同样，TXD脚置高电平时声音报警电路开始工作。电路设有2个按键，S1键作为倒计时暂停键，S2键作为电路复位键。5系统软件设计5.1 主程序工作流程图按上述工作原理和硬件构造分析可知系统主程序工作流程图,如下图5.1所示；系统初始化声光报警结束检测外部有无信号输入声光报警与否持续10秒开始启动声光报警电路开始报警与否尚有检测信号等待下次报警结束YNNYYN图5.1 主程序工作流程图5.2 中断服务程序工作流程图本主程序实现功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来脉冲信号后，表达有人闯入监控区，从而通过单片机内部程序解决后，驱动声光报警电路开始报警，报警持续10秒钟后自动停止报警,然后程序开始循环工作，检测与否尚有下次触发信号，等待报警从而使报警器进入持续工作状态。同步，运用中断方式可以实现报警持续时间未到10秒时，用手工按键停止声光报警作用。手工按键停止报警中断服务程序工作流程图，如下图10所示；中断源发出中断申请关中断、保护现场INTO端有输入信号关闭报警恢复现场、开中断中断返回图5.2 中断服务程序工作流程图6 软件仿真本设计通过运用Proteus仿真，将所编写程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录1图所示。（由于在proteus软件中没有专门用作红外线发射与接受器件，因此在仿真电路图中以开关代替红外器件，其原理和效果是一致）。本设计所规定达到目的：（1）在接受到开关S1带来低电平信号，可使图中绿灯由亮变暗，红灯产生报警，可观测到红灯亮始终亮产生报警信号。并且报警喇叭始终响，持续10秒后红灯灭，喇叭停止报警，电源批示灯绿灯亮。（2）在报警过程中，外部中断开关S2可使警报解除。7 总结本设计研究了一种基于单片机技术无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89C51单片机为工作解决器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖被动式红外探测器件，可以以非接触方式探测出人体发出红外辐射，并将其转化为相应电信号输出，同步能有效抑制人体辐射波长以外红外光线与可见光干扰。平时传感器输出低电平，当有人在探测区范畴内移动时输出低电平变为高电平，此高电平输入单片机，作为单片机外部触发信号解决，经单片机内部软件编程解决后，单片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器最大特点就是使顾客可以操作简朴、易懂、灵活；且安装以便、智能性高、误报率低。随着当代人们安全意识增强以及科学技术迅速发展，相信报警器必将在更辽阔领域得到更深层次应用。在运用proteus软件仿真过程中，浮现了诸多问题，初次接触这个软件，一点都不熟悉，诸多知识都是用时候在网上找，或者查资料得出。对于器件库中元件性能不熟悉，不如说是最惯用电容器就有好各种，并不理解咱们需要是哪一种，并且电容种类那么多，很难一次性选取对的。再者就是本图中所用三极管放大器，由于是从单片机输出端来导通三极管，因此也要选取功率很小器件，这样单片机才干驱动。这一点也是慢慢领悟出来。仿真图画好之后，虽然整体看起来线条连接都很可靠，但是有地方还是“接触不良”，因此还要认真排查，解决问题。电路图画好之后就是装入程序进行仿真。咱们程序也有某些问题，开始时中断程序似乎不起作用，然后查了诸多资料，找教师帮忙，最后问题还是解决了。用Keil软件编译好程序后载入，满足设计规定，咱们小组充分感受到团队合伙重要性和自主克服困难喜悦。通过本次单片机课程设计，咱们不但掌握了硬件电路设计基本环节和办法，还认真回顾了汇编语言编程方面知识。将咱们所学知识应用于生活实践中。真正做到了学以致用效果。同步也锻炼了咱们小组每位成员动手能力，加强了团队合伙意识和能力。人们都是受益匪浅。Abstract：Based on the need of social security，electronic alarm this door comprehensive technology is improving. This system uses a pyroelectric infrared sensors，its make simple，low cost，installation is more convenient，and properties of security is stable，strong anti interference ability，high sensitivity，safe and reliable. The devices installed concealment is not easy to be a thief found that，and facilitate unified management of many users. This design including of hardware and software design. Hardware part includes single chip microcomputer control circuit，infrared sensor circuit，drive the implementation of the alarming circuit，LED the control circuit components. The single chip microcomputer AT89C51 of single chip processor 51 series，the whole system is in the system software work under control，so in security and alert security devices such as in a wide range of applications. In addition，in the electronic security，human body detection etc，pyroelectric infrared detector with its low prices，technology stable performance by the masses of users and professionals welcome.Keywords：SCM；Infrared sensors；Data collection；Alarm circuit8 参照文献1 吴政江. 单片机控制红外线防盗报警器J. 锦州师范学院学报，.2 宋文绪. 传感器与检测技术M. 北京：高等教诲出版社，.3 余锡存. 单片机原理及接口技术M. 西安：西安电子科技大学出版社，.4 唐桃波，陈玉林. 基于AT89C51智能无线安防报警器 J. 电子设计应用，5 李全利. 单片机原理及接口技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，.6 薛均义，张彦斌. MCS.51系列单片微型计算机及其应用M. 西安：西安交通大学出版社，.7 徐爱钧，彭秀华. 单片机高档语言C51应用程序设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，.8 康华光. 电子技术基本（模仿某些）M. 北京：高等教诲出版社，.9胡志海.单片微型计算机原理及应用.机械工业出版社，10何立民.单片机应用技术选编. 8北京航空航天大学出版社，11潘永雄. 单片机实验与实践. 电子工业出版社，12李光飞. 传感器技术与应用.北京航空航天大学出版社，13朱清慧. Proteus教程电子线路设计、制版与仿真. 清华大学出版社，.14郭文川.单片机原理与接口技术.中华人民共和国农业出版社.致 谢通过一周课程设计，我不但学到了诸多新电路设计知识，扩大了自己知识面，并且学到了如何将理论知识与实际应用相结合。这将是我后来学习工作最宝贵一笔财富，终身受益。在设计过程中，难免会有许多考虑不周全地方，如果没有张秀梅师督促指引，以及同窗们支持，我想这个设计不会完毕这样顺利。在我设计每个阶段从查阅资料到设计方案拟定和修改，教师和同窗们都给了我很大协助。一方面感谢这次设计指引教师张教师，教师渊博知识，认真负责工作作风，平易近人态度让我受益匪浅，严谨治学态度以及给我详细修改意见都让我有很大收获，她教给我买不但是知识尚有待人处事积极态度，在此，向张教师表达最衷心感谢和最诚挚敬意。另一方面还要感谢和我一起设计同窗们，在我论文写作过程中她们提出了诸多建设性意见，并给了我诸多启发，使我论文可以顺利完毕。在这里，谢谢你们真心协助。最后，再一次感谢张教师和同窗们，在她们协助下我少走了诸多弯路，使我可以顺利完毕设计，谢谢!附录1 电路图设计与仿真