热释电报警器毕业论文附仿真程序带方案选择的毕业设计.doc

毕业设计（论文） （2010届） 基于单片机控制红外线防盗报警器（课题）学 院 ：长沙航空职业技术学院专 业 系 别：电子电气工程系 专 业 ：电气自动化 学 生 姓 名：周科 班 级：电气1002 指导老师姓名：柳国宪 最终评定成绩： 2012年11月摘 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，整个系统是在系统软件控制下工作的。 Pick to Along with the advance of epoch, people to the environment safety put forward higher request, many community has installed intelligent alarm system, greatly improving the community safety degree, effectively guarantee the residents personal property safety. The present domestic use of all kinds of security, security alarm basic are based on ultrasonic wave, active infrared transmitting/receiving and microwave technology as the foundation, etc. And here design of passive infrared alarm, the use of the American sensing element - pyroelectric infrared sensor. The pyroelectric infrared sensor to non-contact form detect the human body infrared radiation, and turned them into voltage signal, at the same time, it can identify the movement of the biological and other abiotic. Pyroelectric infrared sensor can be used for alarm device, can also use ? This system USES a pyroelectric infrared sensor, its production is simple, the cost is low, the installation is more convenient, and anti-theft performance is stable, strong anti-jamming ability, high sensitivity, safe and reliable. This alarm installation concealed, is not easy to be thief found, at the same time it signal by SCM system after processing convenience and PC communication, facilitate multi-user unified management. This design including the design of hardware and software is two parts. Hardware part includes single chip microcomputer control circuit, infrared sensor circuit and drive the implementation of the alarm circuit, LED control circuit components. The processor used 51 series microcontroller AT89C51, the whole system is under control in the system software of the work.目录摘要2第一章 绪论51、课程背景52、研究意义5第二章 方案设计及论证61、总体方案设计与论证62、模块电路方案设计与论证72.1、模块电路一82.2、模块电路二10第三章 硬件电路设计121、模块电路一122、模块电路二13第四章 软件设计 181、软件总体设计思路182、主程序设计203、子程序一设计 234、子程序二设计23第五章 系统制作调试251、系统制作流程252、系统调试263、 系统测试 26结论 30致谢 31附录 32参考文献 32总电路原理图 33 第一章 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 研究意义目前，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 方案设计及论证 2.1 总体方案设计与论证 方案一：利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大电路、电压比较器、开机延时、音响报警延时和12V电源电路组成。组成框图如下： 延时电路 比较电路 放大电路 报警传感器 模式选择 开机延时 电源 声光报警 方案二：本方案包括硬件和软件设计两个部分，处理器采用51系列单片机AT89S52。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AT89S52单片机。在单片机内，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，本方案有白天黑夜工作模式，有退出延时功能，除了有声光报警信号外，还具有报警次数计数等功能。组成框图如下： AT89S51复位电路传感器音响报警执行电路LED发光显示模式电路驱动驱动驱动发光二极管 退出延时电路 选定方案：方案一的模电式红外线报警器的硬件电路相比于方案二较为复杂，元件多，不易实现。由于是系统要求有节能，抗干扰性强的特点，并且要在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、经济的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路，而且方案二操作性强，能随时修改程序以改变功能，综上所述，选择方案二。2.2 模块电路方案设计与论证 2.2.1电源模块 方案一：用市电电源，电路图如下： 方案二：用4节干电池（6v），然后串接一个二极管，变成5.3v左右，再给单片机供电。 方案选择：方案一中接的是市电，干扰大，如果家里断电时，报警器则不能工作，在报警时，窃贼如果切断市电电源时，报警器也无法继续工作，况且方案二不需要其他电路，方便。所以本设计选择方案二。 2.2.2传感器模块 方案一：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。探测距离（实测）：0.1m10m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。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。在电子防盗、人体探测器领域中，被动式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。 方案二：多普勒微波传感器应用Doppler雷达定理传送低功率微波并接收物体反射回的能量。若物体的运动被微波运动传感器检测到，其反射微波频率与传送频率产生 偏移，从而在输出端产生一低频电压。龙人可为您提供优质、专业的技术支持，并可根据客户的特殊需求定制微波传感模块及开发多普勒的完整应用产品，如防盗双 鉴探头（红外微波探测报警器）、速度测量、倒车雷达、自动门感应器、自动灯控制器等，它可广泛应用于类似自动门控制开关、安全防范系统、ATM自动提款机的自动录象控制系统、火车自动信号机等需要感应控制的场所能进行长距离，广范围监测。 选定方案：在防盗系统中，由于热释电传感器对短距离检测有很的效果，抗干扰性强，价格相对多普勒更经济，且课题要求检测对象主要是人体，检测距离为3米，所以本设计选择方案一。 2.2.3退出延时电路模块 由于报警系统在安装开机时，可能会把自己当做防盗对象，所以需要一定的时间以便自己转移到防盗区域外，所以需要一个退出延时电路。 方案一：可以用三极管、电阻、电容等组成退出延时电路，三极管的集电极接单片机一脚。 电路图如下： 方案二：可以用单片机延时程序来设置退出延时。 方案选择：方案二相对于方案一更经济、方便，不需要任何元器件，而且方案二更稳定，操作性性更强。所以本设计选择方案二。 2.2.4 全天黑夜模式选择电路模块 方案一：用光敏三极管加电阻来实现，如下图中用一个普通三极管代替。 方案二：光敏电阻加普通电阻来实现，如下图。 方案选择：由于光敏三极管相对于光敏电阻更灵敏，但是却昂贵许多，而且光敏电阻也能达到预期要求。图中的开关是全天黑夜模式选择，当开关往右时是全天模式，往左打开时，是黑夜模式。所以本设计选择方案二。2.2.5报警电路模块 由于课题要求在报警时，用LED流水灯来显示，所以本设计在报警光方面用单片机程序来设计。至于在声音报警模块，如下： 方案一：当出现报警时，报警装置出现狗叫声，如下所示，触发可以用单片机触发，具体电路此处省略。 方案二：如下图所示，用一个蜂鸣器和三极管、电阻接到单片机的引脚上，当出现报警时，可以用蜂鸣器发出报警声。 方案选择：方案一的狗叫芯片或者“贼来了”等芯片在市场上难以循迹，而且相当于方案二的蜂鸣器而言更昂贵，且蜂鸣器经过单片机驱动能发出不同频率的声音，能满足大多数需要。所以本设计选择方案二。2.2.6 显示电路模块 本模块是课题要求所没有的，是本人自己加进去的一个功能，它能记录报警次数，最多能记录15次。 方案一：可以用液晶显示。 方案二: 可以用数码管显示。 方案选择：在本模块中，由与仅限于计数功能，数码管更经济，用起来更方便，所以选择方案二。 第三章 硬件电路设计 1. 模块电路一:复位电路模块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。例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。该复位电路连接单片机的RESET引脚，如下图所示为复位电路。 2. 模块电路二:时钟电路模块 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1/12us，故而一个机器周期为1us。如下图所示为时钟电路。 3. 模块电路三:传感器电路模块 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下图所示, 当热释电红外传感器检测到信号时，探头的S脚输出大概几mv的电压经过热释电专用信号处理芯片biss0001的处理，其2脚输出一个高电平，再经过NPN的转化，输出OUT（三极管的集电极端）为低电平，接单片机的P2.2口。 热释电红外传感器原理图引脚名称I/OBis0001功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出 延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端4. 模块电路四:全天黑夜模式电路模块 4.1用光敏电阻和普通电阻及开关组成电路，图中的电阻约为8k，8k是实验所所得出的，当电阻越小时，越灵敏。开关能往左（黑夜模式）往右（全天模式）。如下图所示。 4.2 两种工作模式各用2个灯来指示，如下图所示。 5. 模块电路五:退出延时电路模块 本电路可以用程序设计的方法来实现，外接器件可以仅用一个按钮来实现，具体情况请看附录（电路原理图）。6. 模块电路六:声音报警电路模块如下图所示，用一个Speaker和三极管、电阻接到单片机的引脚上，构成声音报警电路，单片机低电平触发，如下图示为声音报警电路。 7. 模块电路七:发光二极管报警电路模块 当报警发生时，发光二极管做流水灯状报警，如下图所示。 8. 模块电路八:报警次数计数电路模块 由1个数码管接上电阻后连上单片的P1输入输出口的引脚，外接gnd，当单片机的相应引脚被置高电平后，数码管显示相应的数字，起到报警次数计数作用，下图所示为数码管显示电路。 第四章 软件设计1、 软件总体设计思路赋初值判断退出延时是否按下 否 是 判断是否为黑夜 否 是 判断是否有人 否 是 计数和声光报警返回到判断是否为黑夜 6s后2、 主程序设计 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: CLR P2.2 ; 初始化 SETB P2.7 MOV P1,#03FH ; 数码管初始化 MOV P3,#0FFH; led初始化 JB P2.0,$ ; 退出延时，此处不用消抖 LCALL DELAY3S ; 退出延时3s MAIN1:MOV R0,#0 LOOP4:CLR P2.2 ;工作指示灯复位 JB P2.1,LOOP3 ;光敏电阻控制 LCALL DELAY ;消抖LOOP3:JB P2.1,LOOP4 SETB p2.2 ;工作指示灯亮起L2: JB P2.3,L1 ;判断有无信号输入 LCALL DELAY ;消抖L1: JB P2.3,L2 INC R0 ;每检测信号一次，R0加1，计数加1 CJNE R0,#16,BAOJING ;当超过16次后，数码管复位 LJMP MAIN1 ;= ;=报警次数显示= ;= BAOJING: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB ;查表 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ;报警次数送P1口显示;= ;=声光报警= ;= CLR P2.7 ;声音报警 MOV R1,#50 ;led循环50次，每次120,ms，约6s MOV A,#0C3H ;8个led只显示其中4个XUNHUAN: MOV P3,A LCALL DELAY120MS ;led显示延时120ms RL ;4个亮着的led右移 DJNZ R1,XUNHUAN ;循环没到50次后继续循环 MOV P3,#0FFH ;此处报警延时过后复位 SETB P2.7 LJMP LOOP4 ;返回继续检测是否在黑夜模式TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77h,7ch,39H,5EH,79H,71HDELAY: ;误差 0us MOV R7,#01HDL3: MOV R6,#26HDL2: MOV R5,#82H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL3 RETDELAY3S: ;误差 0us MOV R7,#0BDHDL5: MOV R6,#0E6HDL4: MOV R5,#21H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL4 DJNZ R7,DL5 RETDELAY120MS: ;误差 0us MOV R7,#0C7HDL1: MOV R6,#78HDL0: MOV R5,#01H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL0 DJNZ R7,DL1RET END3、 报警次数计数子程序设计BAOJING: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB ;查表 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ;报警次数送P1口显示4、 声光报警子程序设计 CLR P2.4 ;声音报警 MOV R1,#50 ;led循环50次，每次120,ms，约6s MOV A,#0C3H ;8个led只显示其中4个XUNHUAN: MOV P3,A LCALL DELAY120MS ;led显示延时120ms RL ;4个亮着的led右移 DJNZ R1,XUNHUAN ;循环没到50次后继续循环 MOV P3,#0FFH ;此处报警延时过后复位 SETB P2.4 LJMP LOOP4 ;返回继续检测是否在黑夜模式5、 延时子程序设计 5.1消抖程序设计：约0.1s DELAY: ;误差 0us MOV R7,#01H DL3: MOV R6,#26H DL2: MOV R5,#82H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL2 DJNZ R7,DL3 RET 5.2 LED延时程序设计：120ms DELAY120MS: ;误差 0us MOV R7,#0C7H DL1: MOV R6,#78H DL0: MOV R5,#01H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL0 DJNZ R7,DL1 RET 5.3声光报警延时程序设计：6s左右（可调） DELAY3S: ;误差 0us MOV R7,#0BDH DL5: MOV R6,#0E6H DL4: MOV R5,#21H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL4 DJNZ R7,DL5 RET第五章 系统制作调试5.1系统制作流程 开始程序初始化 否检测退出延 时是否摁下 是检测是否是黑夜 否 是 工作指示灯亮起 否检测有无信号输入 是计数和声光报警 （6s复位） 6s后5.2 系统的调试: 1、在ISIS7professional环境中进行软件调试再利用编程器将调试好的程序固化到AT89S51单片机中。 2、检查线路应焊接无误。 3、电源电路调试。断开负载用万用表测量78L05的3脚应有+5v电压。 4、先不装入单片机用短路线把U1插座的12脚接地调整VD1和VD7的安装位置和角度测量U1插座的2脚电压。当VD1和VD7之间无遮挡时2脚电压为0伏有遮挡时为+5伏。用相同方法反复调整其他几对红外收发管的位置和角度。使U1插座的3、6、7、8、9各脚的电压符合要求。 5、 将固化好程序的AT89S52插入电路中的U1插座上接上电源即可工作。 5.3 系统测试5.3.1元器件的测试在安装之前，我们首先对所用到的元器件进行测试，不同的元器件采用不同的方法： 蜂鸣器：红线接正极，黑线接负极，通5伏电压，蜂鸣器发出蜂鸣声。用万用表测量其工作电流，为10毫安，所以要在蜂鸣器在系统应用中能正常工作,系统必须为蜂鸣器提供的电流能力为15毫安。 LED ：LED作为闪烁光极管员器件，采用10的红色发光二极管，使用前串接电位器，测量其管压降及工作电流，确定压降为2.0V，电流为15毫安时最符合要求。人体的红外探测器：我们在应用中采用集成化的检测器。它采用5V的电压供电，经供电测试，当红外探测器前之110度的夹角范围内伸手和人出现时输出信号已经出现。主动探测装置：给主动红外探测装置通电，并发出红外信号后经示波器的观察，接受输出在小于3米时，可以探测到有效信号。5.3.2制版焊接第一步:取万用板一块，对元器件在万用板进行布局安排，其具体分布示意图如图所示：第二步:按正常步骤安装焊接元件,其中,89C51安装IC底座,以便于防真调试。第三步:电路连接:对照电器原理图,用短路线逐根进行焊接,同时要做必要的保护。我们在电路在连接的过程中，电线红线作正极,黑线作负极，这样便于电路的检查。另外需要我们注意的是，导线要用粗导线连接。等一切都连接完毕后,用万用表对各个管角和焊点进行测量。在测量过程中,我们分别发现有一处脱焊的情况和一处漏焊的情况。对于漏焊的情况，我采取补焊，而脱焊的情况，我们采取重新焊接。5.3.3整个系统的通电测试第一步：检查硬件电路通电前，首先对从电源到地进行电阻测量，以确定整个电路无短路情况。我们在测量的过程中，发现焊接板有一处短路。原因是两个电位器焊接有误。于是重新焊接，问题得到解决。第二步：对整个系统供电我们在确定整个电路没有短路情况之后，对整个硬件电路开始供电，同时对集成的红外发射和接受装置IC也通电。 第三步：逐点测量电压此时，我们用万用表测量各点电压，以确保各个元器件都在正常的工作电压下工作。经测量发现，所有的元器件都在自己正常的工作电压下工作。第四步：系统运行并利用伟福仿真器进行模拟仿真。以上各步骤经检查无误后，我们开始利用伟福仿真器进行仿真运行整个监控系统。在运行过程中发现，系统连接后，仿真老是报设置错误,检查连接和设置完全正确,换用仿真器内部时钟工作正常,但用目标板的时钟就报错,分析认为,是目标板晶振问题,检查发现晶振有一脚有虚焊现象,经重新焊接，整个系统开始运行起来了！ 5.3.4报警装置的调试 报警器采用定时器的得到方波输出,选用不同的时间常数可以得到不同的报警声音频率.首先我们对声音报警器的进行调试。在调试中，声音报警器部分工作流程图如下图所示。检测到有信号 是P2.1置低声音报警，led流水灯