热释电红外感应报警器.doc

热释电红外感应报警器光电信息132 姜星晨 1302062064摘要：现代科技快速进步，社会飞速发展，高科技技术已经在人民生活中普及，使人们生活有了很大进步。人们也越来越重视自己财产的安全性，同时人身安全也是很重要的一方面。所以现在为了我们的人身安全和财产安全，防盗报警器广泛的用于家庭之中。本文设计了利用热释电红外传感器进行监控，当检测到活动的人体时可以报警的报警器。热释电红外传感器，它的制作简易、原理易懂、成本便宜、便于安装，而且抵抗干扰的性能优良，反应快速。硬件部分使用单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等器件。软件部分采用51系列单片机STC89C52。关键词：热释电红外传感器;单片机STC89C52;红外线目 录1 设计背景12 设计任务分析13.系统概述14 本系统的设计方案1 4.1 硬件电路设计1 4.1.1 电源模块2 4.1.2 红外热释电模块2 4.1.2.1 热释电传感器2 4.1.2.2 菲涅耳透镜2 4.1.2.3 BISS0001 芯片 3 4.1.2.4 信号采集处理模块4 4.1.3 51 单片机模块 4 4.1.3.1 单片机 STC89C52 4 4.1.3.2 单片机最小系统4 4.1.4 按键控制电路5 4.1.5 报警模块5 4.1.6 发光二极管状态指示模块6 4.2 总体原理图设计6 4.3 软件的程序实现7 4.3.1 主程序工作流程图7 4.3.2 报警判断程序7 4.3.3 程序的编写 8 4.4 硬件调试及调试中遇到的问题 85 总结评价 8参考文献 9附件一：实物图 11附件二：程序源代码 121 设计背景改革开放以来，中国的国民收入飞速提高，生活质量节节攀升。人们的家中购置了许多价值不菲的东西，防盗就成为了一个不可忽视的问题。许多家庭的防盗措施只停留在锁上，防盗意识并不十分强。等到丢失了东西，才后悔莫及。一次如何保护家庭的财产安全成为问题。报警系统可以在一定程度是遏制不法分子的盗窃行为。但是市场上的报警器多是为了重要的大型公司制作，真正的普通家庭不可能去购买这样的报警系统。如果有价格更加大众，适合普通家庭使用的报警器，一定会受到广大群众的欢迎。由于人体可以发出红外线，并且红外线的探测技术已经成熟，可以将其用于防盗等用途中。本设计就是运用这个原理做的一个红外防盗报警器。2 设计任务分析一 该设计由51单片机模块、红外热释电模块、发光二极管状态指示模块、按键模块，蜂鸣器报警模块和电源模块组成。 二 本系统实现的功能。当需要开启防盗报警器的时候，将布防键按下，报警器将会在黄灯和绿灯同时亮后进入防盗状态，报警器开始工作。如果有人靠近，人体发出的红外线会被探测到，然后通过红外探测器变成电信号，红外热释电模块将TTL电平传给单片机，通过单片机处理，报警电路开始工作，红色LED灯亮，蜂鸣器报警。3.系统概述 本系统运用了热释电红外线传感器，它价格低廉，非常容易制作，并且小巧，不容易被发现，并且很稳定，又耐用，反应灵敏，可以起到防盗报警的作用。 本设计使用双元件型红外线传感器来探测活动的人体。在传感器内部，两个灵敏元件反向连接，当人体不动时，两灵敏元件产生相同的偏振度，会抵消不做反应。但当人体移动时，极化程度不同，会产生输出电压，就会探测到移动的人体。该设计由硬件和软件设计两个部分构成。有51单片机模块、红外热释电模块、发光二极管状态指示模块、按键模块，蜂鸣器报警模块和电源模块。4 本系统的设计方案4.1 硬件电路设计 该设计的六个模块的总体设计。电路总原理图如图4-1所示： 红外感应模块电源模块 STC89C52 单片机电源开关LED指示灯报警电路按键控制模块 图4-1 总体设计框图4.1.1 电源模块本设计的系统电压需要4.5V左右，用干电池提供电力，构成电源模块，然后用导线连接至电源接口。另外，也可以用太阳能板，通过采集太阳能来提供电力。4.1.2 红外热释电模块4.1.2.1 热释电传感器 热释电红外传感器一种新式高灵敏度探测元件。它不需要接触，就可以检测人体辐射红外线，并且将红外转变成电信号。把电压信号放大，可以用来控着各种电路，红外传感器的波长灵敏度的范围是0.220um，人的红外线辐射波长为910um。选取可通过波长为7-10um的滤光片，将其装在传感器的顶端，用来探测人体的红外线辐射情况，本系统可以感应人体红外线的只有本传感器，所以传感器是系统的核心。如图4-2所示。 图4-2热释感应传感器4.1.2.2 菲涅耳透镜菲涅尔透镜片像人的眼睛一样，需要选择合适的才能达到预期的效果，所以选择合适的透镜也很重要。菲涅尔镜片可以将空间红外聚焦到传感器上检测，菲涅尔镜片具有不同的性能，不同的感应距离，因此可以调整显示器的位置，达到想要的效果。如图4-3所示。 图4-3 菲涅耳透镜4.1.2.3 BISS0001芯片 图4-4 BISS0001内部框图BISS0001芯片是传感信号处理的集成电路，收集到信号，并且传输到BISS0001里进行分析，它工作电压在3V5V之间，有16个管脚。如图4-4所示为框架图，管脚功能说明见表1。表1 管脚功能说明引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发端口2VOO控制信号输出端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，一般接0V8VRFI参考电压及复位输入端。9VCI禁止触发端10IB-运算放大器偏置电流端11VCC-工作电源正端，范围为35V122OUTO第二级运算放大器的输出端口132IN-I第二级运算放大器的反相输入端口4.1.2.4 信号采集处理模块 图4-5信号处理模块 图4-6实物图本电路可以将红外信号变为电信号输出。人体发出的红外线通过菲涅尔镜片传到热释电传感器，热释电传感器以电信号输出到BISS0001进行电信号的放大。信号的采集能适应各种的距离，最大可以调到7米左右。4.1.3 51单片机模块4.1.3.1 单片机STC89C52STC89C52是一种低功耗、高性能微控制器，可编程Flash 存储器。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去，然后接上复位电路、时钟电路、按键控制、LED显示电路、报警电路等子模块。4.1.3.2 单片机最小系统单片机最小系统为工作最基本的电路，如图4-7所示。 图4-7信号处理模块 单片机最小系统含有单片机复位电路和时钟电路。STC89C52 单片机正常工作电压4.5v,本设计用3节干电池提供电力。复位电路的作用是，当出现问题时，保护单片机的工作起始状态的电路，用来重启单片机。单片机产生一个复位信号，确定芯片回到起始状态。当单片机运行时，犹豫多种因素出行程序问题时，按复位键，程序重新开始运行。时钟电路用于控制着单片机的工作节奏。时钟电路提供信号作为基准，用来确定芯片的执行速度。4.1.4 按键控制电路本电路设计有两种状态，一是监控状态，二是紧急状态。当按下布防键以后，20秒以后，绿灯持续亮起，开始监控，有人时，探测器感应到红外线，红灯亮，蜂鸣器报警。当有紧急情况是，按下紧急报警器，蜂鸣器立刻报警。如图4-8所示。 图4-8按键部分4.1.5报警模块红色LED灯作为指示灯，蜂鸣器和一个三极管组成了报警电路。如图4-9。 图4-9指示灯和报警电路4.1.6 发光二极管状态指示模块 红色发光二极管：当有报警时此发光二极管长亮，否则熄灭。绿色发光二极管：用做布防状态指示灯。黄色发光二极管：用做传感器指示，当传感器有信号输出，此灯会亮，否则熄灭。4.2 总体原理图设计 图4-10 总体原理图4.3 软件的程序实现4.3.1 主程序工作流程图 通过工作原理和硬件结构，可以画出系统工作流程图，见下图：开始布防按键按下倒计时结束30秒倒计时开始检测到有无信号蜂鸣器报警，发光二级管闪烁紧急按键按下YYN蜂鸣器报警结束 图4-11主程序工作流程图4.3.2 报警判断程序一个脉冲信号，代表人们进入监控区域，经过程序处理后，蜂鸣器响应，红灯亮，开始报警，程序循环工作，报警持续不断。/*红外报警处理*/ void hongwai_dis()if(flag_alarm = 1) red = red; beep = beep; if(flag_bufang_en = 1) green = green; if(flag_bufang = 1)green = 0; if(hw = 1) flag_alarm = 1;4.3.3 程序的编写 本设计的程序通过使用Keil编译器建立一个工程，输入程序源代码，在Keil中进行调试工作。程序源代码见附件二。4.4 硬件调试及调试中遇到的问题第一步为观察，在孔板上手工焊接的单片机应用系统的电路，所以通过自己的观察来检查每个焊点。第二步为万用表检测，用万用表检查各个连接点的通断状况，在检查有无短路现象。第三步为加电检查。当系统通电时，检查器件引脚接口处电压值是否正常，接地端是否电压为零，引脚的电平对不对。第四步是联机检查。虽然线路都焊接的差不多了，但是对于使用性来说，还要考虑的操作方便的因素。5 总结评价 本设计是一种热释电防盗报警器。该防盗报警器通过以单片机为处理器，与热释电传感器连接，检测人体发出的红外线，再以电信号形式输出，由于只探测人体发出的红外线信号，就可以避免其他物体的影响。一般情况下传感器输出的是低电平，如果有人在探测区移动，输出的低电平会变为高电平，高电平输入单片机，经单片机内部软件处理后，传到报警电路，开始报警。该报警器价格低廉，操作简单易学，报警准确及时。在人民收入增长的今天，防盗意识也渐渐增强，防盗报警器会有成为以后的一个很有潜力的发展方向。在这次的毕业设计中，我自己查找资料，焊接电路，从中学习到了很多理论知识，丰富了实践经验，并且认识到了自己的一些不足之处，培养了我的独立思考能力。为以后独立完成工作奠定了基础，更加有信心面对以后更多的挑战。参考文献 1胡萍.串口通信的红外报警器的研制J.计算机与现代化，2010（10）：15-16.2唐德琴.电子温度测量仪器技术发展战略研究J.电子科学技术，2009,27（1）：1-83李行善.基于串口组件的体系结构J.电子串口与仪器学报，2010（08）：15-16.4姜道连等.用于AT89C51设计红外报警器的设计与制作J.国外电子元器件，2010（12）：31-34.5冯国进嵌入式Linux驱动程序设计从入f-J至U精通M北京：清华大学出版社,2008:145-153.6蔡文斋. 专业级串口调试器设计J. 现代电子技术, 2010(02):10-11.7熊如贵.串口通信感应装置J.电子制作，2009（6）:23-31.8 时德钢等.基于串口通信的红外报警器的研究J.计算机测量与控制，2009,10（7）：480-482.9AdelS.Sedra,KenethC.Smith.MicroelectronicCircuits.4thedM.NewYork OxfordUniversityPress,1998.10AllanR.Hambley.Electronics2ndedM.NewJersey:PrenticeHallInc.,2000. 附件一：实物图附件二：程序源代码#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define key_io P1uchar key_can;sbit beep = P23; sbit red = P22; sbit green = P21; sbit yellow = P20; sbit hw = P13; bit flag_300ms = 0;/*独立按键处理函数*/ void key()static uchar key_new = 0,key_old = 0,key_value = 0;if(key_new = 0) if(key_io & 0x07) = 0x07)key_value +;else key_value = 0;if(key_value = 5) key_value = 0;key_new = 1;else if(key_io & 0x07) != 0x07) key_value +;else key_value =0;if(key_value = 5)key_value = 0;key_new = 0; key_can = 20;if(key_new = 0) & (key_old = 1)switch(key_io & 0x07)case 0x06: key_can = 1; break; case 0x05: key_can = 2; break; case 0x03: key_can = 3; break; key_old = key_new; /*定时器0初始化程序*/void time_init() EA = 1; TMOD = 0X01; ET0 = 1; TR0 = 1; uchar flag_alarm ; uchar flag_bufang ; uchar flag_bufang_en ; uint flag_value; /*红外报警处理*/ void hongwai_dis()if(flag_alarm = 1) red = red; beep = beep; if(flag_bufang_en = 1) green = green; if(flag_bufang = 1) green = 0; if(hw = 1) flag_alarm = 1;/*不同按键处理*/ void key_with()if(key_can = 1) flag_alarm = 1; if(key_can = 2) flag_bufang_en = 1;if(key_can = 3)flag_alarm = 0; flag_bufang = 0; flag_bufang_en = 0;flag_value = 0;P2 = 0xff; /*主程序*/ void main()time_init();while(1)key(); yellow = hw; if(key_can = 600) flag_bufang = 1;flag_bufang_en = 0;flag_value = 0;14