毕业设计人体红外线报警器设计

1、福州职业技术学院毕业设计设计题目 人体红外线报警器设计 系 别 技术工程系 年级专业 （09）应用电子技术 学 号 200902013325 姓 名 郑长树 指导教师 吴荣海 职 称 高校讲师 2012 年 4 月 5日目 录内容摘要2关键词2引 言3一、绪论4(一) 设计概述4（二) 设计背景5(三）设计要求5（四）设计意义5二、系统方案设计与研究6(一) 设计过程6（二）方案选定6三、红外感应部分7（一）电源模块7（二）热释电传感器7（三）菲涅耳透镜8（四）biss0001芯片简介8（五）信号采集处理模块11四、单片机部分12（一）at89s52单片机简介12（二）单片机最小系统：12（三

2、）按键控制电路15（四）指示灯和报警电路15五、软件部分16（一）主程序工作流程图16（二）本主程序实现的功能17六、制作与调试17七、总结18致 谢18参考文献20附件一: 程序源代码21附件二: 单片机控制的人体红外线报警器原理图27附录三: 成品图28人体红外线报警器设计内容摘要 红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对温度），都能辐射红外线。红外线是一种光线，但又不同于普通可见光，它不会被察觉有了它不仅大大提高了劳动生产率，降低了成本，而且减轻了人们的劳动强度，改善了劳动条件。而在本设计中就是利用人体红外线的传输手段，通过热

3、释红外传感器（pir）来接收制作的一种被动式热释红外感应报警器，这种热释红外传感器不仅能以非接触形式检测出人体辐射的红外线 ,而且还能同时鉴别出运动的生物与其它非生物，从而实现了防盗报警的功能。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，不易被盗贼发现，便于多用户统一管理。关键词 单片机 热释传感器 报警器 红外线引 言近年来，随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多

4、的居民家庭对财产安全问题十分担忧。报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，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。红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动式热释电型红外报警器,也即是本文将研究的产品。还有红外监控无线报警器,超

5、声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声先报警器。一、绪论(一) 设计概述本设计是经过分析利用红外线传感器探测人体辐射出的红外线信号原理设计出来的人体红外线感应报警器。内容广泛，灵活应用。课题利用单片机51系列单片机at89s52，本系统采用了热释电红外线传感器。为了探测移动人体，通常使用双元件型热释电红外线传感器，在这种传感器内部，两个灵敏元件反相连接，当人体静止时两元件极化程度相同，互相抵消。但人体移动时，两元件极化程不同，净输出电压不为0，从而达到了探测移动人体的目的。该设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬件部分

6、包括红外感应部分与单片机控制部分，整个系统电路可划分为：电源接口部分、信号采集处理、单片机控制电路，而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块。主要工作由热释红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经过单片机功能设定到达报警模块这一过程。就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。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，软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。电路原理框图1-1所示。红外线传感器时钟电路 at89s52 单片机复位电路led指示灯报警电路按键控制 图1-1 电路原理框图（二) 设计背景该报警器能

7、探测人体发出的红外线，当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。随着时代的不断进步，人们对自己所处的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，有效的保证了居民的人身和财产的安全。但是由于大部分报警系统采用的是有线信道，这给系统安装、维护和抗干扰都带来了不利的一面。而采用无线信道的报警系统，可以做到安装和维护变得更为方便，隐蔽性更好，不易被发现而被破坏，且抗干扰能力更强。由于红外线是不可见光，所以有很好的隐蔽性。因此红外无线用在防盗报警系统中将使报警系统更隐蔽，更可靠，

8、更安全。(三）设计要求1) 熟悉电路的工作原理；2) 掌握该电路中元器件的识别方法；3) 掌握电路的调试方法；4) 熟悉电路简单的故障分析方法；（四）设计意义通过红外声光报警器的设计，加深对报警电路的了解，学会一些红外声光的一些报警原理及应用。 加强对一些无人场所的防盗报警，以及对一些危险地带生命迹象的探测。二、系统方案设计与研究 (一) 设计过程整个电路设计可分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。就

9、此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，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有硬件和软件组成。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。（二）方案选定人体红外线感应报警器电路是由红外感应部分、at89s52单片机、报警系统三大部分等组成。处理器采用51系列单片机at89c52。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at89c52单片机。

10、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钟后有定时器实现自动消除报警。三、红外感应部分（一）电源模块 本系统电压为4.5v左右，直接接3个1.5v的直流干电池提供电源，然后用导线连接电源接口模块。还有这种设置就是为了滤波提高电源质量，加一个led指示灯，当电路接通时led指示灯就亮了，可以清楚看到板子是否供电。如图3-1所示电源原理图。图3-1 电源原理图（二）热释电传感器 热释电红外传感器(简称pir)

11、是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。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，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等，人体辐射的红外线中心波长为910-um，而探测元件的波长灵敏度在0.220-um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710-um，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，本传感器是整个系统的关键，只有本传感器才能感应到人体红外线。如图3-2所示。 图3

12、-2 热释感应传感器（三）菲涅耳透镜菲涅耳透镜片相当于热释感应传感器的“眼镜”，它和人的眼睛一样的作用，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生错误的动作，致使用户或者开发者对其失去信心。它的作用是有效的将探测到空间的红外线集中到传感器上，菲涅耳透镜根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。如图3-3所示为菲涅耳透镜模型图。图3-3 菲涅耳透镜（四）biss0001芯片简介biss0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到biss0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3v5v之间，当工作电压

13、为5v时输出的驱动电流为10ma。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图3-4所示为biss000集成芯片的内部框图，管脚功能说明如表3-1所示。图3-4 biss0001内部框图表3-1：管脚说明图引脚名称i/o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的上跳前沿触发，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4rc

14、1-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。通常接vcc，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，经rb接vss端，rb取值为1m左右。11vcc-工作电源正端，范围为35v122outo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由图可见biss0001

15、 由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。首先，根据实际需要，利用运算放大器op1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器op2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为vm(0.5vdd)后，将输出信号v2送到由比较器cop1和cop2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号vs。由于vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，当vdd=5v时，可有效抑制1v的噪声干扰，提高系统的可靠性。 cop3是一个条件比较器。当输入电压vcvr时，cop3输出为高电平，进入延时周期。 当a端接

16、“0”电平时，在tx时间内任何v2的变化都被忽略，直至tx时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当tx时间结束时，vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期ti。在ti时间内，任何v2的变化都不能使vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。而可重复触发工作方式下的波形在vc=“0”、a=“0”期间，信号vs不能触发vo为有效状态。在vc=“1”、a=“1”时，vs可重复触发vo为有效状态，并可促使vo在tx周期内一直保持有效状态。在tx时间内，只要vs发生上跳变，则vo将从vs上跳变时刻起继续延长一个tx周期；若vs保持为“1”状态，则vo一直保持有效状

17、态；若vs保持为“0”状态，则在tx周期结束后vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间ti时间内，任何vs的变化都不能触发vo为有效状态。（五）信号采集处理模块 图3-5 信号处理模块本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器op1进行放大，然后由c4耦合给运算放大器op2进行第二级放大。再经过电压比较器cop1和cop2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过r3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过r12来调节输出，在延时时间内只要vs发生上跳变，vo就会从vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片

18、内的定时器，若vs一直保持为高电平，这样就可以通过p10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节r13，最大可以调节到7米左右。图中biss0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平可触发工作另一个接低电平不可触发工作,可重复触发方式就是感应到高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。四、单片机部分（一）at89s52单片机简介 at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系统可编程flash 存储器。使用at mel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80

19、c51 产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得at89s52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。at89s52具有以下标准功能： 8k字节flash，256字节ram，32 位i/o 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，at89s52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方

20、式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去然后外围接上复位电路、振荡电路、键盘控制、led显示电路、报警电路等子模块。（二）单片机最小系统：要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图4-2所示。图4-2 信号处理模块单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。at89s52 单片机的工作电压范围：4v-5.5v,所以通常给单片机外界5v直流电源。连接方式为单片机中的40脚vcc接正极5v，而20脚vss接电源地端。复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生

21、复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。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。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。如图4-2-1所示。图4-2-1复位电路图时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。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

22、内振荡器。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。 如图4-2-2所示。图4-2-2时钟电路（三）按键控制电路本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后， 5秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图4-3所示。 图4-3 按键部分（四）指示灯和报警电路在单片机的i/o 里会输出高

23、低电平，在p21和p23分别接上led指示灯而p25接上蜂鸣器而蜂鸣器外界个9012的三极管起到开关作用，当三极管达到饱和状态下就驱动了蜂鸣器工作了 。如图4-4所示。图4-4 指示灯和报警电路五、软件部分（一）主程序工作流程图按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如图5-1所示：开始布防按键按下倒计时结束六十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10秒结束（二）本主程序实现的功能1、有二种状态，布防 紧急报警。2、三个控制按键、两个指示的led。一个按键布防，另一个按键是遇到紧急情况紧急报警。3、按下布防按键后， 1分钟后进入监控状态，

24、当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。4、当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。六、制作与调试本设计主要分红外感应部分和at89s52单片机部分。第一部分是红外感应部分，第二部分是单片机部分。因此在制作与调试的时候采用模块化操作，这样更加提高了制作的效率。红外感应部分首先准备原理图，红外部分的原理图经过反复的检查和论证，然后再去准备元器件和相关的工具，等材料准备完时，接下来的工作就是焊接工作，焊接的好坏直接影响到作品的质量，因此在焊接的时候要小心，避免由于粗心造成的虚焊和漏焊。单片机部分编写程序要仔细小心，调试时要要重新检查一遍元器件有没有连好，

25、首先要保证输入的是高电平，然后在通电条件下，按下复位按键，看指示灯和蜂鸣器有没什么反应，还有要查看电路上有没有短路了，还有烧进单片机的程序要保证是可以运行的。本次调试先调了复位按键部分，然后振荡时钟电路这样一步一步的检查过去。一开始我的电路都做好了可是一接通电源只发现只有蜂鸣器响了一下后面几乎没什么反应，可是我用手压住靠近晶振和单片机那几个焊点时发现指示灯和蜂鸣器一直响，后面用万用表测下单片机有没坏，发现测出来的数据为5.17v是正常的，而我再测下晶振部分有没虚焊发现也没有我怀疑是晶振坏了，后面换了个晶振。一切都可以了会响，可是新的问题出现了，发现电路不怎么稳定我调节r13那个可调电阻，慢慢的

26、调节，调到电路稳定为止，我调节的距离大概为2米的范围。七、总结本次热释红外感应的设计与制作，基本上达到了预期的要求。制作电路时也有很多不懂得地方经过老师和同学的帮助算是完成了，但是我认为在很多方面还存在不足之处，随着市场的不断被开拓，产品的性能和质量要求也不断被改进和提升，在热释感应这方面还有许多值得我们去思考。在如今愈发激烈的市场面前，产品种类和性能不断被更新的时代，如何设计出应用更广泛，性价比更高的产品，这才是最有前景的。在电路的设计方面考虑，有以下几点可以改进：(一)、可以从单片机这部分考虑，在这部分中有很多可以改进的地方。主要在软件方面，可以将稍作修改，增加程序代码，就会有不同的效果，

27、在输出端可以加个小电路就是在黑暗的环境下随着报警而led灯也亮了，这些只是我个人的一个想法这样电路就更加完善。(二)、可以增加几个按键以便让电路有跟多的处理能力，以上就是一些小小的改进措施。以后还要在实际中不断发现问题，这才使得整个设计更加完善。致 谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业。人最宝贵的年华有几个三年，在这里我度过了让我真正成长成熟的三年，记得刚进学校是我是多么的无助与陌生，三年的异地大学生活使我变的成熟，坚强和独立。感谢我的所有任课老师，他们严谨细致、认真讲解，他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。本论文是在福州职业技术学院技术工程系吴荣海老师的悉心指导下完成的。吴荣海

28、老师作为一名优秀的、经验丰富的教师，具有丰富的应用电子技术知识和指导经验，在整个论文实验和论文写作过程中，对我进行了耐心的指导和帮助，提出严格要求，引导我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中，既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的实验习惯和科研精神。在此，我向我的指导老师表示最诚挚的谢意！最后要感谢的是我的父母，因他们的给予我才能在这校园里完成我的大学梦想，使我的人生阅历提高，增长见识，提高了自己个方面的素质和涵养。也要感谢我的同学。，因为我们团结我们才能高效的完成毕业设计。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定

29、会好好孝敬和报答他们！在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！参考文献1张靖武，周灵彬单片机原理、应用与protues 仿真m北京：电子工业出版社，2010.1，第三版。2周良权，方向乔数字电子技术基础m北京：高等教育出版社，2008.1，第三版。3 吴政江. 单片机控制红外线报警器j. 锦州师范学院学报, 2001.4 宋文绪. 传感器与检测技术m. 北京: 高等教育出版社, 2004.5 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, 2000.6 李全利. 单片机原

30、理及接口技术m. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.7 徐爱钧, 彭秀华. 单片机高级语言c51应用程序设计m. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006.8电子技术资料网站。附件一: 程序源代码*/#include /头文件#define uint unsigned int /宏定义#define uchar unsigned char/* 端口定义*/sbit led1=p23; /红灯sbit led2=p21; /绿灯sbit k1=p33; /启动键sbit k2=p34; /紧急报警键sbit beep=p25; /蜂鸣器sbit in=p10; /信号输入端/*/uc

31、har num=0; uchar num1=0;uchar flag=1,flag1=0,flag2=0; /标示位/* 函数名称：延时子函数 函数功能：产生短暂延时*/void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);/* 函数名称：按键子函数 函数功能：控制开始/紧急报警*/void key()if(k1=0)delayms(5);if(k1=0)while(!k1); /等待按键释放ea=1;et0=1; /启动定时器0tr0=1;flag1=0;led2=0; /绿灯亮，说明安防已启动if(num1=5) /一分钟后布防flag1=1;ea=0;et0=0; /关闭定时器0tr0=0;num1=0;i