热释电红外防盗报警器教材

1、课程设计任务书设计题目红外防盗报警器设计学生姓名设计要求：1、设计由软件和硬件共同组成的红外线防盗报警系统。2、系统能有效判断是否有人员进入，检测到有人进入后发出报警信号。3、正常状态下绿色指示灯亮，发生报警时红色指示灯亮并有蜂鸣器发生报警声音。4、报警状态持续十秒，十秒后自动解除。5、系统处于报警状态时，可进行手动复位、中断操作。学生应完成的工作：1、独立设计红外防盗报警电路。2、利用相关软件设计软件程序，使硬件电路达到工作要求。3、用 PROTEUS软件进行仿真。4、焊接电路板进行调试。该生负责硬件电路设计。5、独立完成设计报告。参考文献阅读：1 张毅刚 . 单片机原理及应用 . 北京：高

2、等教育出版社， 20042 杜尚丰 . CAN 总线测控技术及其应用 . 北京：电子工业出版社， 2007.13 周杏鹏 . 传感器与检测技术 . 北京：清华大学出版社， 2010.94 张 瑞. Altium Designer6.0 原理图与 PCB设计.北京：电子工业出版社， 2007工作计划：1、2013.5.6 上午集体培训，统一讲述工作过程中的各项要求，和工作计划。2、2013.5.7 2013.5.10 独立设计电路后上交给老师检测。3、2013.5.10 2013.5.14 完成软件设计，焊接电路板进行调试。4、2013.5.6 2013.5.17 完成设计报告。任务下达日期：

3、2013 年 5 月 6 日任务完成日期： 2013 年 5 月 17 日指导教师（签名） ： 学生（签名）红外防盗报警器设计摘 要： 这是一个红外防盗报警系统，系统包括硬件设计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、驱动报警电路、 LED控制电路等部分组成。 处理器采用单片机 AT89S52，系统是在软件控制下工作的，软件控制是在汇编环境下实 现的。该系统可以在一定距离检测到是否有人进入设定区域，一旦检测到有人进入，报 警电路开始报警，报警指示灯开始点亮，蜂鸣器发出报警声音，进入报警状态，十秒钟 后自动解除报警状态，也可进行手动复位，解除报警状态。关键词： 单片机；热

4、释电红外传感器 ；报警电路；时钟电路；复位电路目录1. 设计背景 12. 设 计 方 案 12. 1 方 案 比 较 22.2 方案论证23. 方 案实 施 23.1 总体电路设计23.2 具体模块设计33.3 系统硬件电路的选择及说明73.4 软件程序的实现83.5 软件部分的实施94. 结果与结论 115. 收 获 与致 谢 126. 参 考 文献 137. 附 录 137.1PROTEUS 仿真图137.2 电路原理图137.3 实物工作图147. 4元器 件清单 161. 设计背景随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展，人们生活水平得到了很大的提 高，对私有财产的保护意识在不断的

5、增强，因而对防盗措施提出了新的要求。本设计就 是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主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，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设 计中所使用的红外线是不可见光，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。 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，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。2. 设计方案2.1 方案比较方案一 ：由红外传感器、电源电路、放大电路

6、、 ADC数模转换电路、 AT89S52单片 机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。输入的红外信号由数模转换 电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器 发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。方案二： 由热释电红外传感器接收电路、放大电路、复位电路、中断电路、电源 电路、报警电路构成。当热释电红外传感器检测的人体辐射的红外线后，由放大电路将 信号放大后的低电平电信号输入单片机后，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣 器发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。方案三： 由红外传感器、电源电路、放大电路、 BI

7、S0001处理电路、 AT89S52单片 机中央控制电路、复位电路、中断电路、报警电路等构成。输入的红外信号由数模转换 电路转换为电信号，低电平输入单片机，由单片机输出放大信号到报警电路，使蜂鸣器 发出报警信号，而中断电路和复位电路可以对报警电路进行控制。 综合比较方案二比较可行。2.2 方案论证以上三个方案大体相同，都是由检测电路、单片机、报警电路、复位电路、中断电 路、声光报警电路组成，所用到的电路和器件不同可以决定它们的特性和实用性。方案 一用到的检测红外信号电路需要用到 ADC0809处理电路将传感器所接受的模拟信号转换 成数字信号传给单片机中间会产生一定偏差， 而方案三用到的 BIS

8、0001 处理芯片是将传 感器所接收的信号放大以数字信号的方式输出，有所不便。而方案二是直接将人体辐射 的红外线转换成电信号，经过放大电路将放大后的电信号输入单片机，而不需要用到芯 片，设计简便合理，所以选用方案二。3. 方案实施3.1 总体电路设计系统硬件结构组成如图 1 所示。图 1 系统硬件结构图系统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组成。 用户终端需要完成信息采集、 处理、数据传送、 功能设定、 本地报警等功能。在系统的设计中，单片机是设计的中心单元，所以

9、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。硬件设计包括单片机、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需要包含如下结构：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。处理器采用单片机 AT89S52。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

10、过程、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， 或者是在声光报警 10s 钟后有定时器实现自动消除 报警。3.2 各功能电路设计3.2.1 电源电路设计电源电路设计如图 2 所示图 2 电源电路本电路用到变压器、桥堆 2W10、电容、三端稳压电路 L7805。由于电路中的很多元 件额定电压大概就在 5V 左右，而我们身边常用的电压源是 220V，如果直接将电路接在 220V电压两端调试，就会将元器件烧坏。因此，该电路我们先用变压器将

11、220V 电压转换为 9V 电压，利用桥堆 2W10将交流电转换为直流电，另加电容过滤，经三端稳压电路 L7805 将电压变换为 5V作为电路的输入电源。3.2.2 放大电路的设计放大电路设计如图 3 所示。本电路实现放大功能的核心元件是三极管，前提是放大不失真。三极管的放大作用主要依靠它的发射极电流能够通过基极传输，然后到达集电极而实现的，实现这一传输 过程的两个条件是：（ 1）内部发射极杂质浓度远大于基极杂质浓度，且基极很薄； （2） 外部必须做到发射极正向偏置，集电极反向偏置。 Vi 是输入电压信号， Vo 是输出放大 的电压信号。3.2.3 时钟电路的设计时钟电路设计如图 4 所示。C

12、XTAL1XC 12MHZXTAL2图4 时钟电路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。3.2.4 复位电路的设计复位电路设计如图 5 所示。图5 复位电路复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位， 单片机在时钟电路开始工作以 后, 在 RESET

13、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。本设计采用的是外部手动按键复 位电路。3.2.5 发光报警电路的设计发光报警电路设计如图 6 所示。图 6 发光报警电路该电路由 1 个发光二极管、 220电阻、5V直流电源组成。而单片机中的 P3.0（RXD） 为串行输入端口，当该端口处于低电平时间有效，将发光报警电路低电平端与RXD端口相连接。电路接通后，单片机的 RXD引脚被置低电平，发光二极管被点亮，起到发光报 警作用。3.2.6 声音报警电路的设计声音报警电路设计如图 7 所示。图 7 声音报警电路 该电

14、路由三极管、电阻和蜂鸣器组成。电路中三极管起到信号放大作用，电阻负责 保护电路，蜂鸣器用来提示报警状态。而单片机的 P3.1 （TXD）端口是串行输出口，用 来接收外部高电平信号。将电路的输出端接到单片机的 TXD引脚上，当电路接通后，蜂 鸣器发出声音报警信号，构成声音报警电路。3.2.7 中断电路的设计中断电路设计如图 8 所示。图 8 中断电路该电路的设计由复位按钮、电阻、和直流 5V 电源组成。复位按钮实现的的是一个 开关量，目的是使中断端口有效接地，而电阻则是为了保护电路。单片机中的 P3.2 端 口是中断输入端口，当电路正常进行时因保持中断端口始终处于高电平状态，利用向中 断输入端口

15、 3.2 接入低电平信号可以实现电路的中断，所以电路正常工作时间我们需 要给其提供高电平信号，使其处于高电平无中断状态，以保证整体电路的正常工作。3.2.8 热释电红外传感电路的设计热释电红外传感电路设计如图 9 所示。图 9 热释电红外传感电路热释电红外线 (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 。是 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。主要是由一种高热电 系数制成的探测元件，在每个探测

16、器内装入一个或两个探测元件，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的干扰。由探测元件将探测并接收到的红 外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为 9-10um，而探测元件的波长灵敏度在 0.2-20um 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 7-10um，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。一旦人侵 入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电

17、元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理 而输出电压信号。本设计所用的热释传感器就采用双探测元的结构。 在 VCC电源端利用 C2和 R1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 信号经过 FET放大后，经过 C2，R1 的稳压后使输出变为高电位，再经过 NPN型三极管 的放大，外加反相器使输入单片机的电信号为低电平。3.3 系统硬件电路的选择及说明本设计中需要用到如下器件： AT89S52、热释电红外传感器、 LED、按键、反相器 74LS04、蜂鸣器等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位电路等。其中绿灯 为电源工作指示灯，代表电

18、路处于正常状态，红灯是起报警指示作用，当RXD引脚处于低电平时红灯开始报警，同样， TXD引脚处于高电平时声音报警电路开始工作。电路设 有 2个按键， S1键作为倒计时的暂停键 , S2 键作为电路的复位键。3.4 软件的程序实现3.4.1 主程序工作流程图系统主程序工作流程图如图 10 所示；开始时先对系统初始化，然后检测是否有无信号输入，如果没有外界信号输入继续 循环检测，如果检测到外部信号输入则启动声光报警电路开始报警，报警启动后经过十 秒，声光报警结束，继续检测，循环工作，保证电路的正常工作。3.4.2 中断服务程序工作流程图中断服务程序工作流程图如图 11 所示。图 11 中断服务程

19、序工作流程图本主程序实现的功能是：当单片机检测到外部热释电传感器送来的脉冲信号后，表 示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，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，检测是否有下次触发信号，等 待报警从而使报警器进入连续工作状态。同时，利用中断方式可以实现报警持续时间未 到 10 秒时，用手工按键停止的声光报警的作用。手工按键停止报警中断服务程序工作 流程图。3.5 软件部分的实施3.5.1 编写程序利用 Keil 软件编写程序，使其达到预期要求，程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0

20、ORG 0200HMAIN: MOV IE,#81H SETB IT0 ; MOV SP,#30H SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH MOV P2,#00H ;P2 CLR P1.2;CPU 开放中断， INT0 允许中断外部中断为边沿触发方式指针入口地址使 P1 口全部置 1 口清零10LP: JNB P1.7,LA ; 监测输入信号，是否有输入信号LA: ACALL DELAY ; 延时消抖JNB P1.7,ALARM ; 再次监测输入信号，若有输入信号转入报警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAHLD2:MOV R2,0BBHLD1:NOP

21、DJNZ R2,LD1DJNZ R1,LD2RETALARM:SETB P1.2 ; 开始报警使运行正常绿指示灯熄灭，红灯和声报警启动CPL P3.0CPL P3.1 ;10S 钟定时 :MOV 51H,#0C8HMOV TMOD,#01HMOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHSETB TR0;10S循环次数定时器 T0 定时 方式 1 置 50ms 定时初值L2:JBC TF0,L1SJMP L2L1:MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CHDJNZ 51H,L2 ;启动 T0 查询记数溢出未到 10S 继续循环SETB P3.0 ;10s到关闭报警CLR P3.1CL

22、R P1.2;LJMP LP;HERE:SJMP HERE PINT0: CLR EX0 ;PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;LN: LCALL DELAY ;JNB P3.2,LN1AJMP LN2 ;LN1: SETB P3.0CLR P3.1CLR P1.2 ;POP ACCPOP PSW SETB EX0 ; LCALL LP ;LN2: RETI报警结束，正常运行绿指示灯亮循环 , 继续工作外部中断 0 服务程序开始，屏蔽外部中断监测是否有中断输入延时消抖无中断输入 , 中断返回使报警结束，绿指示灯亮开放外部中断 0在中断继续检测是否有输入信号11END3

23、.5.2 软件调试在 KEIL 软件里面编写程序后进行编译，编译无误后将其保存保存为 .asm 文件，然 后转换为 hex 文件。利用 PROTEU软S件将硬件电路绘制出来，将 hex文件载入到单片机 中，然后对该电路进行软件仿真，测试电路中的中断和复位功能，由于仿真软件中不能 实现热释电红外传感器的红外信号接受，而单片机内需要输入的是低电平信号，所以我 们将该部分电路改为低电平信号载入，仿真时间利用接地来代替。124. 结果与结论4.1 软件测试及红外防盗报警器使用结果首先将 hex 文件载入单片机后，利用仿真软件进行仿真，由于我们将低电平输入信 号改为接地来实现，在其中间加上按钮来控制信号

24、的输入。仿真开始后，电源指示灯绿 灯开始点亮，证明电源电路正常工作，当我们给单片机加上一个低电平信号以后，绿灯 立刻熄灭，报警信号灯红色灯开始处于点亮状态，十秒后红色灯熄灭，绿灯开始恢复点 亮状态，证明光报警电路正常。然后我们开始验证复位电路和中断电路，首先给单片机 输入一个低电平信号，绿灯熄灭，红灯点亮，蜂鸣器响起，此时按下中断按钮，红灯熄 灭，绿灯点亮，蜂鸣器停止，中断电路正常；然后给其输入低电平信号，绿灯熄灭，红 灯点亮，蜂鸣器响起，按下复位按钮，绿灯点亮，红灯熄灭，蜂鸣器停止报警，复位电 路正常，软件设计成功。软件测试成功后，我们首先是进行硬件的布局和电路板的焊接，等到电路板焊接完毕，

25、将程序经过相关器件烧入单片机内。然后外接变压器变换过的9V 交流电源，开始硬件的调试，通电后我们发现绿灯点亮，电源电路正常，拔下热释电红外传感器的塑料 外罩，使其光学滤镜装置对向人体，蜂鸣器响起，绿灯熄灭，红灯点亮，十秒后报警电 路自动停止，光电报警电路正常；此时按下中断按钮，红灯熄灭，蜂鸣器停止，表示中 断电路正常；再次对向人体，其处于报警状态，然后按下复位按钮，红灯熄灭，绿灯点 亮，蜂鸣器停止报警，复位电路正常。热释电红外报警器调试成功。4.2 结论本设计研究了一种基于单片机技术的无线智能防盗报警器。该防盗报警器通过以AT89S52单片机为工作处理器核心，外接热释电红传感器，它是一种新颖的

26、被动式红外 探测器件，能够以非接触方式探测出人体发出的红外辐射，并将其转化为相应的电信号 输出，同时能有效的抑制人体辐射波长以外的红外光线与可见光的干扰。平时传感器输 出端为低电平，当有人在探测区范围内移动时输出端低电平变为高电平，此高电平经反 相器输入单片机，作为单片机的外部触发信号处理，经单片机内部软件编程处理后，单 片机输出控制信号，驱动声光报警电路开始报警。该报警器的最大特点就是使用户能够 操作简单、易懂、灵活；且安装方便、智能性高、误报率低。随着现代人们安全意识的 增强以及科学技术的快速发展，相信报警器必将在更广阔的领域得到更深层次的应用135. 收获与致谢在课程设计的整体安排课程中，刚开始感觉到还有一定的压力，不过经过慢慢的学 习和老师的指导下，开始慢慢的有一定的头绪。根据老师的安排首先进行的是基础知识 的培训，有老师集体指导课程设计过程中应该注意的问题和可能出现的难题，特别强调 课程设计过程中注重自己的人身安全，还有就是发散自己的思维，创作出与众不同的东 西，充分体现日常学习的东西在现实生活中的应用，更有助于专业知识与生活实际相结 合，增加实物观念，更有助于以后