毕业设计报告__赵宝龙

1、西安文理学院物理与机械电子工程学院本科毕业论文（设计）题 目 热释红外线电子哨兵 专业班级 09级自动化1班 学 号 08103090124 学生姓名 赵 宝 龙 指导教师 韩 佐 军 设计所在单位 西安文理学院 2013年 3 月- 1 -摘 要在传统的警戒、军事搜索和防盗方面，一般都需要依靠人的巡逻、站岗、看守来完成，这样对人员的需求量非常大，而且效果方面不是尽人满意。由热红外敏感元件制成的热红外线传感器，可以对任何热源的变化产生电反应。根据此原理，可以制成一个以红外线传感器对热源变化产生的电变化为输入，由单片机控制，以无线收发模块对探测信号进行远距离传输，以蜂鸣器以及灯光变化为输出的热释

2、红外电子哨兵，将其安置在重要路口、通道、墙角、大门等地方，当有人进入警戒线时，此装置将产生声光报警用于吓阻入侵人员或将入侵信号告知安保人员，对其进行拦阻、抓捕。此装置能够大大减少传统工作中的人员数量和工作人员的工作强度，而且可以大大提高警戒、防盗、安保效果.关键词：热释红外线传感器 STC89C52 无线收发模块AbstractIn the traditional alertness ,military search and security，we need to rely on the patrol, sentry and guard to complete it I. Not only d

3、oes it need a large of people,but also The effect is not satisfying. Thermal infrared sensor is made of thermal infrared sensitive element and can be changed by any heat source and generating electric response.According to this principle，it can be made into a infrared sensor to heat change electric

4、change as input, controlled by microcomputer, long-distance transmission of signal in wireless transceiver module, buzzer and light to change as the output of the pyroelectric infrared electronic sentry, placing in the mouth where important channel, corner of a wall, door, when someone enter the sec

5、urity line, this device will produce sound and light alarm to deter intrusion or the intrusion signal to inform to security personnel to stop and catch somebody. The device can greatly reduce the workers' quantities in the traditional work, and can greatly improve the alert, defence and security

6、 effect.Keyword: Pyroelectric infrared sensor,STC89C52,The wireless transceiver module.目 录第一章 绪论41.1研究背景与意义41.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势41.3 设计内容41.4 设计要求4第二章 系统方案论证与选择62.1 系统总体方案描述62.2 系统总体框图62.3 系统硬件构成6第三章 系统硬件电路设计73.1 单片机最小系统设计73.2 HC-SR501人体红外感应模块设计103.3无线收发模块设计11第四章 系统软件设计134.1 程序设计思路134.2 程序流程图13第五章 硬

7、件调试165.1 系统硬件调试165.2 调试结果17第六章 心得与体会18参考文献19附录一 原理图20附录二源程序代码22第一章 绪论1.1研究背景与意义随着科学技术与工业制造水平的进步与普及，特别是电子与传感器技术的迅速发展，越来越多的高科技产品应用在我们军事国防、航天航空以及日常生活的各个方面。科学技术是第一生产力。科学技术直接或间接的推动着我国国防现代化，航天技术的跨越式发展和我们更加便捷、高效的生活方式和工作方式。在传统的警戒、军事搜索和防盗方面，一般都需要依靠人的巡逻、站岗、看守来完成，这样对人员的需求量非常大，而且效果方面不是尽人满意。由热红外敏感元件制成的热红外线传感器，可以

8、对任何热源的变化产生电反应，根据此原理，制成一个一红外线传感器对热源变化产生电变化为输入，以蜂鸣器以及灯光变化为输出的热释红外电子哨兵，将其安置在重要路口、通道、墙角、大门等地方，当有人进入警戒线时，此装置将产生声光报警用于吓阻入侵人员或将入侵信号告知安保人员，对其进行拦阻、抓捕。此装置能够大大减少传统工作中的人员数量和工作人员的工作强度，而且可以大大提高警戒、防盗、安保效果.1.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势红外线防盗、警戒、监控技术在国外已经有半个多世纪的发展历程，而在我国20世纪80年代才刚刚起步，90年代是我国在这一技术上有较大突破与跨越式发展的时代。我国的热释红外线产品从无到有

9、，从低端到中高端。目前，红外电子产品已经广泛的被应用到各个行业，但我国在这一领域与国外相比，在精度、可靠性、实用性等方面仍然有很大差距。目前，此类电子装置正在朝以下几个方面发展：1.更稳定可靠：如抗干扰、防雷电等，以适应恶劣气候；   2.更多样的功能：可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等；   3.更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；   4.更智能化的设计：方便地设撤防，人性化的操作界面；   5.更强大的联网功能;   6.更方便的扩展性。 上述发展趋势，事实上都建立在数字化、无线化、集成化的三大核心技术基础上。相信随着我国

10、在数字化、无线化、集成化等技术的快速发展，我国也会在红外线应用技术上走在世界前列。1.3 设计内容本文着重阐述以单片机控制，热释红外传感器对热释数据采集和处理，无线发送和接收模块的应用，以及单片机接收到数据后控制蜂鸣器报警。1.4 设计要求当有人进入到热释红外探头正面一定角度一定距离范围内，红外探头输出直流电压给单片机1，单片机1对输入数据进行处理并将处理后的数据给无线发射模块将其发送出去，在一定距离距离内，无线接收模块接收到信号并将信号给单片机2进行处理使蜂鸣器报警。第二章 系统方案论证与选择2.1 系统总体方案描述系统设计分为2个部分，第一个部分实现对人体相近温度35摄氏度温度所发出的红外

11、波的检测、显示和发送，第二个部分为数据的接收、显示和报警。第一个设计模块中，利用单片机STC89C52控制热释红外传感器模块定点检测和处理数据，单片机将采集的数据发送给单片机，再通过单片机控制，使一个LED灯亮，另外对接收到的数据进行一定的转换和处理，然后存放在寄存器中，等待下一步处理，再经过无线发送模块将显示的数据打包发送给第二个模块。第二个设计模块中，同样利用STC89C52单片机作为控制主体，先控制无线接收模块接收第一个模块发送的数据，然后控制1个LED灯显示接收到的数据并且蜂鸣器报警。则完成整个设计流程。2.2 系统总体框图系统的设计框图如图1所示：单片机STC89C52控 制控 制控

12、 制 第一模块无 线 发 送模 块LE灯亮HC-SR501人体红外感应模块 热释信号采集 信号显示 发送数据单片机STC89C52无 线 接 收 模 块控 制接收数据LED控 制 第二模块 灯光报警蜂鸣器控 制 声音报警 图2.1 系统框图2.3 系统硬件构成系统硬件主要由单片机最小系统，热释红外传感器，还有无线收发模块组成，目的在于实现热释信号的准确检测和无线收发所检测的信号显示、报警。第三章 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统设计单片机最小系统的设计主要有五个部分组成，电源电路，复位电路，晶振电路，USB转串口电路和控制主体的STC89C52单片机。电源电路由一个六脚的按键开关，一个1

13、K的电阻，一个10uF的极性电容和一个显示电路供电状态的发光二极管组成。开关为了适应各种情况下能够方便供电，开关外接有一个USB接口和一个DC-5V的标准电源接口作为供电设备使用。除此之外还设计了一个外接电源接口。电源电路如图3.1所示。图3.1 电源电路复位电路组成很简单，仅仅有4个小器件构成，一个是作为复位控制的四脚按键，一个10uF的极性电容，还有两个电阻，阻值分别为1K和10K。电路与单片机的RST端口连接，电路上电后，按下按键控制系统复位。具体电路如图3.2所示：图3.2 复位电路晶振电路更为简单，只有3个器件，一个11.0592Hz的晶振外加二个30PF的普通电容组成，晶振两端分别

14、与单片机的XTAL1和XTAL2口相接。电路如图3.3所示：图3.3 晶振电路USB转串口电路主要利用PL2303来实现，PL2303是一款单电源电平转换芯片，在本次设计中的使用的方法是在PL2303的1和3管脚之间，4和5管脚之间，2和16管脚之间，6和15管脚之间，还有16和16管脚之间全部加上一个0.1uF的电容，7和8管脚作为串口输入端，外接一个标准9孔串口母头，9和10管脚作为输出，分别与单片机的P3.0和P3.1连接。这样就构成了与单片机连接，可以进行串口通信的USB转串口电路。它有两大功能：1、单片机的程序下载功能；2、USB口的供电与通信功能。具体电路图3.4所示：图3.4 U

15、SB转串口电路单片机最小系统的主体部分使用的是STC89C52单片机，它是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内寄存器可反复擦洗，含有32个可编程双向I/O口，3个16位定时/计数器，共8个中断源。需要指出且注意的是，单片机在系统设计时，管脚EA要始终接高电平。因为EA接高电平时，单片机读取内部程序存储器。当扩展有外部ROM时，读取完内部ROM后自动读取外部ROM,EA接低电平时，单片机直接读取外部ROM。 而设计中使用的STC89C52是有内部ROM的，所以此引脚始终接高电平。一般在设计单片机最小系统时，大多会加上流水灯和独立键盘的设计，但是在我的毕业设计中把这些

16、部分作了改进。考虑到流水灯和独立键盘这些设计如果完整的加入就会造成一定的浪费，而且由于学校实验室的条件有限，PCB板的刻录存在很多问题，因此这些设备会大大增加硬件调试过程的难度，费时费力。同时，在设计单片机最小系统时，考虑到不加入这些设备的话，以后又有可能需要用到。所以中和上面各种因素，在最小系统的设计部分最后只是增加了二个独立键盘和二个LED发光二极管作为调试或需要时使用，同时，考虑到以后可能还会外接其它设备的介入，为了方便，特意留有两排20脚的单排插针外接端口，这样，设计的最小系统模块在需要时也可以控制其它外接装置。使得设计模块更加灵活多用，不仅仅局限在本次毕业设计中使用，还可以留作以后的

17、开发板学习。最小系统的主体STC89C52如图3.5所示：图3.5 STC89C52管脚接线图本设计中采用的是高集成度的89c52单片机开发板，实物图如下：图3.6 STC89C52开发板实物图3.2 HC-SR501人体红外感应模块设计HC-SR501 普通型 人体红外感应模块 热释电红外传感器 提供电子资料技术参数：1.工作电压：DC5V至20V2.静态功耗：65微安3.电平输出：高3.3V，低0V4.延时时间：可调(0.3秒18秒)5.封锁时间：0.2秒6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H7.感应范围：小于120度锥角，7米以内8.工作温度：-15+70度9.PCB外形尺寸：3

18、2*24mm，螺丝孔距28mm，螺丝孔径2mm，感应透镜尺寸：(直径)：23mm(默认)功能特点：1.全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平。输出低电平。2.光敏控制(可选）：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。光敏控制为可选功能,出厂时未安装光敏电阻。如果需要，请另行购买光敏电阻自己安装。   3.两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。    A.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。  

19、  B.可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。4.具有感应封锁时间(默认设置：0.2秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。5.工作电压范围宽：默认工作电压DC5V至20

20、V6.微功耗：静态电流65微安，特别适合干电池供电的电器产品。7.输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。外接示意图和典型应用：图3.7 HC-SR501人体红外感应模块1：正电源2：高低电平输出3：电源负极H：可重复触发L：不可重复触发CDS：光敏控制应用范围：热释电红外开关是BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。特别适用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 安防产品  &

21、#160;        人体感应玩具人体感应灯具        工业自动化控制等 3.3无线收发模块设计· 拍下时库存：48105图3.8 无线收发模块实物图射头与接收模板产品规格及使用说明接收模块技术参数产品型号 MX-05V工作电压：DC5V               静态电流：4MA

22、60;                接收频率：433.92MHZ   接收灵敏度：105DB尺寸：30*14*7mm  外接天线：32CM单芯线，绕成螺旋状发射头技术参数产品型号：MX-FS-03V发射距离：20-200米（电压不同，效果不同）   工作电压：3.5-12V     外型尺寸：19*19mm

23、工作方式：AM               传输速率：4KB/S         发射功率：10mW              发射频率：433M外接天线：25cm普通多芯或单芯线引脚排列从左右：（DATA；VCC；GN

24、D）应用环境遥控开关、接收模块、摩托车、汽车防盗产品、家庭防盗产品、电动门、卷帘门、窗、遥控插座、遥控LED、遥控音响、遥控电动门、遥控车库门、遥控伸缩门、遥控卷闸门、平移门、遥控开门机、关门机等门控系统、遥控窗帘、报警主机、报警器、遥控摩托车、遥控电动车、遥控MP3等。 备注VCC电压要与模块工作电压一致，且要做好电源滤波；天线对模块的接收效果影响很大，最好接1/4波长的天线，一般采用50欧姆单芯导线，天线的长度433M的约为17cm；天线位置对模块接收效果亦有影响，安装时，天线尽可能伸直，远离屏蔽体，高压，及干扰源的地方；使用时接收频率、解码方式及振荡电阻应与发射匹配.无线收发模

25、块的无线发射接收电路主要利用振荡器与外围器件构成的电路组成，设计中使用的是购买的成品模块，其内部电路结构没有详细研究，其主要部分是天线。他利用特定的形状可以将电流转化为射频能量并以电波形式发射出去或将无线电波接收进来。第四章 系统软件设计4.1 程序设计思路程序设计使用的软件是是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统Keil C51。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 程序设计过程中，首要的是会熟练使用各种硬件的工作原理，即要了解led、蜂鸣器、无线收发模块构造，也要了解其工作原理，并且能够编写各种无线收发模

26、块的收发程序，当能够做到这一步，然后还要了热释红外传感器的内部结构和工作原理，还有寄存器的工作方式和读写时序图，然后根据它的ROM和RAM指令编写工作代码，通过单片机读取后控制蜂鸣器、led显示报警。设计了红外探测显示程序后开始设计无线发送程序，同样的需要了解无线发送模块的结构，工作原理寄存器和时序图，还有SPI口的设置。设计程序时，一般先给寄存器配置参数，通过SPI口想配置寄存器读写配置信息。然后编写它的写操作和读操作代码，主机通过SPI接口向配置寄存器写入信息，最后是它的发送指令代码。在编写接收代码程序时，和发送的代码过程相似，参考后面的程序附录。4.2 程序流程图人体热释红外信号采集模块

27、的程序设计要注意红外传感器的输出信号及模块自身硬件的延时，然后编写红外探测信号的显示程序，然后触发无线发射模块，构成总的程序流程。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。其中uVision与Ishell分别是C51为Windows和Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。使用简单方便。设计的数据采集模块具体流程图4.1所示：开机初始化 LED灯灭有无信号否是发射信号LED亮延时300ms 图4.1 发送端程序流程图发射端主要完成对人体热释红外信号的采集，探测信号的显示以及探测信号的发射。开机后，对单片机

28、各引脚先进行初始化，开始检测，判断是否有检测信号，无则重新检测，有则LED亮，并使发射模块对外发射信号。 无线接收流程图如图4.2所示：开始初 始 化 有 信 号 ？ N YLED亮 蜂鸣器响 LED灯灭 蜂鸣器停止延时5秒 有无信号等待？无 有图4.2 无线接收流程图首先，将单片机相应引脚进行初始化，其中包括：蜂鸣器控制端初始化，led控制端初始化和无线信号电平输入端初始化。当初始化完成之后无线信号检测端检测是否为高电平。即，是否无线信号输入，当无检测到信号时，返回继续检测，当有信号时，LED亮，蜂鸣器响进行报警，报警延时5秒后看是否有信号等待，无则返回进行重新检测，有则继续报警。第五章 硬

29、件调试5.1 系统硬件调试系统硬件的制作过程全部在学校实验室完成，在制作条件上受到一定的限制。在刚开始做毕设时，先根据老师建议和相关资料，本打算通过买一些零散的电子元器件，按照电路图焊接起来，考虑到自己焊接电路往往会出现引脚短接，线头虚焊，焊错不易修改等问题，最后通过网上购买了相关集成度较高的模块来代替。这些高集成度的模块只需接线，无需任何焊接，所以可靠性更高，使用起来更方便。当然在这过程中，由于电路的不断优化改造，连线也随着不停变化。因此过程中也出现过多次失误.特别在调试过程中人体热释红外探头上的两个调节旋钮对探测延时与探测精度的调节。最终实际电路连接图如下：图5.1发射端连线实物图图5.2

30、接收端连线实物图5.2 调试结果经过不断认真的调试过程，且电路的设计经过老师多次检查也没有检查出问题，但最后电路板能够实现现场报警，预先设计的远程无线报警功能最终无法实现，经过多次检测，初步判断为单片机开发板部分硬件出现问题。第六章 心得与体会经过12个星期的毕业设计(中间还有很多时间跑招聘会，面试)，我成功地完成了热释红外电子哨兵的设计。虽然整个设计中遇到了很多问题，但通过韩老师的耐心指导，自己的不断钻研，查找资料，不断地调整设计思路，最终成功地完成了设计目标。本次毕业设计让我自己对于红外探测技术，单片机，无线通信有了更深一步地了解，通过实际地操作，发现书上的理论知识与在实际运用中的还是有一

31、定的出入的。经过自己不断地摸索，改进，从中学到了很多实际知识。整个设计制作中也培养了我的实际操作能力和探究能力，不仅加强了自己独立工作地能力，而且还充分地体会到了设计创作地艰辛，看到制作完成时也体会到了成功地喜悦，收获了不少课外知识。还有要感谢韩老师以及各位为我提供帮助的同学，在我们遇到困难时，给予我们的建议与鼓励。设计过程中感受最深的就是编写程序后的调试过程，确实是一个漫长而痛苦的过程。我们根据显示的结果不断寻找错误点，各个击破。虽然很累(每天都熬夜),但是当程序跳出来之后，心中的喜悦是不言而喻的，不管之前多么的痛苦都是值得的！通过毕业设计，我总结了几点：每一个系统的生成，都是经过层层周密的思考与测试而得到的，这需要团队的合作以及个人优秀的素质。写程序过程中，切记戒骄戒躁，踏踏实实，一步一个脚印。学会模块化编程，会让你少走很多弯路。当程序很多很复杂时，应该写一个模块就调试一个，这样下来会轻松的解决各个问题，而不像你一次性全写完，错了之后再来调就很复杂了。硬件电路的调试，也是需要极大的耐性，以及拥有良好的电子基础，这个需要多加练习。再次感谢韩老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次毕业设计中离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。 同时感谢对