1、福州職業技術學院畢業設計設計題目 人體紅外線報警器設計 系 別 技術工程系 年級專業 （09）應用電子技術 學 號 200902013325 姓 名 鄭長樹 指導教師 吳榮海 職 稱 高校講師 2012 年 4 月 5日30目 錄內容摘要2關鍵詞2引 言3一、緒論4(一) 設計概述4（二) 設計背景5(三）設計要求5（四）設計意義5二、系統方案設計與研究6(一) 設計過程6（二）方案選定6三、紅外感應部分7（一）電源模塊7（二）熱釋電傳感器7（三）菲涅耳透鏡8（四）biss0001芯片簡介8（五）信號采集處理模塊11四、單片機部分12（一）at89s52單片機簡介12（二）單片機最小系統：12

2、（三）按鍵控制電路15（四）指示燈和報警電路15五、軟件部分16（一）主程序工作流程圖16（二）本主程序實現的功能17六、制作與調試17七、總結18致 謝18參考文獻20附件一: 程序源代碼21附件二: 單片機控制的人體紅外線報警器原理圖27附錄三: 成品圖28人體紅外線報警器設計內容摘要 紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質任何物質，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對溫度），都能輻射紅外線。紅外線是一種光線，但又不同于普通可見光，它不會被察覺有了它不僅大大提高了勞動生產率，降低了成本，而且減輕了人們的勞動強度，改善了勞動條件。而在本設計中就是利用人體紅外線的傳輸手段，通

3、過熱釋紅外傳感器（pir）來接收制作的一種被動式熱釋紅外感應報警器，這種熱釋紅外傳感器不僅能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線 ,而且還能同時鑒別出運動的生物與其它非生物，從而實現了防盜報警的功能。它的制作簡單、成本低、安裝比較方便，而且防盜性能比較穩定，抗干擾能力強、靈敏度高、安全可靠，不易被盜賊發現，便于多用戶統一管理。關鍵詞 單片機 熱釋傳感器 報警器 紅外線引 言近年來，隨著改革開放的深入發展，電子電器的飛速發展.人民的生活水平有了很大提高。各種高檔家電產品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也是越來越多。這點就是看到了大部分人防盜意識還不夠強.造成偷盜現象屢見不鮮。因此，越來

4、越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警器這時正為人們解決了不少問題.但是市場上的報警器大部分都是用于一些大公司財政機構。價格高昂,一般人們難以接受。如果再設計和生產一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，必將在防盜和保證財產安全方面發揮更加有效的作用。由于紅外線是不見光，有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應用，此外，在電子防盜、人體探測等領域中，被動式熱釋電紅外探測器也以其價格低廉、技術性能穩定等特點而受到廣大用戶和專業人士的歡迎。紅外報警器大多數采用國外的先進技術,其功能也非常先進。其中包括被動式熱釋電型紅外報警器,也即是本文將研究的產品。還有紅外監控無線報警器

5、,超聲波防盜報警器,紅外線防盜報警器,高靈敏紅外報警器,觸摸式延時防盜報警器, 觸摸式防盜報警器,紅外報警器, 紅外線聲先報警器。一、緒論(一) 設計概述本設計是經過分析利用紅外線傳感器探測人體輻射出的紅外線信號原理設計出來的人體紅外線感應報警器。內容廣泛，靈活應用。課題利用單片機51系列單片機at89s52，本系統采用了熱釋電紅外線傳感器。為了探測移動人體，通常使用雙元件型熱釋電紅外線傳感器，在這種傳感器內部，兩個靈敏元件反相連接，當人體靜止時兩元件極化程度相同，互相抵消。但人體移動時，兩元件極化程不同，凈輸出電壓不為0，從而達到了探測移動人體的目的。該設計的電路包括硬件和軟件兩個部分。硬件

6、部分包括紅外感應部分與單片機控制部分，整個系統電路可劃分為：電源接口部分、信號采集處理、單片機控制電路，而單片機控制由最小系統和指示燈電路、報警電路等子模塊。主要工作由熱釋紅外感應器完成信息采集、處理、數據傳送經過單片機功能設定到達報警模塊這一過程。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元。單片機應用系統也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統，軟件是主要是工作的程序通過編寫程序來控制輸入的信號。電路原理框圖1-1所示。紅外線傳感器時鐘電路 at89s52 單片機復位電路led指示燈報警電路按鍵控制 圖1-1 電路原理框圖（二) 設計背景該報警

7、器能探測人體發出的紅外線，當人進入報警器的監視區域內，即可發出報警聲，適用于家庭、辦公室、倉庫、實驗室等比較重要場合防盜報警。隨著時代的不斷進步，人們對自己所處的環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時刻留意那些不速之客。現在很多小區都安裝了智能報警系統，有效的保證了居民的人身和財產的安全。但是由于大部分報警系統采用的是有線信道，這給系統安裝、維護和抗干擾都帶來了不利的一面。而采用無線信道的報警系統，可以做到安裝和維護變得更為方便，隱蔽性更好，不易被發現而被破壞，且抗干擾能力更強。由于紅外線是不可見光，所以有很好的隱蔽性。因此紅外無線用在防盜報警系統中將使報警系統更隱蔽，更可

8、靠，更安全。(三）設計要求1) 熟悉電路的工作原理；2) 掌握該電路中元器件的識別方法；3) 掌握電路的調試方法；4) 熟悉電路簡單的故障分析方法；（四）設計意義通過紅外聲光報警器的設計，加深對報警電路的了解，學會一些紅外聲光的一些報警原理及應用。 加強對一些無人場所的防盜報警，以及對一些危險地帶生命跡象的探測。二、系統方案設計與研究 (一) 設計過程整個電路設計可分硬件和軟件設計兩個部分。模塊劃分為數據采集、鍵盤控制、報警等子模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報警器、單片機控制電路、led控制電路及相關的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數據傳送、功能設定、本地報警等功能

9、。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統也是單片機應用系統的一種應用。單片機應用系統也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。（二）方案選定人體紅外線感應報警器電路是由紅外感應部分、at89s52單片機、報警系統三大部分等組成。處理器采用51系列單片機at89c52。整個系統是在系統軟件控制下工作的。設置在監測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，經放大電路、比較電路送至門限開關，打開門限閥門送出ttl 電平至at89c52單片

10、機。在單片機內，經軟件查詢、識別判決等環節實時發出入侵報警狀態控制信號。驅動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位電路使系統復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現自動消除報警。三、紅外感應部分（一）電源模塊 本系統電壓為4.5v左右，直接接3個1.5v的直流干電池提供電源，然后用導線連接電源接口模塊。還有這種設置就是為了濾波提高電源質量，加一個led指示燈，當電路接通時led指示燈就亮了，可以清楚看到板子是否供電。如圖3-1所示電源原理圖。圖3-1 電源原理圖（二）熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器(簡稱pi

11、r)是80年代發展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警、自動覽測等，人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內幾乎穩定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為710-um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器，本傳感器是整個系統的關鍵，只有本傳感器才能感應到人體紅外線。如圖3-2所示。

12、圖3-2 熱釋感應傳感器（三）菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡片相當于熱釋感應傳感器的“眼鏡”，它和人的眼睛一樣的作用，配用得當與否直接影響到使用的功效，配用不當產生錯誤的動作，致使用戶或者開發者對其失去信心。它的作用是有效的將探測到空間的紅外線集中到傳感器上，菲涅耳透鏡根據性能要求不同，具有不同的焦距（感應距離），從而產生不同的監控視場，視場越多，控制越嚴密。如圖3-3所示為菲涅耳透鏡模型圖。圖3-3 菲涅耳透鏡（四）biss0001芯片簡介biss0001是一款傳感信號處理集成電路，只要熱釋感應器把紅外線接收到信號傳輸到biss0001里進行信號處理，它本身靜態電流極小，工作電壓在3v5v之間，當工作

13、電壓為5v時輸出的驅動電流為10ma。配以熱釋電紅外傳感器和少量外圍元器件即可構成被動式熱釋電紅外傳感器，廣泛用于安防，自控等一些領域，它是有16個管腳組成的一種集成塊。如圖3-4所示為biss000集成芯片的內部框圖，管腳功能說明如表3-1所示。圖3-4 biss0001內部框圖表3-1：管腳說明圖引腳名稱i/o功能說明1ai可重復觸發和不可重復觸發選擇端。當a為“1”時，允許重復觸發；反之，不可重復觸發2voo控制信號輸出端。由vs的上跳前沿觸發，使vo輸出從低電平跳變到高電平時視為有效觸發。在輸出延遲時間tx之外和無vs的上跳變時，vo保持低電平狀態。3rr1-輸出延遲時間tx的調節端4

14、rc1-輸出延遲時間tx的調節端5rc2-觸發封鎖時間ti的調節端6rr2-觸發封鎖時間ti的調節端7vss-工作電源負端，一般接0v8vrfi參考電壓及復位輸入端。通常接vcc，當接“0”時可使定時器復位9vci觸發禁止端。當vcvr時允許觸發(vr0.2vdd)10ib-運算放大器偏置電流設置端，經rb接vss端，rb取值為1m左右。11vcc-工作電源正端，范圍為35v122outo第二級運算放大器的輸出端132in-i第二級運算放大器的反相輸入端141in+i第一級運算放大器的同相輸入端151in-i第一級運算放大器的反相輸入端161outo第一級運算放大器的輸出端由圖可見biss00

15、01 由運算放大器、電壓比較器和狀態控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器即參考電壓等構成的數模混合專用集成電路?？蓮V泛應用于多種傳感器和延時控制器。首先，根據實際需要，利用運算放大器op1組成傳感信號預處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器op2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為vm(0.5vdd)后，將輸出信號v2送到由比較器cop1和cop2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發信號vs。由于vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，當vdd=5v時，可有效抑制1v的噪聲干擾，提高系統的可靠性。 cop3是一個條件比較器。當輸入電壓vcvr時，cop3輸出為高電平，進入延時周期。 當a

16、端接“0”電平時，在tx時間內任何v2的變化都被忽略，直至tx時間結束，即所謂不可重復觸發工作方式。當tx時間結束時，vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期ti。在ti時間內，任何v2的變化都不能使vo跳變為有效狀態（高電平）,可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。而可重復觸發工作方式下的波形在vc=“0”、a=“0”期間，信號vs不能觸發vo為有效狀態。在vc=“1”、a=“1”時，vs可重復觸發vo為有效狀態，并可促使vo在tx周期內一直保持有效狀態。在tx時間內，只要vs發生上跳變，則vo將從vs上跳變時刻起繼續延長一個tx周期；若vs保持為“1”狀態，則vo一直保持有

17、效狀態；若vs保持為“0”狀態，則在tx周期結束后vo恢復為無效狀態，并且，同樣在封鎖時間ti時間內，任何vs的變化都不能觸發vo為有效狀態。（五）信號采集處理模塊 圖3-5 信號處理模塊本電路是將人體輻射的紅外線轉變為電信號。熱釋紅外感應2腳輸入到前置放大器op1進行放大，然后由c4耦合給運算放大器op2進行第二級放大。再經過電壓比較器cop1和cop2構成雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發信號去啟動延時時間定時器輸出信號在經過r3進入單片機部分進行處理。延時周期可通過r12來調節輸出，在延時時間內只要vs發生上跳變，vo就會從vs上跳變時刻起繼續延長一個周期，而電路中的電容為了能夠更好的控制了

18、芯片內的定時器，若vs一直保持為高電平，這樣就可以通過p10傳輸到單片機內進行下一步處理。而根據不同的距離要求來調節r13，最大可以調節到7米左右。圖中biss0001中1腳用跳線連連接住一個接高電平可觸發工作另一個接低電平不可觸發工作,可重復觸發方式就是感應到高電平后，在延時時間段內如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才將高電平變為低電平，本電路設計就是可觸發方式。四、單片機部分（一）at89s52單片機簡介 at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k 在系統可編程flash 存儲器。使用at mel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業

19、80c51 產品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標準功能： 8k字節flash，256字節ram，32 位i/o 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，at89s52 可降至0hz 靜態邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保

20、護方式下，ram內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。這一模塊以單片機為中心把程序代碼燒進去然后外圍接上復位電路、振蕩電路、鍵盤控制、led顯示電路、報警電路等子模塊。（二）單片機最小系統：要使單片機工作起來最基本的電路構成為單片機最小系統如圖4-2所示。圖4-2 信號處理模塊單片機最小系統包括單片機、復位電路、時鐘電路構成。at89s52 單片機的工作電壓范圍：4v-5.5v,所以通常給單片機外界5v直流電源。連接方式為單片機中的40腳vcc接正極5v，而20腳vss接電源地端。復位電路就是確定單片機的工作起始狀態，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時

21、產生復位信號，完成單片機啟動確定單片機起始工作狀態。當單片機系統在運行中，受到外界環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開始執行。一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后，在reset端持續給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。本設計采用的是外部手動按鍵復位電路，需要接上上拉電阻來提高輸出高電平的值。如圖4-2-1所示。圖4-2-1復位電路圖時鐘電路好比單片機的心臟，它控制著單片機的工作節奏。時鐘電路就是振蕩電路，是向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執行速度。xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置

22、為片內振蕩器。如采用外部時鐘源驅動器件，xtal2應不接。因為一個機器周期含有6個狀態周期，而每個狀態周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12mhz，一個振蕩周期為1/12us。 如圖4-2-2所示。圖4-2-2時鐘電路（三）按鍵控制電路本電路的設計就是為了控制電路中布防和緊急狀態下不同的工作形式，當按下布防按鍵后， 5秒后進入監控狀態，當有人靠近時，熱釋紅外感應到信號，傳回給單片機，單片機馬上進行報警。當遇到特殊緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。如圖4-3所示。 圖4-3 按鍵部分（四）指示燈和報警電路在單片機的i/o 里會輸

23、出高低電平，在p21和p23分別接上led指示燈而p25接上蜂鳴器而蜂鳴器外界個9012的三極管起到開關作用，當三極管達到飽和狀態下就驅動了蜂鳴器工作了 。如圖4-4所示。圖4-4 指示燈和報警電路五、軟件部分（一）主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結構分析可知系統主程序工作流程圖如圖5-1所示：開始布防按鍵按下倒計時結束六十秒倒計時開始檢測到有無信號蜂鳴器報警，發光二級管閃爍緊急按鍵按下yyn蜂鳴器報警10秒結束（二）本主程序實現的功能1、有二種狀態，布防 緊急報警。2、三個控制按鍵、兩個指示的led。一個按鍵布防，另一個按鍵是遇到緊急情況緊急報警。3、按下布防按鍵后， 1分鐘后進入監控狀

24、態，當有人靠近時，熱釋紅外感應到信號，傳回給單片機，單片機馬上進行報警。4、當遇到特殊緊急情況時，可按下緊急報警鍵，蜂鳴器進行報警。六、制作與調試本設計主要分紅外感應部分和at89s52單片機部分。第一部分是紅外感應部分，第二部分是單片機部分。因此在制作與調試的時候采用模塊化操作，這樣更加提高了制作的效率。紅外感應部分首先準備原理圖，紅外部分的原理圖經過反復的檢查和論證，然后再去準備元器件和相關的工具，等材料準備完時，接下來的工作就是焊接工作，焊接的好壞直接影響到作品的質量，因此在焊接的時候要小心，避免由于粗心造成的虛焊和漏焊。單片機部分編寫程序要仔細小心，調試時要要重新檢查一遍元器件有沒有連

25、好，首先要保證輸入的是高電平，然后在通電條件下，按下復位按鍵，看指示燈和蜂鳴器有沒什么反應，還有要查看電路上有沒有短路了，還有燒進單片機的程序要保證是可以運行的。本次調試先調了復位按鍵部分，然后振蕩時鐘電路這樣一步一步的檢查過去。一開始我的電路都做好了可是一接通電源只發現只有蜂鳴器響了一下后面幾乎沒什么反應，可是我用手壓住靠近晶振和單片機那幾個焊點時發現指示燈和蜂鳴器一直響，后面用萬用表測下單片機有沒壞，發現測出來的數據為5.17v是正常的，而我再測下晶振部分有沒虛焊發現也沒有我懷疑是晶振壞了，后面換了個晶振。一切都可以了會響，可是新的問題出現了，發現電路不怎么穩定我調節r13那個可調電阻，慢

26、慢的調節，調到電路穩定為止，我調節的距離大概為2米的范圍。七、總結本次熱釋紅外感應的設計與制作，基本上達到了預期的要求。制作電路時也有很多不懂得地方經過老師和同學的幫助算是完成了，但是我認為在很多方面還存在不足之處，隨著市場的不斷被開拓，產品的性能和質量要求也不斷被改進和提升，在熱釋感應這方面還有許多值得我們去思考。在如今愈發激烈的市場面前，產品種類和性能不斷被更新的時代，如何設計出應用更廣泛，性價比更高的產品，這才是最有前景的。在電路的設計方面考慮，有以下幾點可以改進：(一)、可以從單片機這部分考慮，在這部分中有很多可以改進的地方。主要在軟件方面，可以將稍作修改，增加程序代碼，就會有不同的效

27、果，在輸出端可以加個小電路就是在黑暗的環境下隨著報警而led燈也亮了，這些只是我個人的一個想法這樣電路就更加完善。(二)、可以增加幾個按鍵以便讓電路有跟多的處理能力，以上就是一些小小的改進措施。以后還要在實際中不斷發現問題，這才使得整個設計更加完善。致 謝時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業。人最寶貴的年華有幾個三年，在這里我度過了讓我真正成長成熟的三年，記得剛進學校是我是多么的無助與陌生，三年的異地大學生活使我變的成熟，堅強和獨立。感謝我的所有任課老師，他們嚴謹細致、認真講解，他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。本論文是在福州職業技術學院技術工程系吳榮海老師的悉心指導下完成的。吳

28、榮海老師作為一名優秀的、經驗豐富的教師，具有豐富的應用電子技術知識和指導經驗，在整個論文實驗和論文寫作過程中，對我進行了耐心的指導和幫助，提出嚴格要求，引導我不斷開闊思路，為我答疑解惑，鼓勵我大膽創新，使我在這一段寶貴的時光中，既增長了知識、開闊了視野、鍛煉了心態，又培養了良好的實驗習慣和科研精神。在此，我向我的指導老師表示最誠摯的謝意！最后要感謝的是我的父母，因他們的給予我才能在這校園里完成我的大學夢想，使我的人生閱歷提高，增長見識，提高了自己個方面的素質和涵養。也要感謝我的同學。，因為我們團結我們才能高效的完成畢業設計。在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負父母對我的殷殷期望！我

29、一定會好好孝敬和報答他們！在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！參考文獻1張靖武，周靈彬單片機原理、應用與protues 仿真m北京：電子工業出版社，2010.1，第三版。2周良權，方向喬數字電子技術基礎m北京：高等教育出版社，2008.1，第三版。3 吳政江. 單片機控制紅外線報警器j. 錦州師范學院學報, 2001.4 宋文緒. 傳感器與檢測技術m. 北京: 高等教育出版社, 2004.5 余錫存. 單片機原理及接口技術m. 西安: 西安電子科技大學出版社, 2000.6 李全利. 單片

30、機原理及接口技術m. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2004.7 徐愛鈞, 彭秀華. 單片機高級語言c51應用程序設計m. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2006.8電子技術資料網站。附件一: 程序源代碼*/#include /頭文件#define uint unsigned int /宏定義#define uchar unsigned char/* 端口定義*/sbit led1=p23; /紅燈sbit led2=p21; /綠燈sbit k1=p33; /啟動鍵sbit k2=p34; /緊急報警鍵sbit beep=p25; /蜂鳴器sbit in=p10; /信號輸入端/*/

31、uchar num=0; uchar num1=0;uchar flag=1,flag1=0,flag2=0; /標示位/* 函數名稱：延時子函數 函數功能：產生短暫延時*/void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);/* 函數名稱：按鍵子函數 函數功能：控制開始/緊急報警*/void key()if(k1=0)delayms(5);if(k1=0)while(!k1); /等待按鍵釋放ea=1;et0=1; /啟動定時器0tr0=1;flag1=0;led2=0; /綠燈亮，說明安防已啟動if(num1=5) /一分鐘后布防flag1=1;ea=0;et0=0; /關閉定時器0tr0=0;num1=0;i