1、畢 業 設 計熱釋電人體感應紅外報警器設計制作 學生學號： 學生姓名： 導師姓名： 班級 專業名稱 提交日期 年 月 日 答辯日期 年 月 日 年 月 1摘 要本設計研究了一種基于單片機技術的熱釋電智能防盜報警器。該防盜報警器通過以STC89C52單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發出的紅外輻射，并將其轉化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區范圍內移動時輸出低電平變為高電平，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發信號處理，經單片機內部軟件編程處理

2、后，單片機輸出控制信號，驅動聲光報警電路開始報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現代人們安全意識的增強以及科學技術的快速發展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。 關鍵字：熱釋電紅外傳感器、STC89C52、紅外線1目錄一、述概1二、系統總體方案及硬件設計1 2.1本系統的設計方案2 2.2硬件路電設計2 2.2.1紅外感應部分3 2.3單片機部分82.3.1 STC89C52單片機簡介82.3.2 單片機最小系統92.3.3按鍵控制電路102.3.4指示燈和報警電路11 三、軟件設計11 3.1主程序工作流程圖11 3.

3、2報警判斷程序13四、實物效果圖20五、課程設計體會21 參考文獻21 附件一：總體原理圖設計22 附件二：程序源代碼23一、概述隨著科技的提高，電子電器飛速發展，人民生活水平有了很大提高。各種高檔家電和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也越來越多。這點就是因為不法分子看到了大部分人防盜意識不夠強所造成的結果。因此越來越多的居民家庭對財產安全問題十分擔憂。報警系統這時為人們解決了大部分問題。但是市場上的報警系統大部分是適用于一些大公司的重要機構。其價格昂貴，使普通家庭難以承受。如果設計一種價格低廉，性能可靠、智能化的報警系統，必將在私人財產的防盜領域起到巨大作用。由于紅外線是不可見光，

4、隱蔽性能良好，因此在防盜、警戒等安保裝置中被廣泛應用。而本設計的電路包括硬件和軟件兩個部分。硬件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：電源部分、傳感器模塊部分、單片機控制電路，而單片機控制由最小系統和指示燈電路、報警電路等子模塊組成。主要工作由熱釋電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由硬件和軟件組成。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。二、系統總體方案及硬件設計2.1本系統的設計方案

5、本系統采用了熱釋電紅外線傳感器，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。這種防盜器安裝隱蔽，不易被盜賊發現，便于多用戶統一管理和用戶操作。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，兩元件極化程度不同，凈輸出電壓不為0，從而達到了探測移動人體的目的。 該設計包括硬件和軟件設計兩個部分。模塊化分為數據采集、按鍵控制、報警等模塊。電路結構可劃分為：熱釋電紅外傳感器、蜂鳴器、單片機控制電路、LED指示燈組成。2.2硬件電路設計本設計包括硬件和軟

6、件設計兩個部分。從設計的要求來分析該設計須包含如下結構：紅外感應部分、STC89C52單片機、報警系統三大部分。電路總原理圖如圖2-1所示： 電源開關紅外感應 STC89C52 單片機復位電路LED指示燈報警電路按鍵控制 圖2.1電路原理圖處理器采用51系列單片機STC89C52。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，送出TTL 電平至STC89C52單片機。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。驅動蜂鳴器及報警指示燈報警。2.2.1紅外感應部分2.2.1.1 電源模塊 本系統電壓為4.5v左右，直接接3個1.

7、5V的直流干電池提供電源，然后用導線連接電源接口模塊。2.2.1.2 熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器(簡稱PIR)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

8、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2-2所示。 圖2-2熱釋感應傳感器2.2.1.3 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2-3所示為菲涅耳透鏡模型圖。 圖2-3 菲涅耳透鏡2.2.1.4 BISS0001芯片簡介 BISS0001是一款傳感信號

9、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2-4所示為BISS000集成芯片的內部框圖，管腳功能說明如表1所示。 圖2-4 BISS0001內部框圖引腳名稱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

10、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4RC1-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

11、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 表1：管腳說明圖圖可見BISS0001 由運算放大器、電壓比較器和狀態控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定由時器即參考電壓等構成的數模混合專用集成電路。可廣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

12、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

13、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。2.2.1.5 信號采集處理模塊 圖2-5 信號采集電路 圖2-6實物圖 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

14、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。2.3單片機部分2.3.1 STC89C52單片機簡介 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS

15、8位微控制器，具有8K 在系統可編程Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術制造，與工業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STC89C52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。STC89C52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，STC89C52 可降至0Hz 靜態邏輯操作，支持2種

16、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。2.3.2 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2-7所示。 圖2-7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。STC89C52 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

17、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。 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。X

18、TAL1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。 2.3.3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， 30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3-8所示。 圖2-8按鍵部分2.3.4

19、指示燈和報警電路在單片機的I/O 里會輸出高低電平,在P20、P21和P22分別接上LED指示燈而P23接上蜂鳴器而蜂鳴器外接個8550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 。 圖2-9指示燈和報警電路三、軟件設計3.1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下圖所示： 開始布防按鍵下 倒計時結束15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 結束 圖3-1主程序工作流程圖3.2 報警判斷程序 來的脈沖信號后，表示有人闖入監控區，從而經過單片機內部程序處理后，驅動聲光報警電路開始報警，持續報警,然

20、后程序開始循環工作，/*紅外報警處理*/ void hongwai_dis()if(flag_alarm = 1) /報警red = red; /紅燈報警beep = beep; /蜂鳴器報警if(flag_bufang_en = 1) /準備開始布防green = green; /綠燈閃 if(flag_bufang = 1) /確認布防green = 0; /如果延時布防成功 綠燈長亮if(hw = 1) /紅外有輸出flag_alarm = 1;四、實物效果圖 圖4-1 人體紅外感應效果圖 圖4-2 布防效果圖 圖4-3 報警效果圖 圖4-4 緊急報警效果圖 五、課程設計體會 到目前為止

21、我的設計也即將告一段落了，在這次的設計中，自己也學習到了很多以前沒有沒有經歷過的知識，讓我更加清楚了理論知識和實踐能力的差別了，了解到自己的短處，培養了我的獨立思考能力，進一步提高了自己在實際設計過程中研究問題、發現問題、解決問題的能力，同時，也發現了自己的不足之處，和一些問題的存在，并有待進一步學習和發展，讓自己在未來的工作和學習之中更快的適應和提高自己。參考文獻 1胡萍.串口通信的紅外報警器的研制J.計算機與現代化，20102唐德琴.電子溫度測量儀器技術發展戰略研究J.電子科學技術，20093李行善.基于串口組件的體系結構J.電子串口與儀器學報，20104姜道連等.用于AT89C51設計紅

22、外報警器的設計與制作J.國外電子元器件，20105馮國進嵌入式Linux驅動程序設計從入f-J至U精通D田北京：清華大學出版社,20086蔡文齋. 專業級串口調試器設計. 現代電子技術, 20107熊如貴.串口通信感應裝置J.電子制作，20098 時德鋼等.基于串口通信的紅外報警器的研究J.計算機測量與控制，2009附件一：總體原理圖設計 附件二：程序源代碼 #include <reg52.h> /調用單片機頭文件#define uchar unsigned char /無符號字符型 宏定義變量范圍0255#define uint unsigned int /無符號整型 宏定義變量

23、范圍065535#define key_io P1uchar key_can;/ 紅外熱釋電平時為0 有輸出為1sbit beep = P23; /蜂鳴器定義sbit red = P22; /紅色發光二極管定義sbit green = P21; /綠色發光二極管定義sbit yellow = P20; /黃色發光二極管定義sbit hw = P13; /紅外熱釋傳感器定義bit flag_300ms = 0;/*獨立按鍵處理函數*/ void key()static uchar key_new = 0,key_old = 0,key_value = 0;if(key_new = 0) /按鍵松

24、開if(key_io & 0x07) = 0x07)key_value +;else key_value = 0;if(key_value >= 5) /按鍵松開松手檢測key_value = 0;key_new = 1;/按鍵松開后進入等待按鍵狀態else if(key_io & 0x07) != 0x07) /按鍵按下key_value +;else key_value =0;if(key_value >= 5)/按鍵按下消抖key_value = 0;key_new = 0; /按鍵松開后進入等待松開按鍵狀態key_can = 20;if(key_new =

25、0) && (key_old = 1)switch(key_io & 0x07)case 0x06: key_can = 1; break; /得到按鍵值 case 0x05: key_can = 2; break; /得到按鍵值 case 0x03: key_can = 3; break; /得到按鍵值 key_old = key_new; /*定時器0初始化程序*/void time_init() EA = 1; /開總中斷TMOD = 0X01; /定時器0工作方式1ET0 = 1; /開定時器0中斷 TR0 = 1; /允許定時器0定時uchar flag_alarm ; /報警標志位uchar flag_bufang ; /布防標志位uchar flag_bufang_en ; /布防標志位使能uint flag_value; /用做定時器的變量/*紅外報警處理*/