紅外線防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

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1、電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 紅外線防盜報(bào)警器 組長姓名： 宋樹森 學(xué) 號(hào)： 04131405 專業(yè)與班級(jí)： 信電學(xué)院 信息13-4班 姓 名： 伍勇 學(xué) 號(hào)： 04131409 專業(yè)與班級(jí)： 信電學(xué)院 信息13-4班 時(shí) 間： 2015 2016 學(xué)年第（1）學(xué)期 指導(dǎo)教師： 袁小平 成 績： 日 期： 2016-1-2 紅外防盜報(bào)警器 成員： 伍勇 宋樹森 專業(yè)班級(jí)：信息13-4班一、設(shè)計(jì)要求(1)該設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等模塊子函數(shù)。(2)本紅外線防盜報(bào)警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組

2、成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。終端由中央處理器、輸入模塊、輸出模塊、通信模塊、功能設(shè)定模塊等部分組成。(3)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能。當(dāng)人員外出時(shí)，可把報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，探測器工作起來,當(dāng)有人闖入時(shí)，熱釋電紅外傳感器將探測到動(dòng)作，設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路使警號(hào)發(fā)聲。二、方案設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)思路方案一：利用模擬電子電路構(gòu)成被動(dòng)紅外線報(bào)警器。系統(tǒng)主要有紅外線傳感器，信號(hào)放大電路，電壓比較器，開機(jī)延時(shí)，音響

3、報(bào)警延時(shí)和12V電源組成。被動(dòng)紅外線感應(yīng)報(bào)警器的紅外感應(yīng)源采用熱釋電原件，這種元件在接收到人體紅外線輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。方案二：利用模擬構(gòu)成主動(dòng)紅外線入侵報(bào)警器。主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源，發(fā)光源和化學(xué)系統(tǒng)組成。接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)，光感傳感器，放大器，信號(hào)處理器等組成。主動(dòng)紅外線報(bào)警器是當(dāng)有人侵入該警戒時(shí)，紅外線束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外線信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類報(bào)警器有二光束，三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點(diǎn)就是防范距離遠(yuǎn)。2.

4、2選定方案方案二的主動(dòng)式紅外線報(bào)警器的硬件電路相比于方案一較為復(fù)雜。由于是畢業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中要以電路原理為主題，因此在電路元件和模塊的選擇上盡量采用通用，基礎(chǔ)的元件，避免采用大規(guī)模的集成電路來設(shè)計(jì)電路。綜上所述，選擇方案一。組成框圖如下：圖2-1人體紅外線感應(yīng)報(bào)警器組成框圖本設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報(bào)警等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：熱釋電紅外傳感器、報(bào)警器、單片機(jī)控制電路、LED控制電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳送、功能設(shè)定、本地報(bào)警等功能。硬件主要包括單片機(jī)系統(tǒng)，熱釋電紅外傳感器探頭，放大比較電路，控制顯示電路，鳴叫報(bào)

5、警電路等部分。軟件部分主要包括熱釋電紅外傳感器輸出信號(hào)的采樣及A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)分析算法模塊，信息識(shí)別模塊。從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、報(bào)警電路、單片機(jī)、復(fù)位電路及相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖2總體設(shè)計(jì)框圖所示：圖2-2總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設(shè)置在監(jiān)測點(diǎn)上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號(hào)，經(jīng)放大電路、比較電路送至門限開關(guān)，打開門限閥門送出TTL 電平至AT89C51單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)，經(jīng)軟件查詢、識(shí)別判決等環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)發(fā)出入侵報(bào)警狀態(tài)控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路將控制信號(hào)放大并

6、推動(dòng)聲光報(bào)警設(shè)備完成相應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)報(bào)警延遲10s一段時(shí)間后自動(dòng)解除，也可人工手動(dòng)解除報(bào)警信號(hào)，當(dāng)警情消除后復(fù)位電路使系統(tǒng)復(fù)位，或者是在聲光報(bào)警10s鐘后有定時(shí)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消除報(bào)警。三、具體電路模塊設(shè)計(jì)3.1 熱釋電紅外傳感器本設(shè)計(jì)所用的熱釋感器就采用這種雙探測元的結(jié)構(gòu)。其工作電路原理及設(shè)計(jì)電路如圖1所示, 在VCC電源端利用C1和R2來穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。當(dāng)檢測到人體移動(dòng)信號(hào)時(shí)，電荷信號(hào)經(jīng)過FET放大后，經(jīng)過C2，R1的穩(wěn)壓后使輸出變?yōu)楦唠娢?，再?jīng)過NPN的轉(zhuǎn)化，輸出OUT為低電平。圖3-1 熱釋電紅外傳感器原理圖3.2 放大電路的設(shè)計(jì)如圖2所示為最基本的放大電路，V

7、i是輸入電壓信號(hào)，Vo是輸出放大的電壓信號(hào)。圖3-2 放大電路圖3.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)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為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖3所示為時(shí)鐘電路。圖3-3時(shí)鐘電路圖3.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給

8、出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖4示為復(fù)位電路。圖3-4 復(fù)位電路圖3.5 發(fā)光二極管報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由4個(gè)發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的RXD的引腳，外接VCC，當(dāng)單片機(jī)的RXD引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，起到報(bào)警作用8。圖5所示為發(fā)光二極管報(bào)警電路。圖3-5發(fā)光二極管報(bào)警電路圖3.6 聲音報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如下圖所示，用一個(gè)Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，如圖6示為聲音報(bào)警電路。圖3-6聲音報(bào)警電路圖 3.7系統(tǒng)硬件電路的總設(shè)計(jì)硬件

9、電路的設(shè)計(jì)見圖示，從以上的分析可知在本設(shè)計(jì)中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位電路等。其中D1為電源工作指示燈，D2是正常工作指示燈，D3D6是起報(bào)警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時(shí)，D3D6亮紅燈開始報(bào)警，同樣，TXD腳置高電平時(shí)聲音報(bào)警電路開始工作。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為倒計(jì)時(shí)的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。圖3-7電路原理圖第四章 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)4.1 主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖所示；系統(tǒng)初始化聲光報(bào)警結(jié)束檢測外部有無信號(hào)輸入

10、聲光報(bào)警是否持續(xù)10秒開始啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警是否還有檢測信號(hào)等待下次報(bào)警結(jié)束YNNYYN圖4-1主程序工作流程圖4.2 中斷服務(wù)程序工作流程圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)檢測到外部熱釋電傳感器送來的脈沖信號(hào)后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警，報(bào)警持續(xù)10秒鐘后自動(dòng)停止報(bào)警,然后程序開始循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號(hào)，等待報(bào)警從而使報(bào)警器進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài)。同時(shí)，利用中斷方式可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警持續(xù)時(shí)間未到10秒時(shí)，用手工按鍵停止的聲光報(bào)警的作用。手工按鍵停止報(bào)警中斷服務(wù)程序工作流程圖，如下圖13所示；中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷、保護(hù)現(xiàn)場INTO端有輸

11、入信號(hào)關(guān)閉報(bào)警恢復(fù)現(xiàn)場、開中斷中斷返回圖4-2中斷服務(wù)程序工作流程圖總結(jié)本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的無線智能防盜報(bào)警器。該防盜報(bào)警器通過以AT89C51單片機(jī)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(dòng)式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)輸出，同時(shí)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(shí)傳感器輸出低電平，當(dāng)有人在探測區(qū)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)輸出低電平變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖捷斎雴纹瑱C(jī)，作為單片機(jī)的外部觸發(fā)信號(hào)處理，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部軟件編程處理后，單片機(jī)輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警。該報(bào)警器的最大特點(diǎn)就是使用戶能夠操作簡單、

12、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報(bào)率低。隨著現(xiàn)代人們安全意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報(bào)警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1 吳政江. 單片機(jī)控制紅外線防盜報(bào)警器J. 錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2001.2 宋文緒. 傳感器與檢測技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.3 余錫存. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2000.4 唐桃波, 陳玉林. 基于AT89C51的智能無線安防報(bào)警器 J. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用附錄一 設(shè)計(jì)編程程序1. 主程序清單如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP PINT0 ORG 0

13、200HMAIN: MOV IE,#81H ;CPU開放中斷，INT0允許中斷 SETB IT0 ;外部中斷為邊沿觸發(fā)方式 MOV SP,#30H ;指針入口地址 SETB P3.0 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH ;使P1口全部置1 MOV P2,#00H ;P2口清零 CLR P1.2 LP: JNB P1.0,LA ;監(jiān)測輸入信號(hào)，是否有輸入信號(hào) LA: ACALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P1.0,ALARM ;再次監(jiān)測輸入信號(hào)，若有輸入信號(hào)轉(zhuǎn)入報(bào)警子程序 AJMP LPDELAY:MOV R1,0AAH LD2:MOV R2,0BBH LD1:NOP DJNZ R

14、2,LD1 DJNZ R1,LD2 RET ALARM:SETB P1.2 ;開始報(bào)警使運(yùn)行正常綠指示燈熄滅，紅燈和聲報(bào)警啟動(dòng)CPL P3.0CPL P3.1;10S鐘定時(shí): MOV 51H,#14H ;10S循環(huán)次數(shù) MOV TMOD,#01H ;定時(shí)器T0定時(shí) 方式1 MOV TL0,#0B0H ;置50ms定時(shí)初值 MOV TH0,#3CH SETB TR0 ;啟動(dòng)T0 L2:JBC TF0,L1 ;查詢記數(shù)溢出 SJMP L2 L1:MOV TL0 #0B0H MOV TH0 #3CH DJNZ 51H,L2 ;未到10S繼續(xù)循環(huán) SETB P3.0 ;10s到關(guān)閉報(bào)警 CLR P3.

15、1 CLR P1.2 ;報(bào)警結(jié)束，正常運(yùn)行綠指示燈亮 LJMP LP ;循環(huán),繼續(xù)工作 2. 外部中斷INTO服務(wù)程序： PINT0: CLR EX0 ;外部中斷0服務(wù)程序開始，屏蔽外部中斷 PUSH PSW PUSH ACC JNB P3.2,LN ;監(jiān)測是否有中斷輸入 LN: LCALL DELAY ;延時(shí)消抖 JNB P3.2,LN1 AJMP LN2 ;無中斷輸入,中斷返回 LN1: SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 ;使報(bào)警結(jié)束，綠指示燈亮 POP ACC POP PSW SETB EX0 ;開放外部中斷0 LCALL LP ;在中斷繼續(xù)檢測是否有輸入信號(hào) LN2: RETI END13附錄二 單片機(jī)控制的紅外防盜報(bào)警器原理圖附錄三 Proteus仿真原理圖