红外防盗报警器设计

电气系高级工毕业课题设计说明书课题名称红外防盗报警器设计专业班级11电气六（2）学生姓名蒋雨陶学号16指导教师唐幼君宁波技师学院电气技术系二零年月摘要本系统采用ATMEL公司生产的8位AT89S52单片机作为主控芯片,由热释电红外传感器实现对人体发送红外信号的检测。本系统由硬件和软件两部分组成。硬件电路包括热释电红外传感器探头电路、单片机控制电路、电源电路、时钟电路、复位电路、放大电路及报警电路。软件部分由汇编语言实现。本系统实现的功能是检测在所设定的区域内是否有人经过。当传感器检测到人体发出的红外信号时，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AT89S52单片机。在单片机内，经软件查询、识别等环节发出入侵报警状态控制信号。驱动电路将控制信号放大并使声光报警设备开始报警。报警延迟10s后自动解除，也可以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。红外报警器的特点是使用了热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠，并且安装隐蔽，不容易被窃贼发现。关键词：红外报警器；红外传感器；单片机；报警器目录1.引言…………………………………………………………………12.设计方案……………………………………………………………………22.1任务分析………………………………………………………………22.2方案论证………………………………………………………………23.方案实施…………………………………………………………………53.1总体电路设计…………………………………………………………53.2模块电路设计…………………………………………………………53.3软件设计………………………………………………………………133.4系统仿真………………………………………………………………183.5系统制作………………………………………………………………184.结果与结论………………………………………………………………204.1结果…………………………………………………………………204.2结论…………………………………………………………………205.收获与致谢………………………………………………………………216.参考文献…………………………………………………………………227.附件………………………………………………………………………237.1电路原理图……………………………………………………………237.2仿真图………………………………………………………………247.2工作图………………………………………………………………257.4元器件清单…………………………………………………………26电气系高级工毕业设计21.引言随着社会的不断进步和科学技术的不断发展，人们生活水平得到很大的提高，对私有财产的保护意识在不断的增强，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。电气系高级工毕业设计32.设计方案2.1任务分析1、该设计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、报警等模块子函数。2、本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、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。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。3、系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，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，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。4、红外线具有隐蔽性，在露天防护的地方设计一束红外线可以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点：其一是能有效判断是否有人员进入；其二是尽可能大地增加防护范围。当然，系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2.2方案论证1、方案设计方案一：模拟电路框图如图2.1所示。图2.1模拟电路框图利用模拟电子电路构成被动红外线感应报警器。系统主要有红外线传感器、信号放大器、电压比较器、声音报警延时电路和电源电路组成。延时电路比较电路放大电路传感器模式选择开机延时电源电路电气系高级工毕业设计4方案二：集成运放电路框图如图2.2所示。图2.2集成运放电路框图利用集成运放电路构成红外防盗报警器。系统主要有红外传感器、放大电路、电压比较器、精确比较电压、报警电路和9V直流电源组成。方案三：基于单片机的电路框图如图2.3所示。图2.3系统电路框图本设计包括硬件和软件设计两个部分。处理器采用51系列单片机AT89S52。整个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、识别判决等环节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。2、方案选定方案一的模拟电子式红外线报警器和方案二的集成运放式红外线报警器的硬件电路相比于方案三较为复杂、元件多、稳定性差抗干扰性不好、不够安全可单片机复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示电路驱动电路驱动电路时钟电路电源电路精确比较电压电压比较器红外传感器报警电路放大电路9V直流电压电气系高级工毕业设计5靠且不易实现。由于方案三具有节能且抗干扰性强的特点，采用的热释电红外传感器具有制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，抗干扰性能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。并且在电路元件和模块的选择上尽量采用通用、经济的元器件，避免采用大规模的集成电路来设计电路，而且方案三操作性强，能够随时修改程序以改变功能，综上所述，选择方案三。电气系高级工毕业设计63.方案实施3.1总体电路设计红外报警器系统整体原理如图3.1图所示。本设计包括硬件和软件设计两个部分块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、单片机控制电路、LED控制电路、报警器、电源电路、时钟电路、复位电路及相关的控制管理软件组成。用户完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警的功能。单片机是红外报警器系统的核心，单片机应用系统也是由硬件和软件组成。硬件包括单片机、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。所以该系统包含以下部分：热释电红外传感探头电路、单片机电路、电源电路、始终电路、复位电路、报警电路及相关的控制管理软件组成。3.2模块电路设计1、热释电红外传感器电路热释电红外传感器引脚图如图3.2所示。图3.1系统整体原理图单片机复位电路信号检测电路报警执行电路LED发光显示电路驱动电路驱动电路时钟电路电源电路电气系高级工毕业设计7图3.2热释电红外传感器引脚图热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料制成的尺寸为2*1mm的探测元件。热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。这个电压信号就可以用来驱动外部控制电路。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为0.2-20um。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。引脚功能如表1所示。表3-1引脚功能引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端2V0O控制信号输出端3RR1输出延时时间Tx的调节端4RC1输出延时时间Tx的调节端5RC2触发封锁时间Ti的调节端6RR2触发封锁时间Ti的调节端7VSS工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端9VCI触发禁止端10IB预算放大器偏置电流设置端电气系高级工毕业设计811VDD工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应器上。红外感应器通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，即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，送给单片机上的P1.7端口，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。热释电红外传感器的主要工作参数有:常用的热释电红外传感器工作电压范围为3～15V;工作波长:通常为7.5～14μm;源极电压:通常为0.4～1.1V，R=47kΩ;输出信号电压:通常大于2.0V;检测距离:常用热释电红外传感器检测距离约为6～10m；水平角度:约为120°；工作温度范围:－10℃～＋40。热释电红外传感器电路如图3.3所示。图3.3热释电红外传感器电路RSY2Y1R1R2C2C1R3R4Q2NPNQ1FET电气系高级工毕业设计9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。2、单片机控制电路单片机内部硬件结构图如图3.4所示。图3.4AT89S52单片机的片内硬件组成结构单片机就是在一片半导体硅片上集成了中央处理单元、存储器、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微型计算机。(1)片内各部件功能CPU(微处理器)：AT89S52单片机中有1个8位的CPU，与通用的CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，此外还有面向控制的位处理功能。数据存储器（RAM）：片内为128B，片外最多可外扩64KB。片内128B的RAM以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快的单片机运行的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗。程序存储器（FlashROM）：它用来存储程序。AT89S52片内集成4KB的Flash存储器，如果片内程序存储器容量不够，片外最多可外扩至64KB。CPU(运算器)（控制器）数据存储器RAMP0P2程序存储器4KBFlashROM看门狗定时器P1串行口定时器/