热释电红外感应报警器.doc

热释电红外感应报警器
光电信息132 姜星晨 1302062064
摘要：现代科技快速进步，社会飞速发展，高科技技术已经在人民生活中普及，使人们生活有了很大进步。人们也越来越重视自己财产的安全性，同时人身安全也是很重要的一方面。所以现在为了我们的人身安全和财产安全，防盗报警器广泛的用于家庭之中。本文设计了利用热释电红外传感器进行监控，当检测到活动的人体时可以报警的报警器。
热释电红外传感器，它的制作简易、原理易懂、成本便宜、便于安装，而且抵抗干扰的性能优良，反应快速。硬件部分使用单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等器件。软件部分采用51系列单片机STC89C52。

关键词：热释电红外传感器;单片机STC89C52;红外线

目 录

1 设计背景…………………………………………………………………………1
2 设计任务分析……………………………………………………………………1
3.系统概述…………………………………………………………………………1
4 本系统的设计方案………………………………………………………………1
4.1 硬件电路设计………………………………………………………………1
4.1.1 电源模块………………………………………………………………2
4.1.2 红外热释电模块………………………………………………………2
4.1.2.1 热释电传感器……………………………………………………2
4.1.2.2 菲涅耳透镜………………………………………………………2
4.1.2.3 BISS0001 芯片 …………………………………………………3
4.1.2.4 信号采集处理模块………………………………………………4
4.1.3 51 单片机模块 ………………………………………………………4
4.1.3.1 单片机 STC89C52 ………………………………………………4
4.1.3.2 单片机最小系统…………………………………………………4
4.1.4 按键控制电路…………………………………………………………5
4.1.5 报警模块………………………………………………………………5
4.1.6 发光二极管状态指示模块……………………………………………6
4.2 总体原理图设计……………………………………………………………6
4.3 软件的程序实现……………………………………………………………7
4.3.1 主程序工作流程图……………………………………………………7
4.3.2 报警判断程序…………………………………………………………7
4.3.3 程序的编写 …………………………………………………………8
4.4 硬件调试及调试中遇到的问题 …………………………………………8
5 总结评价 ………………………………………………………………………8
参考文献 …………………………………………………………………………9
附件一：实物图 …………………………………………………………………11
附件二：程序源代码 ……………………………………………………………12

1 设计背景
改革开放以来，中国的国民收入飞速提高，生活质量节节攀升。人们的家中购置了许多价值不菲的东西，防盗就成为了一个不可忽视的问题。许多家庭的防盗措施只停留在锁上，防盗意识并不十分强。等到丢失了东西，才后悔莫及。一次如何保护家庭的财产安全成为问题。报警系统可以在一定程度是遏制不法分子的盗窃行为。但是市场上的报警器多是为了重要的大型公司制作，真正的普通家庭不可能去购买这样的报警系统。如果有价格更加大众，适合普通家庭使用的报警器，一定会受到广大群众的欢迎。由于人体可以发出红外线，并且红外线的探测技术已经成熟，可以将其用于防盗等用途中。本设计就是运用这个原理做的一个红外防盗报警器。
2 设计任务分析
一 该设计由51单片机模块、红外热释电模块、发光二极管状态指示模块、按键模块，蜂鸣器报警模块和电源模块组成。
二 本系统实现的功能。当需要开启防盗报警器的时候，将布防键按下，报警器将会在黄灯和绿灯同时亮后进入防盗状态，报警器开始工作。如果有人靠近，人体发出的红外线会被探测到，然后通过红外探测器变成电信号，红外热释电模块将TTL电平传给单片机，通过单片机处理，报警电路开始工作，红色LED灯亮，蜂鸣器报警。
3.系统概述
本系统运用了热释电红外线传感器，它价格低廉，非常容易制作，并且小巧，不容易被发现，并且很稳定，又耐用，反应灵敏，可以起到防盗报警的作用。
本设计使用双元件型红外线传感器来探测活动的人体。在传感器内部，两个灵敏元件反向连接，当人体不动时，两灵敏元件产生相同的偏振度，会抵消不做反应。但当人体移动时，极化程度不同，会产生输出电压，就会探测到移动的人体。
该设计由硬件和软件设计两个部分构成。有51单片机模块、红外热释电模块、发光二极管状态指示模块、按键模块，蜂鸣器报警模块和电源模块。
4 本系统的设计方案
4.1 硬件电路设计
该设计的六个模块的总体设计。电路总原理图如图4-1所示：
红外感应模块
电源模块

STC89C52

单片机
电源开关
LED指示灯
报警电路
按键控制模块

图4-1 总体设计框图

4.1.1 电源模块
本设计的系统电压需要4.5V左右，用干电池提供电力，构成电源模块，然后用导线连接至电源接口。另外，也可以用太阳能板，通过采集太阳能来提供电力。
4.1.2 红外热释电模块
4.1.2.1 热释电传感器
热释电红外传感器一种新式高灵敏度探测元件。它不需要接触，就可以检测人体辐射红外线，并且将红外转变成电信号。把电压信号放大，可以用来控着各种电路，红外传感器的波长灵敏度的范围是0.2~20um，人的红外线辐射波长为9~10um。选取可通过波长为7-10um的滤光片，将其装在传感器的顶端，用来探测人体的红外线辐射情况，本系统可以感应人体红外线的只有本传感器，所以传感器是系统的核心。如图4-2所示。

图4-2热释感应传感器
4.1.2.2 菲涅耳透镜
菲涅尔透镜片像人的眼睛一样，需要选择合适的才能达到预期的效果，所以选择合适的透镜也很重要。菲涅尔镜片可以将空间红外聚焦到传感器上检测，菲涅尔镜片具有不同的性能，不同的感应距离，因此可以调整显示器的位置，达到想要的效果。如图4-3所示。

图4-3 菲涅耳透镜
4.1.2.3 BISS0001芯片

图4-4 BISS0001内部框图
BISS0001芯片是传感信号处理的集成电路，收集到信号，并且传输到BISS0001里进行分析，它工作电压在3V—5V之间，有16个管脚。如图4-4所示为框架图，管脚功能说明见表1。
表1 管脚功能说明
引脚
　名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发端口
2
VO
O
控制信号输出端
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端，一般接0V
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。
9
VC
I
禁止触发端
10
IB
--
运算放大器偏置电流端
11
VCC
--
工作电源正端，范围为3~5V
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端口
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端口
4.1.2.4 信号采集处理模块

图4-5信号处理模块

图4-6实物图
本电路可以将红外信号变为电信号输出。人体发出的红外线通过菲涅尔镜片传到热释电传感器，热释电传感器以电信号输出到BISS0001进行电信号的放大。信号的采集能适应各种的距离，最大可以调到7米左右。
4.1.3 51单片机模块
4.1.3.1 单片机STC89C52
STC89C52是一种低功耗、高性能微控制器，可编程Flash 存储器。这一模块以单片机为中心把程序代码烧进去，然后接上复位电路、时钟电路、按键控制、LED显示电路、报警电路等子模块。
4.1.3.2 单片机最小系统
单片机最小系统为工作最基本的电路，如图4-7所示。

图4-7信号处理模块
单片机最小系统含有单片机复位电路和时钟电路。
STC89C52 单片机正常工作电压4.5v,本设计用3节干电池提供电力。
复位电路的作用是，当出现问题时，保护单片机的工作起始状态的电路，用来重启单片机。单片机产生一个复位信号，确定芯片回到起始状态。当单片机运行时，犹豫多种因素出行程序问题时，按复位键，程序重新开始运行。
时钟电路用于控制着单片机的工作节奏。时钟电路提供信号作为基准，用来确定芯片的执行速度。
4.1.4 按键控制电路
本电路设计有两种状态，一是监控状态，二是紧急状态。当按下布防键以后，20秒以后，绿灯持续亮起，开始监控，有人时，探测器感应到红外线，红灯亮，蜂鸣器报警。当有紧急情况是，按下紧急报警器，蜂鸣器立刻报警。如图4-8所示。

图4-8按键部分
4.1.5报警模块
红色LED灯作为指示灯，蜂鸣器和一个三极管组成了报警电路。如图4-9。

图4-9指示灯和报警电路
4.1.6 发光二极管状态指示模块
红色发光二极管：当有报警时此发光二极管长亮，否则熄灭。绿色发光二极管：用做布防状态指示灯。黄色发光二极管：用做传感器指示，当传感器有信号输出，此灯会亮，否则熄灭。
4.2 总体原理图设计

图4-10 总体原理图
4.3 软件的程序实现
4.3.1 主程序工作流程图
通过工作原理和硬件结构，可以画出系统工作流程图，见下图：
开始
布防按键按下
倒计时结束
30秒倒计时开始
检测到有无
信号
蜂鸣器报警，发光二级管闪烁
紧急按键按下

Y
Y
N
蜂鸣器报警
结束

图4-11主程序工作流程图
4.3.2 报警判断程序
一个脉冲信号，代表人们进入监控区域，经过程序处理后，蜂鸣器响应，红灯亮，开始报警，程序循环工作，报警持续不断。

/******************红外报警处理**********************/
void hongwai_dis()
{
if(flag_alarm == 1)
{
red = ~red;
beep = ~beep;
}
if(flag_bufang_en == 1)
{
green = ~green;
}
if(flag_bufang == 1)
{
green = 0;
if(hw == 1)
{
flag_alarm = 1;
}
}

}
4.3.3 程序的编写
本设计的程序通过使用Keil编译器建立一个工程，输入程序源代码，在Keil中进行调试工作。程序源代码见附件二。
4.4 硬件调试及调试中遇到的问题
第一步为观察，在孔板上手工焊接的单片机应用系统的电路，所以通过自己的观察来检查每个焊点。
第二步为万用表检测，用万用表检查各个连接点的通断状况，在检查有无短路现象。
第三步为加电检查。当系统通电时，检查器件引脚接口处电压值是否正常，接地端是否电压为零，引脚的电平对不对。
第四步是联机检查。虽然线路都焊接的差不多了，但是对于使用性来说，还要考虑的操作方便的因素。
5 总结评价
本设计是一种热释电防盗报警器。该防盗报警器通过以单片机为处理器，与热释电传感器连接，检测人体发出的红外线，再以电信号形式输出，由于只探测人体发出的红外线信号，就可以避免其他物体的影响。一般情况下传感器输出的是低电平，如果有人在探测区移动，输出的低电平会变为高电平，高电平输入单片机，经单片机内部软件处理后，传到报警电路，开始报警。该报警器价格低廉，操作简单易学，报警准确及时。在人民收入增长的今天，防盗意识也渐渐增强，防盗报警器会有成为以后的一个很有潜力的发展方向。
在这次的毕业设计中，我自己查找资料，焊接电路，从中学习到了很多理论知识，丰富了实践经验，并且认识到了自己的一些不足之处，培养了我的独立思考能力。为以后独立完成工作奠定了基础，更加有信心面对以后更多的挑战。

参考文献
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[2]唐德琴.电子温度测量仪器技术发展战略研究[J].电子科学技术，2009,27（1）：1-8
[3]李行善.基于串口组件的体系结构[J].电子串口与仪器学报，2010（08）：15-16.
[4]姜道连等.用于AT89C51设计红外报警器的设计与制作[J].国外电子元器件，2010（12）：31-34.
[5]冯国进．嵌入式Linux驱动程序设计从入f-J至U精通[M]．北京：清华大学出版社,2008:145-153.
[6]蔡文斋. 专业级串口调试器设计[J]. 现代电子技术, 2010(02):10-11.
[7]熊如贵.串口通信感应装置[J].电子制作，2009（6）:23-31.
[8] 时德钢等.基于串口通信的红外报警器的研究[J].计算机测量与控制，2009,10（7）：480-482.
[9] Adel S. Sedra, Keneth C. Smith.  Microelectronic Circuits. 4th ed  [M].New York Oxford University Press,1998.  
[10] Allan R. Hambley. Electronics 2nd ed[M].New Jersey: Prentice HallInc.,2000.  

附件一：实物图

附件二：程序源代码

#include <reg52.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

#define key_io P1
uchar key_can;

sbit beep = P2^3;
sbit red = P2^2;
sbit green = P2^1;
sbit yellow = P2^0;
sbit hw = P1^3;
bit flag_300ms = 0;

/****************独立按键处理函数************************/
void key()
{
static uchar key_new = 0,key_old = 0,key_value = 0;
if(key_new == 0)
{
if((key_io & 0x07) == 0x07)
key_value ++;
else
key_value = 0;
if(key_value >= 5)
{
key_value = 0;
key_new = 1;
}
}
else
{
if((key_io & 0x07) != 0x07)
key_value ++;
else
key_value =0;
if(key_value >= 5)
{
key_value = 0;
key_new = 0;
}
}
key_can = 20;
if((key_new == 0) && (key_old == 1))
{
switch(key_io & 0x07)
{
case 0x06: key_can = 1; break;
case 0x05: key_can = 2; break;
case 0x03: key_can = 3; break;
}
}
key_old = key_new;
}

/*************定时器0初始化程序***************/
void time_init()
{
EA = 1;
TMOD = 0X01;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
}

uchar flag_alarm ;
uchar flag_bufang ;
uchar flag_bufang_en ;
uint flag_value;

/******************红外报警处理**********************/
void hongwai_dis()
{
if(flag_alarm == 1)
{
red = ~red;
beep = ~beep;
}
if(flag_bufang_en == 1)
{
green = ~green;

}
if(flag_bufang == 1)
{
green = 0;
if(hw == 1)
{
flag_alarm = 1;
}
}

}

/******************不同按键处理**********************/
void key_with()
{
if(key_can == 1)
{
flag_alarm = 1;
}
if(key_can == 2)
{
flag_bufang_en = 1;
}
if(key_can == 3)
{
flag_alarm = 0;
flag_bufang = 0;
flag_bufang_en = 0;
flag_value = 0;
P2 = 0xff;
}
}

/******************主程序**********************/
void main()
{
time_init();
while(1)
{
key();
yellow = ~hw;
if(key_can < 10)
{
key_with();
}
if(flag_300ms == 1)
{
flag_300ms = 0;
hongwai_dis();
}
}
}

/*************定时器0中断服务程序***************/
void time0_int() interrupt 1
{
static uint value;
TH0 = 0x3c;
TL0 = 0xb0; // 50ms
value ++;
if(value % 6 == 0)
{
flag_300ms = 1;
}
if(flag_bufang_en == 1)
{
flag_value ++;
if(flag_value >= 600)
{
flag_bufang = 1;
flag_bufang_en = 0;
flag_value = 0;
}
}
}

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