野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計草稿.doc

1、聊城大學東昌學院聊城大學東昌學院 本科生畢業(yè)論文(設計）題題目目: :野外攝像機自動啟停控制系統(tǒng)設計野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計專業(yè)代碼：專業(yè)代碼： 080251080251 作者姓名作者姓名: : 閆懷杰閆懷杰 學學號：號： 200900203344200900203344 單單位：位： 聊城大學東昌學院聊城大學東昌學院 指導教師：指導教師： 20122012 年年 5 5 月月 1010 日日原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學位論文是本人在導師指導下，獨立進行研究取得的成果。除文中已經注明引用的內容外,論文中不含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學或其他教育機構的學位

2、證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明.本人承擔本聲明的相應責任。學位論文作者簽名：日期指 導 教 師 簽 名: 日期 目目 錄錄前言前言.1 11 1 野外攝像機自動啟停控制系統(tǒng)設計原則野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計原則.1 11。1 野外攝像機自動啟停控制系統(tǒng)設計的可行性.11.1.1 可擴展性和兼容性 .11。1。2 可用性 .1l.1.3 易用性 .11.2 野外攝像機自動啟停控制系統(tǒng)設計思路.12.2.野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計論證實例野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計論證實例.2 22。1 傳感器的選擇.22。2 單片機的選擇.23.3.

3、元件的介紹及使用元件的介紹及使用.3 33.1 熱釋電紅外傳感器.33。1.1 熱釋電紅外傳感器原理.33.1.2 熱釋電紅外傳感器的使用.43。2 BISS0001 芯片介紹和典型電路.53。3 單片機簡介及使用.73.3.1。AT89C51 單片機簡介.73.3。2。管腳說明 .73.3。3 振蕩器特性 .93。3.4 芯片擦除 .93。4 繼電器的介紹及使用.103。4。1 繼電器介紹.10結論結論.1111參考文獻參考文獻.1212致謝致謝.1313摘摘 要要單片機即是把微型計算機主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計機。主要包括了微處理器（CPU)、存儲器（ROM、RAM)、輸入/

4、輸出口（1/0 口)和定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機自 20 世紀 70 年代問世以來以其極高的性能價格比受到人們的重視和關注應用很廣、發(fā)展很快。而 51 單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。本次設計方案是熱釋紅外感應器感應動物，通過單片機控制繼電器進而開關電源，并且系統(tǒng)做出反應進行攝像機自動開關,在沒有動物時則攝像機處于停滯狀態(tài),節(jié)省人力與成本.關鍵詞關鍵詞：熱釋紅外感應器；單片機;繼電器野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)前言前言, 與本次設計方案是紅外線自動門控制系統(tǒng)，使用紅外線傳感器作為感應器，檢測到動物靠近時紅外線能量變化，將其轉化為電信號，傳給

5、單片機。通過單片機控制電路實現(xiàn)實時自動開關電路。1 1。野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計原則。野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計原則1 1。1 1 野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計的可行性野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計的可行性1.1。1 可擴展性和兼容性由于野外攝像機采集動物信息的應用越來越廣泛，系統(tǒng)建設的數(shù)量將隨之擴大，在設計上，要使系統(tǒng)更加簡單方便。1。1.2 可用性我們所研究的方案在充分考慮到野外的實際情況，針對動物的流動性，設計出可滿足即時采集動物信息的方案，并且充分考慮了人為不可抗拒的其他因素造成的成本浪費與信息缺失。l.1.3 易用性系統(tǒng)設計合理，用戶安裝后，在野外生物靠近攝像機時野外攝像

6、機能即時采集信息,在沒有動物時攝像機停止工作。1.21.2 野外攝像機自動啟停控制系統(tǒng)設計思路野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計思路根據(jù)方案能實現(xiàn)的基本功能，本系統(tǒng)大概分為信號的采集，處理,以及信號的控制響應等三大部分。1.信號的采集是通過光學系統(tǒng)檢測附近是否有動物經過，并通過熱釋紅外線傳感器轉換成電流或者是電壓等模擬量的變化。2.處理部分是將得到的電流或者是電壓轉變成脈沖信號傳送給單片機控制中心。3。信號的控制部分是通過單片機預定的控制方式實現(xiàn)對設計要求的具體的操作并輸出給電路。 2.2.野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計論證實例野外攝像機自動啟?？刂葡到y(tǒng)設計論證實例2.12.1 傳感器的選擇傳感器

7、的選擇紅外感應器對動物的存在會產生反應，不論動物如何移動，只要能處在感應器的感應范圍之內，他都會有反應的,紅外攝像機的反應速度較熱釋紅外感應器要慢,所以綜合選擇后還是選擇熱釋紅外感應器。2 2。2 2 單片機的選擇單片機的選擇自20世紀80年代來，單片機的發(fā)展越來越多，我國使用最多的是INTER公司的MCS-51系列單片機.MCS-51系列單片機有3個基本類型:8031,8051，8751。8031內部包括一個8位CPU，128個字節(jié)RAM，21個特殊功能寄存器,4個8位并行I/O口，1個全雙功串行口，2個16位定時器，但無程序儲存器，8051在8031基礎上又集成有4K ROM作為程序儲存器

8、，系統(tǒng)不超過4字節(jié)，綜合成本等考慮決定采用8051單片機。3 3。元件的介紹及使用。元件的介紹及使用3.13.1 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器3.1.1 熱釋電紅外傳感器原理熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器，它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置。熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變?yōu)殡妷盒盘?同時它還能鑒別出運動的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關、遙測等領域。熱釋電效應,自然界的任何物體，只要其溫度高于絕對零度（-273）總是不斷地向外發(fā)出紅外輻射，并以光的速度傳播能量.物體

9、向外輻射紅外輻射的能量與物體的溫度和紅外輻射的波長有關。物體的溫度越高，它所發(fā)射的紅外輻射的峰值波長越小，發(fā)出紅外輻射的能量也越大。通常，電介質的內部是沒有載流子的，因此它沒有導電能力.但是任何電介質毫無例外地都是由帶電粒子組成的，即自由電子和原子核組成的.在外加電壓的作用下，這些帶電粒子也要發(fā)生移動，帶正電荷的粒子趨向負極,帶負電荷的粒子趨向正極。其結果是使電介質的一個表面帶正電,另一個表面帶負電，我們稱這種現(xiàn)象為電極化。對于上述現(xiàn)象，某些鐵電體電介質材料卻是個例外，像上述的幾種鐵電體材料，當被極化后撤去外加電壓時，這種極化現(xiàn)象仍然保留下來,這種現(xiàn)象被稱為自發(fā)極化。自發(fā)極化的強度與溫度相關,

10、當溫度升高時,極化強度降低。自發(fā)極化的鐵電體平時靠捕捉大氣中的浮游電荷保持平衡狀態(tài)。當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產生的電極化現(xiàn)象，被稱為熱釋電效應。晶體自發(fā)極化所產生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當溫度變化時,晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產生電荷耗盡,電荷耗盡的狀況正比于極化程度，下圖表示了熱釋電效應形成的原理。將釋放出的電荷通過放大器放大后就成了一種控制信號，利用這一原理制成的紅外傳感器稱為熱釋電紅外傳感器.紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體

11、紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷,后續(xù)電路經檢測處理后就能產生報警信號。由于系檢知從物體放射出出來的紅外線，所以不必直接接觸就能夠感知物體表面的溫度，故人體檢知以及移動中物體的溫度當然均能以非接觸之方式測得.熱電型紅外線傳感器系接受檢知對象物所發(fā)出的紅外線,圖 1熱釋電效應3。1。2 熱釋電紅外傳感器的使用熱釋紅外線傳感器內部結構與電路如圖 2所示。熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應，是一種溫度敏感傳感器.它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內溫度有 T 的變化時，熱釋電效應會在兩個電極上會產生電荷 Q，即在兩電極之間產生一微弱電壓 V.由

12、于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷 Q 會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，T=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產生 T，則有信號輸出，若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。熱釋電紅外傳感器的結構及內部電路見下圖所示。傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場應管FET 等組成。其中,濾光片設置在窗口處組成紅外線通過的窗.圖 2 熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器3 3。2 2 BISS0001BISS0001 芯片介紹和典型電路芯片介

13、紹和典型電路BISS0001是一款高性能的傳感信號處理集成電路.靜態(tài)電流極小，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的熱釋電紅外傳感器。廣泛用于安防、自控等領域能。BISS0001 是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成被動式的熱釋電紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng).它不僅能和熱釋電紅外傳感器的輸出良好地匹配而且也能和其他多種傳感器進行匹配。它的內都是由運算放大器、電壓比較器、

14、與門電路、狀態(tài)控制器、定時控制器、鎖定時間控制器和禁止電路等組成.圖 3 BISS0001的熱釋電紅外開關應用電路圖上圖 3 運算放大器OPl 將熱釋電紅外傳感器的輸出信號作第一級放大,然后由C3 耦合給運算放大器01：2 進行第二級放大,再經由電壓比較器COPl 和ODP2 構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號vs 去啟動延遲時間定時器，輸出信號VO 經晶體管T1 放大驅動繼電器去接通負載。 圖 4 BISS001 管腳圖BISS0001 采用16 腳標準型塑料封裝結構，如上圖 4所示。腳（A）為觸發(fā)方式控制端，當A=1時，電路可重復觸發(fā),當A=0時，電路不可重復觸發(fā)。腳（V0）為控制信

15、號輸出端，當有傳感信號輸人時，V0 輸出高電平。腳（RX）和腳（CX）為輸出定時控制器T，的外接元件端，定時時間為：TX=50103RXCX。腳（Ri）和腳Ci)為鎖定時間控制器 i 的外接元件,鎖定時間Ti=24RiCi。腳（VRF）為參考電壓及復位端,使用時一般接VDD，若按SS，可使定時器復位。腳（Vc）為觸發(fā)禁止端,當VCVR 時禁止觸發(fā),當VCVR時,允許觸發(fā),VR=0.2VDD.腳(IB)為偏置電流設置端由外接電阻RB接SS端，RB一般取1M的電阻.12 腳（OUT2）和13 腳（IN2）分別為第二級運放的輸出端和反相輸人端。14 腳（IN1+）和15 凈（IN1-）分別為第一運放

16、的同相和反相輸入端.16 腳(OUT1）為第一運放的輸出端。11 腳（VDD）和7 腳（VSS)分別為電源正、負端。3.33.3 單片機簡介及使用單片機簡介及使用3。3.1.AT89C51 單片機簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種

17、高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案圖 5 單片機管腳3.3。2。管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高. P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時

18、，將輸出電流,這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位.在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號. P3口：P3口

19、管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1后，它們被內部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3。2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1(外部中斷1)P3.4 T0（記時器0外部輸入)P3.5 T1（記時器1外部輸入)P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST:復位輸入

20、。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖.在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6.因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的.然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時, ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。

21、在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效.但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH)，不管是否有內部程序存儲器.注意加密方式1時,/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器.在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP） 。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。個人收集整理，勿做商業(yè)用途個人收集整理，勿做商業(yè)用途3.3.3 振蕩器特性XTAL1 和XTAL2 分別為反

22、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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3。3.4 芯片擦除整個PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51 設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式.在閑置模式下，CPU 停止工作。但RAM

23、，定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM 的內容并且凍結振蕩器,禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。3 3。4 4 繼電器的介紹及使用繼電器的介紹及使用3.4。1 繼電器介紹本設計是用單片機控制繼電器達到以弱控強的電路,下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋梁-電磁繼電器。電磁繼電器是有觸點電繼電器是有觸點電繼電器的一種.它是利用電磁效應實現(xiàn)電路開、關控制作用的原件，廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中.在各種自動設備中，都要求用一個低電壓電路提控制一個高電壓的電器電路。這樣不僅可以為電子線路和電器電路提供良好的電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。圖

24、6 繼電器工作原理單片機是一個弱電器件，一般情況下他們大都工作在 5V 甚至更低。驅動電流在A 級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接,這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅動”.繼電器驅動就是一個典型的、的功率驅動環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅動含有兩個意思：一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅動其他負載,比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口.結論結論本設計中采用AT89C51 單片機為控制器，用熱釋人體紅外、光敏二極管和溫度傳感系統(tǒng)來檢測室內有無人員、室內的光照強度及室內溫度，設計了一個智能開關攝像機的系統(tǒng)。該