紅外線防盜報警系統(tǒng)課程設(shè)計

1、 光電檢測技術(shù) 題 目：家居防盜報警器設(shè)計 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師: 日 期: 摘要人們生活水平不斷提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷的增強，因而對防盜措施提出了新的要求。 本設(shè)計就是為了滿足預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的需要而設(shè)計的紅外防盜報警系統(tǒng)。本設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、紅外探頭電路、驅(qū)動執(zhí)行報警電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用單片機STC89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。軟件部分可以劃分為以下幾個模塊：數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等子函數(shù)。 關(guān)鍵詞：單片機、紅外傳感器、數(shù)據(jù)采集、報警電路

2、。1、設(shè)計任務(wù)與要求 （1）該設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警和顯示等模塊子函數(shù)。（2）本紅外線防盜報警系統(tǒng)由熱釋電紅外傳感器、智能報警器、單片機控制電路、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、本地顯示、本地報警等功能。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)可實現(xiàn)功能。為了探測移動人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內(nèi)部,兩個敏感元件反相連接,當(dāng)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

3、探測移動人體的目的。因此可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，使探測器工作。當(dāng)有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設(shè)置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜變換成電信號，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 電平至單片機，經(jīng)單片機處理運算后驅(qū)動執(zhí)行報警電路使警號發(fā)聲。2 、熱釋電紅外傳感器2.1、 熱釋電紅外線傳感器簡介熱釋電紅外線傳感器是80年代發(fā)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(zhuǎn)化成電壓信號輸出。熱釋電紅外線傳感器應(yīng)用電路如下：為了探測移動人體,通常使用雙元件型熱釋電紅外傳感器,在這種傳感器內(nèi)部,兩個敏感元件反

4、相連接,當(dāng)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。2.2、HC-SR501紅外線技術(shù)本次設(shè)計采用的是HC-SR501紅外線技術(shù)的自動控制模塊。其特點是探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感，實物圖片如圖2-1。 圖2-12.3、功能特點1. 全自動感應(yīng):人進入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。2. 光敏控制（可選擇，出廠時未設(shè)）可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。3. 溫度補償(可選擇，出廠時未設(shè))：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至3032，探測距離稍

5、變短，溫度補償可作一定的性能補償。4. 兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇）1) 不可重復(fù)觸發(fā)方式:即感應(yīng)輸出高電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從高電平變成低電平；2) 可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時時間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍 活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢 測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。5. 具有感應(yīng)封鎖時間(默認設(shè)置:2.5S 封鎖時間)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個封鎖時間段，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號。此功能可以實

6、現(xiàn)“感應(yīng)輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設(shè)置在零點幾秒幾十秒鐘)。6. 工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC4.5V-20V。7. 微功耗:靜態(tài)電流<50 微安，特別適合干電池供電的自動控制產(chǎn)品。8. 輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。2.4、 熱釋電紅外線傳感器電路圖 圖2-23、 STC89C51RC單片機STC89C51RC/RD+ 系列單片機是兼容 8051 內(nèi)核的單片機，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機，12時鐘 / 機器周期和 6 時鐘 / 機器周期可反復(fù)設(shè)置，最新的 D 版

7、本內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路。3.1、主要特性1. 增強型 1T 流水線/ 精簡指令集結(jié)構(gòu) 8051 CPU2. 工作電壓：3.4V - 5.5V （5V 單片機） / 2.0V - 3.8V （3V 單片機）3. 工作頻率范圍：0 - 35 MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0420MHz.實際工作頻率可達48MHz.4. 用戶應(yīng)用程序空間 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字節(jié)5. 片上集成 512 字節(jié) RAM6. 通用 I/O 口（27/23 個） ，復(fù)位后為： 準雙向口/ 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準雙向口/ 弱上

8、拉，推挽/ 強上拉，僅為輸入/ 高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不得超過 55mA7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8. EEPROM 功能9. 看門狗10. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路）11. 時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時鐘。常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為：5.2MHz 6.8MHz。精度要求不高時，可選

9、擇使用內(nèi)部時鐘，因為有溫漂，請選 4MHz 8MHz12. 有 2 個 16 位定時器/ 計數(shù)器13. 外部中斷 2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒14. PWM ( 4 路）/ P C A（可編程計數(shù)器陣列） ，也可用來再實現(xiàn) 4 個定時器或 4 個外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可支持)15. STC89Cc516AD 具有 ADC 功能。 10 位精度 ADC，共 8 路16. 通用異步串行口(UART)17. SPI 同步通信口， 主模式/ 從模式18. 工作溫度范圍： 0 - 75 / -40 - +8519. 封裝：

10、 PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封狀，定貨)3.2、STC89C51引腳說明圖3-1 STC89C51引腳1. VCC:電源電壓2. GND:地3. P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)位，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。4. P1口:P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電

11、流)4個TTE邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P 1.0/T2)和輸入(P 1.1/T2EX )。Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。表3-2 P1.0和P1.1的第二功能引 腳 號 功能特性P1.0T2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）表3-25. P2口:P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙

12、向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(ILL)。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行MOVX RI指令)時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。6. P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻

13、拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(ILL)。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-3所示。7. RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。表3-3 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)0）P3.5T1（定時/計數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）表3-38./VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFF

14、H ) 。端必須保持低電平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存端狀態(tài)。如端為高電平(接VCC端)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VCC 。9. XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。10.XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。11.數(shù)據(jù)存儲器：89C51有256個字節(jié)的內(nèi)部RAM,80H-FFH高128個字節(jié)與特殊功能寄存器(SFR)地址是重疊的，也就是高128。字節(jié)的RAM和特殊功能寄存器的地址是相同的，但在物理上它們是分開的。當(dāng)一條指令訪問

15、7FH以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)。RAM還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。12.中斷：89C51共有6個中斷向量:兩個外中斷（INT0和INT1），3個定時器中斷(定時器0, 1, 2)和串行口中斷。13.時鐘振蕩器:89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路參見圖3-4（a）所示。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成

16、并聯(lián)振蕩電路，對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF士10pF，而如果使用陶瓷諧振器，建議選擇40pF士l0pF。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖3-4（b）所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 （a）內(nèi)部振蕩電路 （b）外部振蕩電路圖3-4 振蕩電路由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時

17、間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。4、方案設(shè)計4.1 、 系統(tǒng)概述 本系統(tǒng)采用了熱釋電紅外傳感器，它的制作簡單、成本低，安裝比較方便，而且防盜性能比較穩(wěn)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(fā)現(xiàn)，同時它的信號經(jīng)過單片機系統(tǒng)處理后方便和機通信，便于多用戶統(tǒng)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傳感器,在這種傳感器內(nèi)部,兩個敏感元件反相連接,當(dāng)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。它們的進程框圖如圖4-1 所示。開始確定設(shè)計方案硬件設(shè)計軟件設(shè)計聯(lián)機仿真調(diào)試排除故障

18、系統(tǒng)運行完成研制圖 4-1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)研制過程框圖4.2、總體設(shè)計家居防盜報警器主要是由人體感應(yīng)模塊、中央控制單元、數(shù)字顯示單元、按鍵電路、報警電路和電源電路等部分組成。系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如下：聲光報警提示模塊數(shù)碼管顯示模塊按鍵模塊晶振電路單片機復(fù)位電路人體感應(yīng)模塊圖4-2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)1、主機有三個控制按鍵，一個按鍵布防，一個按鍵是遇到緊急情況緊急報警（或是測試鍵），一個是撤防。 另一個為單片機的上電復(fù)位按鍵。2、按下布防按鍵后， 30秒后進入監(jiān)控狀態(tài)（此時有人靠近不報警），當(dāng)有人靠近時，熱釋紅外感應(yīng)到信號，傳回給單片機，單片機馬上進行報警。按下撤防按鍵解除布防。3、當(dāng)遇到特殊緊急情況時，

19、可按下緊急報警鍵（測試鍵），蜂鳴器進行報警。（前提是在布放狀態(tài)下?。?、布防時數(shù)碼管顯示“b”，撤防時數(shù)碼管顯示“c”，測試時或報警時數(shù)碼管顯示“-” 4.3、系統(tǒng)硬件選擇從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： STC89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、蜂鳴器等一些單片機外圍應(yīng)用電路，以及單片機的手工復(fù)位電路等等。所需元器件如下表4-3編號名稱型號數(shù)量R1 、R3、R5電阻2.2K3R2、R4電阻10K2C1有極電容10uF1C2，C3電容30pF2D1發(fā)光二極管LED1Q1三極管90131Q2三極管90121U1 單片機STC89C511Y1石英晶振12MHZ1K1-K4按鍵*4

20、SZ電源開關(guān)1Tantou熱釋電傳感器HC-SR5011U2蜂鳴器1DS1共陰數(shù)碼管DISPLAY1 表4-34.4、 硬件電路實現(xiàn)本設(shè)計的電路原理圖如下圖4-4所示圖4-4 紅外防盜報警器原理圖本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機檢測到外部熱釋點傳感器送來的脈沖信號后，表示有人闖入監(jiān)控區(qū)，從而經(jīng)過單片機內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動聲光報警點路開始報警。4.5、 軟件的程序?qū)崿F(xiàn)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5-4所示； 入口 初始化 監(jiān)測外部有無信號輸入 啟動聲光報警電路開始報警 結(jié)束圖4-5 主程序工作流程圖4.6、仿真調(diào)試 實驗連接電路如圖4-6所示： 圖 4-6 圖4-7

21、布防狀態(tài) 圖4-8 測試狀態(tài) 圖4-9 撤防狀態(tài)4.7、防盜報警器實物圖圖4-10 圖4-114.8、防盜報警器測試圖4-12 布防狀態(tài)圖4-13 測試狀態(tài)圖4-13 撤防狀態(tài)5、附錄 主程序清單如下： #include <reg52.h>#define uc unsigned char#define ui unsigned intsbit SOS=P10;/布防sbit bufang=P11;/報警按鍵sbit chefang=P12;/撤防sbit baojing=P13;/蜂鳴器bit bdata flag,flag1;/flag布防標(biāo)志，flag1布防倒計時標(biāo)志 uc t,

22、t1;/定時器專用變量 void delay(ui x)/延時函數(shù)1ms ui i,j;for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<110;j+);void kongzhi()/控制函數(shù) if(bufang=1)&&(flag=0)/在報警等待時按下布防鍵 delay(10);if(bufang=1)&&(flag=0)t=0;t1=0;/清零計時器 TR0=1;/打開計時器 P2=0x85;/顯示字母b if(flag=1)&&(SOS=1)/報警按鍵按下flag1=1;/蜂鳴器鳴響 P2=0xbf;/顯示"-"TR0=1;/開啟定時器 if(