精品資料（2021-2022年收藏）紅外二極管感應(yīng)報警電路分析與制作(1)

1、傳感器檢測技術(shù)課程設(shè)計紅外二極管感應(yīng)報警電路分析與制作2016 年 6 月 目 錄一設(shè)計要求2二原理3三硬件電路設(shè)計4四軟件設(shè)計9五調(diào)試過程與結(jié)果分析12六.結(jié)論15七總結(jié)16八附錄17 九參考文獻(xiàn). 21 十. 實物圖.24 家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計報告一、設(shè)計要求1、當(dāng)安全狀態(tài)下，綠燈亮，表示安全；2.有人入室盜竊時候，感應(yīng)器（本設(shè)計用開關(guān)K0代替，合上為有人入室盜竊）自動感應(yīng)，并向單片機(jī)輸入信號。3、當(dāng)檢測到有人入室盜竊的信號輸入，顯示入室盜竊的指示燈，并響起揚聲器通知，一定時間后自動恢復(fù)安全狀態(tài)。4、當(dāng)人為手動停止（用開關(guān)K1代替），則恢復(fù)安全狀態(tài)。二、基本原理基本原理;由發(fā)射端主動發(fā)射紅

2、外線，由接收端接 收紅外線，形成紅外線的網(wǎng)狀。這種探測器能夠?qū)θ肭治镞M(jìn)行主動的防范，不會因為小寵物的穿越或氣候的影響而產(chǎn)生誤報警情，從而最大限度地降低了誤報率。紅 外發(fā)射器發(fā)射一束或多束經(jīng)過調(diào)制過的紅外光線投向紅外接收器。發(fā)射器與接收器之間沒有遮擋物時，探測器不會報警。有物體遮擋時，接收器輸出信號發(fā)生變化， 探測器報警。被動紅外探測器工作原理：被動紅外探測器是依靠被動的吸收熱能動物活動時身體散發(fā)出的紅外熱能進(jìn)行報警的，也稱 熱釋紅外探頭，其探測器本身不發(fā)射紅外線的。被動紅外探測器中有2個關(guān)鍵性元件，一個是菲涅耳透鏡，另一個是熱釋電傳感器。自然界中任何高于絕對零度的物 體都會產(chǎn)生紅外輻射，不同溫

3、度的物體釋放的紅外能量波長也不同。人體有恒定的體溫，與周圍環(huán)境溫度存在差別。當(dāng)人體移動時，這種差別的變化通過菲涅耳透鏡 被熱釋電傳感器檢測到，從而輸出報警信號,具有手動停止報警器和報警燈，然后恢復(fù)正常狀態(tài)的功能三、硬件電路設(shè)計1、系統(tǒng)概述本家庭防盜報警系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計部分主要由一片AT89C51單片機(jī)芯片與三個功能子電路共同構(gòu)成，三個功能子電路分別為：1）晶振輸入電路，2）安全狀態(tài)顯示及自動檢測電路，3）報警響應(yīng)及手動復(fù)位電路，與軟件一起作用，實現(xiàn)家庭防盜的自動檢測與報警功能。工作原理： 2、單元電路設(shè)計熱釋電紅外線(PIR)傳感器是80年代發(fā)展起來的一種新型高靈

4、敏度探測元件。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。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)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路2。如圖1示為熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖。圖1 熱釋電紅外傳感器的內(nèi)部電路框圖AT89C51單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺微型計算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲器、可編程I/O口、定時器/計數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。下面介紹幾個主要部分。 AT89C51管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個

5、8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)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FLASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)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(nèi)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(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)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(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收

6、，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫1時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1后，它們被內(nèi)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。

7、P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能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 （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）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，AL

8、E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(dāng)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。PSEN：外部程序存儲器的選通信號端。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)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)。/VP：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平

9、時，此間內(nèi)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。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：反向振蕩器的輸出,如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，應(yīng)不接。本設(shè)計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)計電路如圖4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。當(dāng)檢測到人體移動信號時，電荷信號經(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。 放大電路的設(shè)計如圖5所示為最基本的放大電路，Vi是輸入電壓信號，Vo是輸出放大的電壓信號。圖5 放大電路

10、圖時鐘電路的設(shè)計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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。因為一個機(jī)器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機(jī)器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機(jī)器周期為1us5。如圖6所示為時鐘電路。圖6 時鐘電路圖 復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位方法一般有上電自動復(fù)位和外部按鍵手動復(fù)位，單片機(jī)在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機(jī)器周期的高電平時就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時

11、，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)不小于2us7。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。如圖7示為復(fù)位電路。圖7 復(fù)位電路圖發(fā)光二極管報警電路的設(shè)計由4個發(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)光二極管被點亮，起到報警作用8。圖8所示為發(fā)光二極管報警電路。圖8 發(fā)光二極管報警電路圖 聲音報警電路的設(shè)計如下圖所示，用一個Speaker和三極管、電阻接到單片機(jī)的TXD引腳上，構(gòu)成聲音報警電路，如圖9示為聲音報警電路。圖9 聲音報警電路圖系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明從以上的分析可知在本設(shè)計中要用到如下器件： AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74

12、LS04、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是起報警指示作用，當(dāng)RXD腳被置低電平時，D3D6亮紅燈開始報警，同樣，TXD腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路設(shè)有2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵, S2鍵作為作為電路復(fù)位鍵。本家庭防盜報警系統(tǒng)主要由一片AT89C51單片機(jī)和三個子電路組成，共同與軟件設(shè)計配合完成對家庭防盜并且自動報警的智能控制。其中三個子電路設(shè)計如下：圖11 晶振輸入電路上圖11所示為晶振輸入電路，圖中19與18引腳分別為XTAL1、 XTAL2，他們分別接晶振的輸入與輸出。因為一個機(jī)器周期含

13、有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機(jī)器周期共有12個振蕩周期。本設(shè)計選擇晶振頻率為12MHz，輸入芯片震蕩周期為1/12s，一個機(jī)器周期為1s。2）安全狀態(tài)顯示及自動檢測電路 安全狀態(tài)顯示及自動檢測電路上圖所示為家庭防盜報警系統(tǒng)的安全狀態(tài)顯示電路與自動檢測電路，如圖所示,安全狀態(tài)顯示電路由安全指示燈綠燈D1和電阻R1組成，為使D1正常工作，R1選擇220，與D1串聯(lián)；自動檢測及報警電路由開關(guān)K0組成，它們分別接管腳P1.0和P1.1，P1口初始狀態(tài)為高電平；在安全狀態(tài)下，將P1.0被設(shè)置為低電平，安全指示燈綠燈D1被點亮，指示此時為安全狀態(tài)。當(dāng)遇到盜竊情況（本設(shè)計用開關(guān)K0

14、表示，開關(guān)合上表示遇竊，打開表示安全）時，管腳P1.1輸入低電平，系統(tǒng)檢測到低電平信號輸入，立即將P1.1置為高電平，安全指示燈綠燈D1滅，并自動轉(zhuǎn)到報警響應(yīng)電路進(jìn)行報警。3）報警響應(yīng)及手動復(fù)位電路圖13 報警響應(yīng)及手動復(fù)位電路上圖13所示為家庭防盜報警系統(tǒng)的報警響應(yīng)電路及手動恢復(fù)電路；報警電路由報警指示燈D2，電阻R2和揚聲器LS2組成，為使D2正常工作，R2選擇220，與D2串聯(lián)；它們分解接管腳P2.3和P2.4；手動復(fù)位電路由開關(guān)K1組成，接管腳P3.2;當(dāng)自動檢測子電路檢測到遇竊信號后，報警電路立即響應(yīng)，P2.3立即置為低電平，遇竊指示燈紅燈D2被點亮，同時P2.4立即置為高電平，揚聲

15、器工作。在報警期間，如果檢測到K1合上，P3.2接收都信號，立即停止報警響應(yīng)，遇竊指示燈紅燈D2滅，同時揚聲器停止工作，轉(zhuǎn)到安全狀態(tài)，安全指示燈綠燈D1點亮；如果沒有檢測到P3.2的低電平信號，則報警響應(yīng)持續(xù)10秒，10秒后自動恢復(fù)安全狀態(tài)，安全指示燈綠燈D1點亮。3、軟件程序設(shè)計根據(jù)上述工作原理及硬件結(jié)構(gòu)分析可得程序設(shè)計工作流程圖如下圖14所示:四.軟件設(shè)計圖程序設(shè)計工作流程圖如流程圖所示，本程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：初始化單片機(jī)工作在安全狀態(tài)下，當(dāng)P1.1引腳無低電平信號輸入時，不斷循環(huán)檢測；當(dāng)單片機(jī)檢測到從P1.1引腳傳來的低電平信號，表示遇竊，從而經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理后，驅(qū)動報警電路開始報警

16、，自動延時10S后恢復(fù)初始化，當(dāng)在延時時間未到10S時有手動停止（P3.2）的信號輸入，則在接收到信號后恢復(fù)初始化狀態(tài)（安全狀態(tài)）。程序設(shè)計軟件用Keil uVision4設(shè)計編譯，仿真軟件用Proteus 7.5,采用c語言。仿真過程用到的主程序與相關(guān)子程序。見附錄二/宏定義#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /頭函數(shù)#include <reg52.h>uchar Mode=1,t;sbit s1=P12;sbit s2=P13;sbit s3=P14;bit alarm=1,kai=1;/LEDsbit L

17、R=P00;sbit LY=P01;sbit LG=P02;/蜂鳴器sbit Feng=P27;/人體熱釋電傳感器sbit HR=P24;void delay(uint x) /毫秒級延時函數(shù) uint i,j; for(i=x;i>0;i-) for(j=110;j>0;j-);void di()Feng=0;delay(100);Feng=1;void main()LR=1;LG=1;LY=1;while(1)if(s1=0)/緊急手動報警delay(5);if(s1=0)/緊急手動報警delay(5);while(!s1);di();/開啟指示燈報警紅燈kai=0;LR=0;

18、LY=1;LG=1;alarm=0;delay(200); if(s3=0)/取消報警delay(5);if(s3=0)delay(5);while(!s3);di();/關(guān)閉模式/Mode=1;LR=1;alarm=1;delay(200);if(s2=0)/布防delay(5);if(s2=0)delay(5);while(!s2);di();/延時30秒左右設(shè)防for(t=0;t<100;t+)LY=LY;delay(200);/開啟指示燈 布防黃燈LR=1;LY=0;LG=1;Mode=0;kai=1; if(alarm=0)/報警di();delay(100);di();del

19、ay(100);/判斷紅外狀態(tài)if(HR=1&&Mode=0)LR=0; /報警紅燈alarm=0;elseif(kai)alarm=1;LR=1;if(HR=1)LG=0;delay(200);elseLG=1; 五程序調(diào)試與過程分析1. 創(chuàng)建工程在項目開發(fā)中，并不是僅有一個用戶源程序就夠了，還要為這個項目選擇CPU型號、設(shè)置編譯和調(diào)試參數(shù)。有一些項目還會有多個文件組成。因此將這些參數(shù)設(shè)置和所需要的所有文件統(tǒng)稱為一個工程，存放于專門的工程文件夾下。這里先建立一個工程文件夾如F:exam.創(chuàng)建新工程。鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>New Project.彈出。Cre

20、ate New Project"對話框，用鼠標(biāo)選擇你要保存工程的文件夾（如FAexam），輸入新工程名（如"exam"）。單擊"保存"按鍵。在隨后彈出的CPU型號設(shè)置對話框中選擇單片機(jī)的型號（如"AT89C51"），單擊"確定"完成。2.建立源程序文件并加入工程鼠標(biāo)左鍵單擊菜單。File一>New新建文件。彈出圖1窗口。自動進(jìn)入編輯工作模式。單擊菜單。File一>Save as.彈出文件保存對話框，選擇工程文件夾（"F:exam"）。輸入源程序文件名（如"exam

21、.asm"），點擊"保存"按鈕。注意匯編源程序的擴(kuò)展名必須為asrn,C51源程序擴(kuò)展名必須為*.C.將源程序加入工程。用鼠標(biāo)點擊圖標(biāo)"Target1"前的"+"號，展開后右鍵單擊Source Group彈出快捷菜單，點擊"Add File to Group'SourceGroup 1"項彈出源程序加入工程對話框。選擇剛保存的用戶源程序exam.asm,點擊ADD按鈕加入工程，點擊Close關(guān)閉對話框。3.工程參數(shù)設(shè)置用鼠標(biāo)左鍵單擊主菜單Project一>Options forTarget&

22、#39;Targetl彈出工程參數(shù)設(shè)置對話框。關(guān)于工程參數(shù)設(shè)置的內(nèi)容很多，篇幅所限，這里僅介紹通常需要設(shè)置的三個參數(shù)： 設(shè)置CPU型號。前面已經(jīng)進(jìn)行了設(shè)置。在設(shè)置對話框的"Target"標(biāo)簽下"Xtal（Mhz）"處輸入單片機(jī)的晶振（如"12"）如圖2.結(jié)果分析調(diào)整TORCH_LDR上的“+”符號，可以看到LED報警燈亮起，揚聲器開始報警。由于TORCH_LDR調(diào)整到“+”值時，相當(dāng)于傳感器能持續(xù)檢測到侵入信號，所以聲光報警系統(tǒng)會一直工作下去。按TORCH_LED上的“-”到最小值，聲光報警系統(tǒng)響10S后就會自動停止工作。當(dāng)不到10S

23、時，按中斷按鈕，聲光報警系統(tǒng)也會停止工作。無侵入信號時候綠的保持工作。六、結(jié)論本設(shè)計研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的家庭防盜智能報警器。該防盜報警器通過以AT89C51單片機(jī)為工作處理器核心，設(shè)計家庭防盜報警系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)，通過與軟件程序設(shè)計的共同作用下，硬件實現(xiàn)完成一系列自動檢測盜竊信號（設(shè)計中設(shè)置為K0信號），接收到盜竊信號后自動報警并在延時一段時間后自動恢復(fù)的功能。本次設(shè)計指示只簡單實現(xiàn)一個功能描述，在實驗中采用，在現(xiàn)實生活應(yīng)用中，該放到報警器跟傳感器聯(lián)系起來應(yīng)用，會使該防盜報警器更加的智能，應(yīng)用性強(qiáng)，在家庭中應(yīng)用能夠讓用戶感受到其操作簡單、易懂、靈活的特點，且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨

24、著現(xiàn)代人們安全意識的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相信報警器必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。七、總結(jié)通過本次的單片機(jī)課程設(shè)計，我們不僅掌握了硬件電路設(shè)計的基本步驟和方法，還認(rèn)真的回顧了匯編語言編程方面的知識。將我們所學(xué)的知識應(yīng)用于生活實踐中。真正的做到了學(xué)以致用的效果。同時也鍛煉了我們小組每位成員的動手能力，加強(qiáng)了團(tuán)隊合作的意識和能力。大家都是受益匪淺，在利用proteus軟件仿真過程中，出現(xiàn)了很多的問題，初次接觸這個軟件，一點都不熟悉，很多知識都是用的時候在網(wǎng)上找的，或者查資料得出的。對于器件庫中的元件的性能不熟悉，不如說是最常用的電容器就有好多種，并不了解我們需要的是哪一個，而且電容的

25、種類那么多，很難一次性選擇正確。電路圖畫好之后就是裝入程序進(jìn)行仿真。我們的程序也有一些問題，開始時運行編譯時總是達(dá)不到想要的要求，如延時問題，自動檢測信號問題，還有智能化控制的問題，在經(jīng)過自己的摸索與同學(xué)的討論請教中，最終問題還是解決了。用Keil軟件編譯好程序后載入，滿足設(shè)計的要求，我們小組充分感受到團(tuán)隊合作重要性和自主克服困難的喜悅。八、附錄1元器件明細(xì)表名稱數(shù)量屬性AT89C51芯片1晶振112MHz電容230pF電阻2220LED-GREEN1LED-RED1開關(guān)2揚聲器12附錄二/宏定義#define uchar unsigned char #define uint unsigned int /頭函數(shù)#include <reg52.h>uchar Mode=1,t;sbit s1=P12;sbit s2=P13;sbit s3=P14;bit alarm=1,kai=1;/LEDsbit LR=