紅外無線防盜警報系統(tǒng)方案

1、 工程學院康尼學院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：紅外無線防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計研究 專 業(yè)： 自 動 化 班 級： K自動化091 學 號：240091040學生： 浩千 指導(dǎo)教師： 陸 鋒 講 師 起迄日期： 2013.22013.6 設(shè)計地點： 實驗樓 Graduation Design (Thesis)Design of Infrared Wireless Burglar Alarm SystemByLI HaoqianSupervised byLecturer.LU FengSchool of AutomationNanjing Institute of TechnologyJune, 2

2、01338 / 45摘 要隨著社會的不斷進步和科學技術(shù)、經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們的生活水平得到很大的提高，對私有財產(chǎn)的保護意識在不斷地增強，因而對防盜措施提出了新的要求，而紅外技術(shù)已經(jīng)相當成熟，本設(shè)計就是為了滿足現(xiàn)代防盜的需求基于紅外感應(yīng)和紅外無線傳輸和單片機結(jié)合的報警系統(tǒng)。 本設(shè)計采用的是AT89C51單片機控制，接收信號經(jīng)過處理后選擇報警蜂鳴器和警示燈工作，它具有體積小，成本低等優(yōu)點，很適合用于報警信號的接收和處理；傳感器部分使用的是熱釋電紅外傳感器，配合菲涅爾透鏡，它們配合可以非接觸式的測出人體的紅外信號并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，傳送給單片機處理，它具有體積小，靈敏度高，安裝方便，安全可靠等優(yōu)點

3、；本設(shè)計中傳感器與單片機之間的無線傳輸是通過PT2262和PT2272兩塊芯片來實現(xiàn)的，也是基于紅外技術(shù)完成的，過程穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：紅外；無線；單片機；報警器ABSTRACTWith the social progress and science and technology, the economy continues to develop, the peoples living standard has been greatly improved, the awareness of the protection of private property is constantly enha

4、nced, and thus the security measures put forward new demands, and infrared technology quite mature, this design is to meet the needs of the modern anti-theft the combination alarm system based on infrared sensors and infrared wireless transmission and microcontroller.This design uses the AT89C51 sin

5、gle-chip control, the received signal to select the alarm buzzer and warning lights work after treatment, it has a small, low cost, it is suitable for the alarm signal receiving and processing; sensor part is pyroelectric infrared sensor with Fresnel lens, they measure the body with the non-contact

6、infrared signal and convert it into a voltage signal, transmitted to the microcontroller processing, it has a small size, high sensitivity, easy installation, security reliable; wireless transmission between the sensor and the design is by PT2262 and PT2272 two chips to achieve, is also based on inf

7、rared technology, the process is stable and reliable.Key words: infrared; wireless; SCM; alertor目錄第一章 緒論11.1 引言11.2 選題背景與意義11.3 研究現(xiàn)狀21.3.1 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3.2 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景與意義21.4 與本系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀31.5 本文結(jié)構(gòu)4第二章 報警系統(tǒng)的總體設(shè)計52.1設(shè)計任務(wù)與要求52.2總體設(shè)計思路62.3主控芯片單片機的選擇62.3.1 AT89C51的主要性能72.4 熱釋電紅外傳感器的選擇8第

8、三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計103.1系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)103.2紅外線技術(shù)的應(yīng)用103.2.1紅外線感應(yīng)技術(shù)103.2.2紅外線通訊技術(shù)103.3 AT89C51單片機簡述與結(jié)構(gòu)引腳說明123.3.1 AT89C51單片機的功能框圖123.3.2 AT89C51單片機的管腳說明123.4熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理143.4.1 熱釋電傳感器的工作原理153.4.2 菲涅爾透鏡153.4.3 熱釋電紅外傳感器的芯片選擇163.4.4 熱釋電紅外傳感器的電路設(shè)計173.5 無線信號傳輸芯片與電路原理203.5.1 編碼解碼芯片PT2262/PT2272芯片原理203.5.2 PT2262/PT2272芯片

9、地址編碼與震蕩電阻的設(shè)定223.5.3 無線信號傳輸電路設(shè)計233.6電源電路的設(shè)計243.7單片機系統(tǒng)主體部分電路設(shè)計253.7.1時鐘電路的設(shè)計253.7.2 單片機復(fù)位電路263.8 聲音報警電路27第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計284.1 主程序流程圖284.1.1 主程序284.1.2 延時并檢測是否手動取消警報程序29第五章 結(jié)論305.1論文總結(jié)305.1.1主要工作與結(jié)論305.1.2存在問題305.2感想和收獲30致32參考文獻33附錄A：硬件設(shè)計原理圖與PCB圖34附錄B：軟件程序清單37第一章 緒論1.1 引言隨著人民生活水平的不斷提高和電子技術(shù)的發(fā)展，電子報警這門綜合技術(shù)正隨著需

10、求的增大而不斷的發(fā)展。與此同時，紅外技術(shù)已成為先進科學技術(shù)的重要組成部分，由于紅外線是不可見光，用它進行紅外探測監(jiān)控，具有良好的隱蔽性，白天和黑夜都可以使用，而且其抗干擾能力強，因此在本設(shè)計研究中將紅外技術(shù)與單片機結(jié)合形成一個紅外防盜報警系統(tǒng)。防盜報警系統(tǒng)利用單片機控制技術(shù)，自動探測發(fā)生在布防區(qū)的侵入行為，產(chǎn)生報警信號，一旦發(fā)生突發(fā)事件，就會向人們發(fā)出報警提示，從而讓人即使采取應(yīng)對措施。本設(shè)計包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。硬件部分包括單片機控制電路、熱釋電紅外傳感器電路、紅外發(fā)射接收信號電路、蜂鳴器電路、LED控制電路等部分組成。處理器采用51系列單片機AT89C51，整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下

11、工作的。1.2 選題背景與意義目前市面上裝備主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器、開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式防盜報警器等各種報警器，但這幾種比較常見的報警器都存在一些缺點：（一）壓力觸發(fā)式防盜報警器由于壓力板式安裝在墊子，當主機停止工作，主人在家走動時，都很容易失報和誤報，其可靠性低。（二）開關(guān)式電子防盜報警器一般只有一個定點，有效圍小，而且各種開關(guān)也易壞，失報和誤報率就高，不可靠。（三）遮光式觸發(fā)防盜報警器在受到太照射就會引起誤報，同時如果由于風吹窗簾的擺動等遮住了光也會引起誤報，所以這種報警器的可靠性也不高。再者，就閉路監(jiān)控電路防盜系統(tǒng)而言：它的安裝線路復(fù)雜，而且技術(shù)要求比較高，價格也比較昂

12、貴，不利于廣泛利用。于是紅外無線防盜報警系統(tǒng)即本設(shè)計應(yīng)需而生，本設(shè)計是一種價廉、性能靈敏可靠的防盜報警器，可以在防盜和保證財產(chǎn)安全方面發(fā)揮更加有效的作用。本設(shè)計還結(jié)合了無線信息傳輸技術(shù)使得傳感器與主機之間的聯(lián)系更加方便簡潔。數(shù)字、無線、集成化是防盜報警系統(tǒng)進一步發(fā)展的要求，防盜系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢有：1) 更精美、小巧的外觀：符合室的需要；2) 更智能化的設(shè)計：方便設(shè)置和撤銷，具有人性化的操作界面；3) 更加穩(wěn)定可靠：如探測器可抗RFI/EMI（電磁干擾/射頻干擾）、防雷電等，以便適應(yīng)惡劣的天氣氣候；4) 更多樣的功能：如探測器可調(diào)頻、防遮擋、防噴蓋、防破壞等；5) 更強大的聯(lián)網(wǎng)功能；6) 更方

13、便的擴展性。1.3 研究現(xiàn)狀現(xiàn)在報警器的設(shè)計研究種類很多，設(shè)防方式、傳感器、處理器的不同都會有不同的影響，各自有各自的優(yōu)點缺點。1.3.1熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前，國市場上的防盜報警系統(tǒng)大部分是國外品牌，如：早期的美定保、C&K、日本艾禮富、以色列EL等，近幾年進入中國市場的加拿大楓葉、德國博世、美國GE等，這些廠商無論是在資金和技術(shù)上，都具備很強的優(yōu)勢，對國廠商的發(fā)展形成巨大的競爭壓力；國防盜報警產(chǎn)品廠商發(fā)展時間比較短，真正取得長足發(fā)展也是在2000年以后，特別是在2004年國有些廠商迅速成長，投資規(guī)模和企業(yè)規(guī)模都在迅速發(fā)展和擴大。但是與國外廠商相比還有很大差距。 現(xiàn)階段，大

14、部分工程商安裝防盜報警產(chǎn)品時傾向于國外品牌，其中，安裝的國外產(chǎn)品主要來自美國、日本和國，這三個國家的產(chǎn)品占據(jù)我國報警市場的近80%的市場份額。這主要是因為，在產(chǎn)品供給市場上，絕大部分國外品牌來自美國和日，防盜報警產(chǎn)品在這些國家的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)品功能穩(wěn)定、性能完善，再加上進入我國是時間較早，所以在我國市場上占有相當大的份額。目前國使用的各類防盜、保安報警器基本都是以超聲波、主動式紅外發(fā)射接收以與微波等技術(shù)為基礎(chǔ)。而這里所涉與的被動式報警器則采用了美國的傳感元件熱釋電傳感器。這種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(zhuǎn)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

15、。隨著國家智能化小區(qū)建設(shè)的推廣，防盜系統(tǒng)已成為智能小區(qū)的必需設(shè)備。利用單片機控制技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的智能無線防盜系統(tǒng)，并開發(fā)相關(guān)的傳感器。采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，不需重新布線，特別適用于已裝修用戶與布線不方便的場合。1.3.2 熱釋電紅外無線防盜報警系統(tǒng)技術(shù)的研究背景與意義隨著時代的不斷進步，人們對自己所初的環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面不得不時刻留意那些不速之客。現(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報警系統(tǒng)，有效的保證了居民的人身和財產(chǎn)的安全。由于紅外線是不可見光，所以有很好的隱蔽性。但是由于許多都是有線的安裝這給維護和抗干擾都帶來了不利的一面。而無線的可以做到安

16、裝和維護變的更方便，隱蔽性更好，更不易被發(fā)現(xiàn)而被破壞。1.4 與本系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的發(fā)展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動性增大，社會治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會的基本單元家庭的防問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）家居防衛(wèi)在實際使用中暴露出一些隱患，正如國務(wù)院下達的關(guān)于住宅小區(qū)禁止安裝防盜網(wǎng)的建議中指出，防盜網(wǎng)帶來的問題：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供便利的翻越條件；時間久了會有高空墜物的危險；壓抑人性自由。所以作為高科技的家居安全防盜報警系統(tǒng)就應(yīng)運而生，并日益受到廣泛的重視和運用。另外，為了進一步規(guī)住宅小區(qū)智能化建設(shè)，建設(shè)部特別制定了智能小區(qū)的等

17、級標準，按照其要求智能小區(qū)中必須具有安全防、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此小區(qū)安全防系統(tǒng)建設(shè)已逐漸納入許多小區(qū)建設(shè)的必備項目中了。以為例，幾乎所有新建的住宅樓盤都預(yù)裝了防盜系統(tǒng)，并禁止安裝防盜網(wǎng)，而、等地更是花費重金拆除了防盜網(wǎng)，其防盜功能則必須由電子防盜系統(tǒng)來完成。因此，家庭安防系統(tǒng)必將有很大的發(fā)展，并且也將從、等發(fā)達城市向地蔓延開來，形成一個全新的產(chǎn)業(yè)。目前紅外傳感器有熱釋電型和量子型。熱釋電傳感器是測量溫度的元件。熱釋電材料作為熱釋電元件時性能指數(shù)大，使用溫度圍穩(wěn)定性好，價廉而且分散性小的一般是LiTaO3。熱釋電材料的溫度由T+T。同時表面電荷也會產(chǎn)生變化。LiTaO3熱釋電

18、材料處于自發(fā)極化狀態(tài)。當紅外線入射吸收后，結(jié)晶的溫度改變，自發(fā)極化也發(fā)生變化結(jié)晶表面的電荷變得不平衡。把這種不平衡電荷以電壓變化的形式取出，便可檢測紅外線。因此，熱釋電材料只有在溫度變化時才產(chǎn)生電壓。如果紅外線一直照射，無不平衡電荷，電壓的變化為零。沒有紅外線照射時，結(jié)晶表面電荷同樣呈現(xiàn)為不平衡狀態(tài)。熱釋電紅外傳感器因紅外線照射（或遮擋）而產(chǎn)生（或失去）熱量才有輸出，因此，從原理上講，它和波長沒有什么關(guān)系，但應(yīng)選用合適測定波長的濾光器作為窗口材料，才能實現(xiàn)其應(yīng)有的功能。量子型紅外傳感器的特點是檢測靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)的靈敏度與波長有關(guān)。量子型紅外線傳感器又分為光導(dǎo)型和光動勢型。光導(dǎo)型紅外

19、傳感器是利用紅外線照射時，阻抗減小的光導(dǎo)電效應(yīng)元件。典型的元件材料有PbS、PbSe、HgCdTe等。光動勢型是在Ge、InSb、InGaAs、HgCdTe等半導(dǎo)體基片上形成的PN結(jié)，紅外線照射會產(chǎn)生光動勢。Ge的禁帶寬度為0.66ev，Ge光敏二級管分光靈敏度特針對0.6m1.9m紅外線比較敏感。1.5 本文結(jié)構(gòu)本文以報警器的研發(fā)工程項目作為應(yīng)用背景，對紅外無線報警技術(shù)進行了研究。全文共分為六章，各章的主要容如下：第一章扼要的介紹了紅外無線報警系統(tǒng)的概念、特點與相關(guān)技術(shù)研究背景；第二章講述了此次設(shè)計的要求、要完成的工作，以與設(shè)計思路和設(shè)計方案；第三章介紹了本次紅外線無線防盜報警系統(tǒng)研究設(shè)計相

20、關(guān)方面的資料、技術(shù)與研究成果和主要硬件包括芯片、電路等方面的設(shè)計研究；第四章主要講的是依據(jù)功能要求的軟件方面的設(shè)計；第五章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進一步研究的方向。第二章 報警系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1設(shè)計任務(wù)與要求本系統(tǒng)是一種基于熱釋電傳感器原理的防盜報警器，具有無線報警功能，報警器選用51系列單片機。從機做報警器的傳感部分，安裝在需要監(jiān)控的地方。主機作為從機的信號接收部分，安裝在監(jiān)控室。要求學生熟悉系統(tǒng)設(shè)計要求，給出系統(tǒng)設(shè)計方案，完成各單元電路和系統(tǒng)軟件的相關(guān)的設(shè)計任務(wù)。該系統(tǒng)包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個部分?？蓜澐譃閿?shù)據(jù)采集、信息傳輸、鍵盤控制、聲光報警等模塊。工作流程圖如下：N

21、Y聲光報警結(jié)束開始是否有警情紅外傳感器檢測布防地點聲光報警圖2.1 總體功能流程圖2.2總體設(shè)計思路從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：熱釋電紅外傳感探頭電路、紅外無線發(fā)射裝置、紅外無線接收裝置、報警電路、單片機、復(fù)位電路與相關(guān)的控制管理軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖所示：圖2.2 總體結(jié)構(gòu)框圖紅外蜂鳴器報警電路LED發(fā)光顯示電路驅(qū)動驅(qū)動復(fù)位電路AT89C51無線信號接收模塊無線信號發(fā)射模塊熱釋電紅外傳感器2.3主控芯片單片機的選擇20世紀80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的8位單片

22、機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下： 美國Intel公司：MCS-51系列與其增強型系列美國Motorola公司：6801系列和6805系列美國Atmel公司：89C51等單片機美國Zilog公司：Z8系列與SUPER8美國Fairchild公司：F8系列和3870系列美國Rockwell公司：6500/1系列美國T1（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS(美國國家半導(dǎo)體)公司：TMS7000系列盡管單片機的品種很多，但是在中國使用最多的還是Intel公司的MCS-51系列單片機和美國的Atmel公司的89C51單片機。MCS-51系列單片機包括三個基本型8031、8051/8751。803

23、1部包括一份8位CPU、128個字節(jié)，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串形口、2個16位定時器，但片無程序存儲器，外擴EPROM芯片。比較麻煩，不予采用。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片集成有4KB ROM，作為程序存儲器，是一個程序小于4K字節(jié)的系統(tǒng)。公司在制作芯片時會幫用戶將程序燒制上去，出廠的8051單片機大多是用于特殊的地方。所以8051適合于程序已經(jīng)確定，且需求量大的單片機產(chǎn)品中，也不予采用。8751也是基于8031改進而成的，增加了4K字節(jié)的EPROM,它可以構(gòu)成程序小于4KB的系統(tǒng)。使用者將程序固定在EPROM中，需要時可以反復(fù)修改程序。但是價格相

24、對8031較貴。8031為外擴一片4KB EPROM的就相當于8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展，能裝入片的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。不予采用。80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash許程序存儲區(qū)在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52位眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效地解決方案。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片

25、機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存的可編程可擦除的只讀存儲器的單片機。單片機里面的可擦除式只讀存儲器能反復(fù)擦除一千次。這個器件是利用ATMEL非易失高密度存儲器制造這種技術(shù)制造的，并且與工業(yè)上標準的MCS-51指令集與輸出管腳相可以兼容。因為它將多功能8位CPU和閃爍存儲器兩部分組合在了單個芯片之中，所以 AT89C51是一種微控制器的效率是非常高的，而AT89C2051則是一種精簡的版本。AT89C51單片機為許多控制系統(tǒng)提供了靈活性好而且便宜的方案。故此設(shè)計采用AT89C51。2.3.1 AT89C51的主要性能 1)與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 2) 4k字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flas

26、h存儲器 3)1000次擦寫周期 4)全靜態(tài)操作：0HZ24HZ 5)三級程序存儲器鎖定 6)32個可編程I/O口線 7)兩個16位定時器/計數(shù)器 8)五個中斷器 9)可編程串行通道10)低功耗空閑和掉電模式 11)看門狗定時器2.4 熱釋電紅外傳感器的選擇人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長為10微米作的紅外線，被動式紅外探頭的作用就是探測這種紅外光線。人的身體發(fā)射的紅外光線經(jīng)過菲涅爾濾鏡光片聚焦增強到感應(yīng)源上面。紅外的感應(yīng)源一般運用熱釋電元件，這種熱釋電器件在接收到人體發(fā)射的紅外輻射、溫度發(fā)生變化時就會失去平衡并向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。本設(shè)計中采

27、用了主要采用了BISS0001熱釋電傳感器專用控制集成電路和熱釋電傳感器。熱釋電傳感器由探測元件、場效應(yīng)管匹配器、濾光片等組成。濾光片采用紅外光學材料制成，它能通過人體輻射出的10微米左右的特定波長紅外線，它可以將與其它紅外輻射過濾掉，這樣就能可以有效地抑制周圍環(huán)境不穩(wěn)定因素的干擾影響結(jié)果。熱釋電傳感器的探測部分包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且兩個電極化方向正好相反，沒有干擾時背景環(huán)境的輻射對兩個元件幾乎起一樣的作用，會將彼此產(chǎn)生的熱釋電效應(yīng)相互抵消，所以探測器就沒有信號輸出了。這也是之所以當人面對著探測器的垂直方向運動時，紅外探測器靈敏度嚴重下降的原因。同時這也告訴了我們在安裝時要注

28、意合理的選擇位置，一旦有人非法侵入探測區(qū)域，他的紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。部電路圖和探測示意圖如圖2.3所示。圖2.3熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)注：熱釋電人體紅外傳感器，可以安裝在室，其誤報率與安裝的位置和方法有很大的關(guān)系。正確的安裝應(yīng)符合下列條件：（1）熱釋電紅外傳感器應(yīng)安裝離地面2米至2.2米。（2）熱釋電紅外傳感器的探測圍不得有隔屏或其它隔離物。（3）熱釋電紅外傳感器的安裝應(yīng)該遠離空調(diào)等空氣的溫度變化敏感的地方。（4）熱釋電紅外傳感器安裝時不可以直直的面對窗口，否則窗戶外面的暖氣流擾動或者

29、人員的走動會引起誤報，要把窗簾都拉上，熱釋電紅外傳感器也不能安裝在氣流活動強烈的地方。（5）熱釋電紅外傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向有關(guān)，熱釋電紅外傳感器對于徑向移動的反應(yīng)最不敏感，而對于橫切方向（即與半徑垂直的方向）移動則最為敏感，具體示意如圖2.4所示。圖2.4 紅外傳感器檢測示意圖第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)本系統(tǒng)主要由電源電路、熱釋電紅外傳感器電路、無線信號傳輸模塊、AT89C51控制電路、警鈴LED電路等部分組成。下面將簡明扼要的介紹紅外線技術(shù)的應(yīng)用、AT89C51單片機以與熱釋電紅外傳感器。3.2紅外線技術(shù)的應(yīng)用在光譜中波長自760nm至400m的電磁波稱為紅

30、外線，紅外線是不可見光線。所有高于絕對零度（-273.15）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線?，F(xiàn)代物理學稱之為熱射線。紅外是一種無線通訊方式，它可以在無限的情況下進行數(shù)據(jù)的傳輸。自1974年發(fā)明以來，得到了普遍的應(yīng)用。紅外的特征：紅外傳輸是一種點對點的傳輸方式，無線，不能相距離太遠，必須對準，而且中間不能有障礙物，紅外線傳輸幾乎無法控制信息傳輸?shù)倪M度；IrDA已經(jīng)是一套標準，IR收/發(fā)的組件也是標準化產(chǎn)品。3.2.1紅外線感應(yīng)技術(shù)人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，所以會發(fā)出特定波長10m左右的紅外線，被動式紅外探測頭就是靠探測人體發(fā)出的10m左右的紅外線而進行工作的。3.2.2紅外線通訊技術(shù)紅外線波

31、長圍為0.70m1mm，其中300m1mm區(qū)域的波也稱為亞毫米波。大氣對紅外線輻射傳輸?shù)挠绊懼饕俏蘸蜕⑸?。利用紅外線來傳輸信號的通信方式，叫紅外線通信。 紅外通訊技術(shù)適合于低成本、跨平臺、點對點高速數(shù)據(jù)連接，尤其是嵌入式系統(tǒng)。其主要應(yīng)用：設(shè)備互聯(lián)、信息網(wǎng)聯(lián)。設(shè)備互聯(lián)后可完成不同設(shè)備文件與信息的交換。信息網(wǎng)關(guān)負責連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)。紅外通信技術(shù)是在全世界圍被認可并廣泛使用的一種無線連接技術(shù)，眾多的硬件和軟件平臺都支持這種技術(shù)，其特點主要有：1.通過數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)收發(fā)。2.主要是用來取代點對點之間通信的線纜連接。3.新的通信標準可以兼容早期的通信標準。4小

32、角度（30度銳角以），短距離，點對點傳輸，性強。5.傳輸速度較高，4M速率的FIR技術(shù)已被廣泛使用，16M速率的VFIR技術(shù)已經(jīng)發(fā)布。6.不透光材料的阻隔性，可分隔性，限定物理實用性，方便集群使用：紅外線技術(shù)是限定使用空間的。在紅外線不傳輸?shù)倪^程中，遇到不透光的，如墻面。他就會反射，這一特點，確定了每套設(shè)備之間，可以在不同的物理空間里使用。7.無頻道資源占用性，安全特性高：紅外線技術(shù)利用光傳輸數(shù)據(jù)的這一特點確定了他不存在無線頻道資源的占用性，且安全性特別高。在限定的空間使用進行竊聽數(shù)據(jù)可不是一件容易的事情。8.優(yōu)秀的互換性，通用性。因為采用了光傳輸，且限定了物理使用空間。紅外線發(fā)射和接收設(shè)備在

33、同一頻率的條件下，可以相互使用。9.無有害輻射，綠色產(chǎn)品特性：科學實驗證明，紅外線是一種對人體有益的光譜，所以紅外線產(chǎn)品是一種真正的綠色產(chǎn)品。此外，紅外線通訊還有抗干擾性強，系統(tǒng)安裝簡單，易于管理等優(yōu)點。紅外數(shù)據(jù)通信技術(shù)的缺點：1.受視距影響其傳輸距離短；2.要求通訊設(shè)備的位置固定；3.其點對點的傳輸連接，無法靈活的組成網(wǎng)絡(luò)等。但是這些缺點并沒有給IrDA的應(yīng)用帶來致命的障礙，紅外線技術(shù)已在手機和筆記本電腦等設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳輸信息的媒體，即通信信道。發(fā)射端的發(fā)射的是二進制基帶信號調(diào)制的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外信號。通信接收端將

34、接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，然后被放大，濾波后，得到了調(diào)解電路，這時可以輸出二進制的數(shù)字信號。一般用于通過脈沖寬度調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖容器之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈沖調(diào)制（PPM）兩種方式來實現(xiàn)信號?？傊?，紅外線通信的本質(zhì)是利用紅外線對二進制數(shù)字信號的調(diào)制和解調(diào)，使該信號進行傳輸；紅外通信接口是一個信道為紅外調(diào)制解調(diào)器。3.3 AT89C51單片機簡述與結(jié)構(gòu)引腳說明AT89C51單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含4k bytes的可重寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，該器件是利用了Atme

35、l公司的非易失性、高密度存取技術(shù)生產(chǎn)的，同時它兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)，片放置通了用8位的中央處理器（CPU）還有Flash 存儲單元，功能強大。AT89C51單片機提供了許多低成本效益的應(yīng)用，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。3.3.1 AT89C51單片機的功能框圖圖4.1為AT89C51單片機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，各部分通過部總線相連。下面介紹幾個主要部分。外時鐘源外部事件計數(shù)定時器/計數(shù)器216數(shù)據(jù)存儲器256B RAM/SFR程序存儲器4KB ROM振蕩器和時

36、序OSCAT89C51CPU64KB總線擴展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷外部中斷控制并行口串行通信圖3.1 AT89C51功能方塊圖3.3.2 AT89C51單片機的管腳說明ATMEL公司的AT89C51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝形式。AT89C51單片機是高性能單片機，因為受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一個八位漏級雙向I/O端口，每個引腳可以接收8個TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1，定義為高阻抗輸入。 P0可用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為八位數(shù)據(jù)/地址的。在Flash編程時，P0口

37、作為原碼輸入口，當FLASH校驗，P0輸出原碼，然后P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個含有部上拉電阻的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

38、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個帶部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。 P3口寫入1時，他們在部拉高，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： 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 T

39、0（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。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/：當訪問外部存儲器時，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，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：每當對外部輸出的脈沖或用于定時目的。但是請注意，這是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，AL

40、E脈沖被跳過。如果你想禁用的ALE輸出，可設(shè)置為0在SFR8EH地址。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE工作。PSEN：外部程序存儲器選通引腳。在外部程序存儲器地址期間，每個機器周期兩次PSEN有效。然而，該計劃訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩個有效的PSEN信號將不會出現(xiàn)。/VP：當?shù)碗婎l時外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。需要注意的是加密模式1，部鎖定復(fù)位；當為高電頻時，這里的部程序是存儲器。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與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)

41、動器件，應(yīng)不接.具體引腳如圖3.2所示：圖3.2 AT89C51的引腳結(jié)構(gòu)圖3.4熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理熱釋電傳感器是利用紅外輻射與紅外測溫的原理來探測的,紅外測溫屬非接觸式測溫，是測溫技術(shù)中的主要手段，其特點是測溫圍廣，響應(yīng)速度快和不明顯破壞被測對象溫度場，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等領(lǐng)域。非接觸式紅外測溫具有以下優(yōu)點：（1）測量不會干擾到被測的溫場，因此有較高的測溫準確度。（2）測溫圍較寬。（3）探測器的響應(yīng)時間短，便于快速和動態(tài)測量。（4）不要接觸被測物體，操作較為方便。（5）小目標的溫度可確定。非接觸溫度測量技術(shù)的意義是明顯的。隨著工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防，醫(yī)學的發(fā)展，對溫度的測量更

42、加迫切。在某些情況下，溫度測量逐漸上升到主要的地位，這引起了廣泛的關(guān)注。3.4.1 熱釋電傳感器的工作原理通常將電磁波譜間隔在0.761000m的區(qū)域稱為紅外光譜區(qū)，紅外傳感器是一種新型的傳感器，能夠探測物體輻射的紅外線。熱釋電元件的工作原理是基于熱釋電效應(yīng)，即在強電介質(zhì)溫度變化P的自然極化的存在，此時傳感器有電信號輸出，晶體的這種性質(zhì)被稱為熱釋電極或熱釋電效應(yīng)。有些熱釋電晶體，他們的自發(fā)極化方向能用外電場來改變，這些晶體稱作熱釋電鐵電體。例如：LiTaO2(鉭酸鋰)、BaTi O2(鈦酸鋇)和TGS（硫酸三甘酞）等。為了使傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，提高靈敏度，增強抗干擾能力，這里選用了TGS

43、晶體制作的雙型探測器。3.4.2 菲涅爾透鏡在熱釋電紅外傳感器中，菲涅爾透鏡是不可缺少的一個組成部分，且目前人體驗之系統(tǒng)中的光調(diào)制器一般都采用多元陣列式菲涅爾透鏡，它起到紅外輻射收集器和調(diào)制器的雙重作用。熱釋電傳感器只有與菲涅爾透鏡配合使用才能發(fā)揮最大作用。加裝菲涅耳透鏡，傳感器的檢測半徑的從2米增加到有8米的圍。菲涅耳透鏡實際上是一個透鏡組，每個區(qū)域是一般為只有一小的視場，每一個相鄰的視場是不交叉，也不是連續(xù)的的，他們都相隔著一個盲區(qū)（請參閱如圖3.3所示），因此，當有人在安裝了傳感器來監(jiān)測的菲涅耳的透鏡圍移動時，身體的紅外輻射通過在感應(yīng)器上的菲涅耳透鏡的影響，形成了一個盲區(qū)和明亮的區(qū)域交替

44、的信號，從而使所述對溫度敏感的元件不斷變化的，讓傳感器的輸出信號，或者說，人體在監(jiān)控圍活動時，進人一個視場后，又走出這個視場，再進人另一視場對傳感器而言，相當于一會兒看到人，一會兒又看不到人，人體的紅外線輻射不斷改變傳感器的溫度，使之有一個又一個相應(yīng)的電信號。圖3.3 菲涅爾透鏡的亮區(qū)和盲區(qū)菲涅爾透鏡不僅可以形成亮區(qū)和盲區(qū)，而且還有聚用，其焦距一般在5cm左右菲涅爾透鏡一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明狀。需要說明的是:在每次接通電源時，傳感器要有幾秒到十幾秒的“預(yù)熱”時間，在這段時期該傳感器不起作用。3.4.3 熱釋電紅外傳感器的芯片選擇熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小。要經(jīng)過放大、比

45、較等幾個環(huán)節(jié)才能輸出控制信號。使電路執(zhí)行相關(guān)動作。熱釋電紅外傳感器控制電路就是根據(jù)檢測信號的特點和輸出信號的要求，完成上述功能的電路。本套系統(tǒng)采用通用原件構(gòu)成熱釋電紅外傳感器的控制系統(tǒng)。LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。和單電源運算放大器相比，他們有一些顯著的優(yōu)點。四級放大器可以工作在3.0伏到32伏電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的百分之二十。共模輸入圍包括負電源，從而消除了在許多應(yīng)用中必須使用的外部偏置元件。每一個放大器可以用如圖3.4中所示的符號來表示，它一共5個引腳，其中“+”、“-”是兩個信號的輸入端，“V+”、“V-”是正電源和負電源端，“Vo”是

46、輸出的端口。在這兩個信號的輸入端中，Vi-（-）是反向輸入端，代表這個運放的輸出端Vo的信號與這個輸入端的位是相反的；Vi+（+）是同相的輸入端，代表運放輸出端Vo的信號與這個輸入端的相位是一樣的。LM324的引腳排列見圖3.5。圖3.4 運算放大器圖圖3.5 LM324的引腳排列圖LM324的特點：1.輸出短路保護2.真差動輸入級 3.可單電源工作：3V-32V 4.低偏置電流：最大100nA 5.每封裝含四個運算放大器。 6.具有部補償?shù)墓δ堋?7.共模圍擴展到負電源 8.行業(yè)標準的引腳排列3.4.4 熱釋電紅外傳感器的電路設(shè)計1）低頻放大電路：熱釋電紅外傳感器輸出的檢測信號很小，僅1mV

47、左右，頻率為0.110HZ，需經(jīng)高增益、低噪聲低頻放大器放大后，才能進一步處理，一般來講，要求放大器的增益為6070dB,帶寬0.37HZ。放大器的帶寬對可靠性和靈敏度有重要影響，帶寬窄，噪聲小誤動作率低；帶寬寬，噪聲大，誤動作率高！ 如圖3.6所示，本系統(tǒng)采用LM324中的兩個集成運算放大器構(gòu)成低頻帶通放大電路，LM324部集成了四個獨立的高增益運算放大器，其電流?。ǖ湫椭礗s=1.0mA），且與所加電源電壓的大小無關(guān)，頻率補償與偏置電流均采用了溫度補償措施，性能穩(wěn)定。采用單電源供電。圖3.6 低頻放大電路放大器要求：增益：6070DB帶寬：0.37HZ工作原理：放大電路的電壓增益為：A=1

48、+2fR12C4/ (1+2fR7C4) (1+2fR12C4)一般要求放大電路的增益為65Db。電路的上下限截至頻率為：FH=1/R12C7, FL=1/R7C4在單電源供電的情況下，外加電壓分壓器后，可保證運放輸出電壓有較大的動態(tài)圍。靜態(tài)下應(yīng)將輸出端電位設(shè)在1/2處，方法是：ICA外接R4、R10分壓器，將1/2VCC引至運放的同相輸入端，這相當于將輸入偏置電壓墊高1/2VCC,從而使輸出電壓的靜態(tài)電位定在1/2VDD處。與ICA一樣，ICB為了保證運放輸出電壓有較大的動態(tài)圍，同樣設(shè)置了分壓器。2）電壓比較整形電路：圖4.7 電壓比較整形電路圖3.7 電壓比較整形電路工作原理：如上圖3.7

49、所示：基準電壓分別由(R6+R14)和R14分壓提供。當輸入電壓小于IC1B2引腳電壓時，比較器輸出高電平；當輸入電壓大于IC1C3腳電壓時，比較器也輸出高電平。而當IC1B2引腳電壓輸入電壓IC1C3引腳電壓時，比較器輸出低電平。如下圖3.8所示：圖3.8 電頻輸出當人體通過菲涅爾透鏡組成的傳感器現(xiàn)場時，傳感器輸出一交變信號。其變化幅度大于IC1C3引腳電壓或小于IC1B2引腳電壓時，才能使比較器輸出高電平，否則為低電平，而前級放大器靜態(tài)時輸出電壓基本為1/2VCC，處在IC1B2引腳電壓和IC1C3引腳電壓之間，故比較器輸出為0。所以兩引腳電壓的差值越接近1/2VCC，電路的靈敏度越高，但

50、容易因噪聲干擾產(chǎn)生誤動作，若兩引腳的差值遠離1/2VCC，電路的可靠性將提高，但靈敏度降低。一般基準電壓可按下列式子來計算：V差值=（45）VN式子中VN為噪聲電壓。傳感器給出的噪聲電壓，是指傳感器噪聲輸出的信號經(jīng)過70dB以上的放大后的噪聲電壓的峰-峰值。本產(chǎn)品的噪聲電壓大約為80mV,所以有V差值=（45）80mV=320400 mV.這樣，即照顧到靈敏度，又能保證電路有一定的可靠性。3.5 無線信號傳輸芯片與電路原理此次設(shè)計中的無線信號傳輸?shù)陌l(fā)射與接收芯片選擇的是PT2262和PT2272。3.5.1編碼解碼芯片PT2262/PT2272芯片原理PT2262/2272是普城公司生產(chǎn)的一種

51、低成本低功耗的CMOS工藝的通用編解碼電路，PT2262/2272有12位(A0-A11)的三態(tài)地址端引腳(懸空,接高電平,接低電平)，他們可以任意組合提供531441種地址碼,PT2262有6位(D0-D5)的數(shù)據(jù)端引腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼是從17腳串行輸出的，他可以用于無線的遙控電路。編碼芯片PT2262所發(fā)出的編碼信號是由：數(shù)據(jù)碼、地址碼、同步碼組成的一個完整的碼字，解碼芯片PT2272是在接收到信號后，比較兩次地址碼后，VT引腳才會輸出高電平，同時相對應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平

52、，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當?shù)?7引腳為高電平時315MHz的高頻發(fā)射電路起振同時發(fā)射等幅高頻信號，當?shù)?7引腳為低平時315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全由PT2262的17引腳所輸出的數(shù)字信號控制，對高頻的電路完成了幅度鍵控（ASK的調(diào)制）就是調(diào)制度為100的調(diào)幅。 PT2262/2272的特點：CMOS工藝制造，低功耗，外部元器很少，RC振蕩電阻，他的工作電壓圍寬：2.615v ，數(shù)據(jù)可多達6位，地址碼最多可以達到531441種，應(yīng)用圍廣。圖4.9 PT2262的管腳圖圖3.9 P

53、T2262的管腳圖表3.1 PT2262管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于地址編碼,可置“0”,“1”,“f”(懸空),D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，只要一個為“1”即有編碼發(fā)出，部下拉Vcc18電源正端（）Vss9電源負端（）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）在具體的應(yīng)用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。大部分產(chǎn)品都是用2262/1.

54、2M2272/200K組合的，少量產(chǎn)品用2262/4.7M2272/820K。圖3.10 PT2272的管腳圖表3.2 PT2272管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與2262一致,否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與2262一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應(yīng)的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc18電源正端（）Vss9電源負端（）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻

55、決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認 輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）PT2272解碼芯片不同的后綴，表示了不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分， L表示鎖存輸出，只要數(shù)據(jù)成功接收就會一直保持當時的電平狀態(tài)，一直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時才會改變。M則表示了非鎖存輸出，數(shù)據(jù)引腳輸出的電平就是與時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng)，可以使用在類似點動控制的方面。后綴的六和四就是表示有幾路并行控制通道的意思，當采用了4路的并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4)，所對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位，如果采用了6路的并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M6)，所對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位。3.5.2 PT2262/PT2272芯片地址編碼與震蕩電阻的設(shè)定在一般的使用