紅外防盜報警器

-.z基于單片機的紅外防盜報警系統(tǒng)簡介熱釋電紅外線傳感器作為一種高熱電系數(shù)的探測元件，可過濾接收人體輻射特定波長圍的紅外線，將紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號放大后向外輸出。它能組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝置，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。本設計從模塊上劃分為：熱釋電紅外傳感器探測模塊、放大電路、時鐘電路、復位電路、放光二極管報警電路、聲音報警電路。硬件實現(xiàn)：本系統(tǒng)所用到的器件為：單片機STC89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器，以及單片機的手工復位電路等。系統(tǒng)功能描述：系統(tǒng)等待外部熱釋電傳感脈沖信號輸入，接收到輸入表示有人闖入，啟動聲光報警電路，報警持續(xù)10秒后完畢，假設有新的信號輸入，開場新的檢測循環(huán)。同時手工按鍵可以強制報警中斷。一、設計要求和技術指標：1.1設計要求〔1〕利用單片機AT89C51、熱釋電紅外傳感器、LED、反相器74LS14、蜂鳴器等元器件模擬出紅外防盜報警器?！?〕熟練掌握proteus和keiluvision2軟件的使用1.2技術指標〔1〕報警接收方式：無線發(fā)射輸出，發(fā)射距離≥150米報警持續(xù)時間：10秒主機外接鳴響分貝：≥110dB工作頻率：315MHz/433MHz石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ二、設計需要完成的任務：2.1.明白此防盜系統(tǒng)的工作方式起來，當有人闖入時，熱釋電紅外傳感器將探測到動作，設置在監(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、比擬電路送至門限開關，翻開門限閥門送出TTL電平至89C51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。2.2了解Proteus軟件的大致容并會使用Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2021年又增加了Corte*和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。主要參考元器件：本次設計所需所以元器件如表1所示：序號元器件數(shù)量備注1AT89C51151核系列單片機(4K)274LS141施密特觸發(fā)器的六反相器3CRYSTAL1石晶振蕩器4BUTTON1按鈕5CAP-ELEC1電解電容6CAP3電容7NPN1三極管8LED5紅色*4綠色*19RES7電阻10SPEAKER1蜂鳴器表1主要元器件設計容4.1具體設計方案本設計包括硬件和軟件設計兩個局部。模塊劃分為數(shù)據(jù)采集、鍵盤控制、報警等子?？刂齐娐芳跋嚓P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、功能設定、本地報警等功能。就此設計的核心模塊來說，單片機就是設計的中心單元，所以此系統(tǒng)也是單片機應用系統(tǒng)的一種應用。單片機應用系統(tǒng)也是有硬件和軟件組成。硬件包括單片機、輸入/輸出設備、以及外圍應用電路等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。單片機應用系統(tǒng)的研制過程包括總體設計、硬件設計、軟件設計等幾個階段。從設計的要求來分析該設計包含如下構造：熱釋電紅外傳感探頭、報警電路、單片機、復位電路及相關的控制管理軟件組成；它們之間的構成框圖如圖4.1總體設計框圖所示：燈光報警驅(qū)動AT89C51單片機時鐘電路燈光報警驅(qū)動AT89C51單片機時鐘電路聲音報警復位電路驅(qū)動聲音報警復位電路驅(qū)動圖4.1總體設計框圖處理器采用51系列單片機。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作的。設置在監(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、比擬電路送至門限開關，翻開門限閥門送出TTL電平至STC89C51單片機。在單片機，經(jīng)軟件查詢、識別判決等環(huán)節(jié)實時發(fā)出入侵報警狀態(tài)控制信號。驅(qū)動電路將控制信號放大并推動聲光報警設備完成相應動作。當報警延遲10s一段時間后自動解除，也可人工手動解除報警信號，當警情消除后復位電路使系統(tǒng)復位，或者是在聲光報警10s鐘后有定時器實現(xiàn)自動消除報警。4.2硬件模塊設計4.2.1時鐘電路的設計*TAL1和*TAL2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振一個機器周期含有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，故而一個機器周期為1/12us。如圖4.2.1所示為時鐘電路。圖4.2.1時鐘電路4.2.2復位電路設計復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后,在端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。使用晶振頻率為12MHz示為復位電路。圖4.2.2復位電路4.2.3發(fā)光二極管報警電路設計該設計使本紅外線防盜報警器報警時發(fā)出刺眼的紅光提醒人們有小偷，以保證財產(chǎn)平安。該電路由4個發(fā)光二極管接上電阻后連上單片的R*D的引腳，外接，當單片機的引腳被置低電平后，發(fā)光二極管被點亮，起到報警作用。圖3-10所示為發(fā)光二極管報警電路。4.2.3發(fā)光報警電路聲音報警電路設計該設計使本紅外線防盜報警器報警時發(fā)出刺耳的報警聲音提醒人們有小偷。如下列圖所示為聲音報路。圖4.2.4聲音報警電路4.2.5系統(tǒng)硬件的選擇從以上各種條件下得到如下硬件：、熱釋電紅外傳感器、、按鍵、反相器74LS04、蜂鳴器等一些單片機外圍是正常工作指示燈，D2-D5是起報警指示作用，當R*D腳被置低電平時，D2-D5紅燈閃爍開場報警，同樣，T*D腳置高電平時2個按鍵，S1鍵作為倒計時的暫停鍵,S2鍵作為作為電路復位鍵。4.3軟件設計4.3.1主程序工作流開場程開場系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化N檢測外部有無信號輸入N檢測外部有無信號輸入YY啟動聲光報警電路系統(tǒng)開場報警啟動聲光報警電路系統(tǒng)開場報警N聲光報警是否持續(xù)報警10秒N聲光報警是否持續(xù)報警10秒YY聲光報警完畢聲光報警完畢是否還有檢測信號等待下次報警Y是否還有檢測信號等待下次報警YN完畢N完畢由此流程框圖可看出，當紅外探測器接收到一個信號系統(tǒng)開場初始化，然后有C51單片機判斷是否有人闖入監(jiān)控區(qū)域，如果不是的話報警器將不會工作，是的話開啟聲光報警系統(tǒng)，然后判斷是否開場持續(xù)10秒報警，是的話則是報警即將完畢，不是的話則開場繼續(xù)判斷是否還有需要報警的信號，有的話開場持續(xù)報警，沒有的話則此次報警完畢。4.3.3軟件仿真本設計通過利用仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，綠燈由亮變暗，紅燈閃爍，蜂鳴器發(fā)出聲音產(chǎn)生報警，可觀察到紅燈一閃一閃的。當報警完畢后，綠燈亮起，紅燈熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲。圖4.3.3為電路開場工作的狀態(tài)圖4.3.3軟件仿真圖〔開場〕紅色發(fā)光二極管D3,D4,D5,D6〔發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵〔Ga〕與砷〔AS〕、磷〔P〕的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示它是半導體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向?qū)щ娦浴撤澍Q器LS〔蜂鳴器的作用：蜂鳴器是一種一體化構造的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器的分類：蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。本設計采用的則是壓電式蜂鳴器,壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成。當接通電源后〔1.5~15V直流工作電壓〕,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲)〔1〕電路實現(xiàn)功能針對中斷系統(tǒng)的顯示，設計了一種實用化基于單片機AT89C51的手工暫停電路。該電路可通過按按鈕S1能夠?qū)崿F(xiàn)手工解除警報信號。電平信號經(jīng)放大電路到聲光報警器后，當報警延時10s一段時間后會自動解除，同樣也可以通過按下按鍵，單片機接收INT0的中斷信號，調(diào)用INT0中斷子程序，從而解除報警?！?〕電路原理*TAL1和*TAL2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蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，*TAL2應不接。有余輸入至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，但必須保證脈沖的上下電平要求的寬度。復位則是通過*種方式,使單片機各存放器的值變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的操作稱為復位。復位方式是單片機的初始化操作。單片機除了正常的初始化外，當程序運行出錯或由于操作錯誤而使系統(tǒng)處于死循環(huán)時，也需要按復位鍵重啟機器。MCS—51單片機復位后,程序計數(shù)器PC和特殊功能存放器復位的狀態(tài)如表2-1所示。復位不影響片RAM存放的容,而ALE、/PSEN在復位期間將輸出高電平。由表2.1可以看出，復位后：(1)〔PC〕=0000H表示復位后程序的入口地址為0000H，即單片機復位后從0000H單元開場執(zhí)行程序；(2)〔PSW〕=00H，其中RS1(PSW.4)=0，RS0(PSW.3)=0，表示復位后單片機選擇工作存放器0組；(3)〔SP〕=07H表示復位后堆棧在片RAM的08H單元處建立；(4)P0口～P3口鎖存器為全1狀態(tài)，說明復位后這些并行接口可以直接作輸入口，無須向端口寫1。定時器/計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)等特殊功能存放器復位后的狀態(tài)對各功能部件工作狀態(tài)的影響。存放器復位狀態(tài)存放器復位狀態(tài)PCABPSWSPDPTRP0~P3IPIETOMD0000H00H00H00H07H0000HFFH**000000B0*000000B00HTCONT2CONTH0TL0TH1TL1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H00H**H(0**0000B)表2.1PC與SFR復位狀態(tài)表單片機在時鐘電路工作以后,在RST/VPD端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位以及―看門狗‖復位三種類型。―看門狗‖電路則是一種集成有單片機的電源監(jiān)測、按鍵復位以及對程序運行進展監(jiān)控，防止程序―跑飛‖而出現(xiàn)死機而設計的電路本主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當單片機檢測到外部熱釋電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)過單片機部程序處理后，驅(qū)動聲光報警電路開場報警，報警持續(xù)10秒鐘后自動停頓報警,然后程序開場循環(huán)工作，檢測是否還有下次觸發(fā)信號，等待報警從而使報警器進入連續(xù)工作狀態(tài)。同時，利用中斷方式可以實現(xiàn)報警持續(xù)時間未到10秒時，用手工按鍵停頓的聲光報警的作用。4.4系統(tǒng)調(diào)試4.4.1軟件調(diào)試先在Keil2環(huán)境中進展軟件調(diào)試，再利用編程器將調(diào)試好的程序固化到89C51單片機中,在調(diào)試中遇到了幾個問題，畢竟仿真跟實際電路是有一些區(qū)別的。本次調(diào)試時第一次發(fā)現(xiàn)在仿真中能良好運行的程序，而在實際電路中蜂鳴器卻不響調(diào)試后才發(fā)現(xiàn)是單片機的管腳輸出電壓不夠，因此后來改電路，有單片機管腳電壓跟三極管的基極相連，集電極與相連，把單片機的管腳與三級管構成一個開關使用，發(fā)現(xiàn)在實物中蜂鳴器能發(fā)出聲音了。還有一個問題是延時時間問題，在仿真中報警延時時間大約是10秒，而在實際電路中卻多了些，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，紅外探頭的輸出是有延時的，經(jīng)改良，報警延時大約是10秒。4.4.2硬件調(diào)試調(diào)試時應分模塊調(diào)試最后整機調(diào)試〔1〕紅外檢測模塊調(diào)試。在反向器后測試當有人在熱釋電紅外線傳感器前走動時是否有輸出。經(jīng)檢測，有3.3V電壓輸出。〔2〕燈光報警電路調(diào)試。將電源正極接至燈光報警電路，將電源負極接至單片機管腳P3.0口，發(fā)現(xiàn)LED亮度不夠，后經(jīng)與資料比照，發(fā)現(xiàn)時連接時沒有220 V的電阻用的1K的代替的，在改正后，LED可以正常發(fā)光〔3〕聲音報警器調(diào)試，將電源正極接到聲音報警模塊三極管的集電極，電源負極接到蜂鳴器的負極管腳，當在基極輸入一個電壓時蜂鳴器發(fā)出聲音。〔4〕整機調(diào)試。接通電源，當人在熱釋電紅外傳感器前走動時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并且人離開之后還會延時報警10秒鐘。當沒有人在探頭前走動時如希望馬上不報警了，可以按下單片機的外接復位開關，經(jīng)整機調(diào)試，單片機外接復位開關能良好工作。五、結論單片機為工作處理器核心，外接熱釋電紅傳感器，它是一種新穎的被動式紅外探測器件，能夠以非接觸方式探測出人體發(fā)出的紅外輻射，并將其轉(zhuǎn)化為相應的電信號輸出，同時能有效的抑制人體輻射波長以外的紅外光線與可見光的干擾。平時傳感器輸出低電平，當有人在探測區(qū)圍移動時輸出低電平變?yōu)楦唠娖?，此高電平輸入單片機，作為單片機的外部觸發(fā)信號處理，經(jīng)單片機部軟件編程處理后，單片機輸出控制信號，驅(qū)動聲光報警電路開場報警。該報警器的最大特點就是使用戶能夠操作簡單、易懂、靈活；且安裝方便、智能性高、誤報率低。隨著現(xiàn)代人們平安意識的增強以及科學技術的快速開展，相信報警器必將在更廣闊的領域得到更深層次的應用。本設計本身具有一定的局限性，就是系統(tǒng)發(fā)出聲光報警的圍有限，如果沒人在附近，即使發(fā)出了聲光報警也提醒不到有小偷。例如：單個家庭使用時，由于現(xiàn)代化的城市多都屬于上班族，鄰居之間有可能住了幾年都相互不認識，而且大多數(shù)人都抱著事不關己高高掛起的心態(tài)，所以當報警器發(fā)出報警時即使有人意識到是有小偷也有想去看看到底是怎么回事，這時大都市的弊端顯示出來了，本身不認識鄰居，很有可能被小偷欺騙。則這就給系統(tǒng)的改良提供了一個方向，能不能遠程通知主人有小偷入侵呢.答案是可以的，我們可以在報警模塊中加上一個遠程報警模塊，如手機發(fā)短信模塊，用