毕业设计(论文)基于单片机控制红外线防盗报警器.doc
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1、湖南省娄底职业技术学院 学生毕业设计(论文)题 目:基于单片机控制红外线防盗报警器 姓 名: X X X 学 号: 200X0X0X0XXX 系 部: 电子信息工程系 专 业: 通信工程 指导老师: X X X 开题时间: 2011-11-28 完成时间: 2011-12-28 湖南省娄底职业技术学院教务处制目录摘 要3第一章 绪论41.1 课题背景41.2 防盗报警系统的发展概况4第二章 红外防盗报警器52.1 引言52.2 设计任务及要求52.3 基础知识介绍62.3.1 常见的几种红外传感器介绍62.3.2热释电红外传感器的原理82.3.3 PIR的原理特性102.3.4 AT89C51
2、单片机的概述10第三章 方案设计143.1 总体设计思路143.2 具体电路模块设计153.2.2 放大电路的设计153.2.3 时钟电路的设计153.2.4 复位电路的设计163.2.5 发光二极管报警电路的设计163.2.6 声音报警电路的设计173.3 系统硬件电路的选择及说明173.4 软件的程序实现183.4.1 主程序工作流程图183.4.2设计编程程序19第三章 仿真21第五章 设计总结22参考文献23附录 单片机控制的红外防盗报警器原理图24致 谢25摘 要关键词:单片机;红外传感器;数据采集;报警电路随着时代的不断进步 ,人们对环境的安全性提出更高的要求 ,很多小区都安装了智
3、能报警系统 ,大大提高了小区的安全程度 ,有效保证居民的人身财产安全.目前国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射/接收以及微波等技术为基础.而这里所设计的被动式红外报警器则采用了美国的传感元件热释电红外传感器.这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线 ,并将其转变为电压信号,同时 ,它还能鉴别出运动的生物与其它非生物.热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可以用于自动控制、接近开关、遥测等领域.本系统采用了热释电红外传感器,它的制作简单、成本低、安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现,同
4、时它的信号经过单片机系统处理后方便和PC机通信,便于多用户统一管理。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制电路、红外探头电路、驱动执行报警电路、LED控制电路等部分组成。处理器采用51系列单片机AT89C51,整个系统是在系统软件控制下工作的。第一章 绪论1.1 课题背景 随着时代的不断进步, 人们对自己所处环境的安全性提出了更高的要求,尤其是在家居安全方面,不得不时刻留意那些不速之客。现在很多小区都安装了智能报警系统, 因而大大提高了小区的安全程度 , 有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光, 有很强的隐蔽性和保密性, 因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应
5、用。此外,在电子防盗、人体探测等领域中,被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。1.2 防盗报警系统的发展概况目前,国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌,国内防盗报警产品厂商发展时间比较短,真正取得长足发展也是在2000年以后,特别是在2004年国内有些厂商迅速成长,投资规模和企业规模都在迅速发展和扩大。但是与国外厂商相比还有很大差距。现阶段,大部分工程商安装防盗报警产品时倾向于国外品牌,其中,安装的国外产品主要来自美国、日本和韩国,这三个国家的产品占据我国报警市场的近80%的市场份额。这主要是因为,在产品供给市场上,绝大部分国外品牌来自美国
6、和日韩,防盗报警产品在这些国家的发展已经非常成熟,产品功能稳定、性能完善,再加上进入我国是时间较早,所以在我国市场上占有相当大的份额。智能化住宅保安系统具有较高的自动化技术水平及完善的功能,安全性、可靠性高。每个住户单元的防盗、防灾报警装置通过网络系统与小区管理中心的监控计算机连接起来,实现不问断监控。安防报警包括:门禁系统、红外门磁报警、火灾报警、煤气泄漏报警、紧急求助、闭路电视监控、周边防越报警、对讲防盗门系统等。第二章 红外防盗报警器2.1 引言随着社会的不断进步和科学技术、经济的不断发展,人们生活水平得到很大的提高,对私有财产的保护意识在不断的增强,因而对防盗措施提出了新的要求。本设计
7、就是为了满足现代住宅防盗的需要而设计的家庭式电子防盗系统。就目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警器、开关电子防盗报警器和压力遮光触发式防盗报警器等各种报警器,但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。而本设计中所使用的红外线是不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号,同时,热释电红外传感器既可用于防盗报警装置,也可用于制动控制、接近开关、遥测等领域。2.2 设计任务及要求(1)该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、键盘控制、报警等模块子函数。(2)本红外线防盗报
8、警系统由热释电红外传感器、报警器、单片机控制电路、LED控制电路及相关的控制管理软件组成。用户终端完成信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。终端由中央处理器、输入模块、输出模块、通信模块、功能设定模块等部分组成。(3)系统可实现功能。当人员外出时,可把报警系统设置在外出布防状态,探测器工作起来,当有人闯入时,热释电红外传感器将探测到动作,设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号,经放大电路、比较电路送至门限开关,打开门限阀门送出TTL 电平至AT89C51单片机,经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。(4)红外线具有隐蔽性,在露天防护的地方设计一束红外线可
9、以方便地检测到是否有人出入。此类装置设计的要点:其一是能有效判断是否有人员进入;其二是尽可能大地增加防护范围。当然,系统工作的稳定性和可靠性也是追求的重要指标。至于报警可采用声光信号。2.3 基础知识介绍通过了解此基础知识,会对防盗报警器设计的原件选择有一个明确的思路,通过比较运用最佳原件,也对防盗报警器的设计有个整体思路。2.3.1 常见的几种红外传感器介绍(1)红外探测器:红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同,可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化,便可探
10、测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。(2)红外测温产品:HEITRONICS 拥有40多年非接触红外测温经验,50多种红外测温仪和非接触红外测温系统可满足不同行业用户的特殊需求,提供最优非接触红外测温解决方案。在高性能和高品质的红外测温产品市场,来自德国的HEITRONICS以其在尖端领域应用中良好的品质纪录,被广泛公认为是世界一流的红外测温产品供应者而受到信任。HEITRONICS 系列产品已广泛应用于冶金,玻璃,造纸, 纺织, 橡胶, 木材, 制陶,塑料 涂层, 沥青 建筑, 电子, 食品,石化,水
11、泥等工业制造、科学研究和实验领域。 HEITRONICS红外测温仪部分产品KT19系列-50C - 3000C 智能型红外测温仪 智能测温系统 19种光谱范围 实时数字处理 5 ms响应时间 光学瞄准 ,带激光瞄准 LCD显示 可编程 ,RS232串行接口KT15D系列-50C - 3000C 通用型红外测温仪 通用测温专家 19种光谱范围 实时数字处理 响应时间50ms 可编程 RS232串行接口 紧凑型结构KTX系列0C - 2000C 集成型红外测温仪 响应时间50ms 全金属外壳 抗电磁干扰 HD版适合在180C恶劣环境下工作 LS12系列-50C - 3000C 线性扫描式测温仪 1
12、9种光谱范围 实时数字处理 可编程 RS232串行接口 独立使用远端软件遥控 KT18S50C - 2500C 光谱式红外测温仪 响应时间10ms 距离目标系数为400:1 光学瞄准 硅探测器(3)压电传感器压电传感器(Piezoelectric sensor)是一种典型的有源传感器,它是以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而实现外力与电荷量间的转换,达到非电量的电测目的.压电传感器的应用:可分为单向力,双向力和三向力传感器.压电传感器的物理基础是压电效应,压电敏感元件感受力的作用而产生电压或电荷输出,即根据输出电压或电荷的大小和极性,就可确定作用力的大小和方向.
13、由此可见,压电传感器可以直接用于测力,或测与力相关的压力 位移 振动加速度等.(4)磁电传感器磁电传感器可分为两大类,一类是基于铁芯线圈电磁感应原理的磁电感应式传感器,一类是基于半导体材料磁敏效应的磁敏传感器磁敏管的应用:不但具有很高的磁灵敏度,同时能识别磁场极性;而且体积小 功耗低,因而具有广泛的应用前景.(5)光电传感器光电传感器(Photoelectric sensor)是一种将光信号转换成电信号的装置,它具有结构简单,性能可靠,精度高,反应快等优点,在现代测量和自动控制系统中,应用非常广泛,是一种很有发展前途的新型传感器.(6)人体热释电红外传感器介绍和应用:在电子防盗、人体探测器领域
14、中,被动式热释电红外探测器的应用非常广泛,因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。(7)无线红外传感器无线红外传感器又名无线红外探测器无线智能幕帘/广角红外探测器采用美国军用红外传感器进行信号采集探测与摩托罗拉芯片组合集成单片机智能技术控制,自动温度补偿,微电流省耗,无误报,无漏报,探测距离远,工作稳定,性能可靠,外形精巧,美观大方。机内设置电源外拨开关,外出设防可以接通电源,达到更加省电的效果。 它是根据人体红外光谱而工作,当人体在其接收范围内活动时,探测器输出报警信号,广泛用于银行、仓库和家庭等场所的安全防范。它是目前可靠性较高的产品,红外探测部分采用报警器用传感器和红外
15、专用处理IC。高频发射部分采用最新声表面(S)稳频技术,配合成熟的外围电路,使得产品具有红外探测灵敏度好、误报率低、高频发射频率稳定、发射功率大的特点。工作原理:红外广角型探头的防范区域是以其透镜始点,向前散发120度,长12米的圆锥形的探测区域,在这区域内,只要是热能动物在区域内活动,其散发的红外热能将被吸收。 幕帘型探头工作原理:红外幕帘型探头的防范区域是以其透镜始点,向前散发120度,长12米的圆锥形的探测区域,在这区域内,只要是热能动物在区域内活动,其散发的红外热能将被吸收2.3.2热释电红外传感器的原理热释电红外线(PIR)传感器是80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能
16、检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器,它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大,便可驱动各种控制电路。如下图所示为热释电红外传感器的内部电路框图。热释电红外传感器的内部电路框图本设计所用的热释感器就采用这种双探测元的结构。其工作电路原理及设计电路如下图所示, 在VCC电源端利用C1和R2来稳定工作电压,同样输出端也多加了稳压元件稳定信号。当检测到人体移动信号时,电荷信号经过FET放大后,经过C2,R1的稳压后使输出变为高电位,再经过NPN的转化,输出OUT为低电平。热释电红外传感器原理图热释
17、电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶,其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成,其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰 ,该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式,因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化 ,并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号,并不能直接使用,因而需要用电阻将其转换为电压形式 ,该电阻阻抗高达104M,故引入的N沟道结型场效应管应接
18、成共漏形式,即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片, 并在它的两面镀上金属电极,然后加电对其进行极化,这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的,因此极化后的探测元也是有正、负极性的。2.3.3 PIR的原理特性热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数制成的探测元件,在每个探测器内装入一个或两个探测元件,并将两个探测元件以反极性串联,以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号,经装在探头内的场效应管放大后向外输出。人体辐射的红外线中心波长为
19、9-10um,而探测元件的波长灵敏度在0.2-20um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长范围为7-10um,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收,这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。一旦人侵入探测区域内,人体红外辐射通过部分镜面聚焦,并被热释电元接收,但是两片热释电元接收到的热量不同,热释电也不同不能抵消,经信号处理而输出电压信号。2.3.4 AT89C51单片机的概述(1)AT89C51单片机的结构AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k byt
20、es的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash 存储单元,功能强大3。AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。上图为AT89C51单片机的基本组成功能方块图。由图可见,在这一块芯片上,集成了一台微型计算机的主要组成部分,其中包括CPU、存储器、可编程I/O口、定时器/计数器、串行口等,各部分通过内部总线相连。下面介绍几个主要部分。振荡器和时序OSC程序存储器4 KB ROM数据存
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