The_Design_Of_Infrared_sensor论文设计.doc

中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 0 论文外文题目： the design of infrared sensor 论文主题词： 红外传感器 传感器设计 外文主题词：infrared sensor sensor design 论文答辩日期： 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 1 原创性声明原创性声明 本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有 数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研 究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 本人签名： 王 新 凯 日期： 2012 年 1 月 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 2 摘摘 要要 传感器设计了一种被动式红外报警电路,分析了该电路的功能和工作原理。热释电该报警 器能探测人体发出的红外线，由红外线传感器、信号大电路、电压比较器、延时电路和 音响报警电路等组成。当人进入报警器的监视区域内，即可发出报警声，适用于家庭、 办公室、仓库、实验室等比较重要场合防盗报警。概述了红外辐射的知识、热释电红外 传感器的结构和工作原理。利用热释电红外红外传感器具有很多的优点,在防盗、警戒等 装置中应用较广。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。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点： 不需要用红外线或电磁波等发射源。 灵敏度高、控制范围大。 隐蔽性好，可流 动安装。关键词：热释电效应 红外传感器 菲涅尔透镜 abstract design of sensor is a passive infrared alarm circuit, analyzes the function of the circuit and working principle. pyroelectric the alarm can detect the human body infrared emitted by the infrared sensor, signal, by a large circuit, a voltage comparator, a delay circuit and the audio alarm circuit. when people enter the alarm monitoring region, which can send out alarm sound, suitable for home, office, warehouse, laboratory and other important occasions anti-theft alarm. overview of the infrared radiation of the knowledge, the pyroelectric infrared sensor structure and working principle. using pyroelectric infrared sensor has many advantages, in the anti-theft warning device, widely used in. at present the domestic use of the various types of anti-theft security 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 3 alarm, are fundamental to the ultrasonic wave, infrared transmitting / receiving and microwave technology based on. and here the passive infrared alarm system by the united states - the sensing element pyroelectric infrared sensor. the pyroelectric infrared sensor to non-contact form of detect the infrared radiation of human body, and transforming it into voltage signal, at the same time, it can identify the movement of biological and other abiotic. pyroelectric infrared sensor not only can be used for anti- theft alarm device, but also can be used for automatic control, proximity switches, remote sensing and other fields. use it to produce the burglar alarm and is currently on the market a lot of burglar alarm equipment, has the following characteristics: not need to use infrared or electromagnetic wave emission source. the high sensitivity, large control range. * good concealment, flowable installation. key words: pyroelectric infrared sensor fresnel lens 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 4 目目 录录 引言引言.7 1.1.绪论绪论7 1.1 防盗器报警系统在国内外的发展7 1.3 设计要求8 1.4 设计方案8 2.2.红外线报红外线报警警器简介器简介.9 2.1 红外线报警器分类9 2.2 红外线传感器.10 2.3 热释电红外线传感器简介.11 2.4 菲涅尔透镜.12 2.5 热释电红外线传感器的工作特点.13 2.6 热释电红外线传感器电路图.14 2.7 at89s51 单片机简单概述15 3. .硬件设计硬件设计.16 3.1 热释电红外线传感器.17 3.2 信号放大电路.18 3.3 电压比较器.19 3.4 延时电路.19 3.5 音响报警电路.20 3.6 12v 电源电路 .20 3.7 调整电路.21 3.8 时钟电路.22 3.9 复位电路22 3.10 数码管显示报警器电路23 3.11 声音报警器电路23 4.软件设计软件设计24 结束语结束语28 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 5 参考文献参考文献. . 29 致谢致谢：30 附录附录：31 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 6 引言引言 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提高， 对私有财产的保护意识在不断加强，因而对防盗措施提出了新的要求， 。本设计就是为满 足现代住宅防盗的需要而设计的防盗系统。目前市面上装备主要有压力触发式防盗报警 系统，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，也可用于自动控制、接近开关、遥测 等领域。 1.绪论绪论 1.1 防盗器报警系统在国内外的发展防盗器报警系统在国内外的发展 从上世纪初，报警系统就已经在北美稍有雏形。在北美，报警呼救箱放置在街头巷 尾，在呼救时发出声响提示，以寻求附近警察的帮助；同时，这种呼救箱直接连接到附 近的警局，使得稍远一些的警察也能够收到呼救信息。随后，由于通讯技术的发展，提 供远程通信的电报公司加入到这个行业，从而使得报警信息可以达到更远的地方；不过； 这种电报方式毕竟难以普及，所以稍后出现的电话理所当然的成为报警通信的主要手段。 1.2 防盗器报警器的发展前景与趋势防盗器报警器的发展前景与趋势 随着社会的发展和人员流动性的增大，社会治安状况更加复杂，因此作为社会的基 本单元家庭的安全防范问题就显得尤为重要。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防 卫在实际应用中暴露出一些明显问题，如：影响楼房美观市容整洁；影响火灾救援通道； 给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。 所以作为新一代的智能安全防盗报警系统就应运而生，并且日益受到广泛的重视和 应用。另外，为进一步规范住宅小区的智能化建设，建设部特别制定了智能小区的等级 标准，小区的安全防范系统已逐渐纳入许多小区建设的必备项目中。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 7 1.3 设计要求设计要求 1.熟悉电路的工作原理； 2. 掌握该电路中元器件的识别方法； 3. 掌握电路的调试方法； 4. 熟悉电路简单的故障分析方法法； 5实现系统的关键技术：热释电传感器调理电路；报警音响电路；报警显示电路； 软件控制； 6系统电路的设计与实现：器件选择；地址分配和硬件连接； 1.4 设计设计方案方案 本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、报警等子 模块。电路结构可划分为：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。 就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机应 用系统的一种应用。单片机应用系统也是有硬件和软件组成。硬件包括单片机、输入/ 输出设备、以及外围应用电路等组成的系统，软件是各种工作程序的总称。单片机应用 系统的研制过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段。 从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：热释电红外传感探头电路、报警电路、 单片机、复位电路及相关的控制管理软件组成；它们之间的构成框图如图 3 总体设计框 图所示 at89 s51 复位电路 传感器 报警执行 电路 led 发光 显示 调整 电路 驱动 驱动 驱动发光二极 管 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 8 图 1 总体设计框图 处理器采用 51 系列单片机 at89s51 整个系统是在系统软件控制下工作的。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，经放大电路送出 ttl 电平至 at89s51 单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控 制信号。驱动电路将控制信号放大并推动声光报警设备完成相应动作。当报警延迟 10s 一段时间后自动解除，当警情消除后复位电路使系统复位。 2.红外线报警器简介红外线报警器简介 2.1 红外线报警器分类红外线报警器分类 包括光学系统、检测元件，转换电路和报警电路。光学系统按结构不同可分为透射 式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件 应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转 换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件，通常由硫化铅、硒化铅、砷 化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成 红外线报警器分为主动式和被动式。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外 线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外 线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有 会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。 被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度 高于 0k 的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后的原理， 被动式报警器和主动式是一样的。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 9 2.2 红外线传感器红外线传感器 利用红外线的物理性质来进行测量的传感器就是红外线传感器。红外线又称红外光， 它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质，只要它本身具有一定的温度 （高于绝对零度） ，都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而 不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。 红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、 空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面 温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪） ；利用 人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；采用红外 线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。 具有红外传感器的望远镜可用于军事行动，林地战探测密林中的敌人，城市战中探 测墙后面的敌人，以上均利用了红外线传感器测量人体表面温度从而得知敌人所在地。 被动式红外传感器被动式红外传感器 被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由 探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。被动式红外探测器是 利用热释电效应进行探测的。被动式红外探测器又称为热释电红外探测器，其主要工作 原理便是热释电效应。热释电效应是指如果某些强介电质材料（如釺酸钡、釺醋酸铅等） 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 10 的表面温度发生变化，则随着温度的上升或下降，材料表面发生变化，即表面上就会产 生电荷的变化，从而使物质表面电荷失去平衡，最终电荷变化将以电压或电流的形式输 出。 被动式红外传感器的核心部件是红外探测器件（红外传感器） ，通过光学系统的配合 作用，它可以探测到位某一个立体防范空间内的热辐射的变化。当防范区域内没有移动 的人体等目标时，由于所有背景物体（如墙、家具等）在室温下红外辐射的能量比较小， 而且基本上是稳定的，所有不能触发报警。当有人体在探测区域内走动时，就会造成红 外热辐射能量的变化。红外传感器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外热辐射能 量的变化转换为相应的电信号，经适当的处理后，送往报警控制器，发出报警信号。 、被动式红外探测器属于空间控制型探测器。其本身不向外界辐射任何能量，其功耗 小，普通的电池就可以维持长时间的工作。 、由于红外线的穿透性能较差，在监控区域内不应有障碍物，否则会造成探测“盲区” 。 、为了防止误报警，不应将被动式红外探测器探头对准任何温度会快速改变的物体， 特别是发热体。 、在选择安装位置时，应使探测器具有最大的警戒范围，使可能的入侵者都能处于警 戒范围，使可能的入侵者都能处于红外警戒的光束范围之内。并使入侵者的活动有利于 横向穿越光束带区，可以提高探测的灵敏度。 、产品类型有壁挂式和吸顶式被动红外探测器。 、由于被动式红外探测器是以被动方式工作，所以同一室内安装数个，也不会产生干 扰。 2.3 热释电红外线传感器简介热释电红外线传感器简介 热释电红外线传感器及滤光片 热释电红外线传感器及滤光片(也称被动式传感器)是接收物体辐射的红外线 并把它转为电信号的一种原件，通常是由两个极性相反的传感元件串联连接，并与 一个高阻和一个场效应晶体管组装在一起电路原理见框下图。它可以根据应用的需要， 设计成两个传感元件都用于接收红外线辐射或仅一个传感元件用也接收红外辐射（另一 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 11 个被遮挡） 。热释电传感器对交变的红外辐射产生响应，对于先后入射到两个传感元件上 的辐射信号将产生正或负的信号输出，当辐射信号同时入射到两个传感元件上，由于两 个传感元件极性相反连接，所以信号就会相互抵消，没有输出。 因此用双原传感元件制成的热释电传感器对环境温度的变化，背景辐射和受振动产 生的随机噪声都具有良好的补偿作用，使传感器在实际使用中能稳定可靠。 红外线在空气中透射会被大气中的水蒸气和有些气体分子所吸收，透射率较高的区 域称大气窗口见。为了提高物体辐射的红外线在大气中的对比度，传感器的光谱带也要 与大气窗口吻合，通常在热释电传感器前加一快 814um 的光学干涉滤光片。滤光片能 有效的让带宽内的红外辐射通过而抑制带宽外的成分，特别是能抑制近红外的辐射对热 释电传感器的干扰。 2.4 菲涅尔透镜菲涅尔透镜 红外辐射虽然是不可见的，但它的聚焦与一般的光学成像一样，满足下试： 1/v+1/u=1/f 由于红外辐射的波长较长且波段较宽，所以一般的玻璃光学透视（除了近无法使其透过 和聚焦。有很多材料能用于红外的透视和聚焦，但比较实用的是采用一种由低到密度聚 乙烯（也称高压聚乙烯）材料做成的成为菲涅尔透镜来对红外辐射进行聚焦。菲涅尔透 镜保留了透镜的缘由曲率半径，使其具有聚焦的功能，又减少了透复 l 的体积和重量且 有可塑性，不一损坏。根据应用的需要可以制成不同的焦距，不同视场的菲涅尔透镜 例 如对远距离的红外辐射进行聚焦的单试场小角度的透镜，和用于近距离的大角度进行聚 焦的多视透镜 热释电人体红外传感器只有配合菲涅尔透镜实用才能发挥最大的作用。 不加菲涅尔透镜时，该传感器的探测半径可能不足 2m，配上菲涅尔透镜侧可 10m，甚至 更远。菲涅尔透镜是用普遍的聚乙烯制成的，安装在传感器的前面。菲涅尔透镜实际是 一个透镜组，当光线通过透镜单元后，在其反面则形成明暗相间的可见区和盲区。每个 透镜单元只有一个很小的视场角，视场角内位可见区，之外为盲区。而相邻的两个单元 透镜的视场既不连续，更不交叠，却都相隔一个盲区。当人体在这一监视范围内运动时， 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 12 顺次地进入某一单元的透视的视场，又走出这一视场，热释电传感器对运动的人体一会 儿看到，一会儿又看不到，再过一会儿又看得到，然后又看不到，于是人体的红外线辐 射不断的改变热释电体的温度，使它输出一个又一个相应的信号。 ，输出信号的频率大约 0.1-10hz，这一频率范围由菲涅尔透镜人体运动速度和热释电人体红外传感器本身的特 性决定。根据这一特性，可以探测物体移动，产生探测信号。 人体热释电红外传感器和应用介绍被动式热释电红外探头的工作原理及特性：一般 人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10um 左右的红外线，被动式 红外探头就是靠探测人体发射的 10um 左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10um 左 右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电 元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电 荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为 10um 左右的红外辐 射必须非常敏感。 2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片， 使环境的干扰受到明显的控制作用。 3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极 化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效 应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)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，经信号处理而报警。 5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离） ，从而产生不同的监 控视场，视场越多，控制越严密。在电子防盗、人体探测器领域中，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。 2.5 热释电红外线传感器的工作特点热释电红外线传感器的工作特点 热释电红外线传感器通过接受人体辐射的特定波长的红外线，可将其转化为与人体 运动速度、距离、方向有关的低频信号。当热释电红外线传感器受到红外辐射源的照射 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 13 时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这 部分电荷称为热释电电荷。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由 热释电电荷经电路变成的输出电压也同样可以反映出材料的温度变化，从而探测出红外 辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探 测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化。 当防范区域内没有移动的人体时，由于所有的背景物体（如墙壁、家具等）在室温 下红外辐射的能量很小，而且基本上是稳定的，所以不会触发报警器。但有人体突然进 入探测区时，会造成红外辐射能量的突然变化，红外探测器将收到的活动人体与背景物 体之间的红外辐射能量的变化转化为相应的电信号，电信号的大小，决定于敏感元件温 度变化的快慢，经过后级比较器与状态控制器产生相应的输出信号，送往报警器，发出 报警信号。红外探测器的探测波长为 8-14um，人体的红外辐射波长正好处于这个范围之 内，因此能较好的探测到人体的活动。被动式红外探测器属于空间控制型探测器，其警 戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成锥体感热区域，构成立体警戒。 2.6 热释电红外线传感器电路图热释电红外线传感器电路图 热释电红外线传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。是一种能检 测人体发出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。他能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电信号输 出。将该电信号放大，便可驱动各种控制电路。 热释电红外线传感器内部结构框图如图 2 图 2 热释电红外线传感器应用图 3 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 14 图 3 2.72.7 at89s51at89s51 单片机简单概述单片机简单概述 at89s51 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 bytes 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。 图 4 at89s51 功能方块图 图 2 为 at89s51 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。 振荡器和时 序 osc 程序存储 器 4 kb rom 数据存储器 256 b ram/sfr 定时器/计数 器 2 16 at89s51 cpu 64 kb 总线 扩展控制器 可编程 i/o可编程全 双工串行 口 内中断 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 15 3.硬件设计硬件设计 被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处 理和报警电路等几部分组成。其结构框图如图所示。图中，菲涅尔透镜可以将人体辐射 的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区， 以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核 心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要 是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基 础。 图所示的是将待测目标、菲涅尔透镜、热释电红外传感器相结合使用时的工作原理 示意图。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 16 红外线报警器由 菲涅尔透镜、热释电红外传感器、信号放大器、电压比较器、延时电路、 音响报警器，电源电路，时钟电路，复位电路，报警电路 at89c51，led、发光二极管、 蜂鸣器等一些单片机外围应用电路。等组成。 3.1 热释电红外线传感器热释电红外线传感器 这种专门设计的探头只对波长为 10m 左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其 他物体不会引发探头动作。探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两 个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生 释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。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，于是输出检测信号。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 17 热释电红外传感器原理热释电红外传感器原理 图 5 热释电红外传感器原理图 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 图 5 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。 3.2 信号放大电路信号放大电路 图 6 信号放大电路如图 6，vt1 和运算放大器 lm358 等组成放大电路，由 ic1 的 2 脚输出 rs y2 y1 r1 r2 c2 c1 r3 r4 q2 npn q1 fet vccvcc 3v12v out 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 18 微弱的电信号，经三极管 vt1 等组成第一级放大电路来放大，再通过 c2 输入到运算放大 器 ica 中高增益、低噪声放大，此时由 ic2a1 脚输出的信号已足够强，然后输入到电压 比较电路。 3.3 电压比较器电压比较器 图 7 电压比较器如图 7，ic2b 和 vd2 等做电压比较器，ib2b 的第 5 脚由 r10vd1 提供基 准电压，当 ic2a1 脚输出的信号电压到达 ic2b 的 6 脚时，两个输入端的电压进行比较， 此时 ic2b 的 7 脚由原来的高电平变为低电平。 3.4 延时电路延时电路 图 8 如图 7，由 vt3r20c8 组成开机延时电路，时间也约为一分钟，它的设置主要是防 止使用者开机后立即报警，好让使用者有足够时间离开监视现场，同时可防止停电后又 来电时产生误报。该装置采用 912v 直流电源供电，由 t 降压，全桥 u 整流，c10 滤波， 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 19 检测电路采用 ic378l06 供电。本装置交直流两用，自动无间断转换。 3.5 音响报警电路音响报警电路 图 9 如图 9，ic4a im393 为报警延时电路，r14 和 c6 组成延时电路，其时间约为一分钟。 当 ic2b 的 7 脚变为低电平时，c6 通过 vd2 放电，此时 ic4 的 2 脚变为低电平，它与 ic4 的 3 脚基准电压进行比较，当它低于基准电压时，ic4 的 1 脚变为高电平，vt2 导通，讯 响器 bl 通电发出报警声。人体的红外线消失后，ic2b 的 7 脚又恢复高电平输出，此时 vd2 截止。由于 c6 两端的电压不能突变，故通过 r14 向 c6 缓慢充电，当 c6 两端的电压 高于其基准电压时，ic4 的 1 脚才变为低电平，时间约为一分钟，即持续一分钟报警。 3.6 12v 电源电路电源电路 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 20 图 10 如图 10，由功率为 12v5w 的变压器，电桥等组成，报警电路提供 12v 的电压源。 3.7 调整电路的设计调整电路的设计 如图 11 所示为最基本的调整电路，图中 1 为输出，接单片机的 p0.7,p0.6 输入输 出口。 图 11 调整电路电路图 3 3.8.8 时钟电路的设计时钟电路的设计 xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振 荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2 应不接。 因为一个机器周期含有 6 个状态周期，而每个状态周期为 2 个振荡周期，所以一个 机器周期共有 12 个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为 12mhz，一个振 荡周期为 1/12us，故而一个机器周期为 1us。如图 12 所示为时钟电路。 图 12 时钟电路图 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 21 3 3.9.9 复位电路的设计复位电路的设计 复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在 reset 端持续给出 2 个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率 为 12mhz 时，则复位信号持续时间应不小于 2us。该复位电路连接单片机的 reset 引脚， 如图 13 示为复位电路。 图 13 复位电路图 3 3.10.10 数码管显示报警电路的设计数码管显示报警电路的设计 由 2 个数码管接上电阻后连上单片的 p0,p2 输入输出口的引脚，外接 vcc，当单片 机的相应引脚被置低电平后，数码管显示相应的数字，起到报警作用。注：当 p0 口输 出 0f9h 时，数码管 ds1 显示数字 1，当 p2 口输出 025h 时，数码管 ds2 显示数字 2。 图 14 所示为数码管报警电路。 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 22 图 14 发光二极管报警电路图 3 3.11.11 声音报警电路的设计声音报警电路的设计 如下图所示，用一个 speaker 和三极管、电阻接到单片机的 p2.0 引脚上，构成声 音报警电路，低电平触发，如图 15 示为声音报警电路。 图 15 声音报警电路图 4. 软件设计软件设计 软件程序的实现 按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序工作流程图如下图 16 所示； 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 23 图 16 主程序工作流程图 c 语言程序编写如下所示： #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define led8 p1 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 24 #define shumaguan1 p0 #define shumaguan2 p2 sbit beep = p20; /蜂鸣器对应的是 p2.0 口 sbit sensor = p07;/将 p0.7 口设置成传感器入口 sbit sensor1= p06; uchar flag1;/定义全局变量，作为信号检测标位 uchar flag; void delay(uint t) while(t-); void test_voltage(void) if(sensor =0) delay(10000);/延时 50 毫秒信号确定 if(sensor = 0) flag1 = 1;/检测到信号 else flag1 = 0; else flag1=0; void action(void) if(flag1 =1) shumaguan1 = 0xf9;/数码管显示【1】 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 25 beep = 0;/检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声 led8 = 0x00;/8 个 led 灯闪烁 delay(10000); beep = 1; led8 = 0xff; delay(10000); else shumaguan1 = 0xc0;/数码管显示【0】 void test_voltage1(void) if(sensor1 =0) delay(10000);/延时 50 毫秒信号确定 if(sensor1 = 0) flag = 1;/检测到信号 else flag= 0; else flag= 0; void action1(void) if(flag =1) shumaguan2= 0x25;/数码管显示【2】 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 26 beep =0;/检测到信号后，蜂鸣器发出“滴答”声 led8 = 0x00;/8 个 led 灯闪烁 delay(10000); beep =1; led8 = 0xff; delay(10000); else shumaguan2 = 0x03;/数码管显示【0】 void main(void) while(1) test_voltage(); action(); test_voltage1(); action1(); 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）中国地质大学江城学院毕业论文（设计） 27 结束语结束语 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、led 控制电 路等部分组成。处理器采用 51 系列单片 at89c51，整个系统是在系统软件控制下工作 的。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决