毕业设计（论文）-基于单片机的电子防盗报警器设计.doc

毕业设计（论文）说明书题目：电子防盗报警器系 部 自动控制系 专 业 电气自动化 年 级 08 级一班 姓 名 指导教师 2010年 5 月 01 日黑龙江信息技术职业学院毕业设计（论文）任务书题目：电子防盗报警器 学生姓名 系部名称 自动控制工程系 专 业 电气自动化 学 号 指导教师 职 称 一、原始依据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，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。 从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。二、参考文献1李秧耕，何乔治，何峰峰编著电梯基本原理及安装维修全书.北京：机械工业出版社，2001、2张百令，袁克文主编电梯安装维修工.北京：中国劳动社会保障出版社，20023顾战松、陈铁年编著.可编程控制器原理与应用.北京：国防工业出版社，19964廖常初主编.可编程序控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，20055陈远龄主编机床与电气自动控制.重庆：重庆大学出版社，20066曹承志主编.电机、拖动与控制.北京:机械工业出版社,20017唐介主编.电机拖动与控制基础.北京:高等教育出版社,2002三、设计（研究）内容和要求这是一种基于单片机信号处理技术的防盗检测器的软硬件设计方法。应用该方法设计的系统在反应速度、误报率、漏报率以及抗干扰能力方面都具有较好性能。本系统利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，设计的新型探测器，测量范围广, 响应速度快, 灵敏度高，抗干扰能力强，安全可靠 。并采用单片机89C51作为人体探测系统的核心，以热释电红外线为数据采集部件，经过比较放大之后，输入单片机进行数据判断及处理。当检测到有被测物体进入测量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延迟时间后自动消除报警信号，并可手动解除报警信号。当有主人在家系统无需报警时,可开启楼道灯控制系统，即传感器探测到有人经过时照明灯亮,等待一段延迟时间后自动熄灭,并可手动来控制延迟时间的长短。系统的另外一个功能是检测人数及最大容量人数控制，当探测头探测到有人经过时,系统自动计数加一，并可以通过键盘控制最大容量人数，如果探测到的人数超过最大容量人数时则发出自动报警信号，并通过LED显示检测到的人数与最大容量报警人数。系统使用单片机与PC机通信原理，把采集到的数据传输给计算机统一处理。指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日黑龙江信息技术职业学院毕业设计（论文）开题报告课题名称电子防盗报警器院系名称黑龙江信息技术职业学院专业名称电气自动化学生姓名指导教师研究背景：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，人们私有财产也不断地增多，因而也对防盗措施提出了新的要求。从现代人们住宅发展的趋势来看，现代人们住宅主要是向群体花园式住宅区发展，向高空中发展，一般都是一个住宅区有几栋至几十栋以上，但目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅单元，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗报警器进一步完善和提高。本设计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。它在以前的防盗器基础上进行了很大的改进，不但可以用于单一的住宅区，也可以规模用于比较大规模住宅区的防盗系统，它的工作性能好，不易出现不报和误报现象，安全可靠。不仅如此，它使用了单片机做信号处理器，这样有利于与计算机相连接，利用计算机统一管理，使整个小区的住户基本情况、资料等在计算机内存储起来，方便来访人的查询和保安人员的统一管理。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：（一）压力触发式防盗报警器由于压力板式安装在垫子内，当主机停止工作，主人在家走动时，都很容易失报和误报，其可靠性低。（二）开关式电子防盗报警器一般只有一个定点，有效范围小，而且各种开关也易坏，失报和误报率就高，不可靠。（三）遮光式触发防盗报警器在受到太阳光照射就会引起误报，同时如果由于风吹窗帘的摆动等遮住了光也会引起误报，所以这种报警器的可靠性也不高。再者，就闭路监控电路防盗系统而言：它的安装线路复杂，而且技术要求比较高，价格也比较昂贵，不利于广泛利用。综合以上报警器的不足，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利于跟PC机通信，便于多用户统一管理。参 考 文 献1李秀忠主编，单片机应用技术，北京：人民邮电出版社 2007年12月第1版2李朝清主编，单片机原理及接口技术，北京：北京航空航天大学出版2002年12月.3谢自美主编，电子线路设计，武汉：华中科技大学出版社 2000年4孙传友主编，测控系统原理与设计，北京：北京航空航空大学出版 2001年3 月.5朱清明主编，传感器与单片机接口及实例，北京：北京航空航天大学出版社2008年1月.选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能指导教师（签字）年 月 日选题是否合适： 是 否课题能否实现： 能 不能审题小组组长（签字）年 月 日摘 要随着社会经济的日益发展，防盗成了人们越来越关心的问题。铁门铁窗等已经不能给人们带来太多的安全感，社会对报警器材的需求日益迫切。智能防盗系统，是以保障安全为目的建立起来的技术防范系统。他包括以现代物理和电子技术及时发现侵进入破坏行为、产生声光报警阻吓罪犯以及提醒值班人员采取恰当的防范措施。室内防盗智能控制系统作为一种新型的电子防盗设备广泛应用于家庭住宅区。目前市面上所拥有的家庭电子防盗报警器，只能用于单一的住宅，不利于统一管理，而且也不能满足现代住宅区的发展要求，所以很有必要对家庭电子防盗器进一步完善和提高。这是一种基于单片机信号处理技术的防盗检测器的软硬件设计方法。应用该方法设计的系统在反应速度、误报率、漏报率以及抗干扰能力方面都具有较好性能。本系统利用热释电红外传感器的红外辐射与红外探测的原理，设计的新型探测器，测量范围广, 响应速度快, 灵敏度高，抗干扰能力强，安全可靠 。并采用单片机89C51作为人体探测系统的核心，以热释电红外线为数据采集部件，经过比较放大之后，输入单片机进行数据判断及处理。当检测到有被测物体进入测量范围时，系统自动发出声光报警信号，等待一段延迟时间后自动消除报警信号，并可手动解除报警信号。当有主人在家系统无需报警时,可开启楼道灯控制系统，即传感器探测到有人经过时照明灯亮,等待一段延迟时间后自动熄灭,并可手动来控制延迟时间的长短。系统的另外一个功能是检测人数及最大容量人数控制，当探测头探测到有人经过时,系统自动计数加一，并可以通过键盘控制最大容量人数，如果探测到的人数超过最大容量人数时则发出自动报警信号，并通过LED显示检测到的人数与最大容量报警人数。系统使用单片机与PC机通信原理，把采集到的数据传输给计算机统一处理。关键词: 热释电传感器 单片机 声光报警 目 录第一章 应用元件的介绍111 热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构112 红外测温原理113 热释红外传感器的结构214 菲涅尔透镜4第二章 总体电路设计521系统组成522 单片机系统723 热释电传感器的基本电路分析及设计824执行电路1025键盘控制电路设计11 第三章 软件设计1531 主控程序1532 键盘扫描程序1633 动态显示程序设计18第四章 系统的测试分析1941 测试设备1942 测试方法1943 功能测试1944 指标测试及结果分析20第五章 本设计的功能及使用环境235.1 本设计的功能235.2 本设计使用环境23总 结24参 考 文 献24致 谢25第一章 应用元件的介绍11 热释电传感器的红外辐射与红外探测的原理结构热释电传感器是利用红外辐射与红外测温的原理来探测的,红外测温属非接触式测温，是测温技术中的主要手段，其特点是测温范围广，响应速度快和不明显破坏被测对象温度场，因而广泛应用于工业、农业、交通等领域。非接触红外测温有以下几点优点：（1）测量不干扰被测温场，不影响温场分布，从而具有较高的测温准确度。（2）测温范围宽。（3）探测器的响应时间短，反应速度快，易于快速与动态测量。（4）不必接触被测物体，操作方便。（5）可以确定微小目标的温度。非接触测温技术的意义是显而易见的。随着工农业、国防事业、医学的发展，对温度测量越来越迫切。在某些场合，温度测量逐步上升为主要矛盾，引起了各方面的普遍重视。通常将电磁波谱间隔在0.761000m的区域称为红外光谱区，红外传感器是一种新型的传感器，能够探测物体辐射的红外线。热释电元件的工作原理是基于热释电效应，即在强电介质温度变化P的自然极化的存在，此时传感器有电信号输出，晶体的这种性质被称为热释电极或热释电效应。有些热释电晶体，他们的自发极化方向能用外电场来改变，这些晶体称作热释电铁电体。例如：LiTaO2(钽酸锂)、BaTi O2(钛酸钡)和TGS（硫酸三甘酞）等。为了使传感器能够长期稳定地工作，提高灵敏度，增强抗干扰能力，这里选用了TGS晶体制作的双型探测器12 红外测温原理红外测温是通过探测物体表面发射的能量来测量其温度，由物理学可知，处于绝对温度（273.15）以上的任何物体，都要释放热能，而红外辐射温度计测量其中与温度有关波长范围内的热能，并将其转换与温度成比例的电信号，由此测出其温度。据斯蒂芬波兹曼常数，绝对黑体其温度T于与辐射能之间的关系为： 其中：为蒂芬波兹曼常数，其值为5.669710-12 w/cm2 ，k4 为黑体的温度；E0 为黑体辐射能。实际中大多数物体为非黑体，其热辐射公式为：E=E0其中：E为物体在一定温度下的辐射能力；E0 为与E在同一温度下的黑体辐射能力; 为黑度系数，表示物体的发射能力接近黑体的情况，其值在01之间。由（2）可知，任何物体只要温度不是绝对零度都不断地发射红外辐射，物体的温度越高，辐射的功率就越大，只要知道物体的温度和它的比辐射率，就可算出它所发射的辐射功率。所以如果能量出物体的辐射功率，则可确定它的温度。13 热释红外传感器的结构图1 热释电传感器的结构图与电路图红外探测器是红外热释传感器的重要组成部分。它可以分成热释电探测器和光子探测器两大类：其中，热释电探测器是电效应工作的探测器，其响应速度虽不如光子型，但由于它可在室温下使用、光谱响应宽、工作频率宽，灵敏度与波长无关，因此其应用领域广，容易使用。常用的热释电探测器如：LiTaO2(钽酸锂) 探测器、BaTi O2(钛酸钡) 探测器和TGS（硫酸三甘酞）探测器等。如图1为热释电红外传感器的结构图、电路图。传感器的敏感元为PZT，在上下两面做上电极，并在表面加一层黑色氧化膜以提高其转化效率。它的等效电路是一个在负载电阻上并联一个电容的电流发生器，其输出阻抗极高，而输出电压信号又极其微弱，故在管内附有JFET及厚膜电阻，以达到阻抗变目的。在管壳的顶部设有虑光镜（TO5封装）。热释电体的自发极化强度与温度有关。随着温度升高，自发极化强度下降。温度升高到Tc时，自极化消失，此温度称为居里温度。温度超过居里温度，铁电体发生变化，从极化晶体变为非极化晶体，极化强度变为零。由于自发极化，在与极化轴相垂直的晶体两外表面上出现正负极化强度。但是这些面束缚电荷常常被晶体内部或外部的电荷所中和，因而显示不出来。因此不能在静态条件下测量自发极化，但是自由电荷和面束缚电荷所需的时间很长，因晶体自发极化的弛豫时间很短，约1012s，因此当晶体经受一定频率的温度变化时其体内的自由电荷和外部杂散电荷便来不及中和变化着的面束缚电荷，因此可在动态条件下测量自发极化。图2热释电传感器的电路连接如果在热释电晶体沿极化轴的端面装上电极，那么自发极化在电极上感应的电荷量为： Q=APS当红外辐射照射时，热释电晶体温度升高，自发极化电晶体温度升高，自发极化强度降低，因此电极表面上感应电荷减少，这相当于“释放”了一部分电荷，因此称之为热释电现象。如图2所示的电路连接负载，则在红外辐射时，就有电流流过负载经放大后成为输出信号。若没有经过调制的红外辐射热释电晶体，使温度升高到一个新的平衡值，那么电极表面的感应电荷也变化到新的平衡值，不再“释放”电荷，也就不再输出信号。因此，热释电探测器与其他热释探测器不同，它只存在温度升降的过程中才有信号输出。所以利用热释电探测器探测的红外辐射必须经过调制。如果用调制频率为f的红外线照射热释电晶体，则晶体的温度自发极化强度（PS）及其引起的面束缚作电荷密度均以频率f作周期变化。如果1/f小于自由电荷中和面束缚电荷所需要的时间，那么在垂直于PS的晶体的两个端面之间就会产生开路电压。如果用负载电阻Rg把两个电极连接起来，就会有热释电电流Is 通过负载。热释电晶体自发极化强度随温度变化，使电极表面感应电荷发生变化，其等效电路如图3所示。电流源的电流强度为Is为： 图3 传感器等效电路图式中:p一自发极化强度对温度变化率，称为热释电系数，14 菲涅尔透镜目前人体验知系统中的光调制器一般都采用多元阵列式菲涅尔透镜，它起到红外辐射收集器和调制器的双重作用。热释电传感器只有与菲涅尔透镜配合使用才能发挥最大作用。加装菲涅尔透镜可使传感器的探测半径从不足2m提高到至少8m范围。菲涅尔透镜实际是一个透镜组，每个单元一般都只有一个不大的视场，且相邻的视场既不连续，也不交叉，都相隔一个盲区(如图4所示)。这样，当人体在装有菲涅尔透镜的传感器监控范围内运动时，人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜传到传感器上，形成一个不断交替变化的盲区和亮区，使得敏感单元的温度不断变化，传感器从而输出信号，或者说，人体在监控范围内活动时，进人一个视场后，又走出这个视场，再进人另一视场对传感器而言，相当于一会儿看到人，一会儿又看不到人，人体的红外线辐射不断改变传感器的温度，使之有一个又一个相应的电信号。菲涅尔透镜不仅可以形成亮区和盲区，而且还有聚焦作用，其焦距一般在5cm左右菲涅尔透镜一般由聚乙烯塑料片制成，呈乳白色半透明状。需要说明的是:在每次接通电源时，传感器要有几秒到十几秒的“预热”时间，在这图4 菲涅尔透镜外形图段时期内该传感器不起作用。第二章 总体电路设计21系统组成系统组成如图5所示。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，经测量放大电路、比较电路送至门限开关，打开门限阀门送出下TTL电平至89C51单片机.在单片机内，经软件查询，统计平均及识别判决等环节实时发出人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，当报警延迟一段时间后自动解除，也可人工手动解除报警信号。然后通过LED显示报警次数。同时,还可把整个系统变为自动开关灯系统,当有主人在时,可用手动解除报警功能,并且可以开启开关灯执行电路,在探测头感应到有人时执行电路执行开灯。同时系统还可以使用在一些大型的公共场合，作为检测人数个数和人数的最大容量控制。 如下图6为系统总体电路图图6 系统总体电路图22 单片机系统 本系统采用了89C51,由P3.4进行数据采集，并通过P0传输数据到LED显示，同时用P2.2P2.7进行动态扫描控制。键盘通过P1.3和P1.4控制最大报警人数。如图7所示图7 单片机系统的电路图23 热释电传感器的基本电路分析及设计2.3.1 高低通放大器IC1使用廉价的通用四运放LM324,用其中两个运放组成高、低通放大器。按图8所示参数计算得到,第一级放大增益为:A1=R6/R4=220,第二级放大增益为:A2=R10/R9=270,总放大增益为:A=220270=59400=95.5dB。我们知道,在运算放大电路中,放大倍数一般不宜取的太大,否则容易引起输出端波形失真且导致电路自激振荡。故将R6改为200,将R10改为1M,此时的总增益为A=20100=2000=66dB,比较符合实际应用,能保证电路工作可靠。图8 热释电传感器的基本电路图2.3.2 电压比较器LM324另外两个运放组成电压比较检测窗口,由R3、R5和R7、R8将高、低通放大器的脚和脚均设置为1/2Vcc,即2.5V。当红外传感器检测到人体的活动,其产生的微弱电压信号经过放大,传送到LM324的、脚时,用示波器可以检测到峰值约为5V的正弦波,那么无论是信号的正半周还是负半周,两个比较器中必有一个输出为低电平,使IC2的脚由高电平跳成低电平,以便控制延时电路工作。而当红外传感器没有检测到人活动时,由静态电路可知,该3V直流信号同时加到LM324的、脚,又知道R11、R12、R13将窗口电压上、下限设置为2.8V和2.2V,即脚偏置为2.8V,脚偏置为2.2V。此时,电压比较器输出端、均为低电平;而IC2的脚原来经R14上拉电阻设置为高电平,则VD1、VD2都导通,将IC2的脚钳位成低电平。在图8电路中,NE555为单稳态触发器,脚一旦有下降沿脉冲触发,则定时器就工作,脚就输出高电平。若没有检测到人体活动,而末端能输出高电平,驱动后级的继电器等电路单元工作,电路工作属不正常, 为了避免电路误动作对原电路进行了修改。电压比较器部分修改后的电路如图9所示。将两个二极管倒个方向，在其后加一个开关三极管，以它的输出来控制延时电路。静态时, LM324的、均为低电平，开关管截止，IC2的脚仍为高电平，延时电路不工作。当红外传感器检测到人的活动，在输入信号的正半周时,脚的电平高于脚所加的2.2V比较电压,下比较器由脚输出低电平，VD2截止；此时由于脚电平高于脚，比较器输出高电平，VD1导通，其高电平使得开关管饱和导通，将IC2的脚拉成低电平，致使延时电路工作。在信号负半周时，上、下比较器输出电平刚好相反，即脚输出低电平，脚输出高电平，VD2导通。可见,只要传感器检测到人体活动，无论是信号的正半周还是负半周，两个比较器中必有一个输出为高电平，通过开关三极管从而控制延时电路工作。图9 电压比较电路图2.3.3开关电路如图9所示,在比较器后加上开关管2N3904,整个电路不但工作可靠,且输出电流大,能驱动后级的执行电器工作。2.3.4延时电路延时电路IC2使用单时基电路NE555,延时时间=1.1R16C860。其作用有二。一是为自己离开检测区时提供一段非报警延迟时间；二是在自己进入检测区后提供关断检测器所需的时间。延时电路工作时,输出的高电平或接通报警器电源进行报警。同时使继电器吸合。继电器工作后可控制较大的继电器以接通电灯。24执行电路如图10所示,当传感器在无触发信号输入的静态时保持低电平,当有检测信号时,比较器输出一个高电平,经过施密特触发器变为低电平来触发后级的555延迟电路，延迟电路后的三极管饱和导通,发射极变为高电平,继电器动作,常开开关吸合,照明灯接通电源后亮。图10 执行电路25键盘控制电路设计 本系统中键盘控制主要是对最大容量报警人数进行设置，系统的初始化对最大容量报警人数进行了设置，所以外部键盘按钮只需用两个按键分别进行加减设置。键盘按钮与单片机的接口电路如图11：图11键盘按钮与单片机的接口电路键盘电路中每个按钮都是一个常开开关电路，当按钮未被按下时，P1.3-P1.4口输入为高电平，当按钮按下时，P1.0P1.3口输入为低电平。通常的按钮所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号波形如图12所示。由于机械触点的弹性作用，一个按钮开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时夜不会一下子断开。因而在断开与闭合的瞬间均伴随有一连串的抖动，如图12所示。抖动的时间长短由按钮的机械特性决定，一般为510ms。按钮的稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作所决定的，一般为零点几秒至数秒。键按下闭合稳定键释放前沿抖动后沿抖动释放稳定图12 按键时的抖动键抖动会引起一次按键误读多次，为了确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动，在键闭合稳定时取键状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按钮的抖动，可用硬件或软件两种方法消除。本系统采用了软件消除抖动的方法。26 LED路设计单片机应用系统中使用的显示器主要有发光二极管显示器，简称LED（Light Emitting Diode），近年也有配置CRT显示器的。LED显示器价廉、配置灵活，与单片机接口方便；后者可进行图形显示，但接口较复杂，正本也较高。本系统只需显示数字，不需要显示图形，因此选用LED显示器。在单片机中通常使用七段LED，构成字型“8”，另外还有一个小数点发光二极管以显示数字、符号及小数点，这种显示器有共阴和共阳两种，如图13所示。 图13 LED数码管本系统采用了共阴极的LED,阴极连在一起的称为共阴极显示器。一位显示器由八个发光二极管组成，其中七个发光二极管构成字型“8”的各个笔画ag，另一个小数点为dp发光二极管。当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔画即亮；不加电压则暗。为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。共阴极七段LED显示数字0F、文字、符号及小数点的编码（a段为最低位，dp点为最高位）如表1所示。表1 共阴七段LED显示字型编码表显示字符共阴极段选码显示字符共阴极段选码03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DHr31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭”（黑）00HA77HB7CHLED显示器有静态显示和动态显示两种方式。 本系统采用了LED动态显示方式,在多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，有一个8位I/O口控制。而共阴公共端分别由相应的I/O线控制，实现各位的分时选通。图14所示为6位共阴极LED动态显示接口电路。 图14 LED动态显示接口电路由于所有6位段选线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码（字型码），而位选则控制I/O口在该显示位送入选通电平（因为本系统选用共阴LED，故因送低电平），以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符。段选码、位选码每送入一次后应延时1ms来等待数码管响应，因人眼的视觉暂留时间为0.1s(100ms),所以每位显示的间隔不能超过20ms,并保持延时一段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。生活中有许多警报器的应用器材，下面我就为大家介绍一款双路防盗警报器先看一下电路图 画出的电路如下图所示 双路防盗报警器电路设计图2.2 电路组成及工作原理双路防盗报警器总电路原理图如下图所示： 双路防盗报警器总电路原理图 延时触发器 其主要功能为延时触发和即时触发。该部分电路主要由K1常闭开关（延时触发开关）、K2常开开关（即时触发开关），与非G1G3，二极管D1与D2，电容C1C2和电阻R1R4及电位器Rw组成。延时触发器的工作原理如下： （1）电源刚接通时： 因为电容C2的下极板接地为0V，由于电源刚接通的瞬间电容电压不能突变，故C2的上极板也为0V。低电平“0”信号脉冲输入与非门G3，使G3输出高电平；又因开关K2断开，6V电源使门G2输入信号为高电平（此时K1闭合，门G1输入低电平，输出为高电平，二极管D1截止，对基本RS触发器无影响），门G2输出（基本RS触发器Q端）低电平“0”，从而使555定时器IC2和IC3的第4脚（异步复位端）为低电平，IC2和IC3不工作，报警器不发声不闪亮。称此时延时触发器开关为关闭状态。 （2）开关K1打开（延时报警器）时：电源通过电阻R1和电位器Rw的阻值，满足R1RwR2，可使C1的充电电流大于放电电流，使C1上的电压缓慢上升。当C1上的电压达到门G1的转折电压UTH时，G1输出由“1”变“0”，二极管D1导通，使RS触发器S D0；因此时C2已由6V电源电阻R4被充电使RS触发器RD端为“1”，基本RS触发器被置“1”（门G2输出为“1”），IC2和IC3开始工作，报警声发生单元和警灯驱动单元工作，即延时触发门打开。 （3）开关K2闭合（即时报警）时： 当K2闭合，D2导通，使RS触发器的SD端为“0”，RD端仍然为“1”，RS触发器会立即被置“1”，即延时触发门即刻打开，防盗报警器会即刻发出报警。 报警声发生单元 其主要功能是，发生报警时,频率为105108KHz类似于警车的报警声。该部分电路主要由555定时其IC2和IC3，半导体三极管T1T3，定时电容C3和C4，电阻R5R10及扬声器组成。报警声发生单元的工作原理如下： （1）IC 和C3组成周期约为14.2s的低频振荡器。 当有警信号时,延时触发门的RS触发器Q=1时，IC2和IC3开始工作。由于电源刚接通时，C3上电源不能突变,使IC2的高触发端6脚和低触发端2脚的电压为0V，其输出端3脚（E）为高电平， IC2内部的放电管截止。电源经R5和R6对C3充电，C3上电压上升；当Uc323Vcc时,输出端3脚变为低电平,IC2内部的放电管导通,C3通过电阻R6和IC2的放电端7脚放电,C3上电压（D点）逐渐下降；当Uc31/3Vcc时3脚（E）点又翻回高电平。如此周而复 始形成振荡,产生周期12s的矩形波，占空比约为50。 （2）IC3和电阻R8,R9,C4组成另一个低频振荡器。这里特别指出的是：IC3的电压控制端5脚控制电压是C3的电压（D点）通过T1的发射极合得到的.D点电压变化,使IC3的5 脚电压Uco值随之而变化。当UD（Uc3）较高时,Uco也较高，正向阈值电压Ut（等于Uco）和负向阈值电压Ut（等于12Uco）也较高,电容C4充放电时间长,因而IC3的输出端3脚（F）点输出脉冲的频率较低；反之,当UD较低时,Uco也较低,Ut和UT较低,C4的充放电时间短,F点输出脉冲频率高较高。由此可见,IC3的输出短F点得到的脉冲不是单一频率，其振荡频率可在一定范围内周期变化。选择合适的参数， 其输出频率约在105KHz至1.8KHz之间。D点、E点、和F点的波形如图所示。F点输出的脉冲经T2和T3放大后，推动扬声器发出高低频率不同的声音，类似公安警车的报警声。 警灯驱动单元 其主要功能是，发生报警时，使两个警灯交替闪亮，周期为12s，以增加报警时的紧迫感，该部分电路由非门G4G8，三极管T4T7，电阻R11R12和两个警灯HL1与HL2组成。警灯驱动单元的工作原理如下： 当不报警（K1闭合和K2多断开）时： 这时延时触发门S触发器Q=0,封锁了门G5和G6, 使门G7与G8输出总为0，三极管T4T7截止，警灯HL1与HL2不亮。 当报警（K1断开和K2闭合）时： 延时触发器Q=1,门G5和G6解除封锁，IC2产生的振荡信号经门G4反相后送入门G6的输入信号和直接送入门G5的输入信号极性相反。使门G7和G8的输出信号极性相反，且它们在IC2脚输出脉冲的控制下轮流交替出现高电平“1”，因而三极管T4，T5和T6，T7轮流导通和截止，警灯HL1和HL2便交替闪亮。选择参数，可使警灯闪亮周期为12s。 2.3. 元器件选择由于电路已基本定形，所以大部分元器件可以查手册直接选用，不必再考虑设计计算只有少数元件要考虑计算。2.3.1 IC2与IC3的选择 IC2与IC3选CB5552.3.2 G1G8的选择 G1G4和G5G8可选择两个四2输入CMOS与非门，其型号选CC4011。2.3.3 三极管的选择 T1：选PNP型硅管，型号为3CG110A（3CG21A）。 T2：NPN型高频小功率硅管3DG100B(3DG6B)。 T3：选NPN型高频大功率硅管3DA87A（3DAH1A）。 T4和T6：选NPN型高频中功率硅管（3DG12B）。 T5和T7：选NPN型低频大功率硅管3DD203（DD01A）B50200，Icm1A，Pcm10W。2.3.4 警灯和扬声器的选择 警灯HL1和HL2选择6.3V/0.150.3A的小灯泡。 扬声器选口径2.54in(英寸)，阻抗816欧普通恒扬声器。2.3.5 电容的选择 C1=100 F/10V, C2=22 F/10V, C3=47 F/10V, C4=0.1 F C5=220 F/10V, C1,C2,C3,C5均为铝电解电容。2.3.6 电阻的选择与计算 R1和电位器Rw计算：因为选C1100 F，要求K1打开（报警）时135S，35S考虑，忽略了C1通过R2的放电， 则 （R1+Rw）C1=35s R1+Rw=350k 选固定电阻 R1=10k 电位器 Rw350k R2：因要求R1RwR2，可选R21M。 R3和R4：可选100k . R5和 R6的计算：要求R5和R6与C3以及IC2组成的多谐振荡周期为12s，由 T=0.69(R5+2R6)C3且知 C3=47 F又考虑IC输出脉冲占空比为50，可算出R52R63060K，可选R618K，R51k。 R8和R9的选择：由IC3和R8，R9，C4组成另一个低频振荡器，器输出频率范围约为1.51.8Khz(由D点电压控制)，当Uco=Ud=2/3Vcc时，频率最低，fl1.5khz,可算出电阻R8+2R9 k(选C40.1F),可取R9=4.7k,R8=1k。 选R101k，R11=R12=10k，R13=10k，R7=1k。C5和R13为电源低频去耦滤波电路，防止因电源内阻增大（电池用久了）而引起激。 注：以上所有电阻均为选用0.125W的金属膜电阻。2.3.7 直流电源可采用四节电池，电压Vcc=6V。2.3.8 电子元件及清单价格元件名代号规格单价（元）数量电阻R5、R7、R81K0.13电阻R94.7K0.11电阻R1、R10、R11、R12、R1310K0.15电阻R618K0.11电阻R3、R4100K0.12电阻R21M0.11电容C1100F25V0.51电容C222F25V0.51电容C347F25V0.51电容C40.1F25V0.51电容C5220F25V0.51电位器Rw350K0.51三极管T13CG21A3.51三极管T23DG100B1.01三极管T33DA87A3.51三极管T4、T63DG12B1.52三极管T5DD01A2.01三极管T73DD1B2.01二极管D1、D21N 41481.02555芯片IC2、IC3CB5552.02四2输入与非门IC1、IC4CD40113.02开关K1、K2微型单机拨动式1.02电池/1.5V2.58导线/常规1.01米印刷电路板/常规3.01电池卡座/2.02扬声器/阻抗8,0.25W2.01小灯泡/6.3V/0.15A0.52第三章 软件设计单片机控制电路采用89C51。主要实现对人体的检测并计数，报警，键盘设定最大容量报警人数速度，显示人数及最大容量报警人数。显著特点是用软件简便实现某些硬件功能。本系统使用单片机汇编语言编程。通过分析本系统的功能要求，系统程序可以划分为以下几个模块来写：数据采集、键盘控制、报警和显示等子函数。本系统的程序巧妙地利用单片机的内部定时/计数器T0来计时，每50ms中断一次，并用该值为基准来计算时间；系统检测到人体的信号经过比较放大之后得到标准的脉冲信号，然后输入单片机的INT0端口，使用外部中断的方式进行计算。31 主控程序 主控程序主要是利用单片机内部计数器T0对所采集到的脉冲数进行累加，并存放于RAM的40H中，经过数据转换后显示所采集到的人数。如图15为指控程序的流程图。开 始初始化声光报警计 数LED显示扫描端口是否有人？N结 束YY图15 主控程序流程图32 键盘扫描程序在按下某个按键时，被按按键的横片总会有轻微的抖动，这种抖动经常会持续10ms左右时间。因此，CPU在按键抖动期间扫描键盘必然会得到错误的行值和列值，最好的办法是使CPU在检测到有按下时延迟20ms再进行扫描。如图16为键盘扫描流程图。开始置P1.3和p1.4为高电位扫描P1.3和P1.4延迟去抖NNNYYYAcc.0=0?R7加1Acc.1=0?Acc.2=0?Acc.3=0?R7减1R6加1R6减1结束YN图16 键盘控制程序流程图33 动态显示程序设计 显示器的扫描，每隔1.25 ms轮流点亮一位显示器，对每一位显示器来说每隔6.25 ms点亮一次，点亮的时间为1.25 ms。本系统中有六位显示器，在89C51中设置有六个显示缓冲单元，分别放置六位显示器的显示数据。并通过P2.2P2.7对LED进行控制。 第四章 系统的测试分析41 测试设备秒表： 精度0.01s卷尺： 精度0.01m量角器42 测试方法1首先让电路正常工作，把热释红外传感器放在一定的位置，使人体从远处逐渐靠近探测头，可测到的最大范围。2在距离探测头设定的距离，间隔一定时间内出现被测物，可测出传感器的最小反应时间。3把探测头置于一定的高度时，被测物由垂直最小的距离往两边逐渐扩大距离，测出传感器最大测量角度。4把不同的物体放入热释红外传感器的探测范围，可知什么物体可干扰传感器的测量。43 功能测试1本系统可测量最大范围为5.7米，最大角度为58。2当检测到被测物体时，系统可以产生声光报警，并可使用手动键盘解除报警信号。3可用键盘设置最大容量的报警人数，当检测到的人数超过最大的容量人数时产生报警信号。4利用LED实时显示所测人数的数量和最大容量报警人数。5.当系统启动执行电路，有人经过时，常开开关电路会闭合，室灯变亮。44 指标测试及结果分析1探测头在离被测物一定的距离时，测量出经过探测头测量范围的人数。如表2所示。表2 一定距离的人数探测距离1m2m3m4m5m55m6m经过的人数30303030303030实测的人数35333030302812 由测量结果可知，系统的探测头在距离被测物3m到5m的测量距离时，所测人数准确率最高。因为在热释传感器反应速度一定的情况下，被测物距离传感器距离越近时，被测物停留在传感器的探测时间就越长，因此会产生误判的情况。反之，被测物距离探测头比较远时，由于外界环境的干扰可能会产生测量不到的情况。2在一定的探测距离处，每间隔1秒经过一人时，测量出经过探测头测量范围的人数。如表3所示。表3 间隔一秒人数测量距离距离1m2m3m4m5m55m6m经过的人数20202020202020实测的人数818171514127由测量结果可知，系统在离被测物距离为1m时，每间隔一秒经过一人时所测到的结果准确率最高。所测结果比实际量小的原因是间隔时间比热释传感器反应时间短，当传感器还未能恢复测量状态时被测物已经通过。3在一定的探测距离处，每间隔两秒经过一人时，测量出经过探测头测量范围的人数。如表4所示。表4 间隔两秒的人数测量距离1m2m3m4m5m55m6m经过的人数20202020202020实测的人数2121202020188由以上测量结果可知，当被测物出现的间隔时间比传感器的反应时间长时，测量结果比较准确。15m探测头被测物4把传感器置于离被测物高出1.5米的地方，然后往两边逐渐扩大距离,如图18，测试系统是否报警。A如表5为所示。表5 传感器探测角度范围角度(A)03040505560是否报警是是是是是没图18探测头最大角度探测由以上所测结果所知，被测物的最大测量角度在55度到60度之间。5当不同的物体放入系统的被测范围时，可知什么物体可干扰传感器的测量,并且测试系统是否报警。如表6所示。表6 报警功能的测试进入测量范围物体小狗发光电灯开启