传感器课程设计-红外热释电报警电路[1]1

红外热释防盗电报警电路 传传感器感器课课程程设计设计 热 释 电 红 外 防 盗 报 警 电 路 系 别 电子工程系 姓 名 刘迅 学 号 0501090220 专业年级 电子信息工程技术 0902 指导教师 韩艳赞 红外热释防盗电报警电路 I 设计任务书设计任务书 设计目的与要求设计目的与要求 1 通过设计 进一步掌握传感器的原理与应用 熟悉传感器的 测量电路的设计方法 达到根据设计要求 能借助参考书和 网络查阅相关资料 独立完成设计任务 2 培养学生分析问题和解决实际问题的能力 设计相关的技术文件设计相关的技术文件 3 熟悉有关资料 4 确定设计方案 绘制测量电路原理图 5 编写设计说明书 5000 字以上 6 设计思想与方案论证 7 系统工作原理说明 8 电路计算 电路元器件计算与选择 元器件明细表 设计任务设计任务 运用已经学过的知识和上网 图书等资料设计一个热释电红 外防盗报警电路 以适应安防技术的发展 把学过的理论知识和 具体实际相结合 以达到理论结合实际的目的 红外热释防盗电报警电路 II 摘摘 要要 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 该报警器主要由热释电红外传感器及其检测电路 LED 显 示组成 热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件 它是一 种被动式红外报警探测器 只需要提供它工作电压 它就可以把 在感应到人体的红外信号后将其转变为电信号输出以供信号处理 部分使用 目前 国内市场上的防盗报警器大部分是国外品牌 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 热释电红外传感器是一种被动式调制型温度敏感器件 利用 热释电效应工作 它是通过目标发出的红外辐射来探测目标的 其相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 容易使用 这种探测器 灵敏度高 探测面广 是一种可靠性很强的探测器 因此广泛应 用于各类入侵报警器 自动开关 非接触测温 火焰报警器等 在电子防盗 人体探测器领域中 热释电红外传感器的应用非常 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 红外热释防盗电报警电路 III 目目 录录 设计任务书 II 设计目的与要求 II 设计相关的技术文件 II 设计任务 II 摘 要 III 目 录 IV 一 课程设计的背景 1 二 设计 1 2 1 技术要求 1 2 2 主要任务 1 三 基础知识简介 2 3 1 热释电红外传感器简单介绍 2 3 2 AT89S51 单片机简单概述 2 四 方案设计 3 4 1 总体设计思路 3 4 2 具体电路模块设计 5 4 2 1 热释电红外传感器原理 5 4 2 2 调整电路的设计 5 4 2 3 时钟电路的设计 6 4 2 4 复位电路的设计 7 4 2 5 数码管显示报警电路的设计 8 4 2 6 声音报警电路的设计 9 4 3 系统硬件电路的选择及说明 9 4 4 总原理图 9 五 软件编程 10 5 1 软件程序的实现 10 六 课程设计心得体会 15 七 参考文献 16 红外热释防盗电报警电路 0 一一 课程设计的背景 课程设计的背景 随着时间的推移 计算机革命的完成 信息高速公路的发展 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 本次设计所用 的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 此 次设计也是对所学理论知识的检验 以适应时代发展的需要 二二 设计 设计 2 12 1 技术要求技术要求 基于单片机控制的热释电红外报警 将检测到人体红外信号 转换成电压信号 经调理电路整形处理为 TTL 电平送入单片机 单片机对送入信号进行判别 是哪一路报警信号 发出音响报警 并通过数码管显示报警位置 2 22 2 主要任务主要任务 1 系统分析与设计 对系统进行调研 详细分析系统 设计出基 于单片机控制的热释电红外报警系统方案 2 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 3 系统电路的设计与实现 器件选择 地址分配和硬件连接 4 系统软件的设计与实现 单片机代码的实现 计算机控制代码 的实现 5 系统调试 6 系统联调 红外热释防盗电报警电路 1 7 写课设报告 三三 基础知识简介 基础知识简介 3 13 1 热释电红外传感器简单介绍热释电红外传感器简单介绍 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 如图 1 示 图 1 热释电红外传感器的内部电路框图 3 23 2 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 红外热释防盗电报警电路 2 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 2 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 下面介绍几个主要部分 四 四 方案设计方案设计 4 14 1 总体设计思路总体设计思路 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 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 红外热释防盗电报警电路 3 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 图 3 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 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 红外热释防盗电报警电路 4 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 4 24 2 具体电路模块设计具体电路模块设计 4 2 14 2 1 热释电红外传感器原理热释电红外传感器原理 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 4 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 图 4 热释电红外传感器原理图 4 2 24 2 2 调整电路的设计调整电路的设计 如图 5 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 RS Y2 Y1 R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2 NPN Q1 FET VccVCC 3v12v OUT 红外热释防盗电报警电路 5 图 5 调整电路电路图 4 2 34 2 3 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 6 所示为时钟电路 红外热释防盗电报警电路 6 图 6 时钟电路图 4 2 44 2 4 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 7 示为复位电路 图 7 复位电路图 红外热释防盗电报警电路 7 4 2 54 2 5 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 8 所示为数码管报警电路 图 8 发光二极管报警电路图 红外热释防盗电报警电路 8 4 2 64 2 6 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 9 示为 声音报警电路 图 9 声音报警电路图 4 34 3 系统硬件电路的选择及说明系统硬件电路的选择及说明 硬件电路的设计从以上的分析可知在本设计中要用到如下器件 AT89C51 热释电红外传感器 LED 发光二极管 蜂鸣器等一些单片机 外围应用电路 红外热释防盗电报警电路 10 4 44 4 总原理图总原理图 红外热释防盗电报警电路 11 图 10 红外防盗报警电路总原理图 五 软件五 软件编程编程 5 15 1 软件程序的实现软件程序的实现 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 10 所示 红外热释防盗电报警电路 12 图 10 主程序工作流程图 C 语言程序编写如下所示 include 红外热释防盗电报警电路 13 define uchar unsigned char define uint unsigned int define led8 P1 define Shumaguan1 P0 define shumaguan2 P2 sbit beep P2 0 蜂鸣器对应的是 P2 0 口 sbit sensor P0 7 将 P0 7 口设置成传感器 入口 sbit sensor1 P0 6 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 红外热释防盗电报警电路 14 else flag1 0 void action void if flag1 1 Shumaguan1 0XF9 数码管显示 1 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 红外热释防盗电报警电路 15 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 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 红外热释防盗电报警电路 16 void main void while 1 Test Voltage action Test Voltage1 action1 六 课程设计心得体会六 课程设计心得体会 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 实际问题 锻炼实践能力的重要环节 是对学生实际工作能力的 具体训练和考察过程 回顾起此次课程设计 我仍感慨颇多 的确 从理论到实 践 在一个星期的日子里 可以说得是苦多于甜 但是可以学 到很多很多的的东西 同时不仅可以巩固了以前所学过的知识 而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识 通过这次课程 设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的 只有理论知识 红外热释防盗电报警电路 17 是远远不够的 只有把所学的理论知识与实践相结合起来 从 理论中得出结论 才能真正为社会服务 从而提高自己的实际 动手能力和独立思考的能力 在设计的过程中遇到问题 可以 说得是困难重重 这毕竟第一次做的 难免会遇到过各种各样 的问题 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处 对以前 所学过的知识理解得不够深刻 掌握得不够牢固 比如