基于单片机的家庭报警器设计(全)2012

学号： 07437230 常 州 大 学 毕业设计（论文）（2012届）题 目 基于单片机的家庭报警器设计 学 生 刘中秋 学 院 怀德学院 专业班级 通信 校内指导教师屈霞专业技术职务 副教授 校外指导老师 专业技术职务 二一一年十二月基于单片机的家庭报警器设计摘 要：随着国民经济和人民生活水平的不断提高，智能家居的概念及设备在我国得到了迅猛发展，人们的安防意识也逐渐提高，作为智能家居重要组成部分之一的防盗报警器也得到了众多研究机构和生产厂家的重视。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。智能型的家庭住宅安全防范报警系统在日常的安全防范工作中应用也用来越广泛。目前，我国市场上的家用防盗报警器种类繁多，功能不一，如门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统。设计基于单片机的家庭报警器有一定实用价值。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、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，整个系统是在系统软件控制下工作的。关键词：单片机；红外传感器；信号采集；报警电路Design of Anti-theft Alarm System Based on Single Chip MicrocomputerAbstract：We design an anti-theft alarm system based on single chip microcomputer. The system and telephone network make up auto-call alarm system. When there is an accident in any monitored point, the sensor in the point will transmit a signal to the system, and then the system will call alarm center or users automatically and send an alarm message to specified organizations and individuals by telephone network.This system used Pyroelectric infrared sensor. Its manufacture is simple, and its cost is low, and fixing is convenient. Besides, the system has many merits, such as steady guard against theft, and strong antijamming ability, and high reliability. The fixing of this alarm is covert, which is discovered easily by cracksman. After has been processed by SCM, the signal of alarm communicates with PC, which is convenient for uniform management. This design includes hardware part and software part. The hardware part includes the control circuit of SCM, and the infrared probe circuit,and the alarm circuit, and LED control circuit. The SCM uses AT89C51, the overall system works under the control of the system software.Key words：single chip microcomputer；alarm；system；signal摘要目次1 引言11.1 论文背景11.2论文的意义1.3论文的主要研究工作1.1.1 题名12 红外线报警器的理论基础32.1 红外线报警器理论依据52.2红外线的特点2.3报警方式2.1.1 题名103红外家庭报警器系统的硬件设计3.1红外家庭报警器系统的硬件总体设计3.2红外线信号采集电路的设计3.2.1红外线传感器的选择3.2.2热释电红外线传感器RE200b原理3.2.3菲涅尔透镜3.2.4Biss0001信号处理芯片结构以及工作原理3.3时钟电路的设计3.4复位电路的设计3.5发光二级管报警电路的设计3.6声音报警电路的设计3.7硬件电路开发平台的选择4红外报警器系统的程序设计4.1红外报警器系统的总程序模块设计4.2主程序的设计4.2.1软件实现4.3系统编程仿真开发平台的选择4.44.55调试分析5.1调试中产生的问题及解决5.1.1调试过程5.1.2问题以及解决5.2实物展示6 结论35参考文献38致谢40附录A41附录B421 绪论1.1 论文的背景随着时代的不断进步，智能家居的概念及设备在我国得到了迅猛发展，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。目前，我国市场上的家用防盗报警器种类繁多，功能不一，如门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统。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：制造成本低，防盗效果明显。本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。灵敏度高、控制范围大。智能型的家庭住宅安全防范报警系统在日常的安全防范工作中应用也用来越广泛。设计基于单片机的家庭报警器有一定实用价值。1.2 论文的意义 家庭安防应有二重含义，一是指生命安全，二指财产防盗。资料表明，近年来家庭住宅入室盗窃的案件有上升的趋势，由此看来家庭安防对于保护家庭财产和人身安全有着非常重要的作用，所以，为了提高家庭安全防范能力，降低安防成本，必须大力发展家庭住宅安全防范技术，以满足人们对于安全防范的要求。目前很多小区的人们还习惯于使用高墙，防盗铁门可视门铃等，以及各种家庭电子报警器也应运而生，这些防盗设施和产品对于居民住宅的安全防范起到了重要作用 家庭安装被动红外探测器，其特点是安装在室内，因此对室内无人值守时，其防盗保护财产的作用能够实现。具有安装简单，成本低廉等优点。1.3论文的主要研究工作 论文主要设计和实现了热释电红外传感器防盗报警系统，主要开展以下工作： 图1.0 （1）研究任务书，对导师布置的任务进行细致的了解，正确领悟老师的设计要求，然后结合自己所学的实际做好前期设计准备，查找相关的资料，比较各种防盗报警技术，由于新技术的快速发展，不同报警技术形成高低搭配，为适应普通家庭的实际需要，选择设计一款家用室内报警器，要求必须成本低，功耗低，无辐射危害等，红外报警符合以上设计要求。因为51系类单片机具有结构简单，价格便宜，应用范围广品种多等优点，最后决定采用89s52 单片机，主要是因为该单片机可重复上写程序，程序存储空间大，引脚齐全使用简单方便主要参数非常适合实验选用。信号处理芯片使用三极管放大具有简单方便的特点，但是却存在信号不稳定，强度不够容易损坏等缺陷。因而不适于报警器信号处理的使用最后决定选用红外信号专用处理芯片biss0001,配合使用re200b红外探头，这样就解决了信号采集的难题。 （2）开展前期研究去图书馆借资料，包括传感器技术，单片机的应用与开发，信号的采集，以及电路设计等。研究设计的可行性论证。撰写论文前期材料，开题报告，绘制流程图及框图，明确设计思路。硬件设计进行深入系统的了解设计出可行的应用电路。对以及设计硬件电路：括单片机控制电路、红外线热释电传感器信号采集电路、放大电路及比较电路，蜂鸣器报警电路、键盘功能设定电路、LED显示电路，数码管显示电路。对比各种电路设计的设计中红外信号采集电路最为复杂，只有保证信号采集的准确无误，才能保证接下来工作的开展。然而普通三极管对于信号采集有严重的缺陷，主要表现在信号采集的不稳定，以及对于电路焊接工艺要求高。经过再三论证最后决定采用信号处理芯片来替代普通三极管。其它电路设计复杂度不高，主要是考验焊接，不能出现短路及断路，焊接导致电路阻止过大，影响电路正常工作。 图1.1 （3）绘制软件流程图，明确需要实现功能以及软件运行的时序。选择采用汇编或是语言来实现以上功能，针对所需要的功能对两种语言以及所要实现的难易程度进行考察论证，通过比较最后选用可读性想，易于编写的语言进行编程。 （4）软件设计主要实现信息采集、处理、数据传送、功能设定、本地报警等功能。通过软件不断地检测信号输入端口的高低电平，采用高电平响应，低电平不响应。当检测到高电平时单片机对采集到的信号进行处理判断信号输出端口，如果为端口一采集到的信号则数码管一显示数字一，红色发光二极管闪烁，蜂鸣器报警，然后检测端口二，如果有高电平信号则数码管二显示数字二，发光二级管闪烁，蜂鸣器报警。如果检测为低电平系统则不作响应。设计系统原理图。 （5）先在万用板上实现基础的信号采集报警功能，对电路进行考察，这里需要注意的是焊接时技术的掌握，因为焊接不当会直接导致系统不工作，短路等现象的出现。万用板实现基础功能以后，为了保证稳定性必须印制电路板，生成图，最后进行软硬件联合调试。 （6）考虑系统稳定性和可靠性。最终实现设计一种热释电红外传感器防盗报警装置的目标。2 红外线报警器的理论基础2.1 红外线报警器理论依据 被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10微米左右的红外线而进行工作的。人体发射的10微米左右的红外线通过菲泥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，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。（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10微米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泥尔滤光片，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）人一旦侵入探测区域内，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）菲泥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。2.1.1 红外线的特点 在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（273）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。表1分类近红外线中红外线远红外线波长0.751.50m1.506.0m6.0l000m2.2 .2各种报警技术对比（1） 磁控防盗报警系统技术特点利用霍尔元件制作一种霍耳接近开关，应用于适当的电路中，可以制作成一种自动防盗报警器。把磁敏探头装在抽屉的适当位置，当主人把防盗器打开后，如果有不法分子抽拉抽屉，使得磁钢接近磁敏探头到一定距离时，开关检测面上的霍耳效应会使开关内部电路状态发生变化，由此识别出接近它的磁性物体的存在，进而打开开关。报警器就会启动报警电路，实现报警功能。接近开关是有源元件，它需要接通电源才能工作。优点霍尔式接近开关，价格比较便宜，一般的家庭都能够承受，可以按照自己的房子的特点安装防盗器。由于磁敏传感器自身的特点，这种报警器是不会误报的。抗干扰能力强。缺点只有感应器感应到信息时候，它才会报警。防控范围小，智能化程度低。需要电源接触电源接通后才能工作。（2） 基于ARM 和CDMA 网络的家用无线防盗报警器技术特点采用S3C2410 处理器，通过CDMA 网络与用户手机绑定，实现远距离无线监控。本系统简单实用安全可靠，适合普通家庭用于安全防盗方面。优点该系统采用微波雷达作为入侵检测，可以在距离门窗等20 多米距离设防，具有很高的隐蔽性。系统能通过短信通知用户，无论你身处何处，只要有手机信号的地方就能检测家里情况，能很好的保证家庭财产安全。另外因采用了功能强大的ARM 处理器，故该系统能根据市场需求进一步升级和进行功，智能化程度高。缺点需要有手机有信号的地方才能接收到报警信号。成本高，技术复杂不适于推广普及。（3） 基于Zig Bee技术的家庭安防网络技术特点Zig Bee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术(RF ID)和蓝牙之间的技术。主要用于近距离无线连接。它依据IEEE802. 15. 4标准,在数千只微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将一只传感器传到另一只传感器,所以,它们的通信效率非常高。Zig Bee技术在智能家庭方面有着独特的优势,家用设备引入该技术后,将大大改善居住环境和生质量。基于Zig Bee技术,还可以实现全球漫游和无缝使用。本文设计了基于Zig Bee技术的家庭安防网络。优点Zig Bee技术弥补了低成本、低功耗和低速率无线通信市场的空缺,随着正式版本协议的公布,更多的研制与开发力量将转到应用的设计和实现上。 使用安全、可靠，安装简单、方便，而且该系统性能优异，适合广泛推广使用。Zig Bee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术(RF ID)和蓝牙之间的技术。主要用于近距离无线连接。缺点技术尚未全面推广，价格比较高。（4） 基于热释电红外检测技术的防盗报警器 技术特点红外线防盗报警器是当前使用比较普遍的报警器之一，它以其灵敏度高、价格实惠，受到了广大用户的欢迎。本设计基于热释电红外检测方式设计一种室内红外防盗报警器，可以实现更优越的防盗报警的功能。优点 制造成本低，防盗效果明显。使用安全、可靠，安装简单、方便，而且该系统性能优异，适合广泛推广使用。本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。灵敏度高、控制范围大。缺点每一种红外线传感器都有其不足之处，如抗干扰能力弱、误报漏报现象严重等。2.2 .3芯片的选择（1）红外感应信号处理芯片有以下几种BISS0001、CSC9803、CSC9803GE、CS9803GP、LP0001、LP8072、M7612、M7615、M7616等 （2）红外感应信号处理芯片简介红外感应IC是一种具有较高性能的传感信号处理集成电路。是由运算放大器、电压比较器和状态控制器、延时时间定时器、封锁时间定时器、及参考电压源等构成的数模混合专用集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 （3）CSC9803是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。功能叙述：工作电压4.0V5.5V(DC)；外接振荡电阻、电容；外接有硫化镉（CDS）传感器，白天抑制输出； 输出可驱动继电器或可控硅；内置两级运放，增益可调；控制时间可调；内置稳压输出3.1V直接驱动PIR；集成过零检测，交流电源同步触发，降低电源污染；采用DIP16封装和SOP16封装。产品应用：广泛应用于照明控制、马达和电磁控制、防盗报警等领域。极限参数：（V ss=0V）电源电压：5.6V;输入电压：-0.3V5.6V;输出电压：-0.3V5.6V；工作温度：-20+70存放温度：-50+125 （4）LP0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。功能叙述：CMOS工艺数模数模混合专用集成电路具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理； 双向鉴幅器，可有效抑制干扰；内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽；工作电压范围2V6V；采用16脚DIP封装和SOP封装。产品应用：用于多种传感器和延时控制器；极限参数：（V ss=0V）电源电压：0.3V6V输入电压范围：V ss-0.3VVDD+0.3V(VDD=6V)各引出端最大电流：10mA(VDD=5V)工作温度：-10+70存放温度：-65+150 （5）LP8072是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。功能叙述：工作电压4.0V5.5V，工作电流小于700A；外接振荡电阻、电容；外接有硫化镉（CDS）传感器，白天抑制输出； 输出可驱动继电器或可控硅；内置两级运放，增益可调；控制时间可调；内置稳压输出3.1V直接驱动PIR；集成过零检测，交流电源同步触发，降低电源污染；采用16脚DIP封装和SOP封装。产品应用：广泛应用于照明控制、马达和电磁控制、防盗报警等领域。 （6）芯片BISS0001是一种具有较高性能的传感器信号处理集成电路。主要配有热释电红外传感器，少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。能够自动快速开启各类白炙灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，主要适用于企业、宾馆、商场及家庭的过道等安全敏感区域，或用于活动区域的自动灯光、照明和报警系统。热释电红外传感器是一种新型敏感元件、它是由高热电系数材料，配以滤光镜片和阻抗匹配用场效应管组成。它能以非接触方式检测出来自人体发出的红外辐射，将其状化成电信号输出，并可有效抑制人体辐射波长以外的外干扰辐射，如阳光、灯光、及其反射光。 功能叙述：CMOS数模混合专用集成电路。具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号与处理。双向鉴幅器，可有效抑制干扰。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，结构新颖，稳定可靠，调解范围宽。内置参考电压。工作电压范围2V6V。采用16脚DIP和SOP封装。产品应用：用于多种传感器和延时控制器。极限参数：（V ss=0V）电源电压：-0.5V6V输入电压范围：-0.5V6V(VDD=6V)各引出端最大电流：10mA(VDD=5V)工作温度：-10+70存放温度：-65+1502.3报警技术介绍目前市面上主要的防盗报警器有声光感应报警器、红外彩信报警器。（1）声光感应报警器所谓声光感应报警器，就是实现报警后，通过巨大刺耳的声音，来恐吓入侵者，传达报警信号。声光报警器在防盗报警器家族可以说是老资历了。最早的防盗报警器就是以声光为报警形式的防盗报警器，目前这种形式仍在被业界所沿用，并且和许多功能综合了起来。声光报警器一般都设置在报警前端，在家里的门口、窗户上可以时常见到它的身影。声光报警器在报警上有它的优点，就是报警及时、直观，可第一时间预警，恐吓住入侵者。让房屋主人很直接的感受到报警信息。但声光报警器也有它的缺点，就是误报率高，且信息传输的局限性大。先从它的误报率讲。当声光防盗报警器安放在窗户上、门上时，雷声、车声、以及其他轻微的响动都可能引起它的误报。当一个防盗报警器总是不停的响动，会引起主人以及邻居的反感和不安。反复的查看会让不防着丧失了警惕，给犯罪分子以可乘之机。报警信息传输上，声光报警器只是以简单的声光进行报警。在主人不在家的时候，很难将信息传达给主人。如果布防人无法及时查看，那么防盗报警器很可能被犯罪分子破坏掉。所以，声光报警器应用起来短板还是很多的。红外彩信报警器（2）红外彩信报警器红外彩信报警器是基于以红外拍摄为基础，通过彩信为传输渠道进行报警的一种方式。它以误报率小、无声响而闻名。红外彩信报警器通过红外成像，当监控范围内物体有移动，红外系统会自动感应，通过摄像头拍照通过彩信发送至绑定手机上。同时，该中产品由于和移动电话连接，可通过自动拨打报警电话、发送现场照片等多种方式进行报警。当设置为自动拨打报警电话的时候，布控人可通过移动电话监听现场情况，第一时间了解情况。但目前红外彩信的不足在于，它阻止入侵者的手段不够。不如声光报警那么直接。在入侵者侵入布防区域时，红外彩信报警器只能默默的进行报警。而不能直接的起到恐吓作用。在大型设施中有安保人员的布防区域这种防盗方式也许能起到很好的作用，但在家庭防卫的这种以个体为单位的布防环境中，及时布防者知道布防区域遭到入侵，也无法及时进行处理。等布防者到了布防区域处理险情时，家中早已被盗。（3）解决方法红外报警器和声光报警器的特点综合起来，才能达到最好的防盗效果。当入侵者侵入布防区域时，声光系统马上进行报警，可以吓阻入侵者，同时发送报警信号至布防人手机上，及时报警。这种结合，给了布防人更多的时间，让损失减小到最小，不失为一种很好的报警手段。3 家庭报警器系统的硬件设计3.1 家庭报警器系统的硬件总体设计本红外线防盗报警系统硬件由热释电红外传感器、信号采集电路、报警器电路、单片机控制电路、LED控制电路组成。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结构如图2所示。 图3.0硬件框架图3.2红外线信号采集电路的设计 运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。电子爱好者社区9%bA/FjSmvR3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，R3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关，当SW1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当SW1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整，值为Tx24576xR9C7；触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整，值为Ti24xR10C6。电子爱好者社区|N:F)GV图中R6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10K，实际使用时可以用3K，可以提高电路增益改善电路性能。R9/R10可以用470欧姆，C6/C7可以选0.1U。表2主要芯片参数V ss电源电压输入电压范围隔引出断最大电流工作温度存放温度0V-0.5V 6V-0.5V +6V（VDD=6V）10mA（VDD=5V）-10+70-65+150图3.1红外信号采集与处理电路 图3.2信号处理框图3.2.1红外线传感器的选择 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）压电传感器压电传感器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.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。(3)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。(4)光电传感器光电传感器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。(5)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。(6)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。3.2.2热释电红外线传感器RE200b原理热释电红外传感器引脚介绍表引脚功能描述引脚序号名称引脚功能描述 1G接电源负极 2 S信号输出 3D接电源正极热释电红外线(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。3.2.3菲涅尔透镜 菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (Fresnel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜如图所示。 图 3.3菲涅尔透镜构造菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。3.2.4 Biss0001信号处理芯片结构以及工作原理 BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 特 点电子爱好者社区7 L .x0%L XCMOS工艺*k6B;FCpQx0数模混合z.uW1l&qe ch N0具有独立的高输入阻抗运算放大器电子爱好者社区b/b Bxd内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰9uc5GMt+?bj0内设延迟时间定时器和封锁时间定时器U6|K!x0C A,a0采用16脚DIP封装A1n2,cF0图3.4 引脚介绍各引脚的定义和功能如下：VDD工作电源正端。范围为35VVss工作电源负端。一般接0VIB运算放大器偏置电流设置端。经RB接VSS端，RB取值为1M左右1IN第一级运放放大器的反相输入端1IN+第一级运放放大器的同相输入端1out第一级运算放大器的输出端2IN-第二级运算放大器的反相输出端2OUT第二级运算放大器的输出端Vc触发禁止端。当VcVR时禁止触发；当VCVR时允许触发。VR0.2VDD。VRF参考电压及复位输入端。一般接VDD。接“0”时可使定时器复位。A可重复触发和不可重复触发控制端。当A=“1”时，允许重复触发，当A=“0” 时，不可重复触发。Vo控制信号输出端。由Vs上跳边沿触发使Vo从低电平跳变到高电平时为有效触发。 在输出延时间Tx之外和无Vs上跳变时Vo为低电平状态。RR1RC1输出延迟时间Tx的调节端。Tx49152R1C1。RR2RC2触发封销时间Ti的调节端。Tx24R2C2。 工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。 不可重复触发 A5B2KXd4Mw0首先，根据实际需要，利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路，将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2，再进行第二级放大，同时将直流电位抬高为VM(0.5VDD)后，将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器，检出有效触发信号Vs。由于VH0.7VDD、VL0.3VDD，所以，当VDD=5V时，可有效抑制1V的噪声干扰，提高系统的可靠性。 COP3是一个条件比较器。当输入电压VVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期。当A端接“0”电平时，在T时间内任何V2的变化都被忽略，直至T时间结束，即所谓不可重复触发工作方式。当T时间结束时，Vo下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内，任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态（高电平）,可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图3.5不可重复触发波形 以下图所示的可重复触发工作方式下的波形图3.6可重复触发波形 可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。3.2.5 AT89S52简介 主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 八个中断源 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 功能特征描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。电子爱好者社区/xah,z8v3.3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。如图所示为时钟电路。图3.7时钟电路3.4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11所示为复位电路。 图3.8复位电路的设计3.5 发光二极管报警电路的设计由5个发光二极管接上电阻后连上单片的RXD的引脚，外接VCC，当单片机的RXD引脚被置低电平后，发光二极管被点亮，起到报警作用。图12所示为发光二极管报警电路。 图3.9 所示为发光二极管报警电路3.6发光数码管报警电路的设计由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。如图13所示为数码管报警电路。 图3.9.1 发光二级管报警电路3.6.1数码管引关系7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示09等10个数字和小数点，使用非常广泛 这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的ADP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字共阳极 共阴极图3.9.2实际的数码管的引脚是怎样排列的呢？对于单个数码管来说，从它的正面看进去，左下角那个脚为1脚，以逆时针方向依次为110脚，左上角那个脚便是10脚了，上面两个图中的数字分别与这10个管脚一一对应。注意，3脚和8脚是连通的，这两个都是公共脚。 还有一种比较常用的是四位数码管，内部的四个数码管共用adp这8根数据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有四个数码管，所以它有四个公共端，加上adp，共有12个引脚，下面便是一个共阴的四位数码管的内部结构图（共阳的与之相反）。引脚排列依然是从左下角的那个脚（1脚）开始，以逆时针方向依次为112脚，图中的数字与之一一对应。3.7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TXD引脚上，构成声音报警电路，低电平触发，如图14所示为声音报警电路。图3.9.3声音报警电路3.8硬件电路开发平台的选择 3.8.1 Pr o t el 99SE介绍随着计算机技术的飞速发展，集成电路被广泛应