家用红外现场报警器的设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计石家庄铁道大学四方学院毕业设计家用红外现场报警器的设计Household Infrared Alarm Design 2012 届 电气工程 系 专 业 自动化 学 号 学生姓名 指导教师 孙克军 完成日期 2012 年 5 月 15 日毕业设计成绩单学生姓名 学号 班级方 专业 毕业设计题目家用红外现场报警器设计指导教师姓名孙克军指导教师职称副教授评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩： 院长（主任）签字： 年 月 日毕业设计任务书题目家用红外现场报警器设计学生姓名 学号2 班级方 专业自动化承担指导任务单位电气工程系导师姓名孙克军导师职称副教授一、主要内容单片机stc89系列实现红外报警器功能，驱动红外光电管和红外传感器件识别报警。二、基本要求1单片机完成红外光检测装置。2实现报警电路。3使用Keil C编程，实现相关逻辑控制。4电路原理图设计。5提出系统设计框图，提出相应的解决方案。6需单片机和芯片，开发电路板以相关传感器，价格200元。三、主要技术指标1电压直流5V，工作电流小于500mA。2完成主要功能。3电路原理图。4论文正文不少于1.5万字，查阅文献资料不少于10篇，其中外文文献2篇以上，翻译与课题有关的外文资料不少于3000汉字。四、应收集的资料及参考文献1传感器工作原理及应用实例 黄继昌 人民邮电出版社2检测技术及仪表 李军,贺庆之 中国工业出版社351系列单片机设计实例（第二版） 楼然苗 北京航空航天大学出版社4电路板原理图与电路板设计教程 夏路易 北京希望电子出版社 五、进度计划1第1周-第2周 调研、收集材料，完成开题报告；2第3周-第4周 分析、确定方案 ；3第5周-第11周 设计系统、编写单片机程序；4第12周-第15周 撰写论文；5第16周 完善论文，答辩。教研室主任签字时间年 月 日毕业设计开题报告题目火灾自动报警系统设计学生姓名 学号 班 级方 专业自动化一、课题研究背景随着人们生活水平的不断提高和电子技术的发展，“安全防范”电子保安系统防盗报警系统及闭路监控系统越来越广泛地应用于教育、银行、交通、电力、酒店、超市等公共场合，维护社会公共安全为目的。由此安全防范技术正逐步发展成为一项专门的公安技术学科。红外防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。二、国内外研究现状目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如：早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势，对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力；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，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。现阶段国内使用的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、主动式红外发射和接收以及微波等技术为基础。随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。三、论文进行的主要工作 首先，阐述红外现场报警器的工作原理，分析其特点。其次，通过单片机stc89系列进行编写程序，实现报警功能。然后利用软件protel可以自动生成需要的控制电路和报警电路图，对线路先进行仿真，分析各种可能会出现的状况，便于调试。最后对电路各元件的选择，焊接实物，写出参考论文和整个流程中出现的问题以及修正手段。四、采用的方法、手段 本系统采用单片机stc89系列的芯片，用于存储程序。然后依据流程图，通过C语言编写报警功能程序，实现驱动红外传感器感应，带动喇叭报警。然后采用protel，设计出电源电路、红外接收电路、控制电路、报警蜂鸣电路等。最后必须有报警信号有锁存。实现报警音乐的持续，直到人为复位。五、预期达到的结果本设计实现了当有人进入热释电红外传感器的控制范围内，则单片机驱动声光报警，当工作人员发现有人进入后，工作人员按下中断按键，停止声光报警，返回到传感器继续数据采集初始化阶段等待下一次。最后依据毕业论文撰写规范，完成毕业论文的撰写。指导教师签字时间年月日摘要随着国民经济的发展，社会安全保障的需要，电子报警这项综合技术正在不断地发展。与此同时，红外报警技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，由于红外线是不可见光，因此用它进行红外探测监控，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且其抗干扰能力强。防盗报警系统利用单片机控制技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示发生报警的区域。本设计正是基于此，设计了家用红外现场报警系统。本系统设计采用单片机STC89C52为控制核心。硬件部分由热释电红外传感器为信号采集模块、数码管及锁存电路为显示部分、三个独立按键是控制部分，LED灯和蜂鸣器一起构成声光报警部分。软件是通过C语言编写，主要有数码管显示子函数、模块选择子函数、声光报警子函数、中断子函数等函数部分组成。本设计实现了当有人进入热释电红外传感器的控制范围内，则单片机驱动声光报警，当工作人员发现有人进入后，人为中断报警，恢复传感器继续数据采集工作等功能。经过分析得出该报警器具有抗干扰能力强，灵敏度高，功耗小等特点。关键词：热释电红外传感器 独立按键 动态报警 静态报警AbstractAlong with the development of national economy, the social security needs, electronic alarm this door comprehensive technology is developing. At the same time, infrared technology has become the advanced scientific technology is an important part, due to the infrared is not visible light, and therefore on the infrared detection monitoring, have good concealment, day and night all can use, and its strong anti-interference ability. Security alarm system using single-chip microcomputer control technology, automatic detection happened in protection monitoring area the invasion of the behavior, have a warning signal, and prompt the alarm area happened. This design was based on this, the household design now infrared alarm system.This system design STC89C52 by single chip microcomputer as control core. Hardware consists of pyroelectric infrared sensor for signal acquisition module, digital pipe and lock to save circuit for display section, three independent button is artificial control section, LED lamp and a buzzer to form a sound and light alarm parts. Software is through the written in C language, basically have digital pipe display function module selection, son son function, sound and light alarm functions, interrupt son son function etc function parts. The overall design realize that when someone into pyroelectric infrared sensor within the scope of control, the single chip microcomputer drive the acousto-optic alarm, when staff have found someone after entering human interrupt alarm, restore sensors continue to data collection etc. Function. Through analysis the alarm has strong anti-interference ability, high sensitivity, small power consumption, etc.Key words：Pyroelectric infrared sensors Independent key Dynamic alarm Static alarm 第1章 绪论1.1研究背景及意义随着人们生活水平的不断提高和电子技术的发展，“安全防范”电子保安系统防盗报警系统及闭路监控系统越来越广泛地应用于银行、交通、酒店、超市等公共场合，维护社会公共安全为目的。本设计采用了以电子技术、传感器技术和计算机等技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统。由此应运而生的安全防范技术正逐步发展成为一项专门的公安技术学科。防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过蜂鸣报警或者灯光报警信号在安保控制中心准确显示事发地点，用于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统2。1.2国内外发展现状目前，国内市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，如：早期的美国安定保、C&K、日本艾礼富、以色列EL等，近几年进入中国市场的加拿大枫叶、德国博世、美国GE等，这些厂商无论是在资金和技术上，都具备很强的优势。对国内厂商的发展形成巨大的竞争压力；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、主动式红外发射和接收以及微波等技术为基础。而这里所涉及的被动式报警器则采用了美国的传感元件热释电传感器。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。随着国家智能化小区建设的推广，防盗系统已成为智能小区的必需设备。利用单片机控制技术和无线网络技术，开发一种具有联网功能的智能无线防盗系统，并开发相关的传感器。采用无线数据传输方式，不需重新布线，特别适用于已装修用户及布线不方便的场合3。1.3本论文主要研究内容1.3.1主要内容首先应用Potel 99SE对单片机STC89C52系统进行软件画图，其中主要包含了STC89C52单片机的40个引脚，LED数码管及其相应的锁存器，单片机所需晶振器，复位电路，三个独立按键（S0、S1为模式选择按键，S2为中断返回按键），蜂鸣报警装置，LED指示灯和热释电红外传感器PIR等。软件上利用Visual C+6.0环境下编写程序，整体程序包含主函数、中断子函数、声光报警子函数、模式选择子函数、单一数码管显示子函数。所以的子函数均在主函数中调用。利用Protues开发环境设计模拟信号的调制与解调。最后可以在Protues软件中实现仿真。当本设计初始化之后，进入两种模式选择的模块，按下独立按键S0后，为选中蜂鸣报警，则数码管显示1，指示为蜂鸣报警模式，然后热释电红外传感器进入数据采集状态，一旦有人进入控制范围内则喇叭报警明示，当人为按下S2中断按键，则传感器返回数据采集状态，最后进入下次声光报警。1.3.2基本要求 (1)单片机完成热释电红外光检测装置。 (2)实现声光两种报警模式电路。 (3)使用Keil C编程，实现相关逻辑控制。 (4)利用Protel设计电路原理图。 (5)提出系统设计框图，提出相应的解决方案。 (6)完成具体实物。1.3.3主要技术指标 (1)电压直流5V，工作电流小于500mA。 (2)热释电红外传感器能探测到温度变化。 (3)实现模式选择并且可以数码管显示哪种模式。 (4)能驱动声光报警功能。 (5)能人为中断报警，继续下一次报警。 第2章现场家用红外报警器总体设计本设计包括硬件和软件设计两个部分。实现当热释电红外传感器探测到有人闯入时，单片机驱动蜂鸣器或者LED报警，最后人为中断结束声光报警。此设计软件部分可划分为数据采集、键盘控制、数码管显示、报警、中断、模式选择等子模块。硬件电路可划分为：热释电红外传感器及其相关电路、蜂鸣报警器电路、单片机控制电路、晶振电路、复位电路、显示电路、LED控制电路。所有的硬件设备都由相关的软件控制管理。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。 本设计处理器采用52系列单片机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转换成电信号，经BISS0001放大送出TTL电平至STC89C52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。当报警位置被确定之后，人为中断消除后，热释电红外传感器继续采集数据。就此设计的核心模块来说，STC89C52单片机就是设计的中心单元，所以此系统也是单片机系统的一种应用。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。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。本设计的构成框图如图2-1所示。图2-1 总体设计框图2.1 单片机的选择STC和AT89系列有很多相同点都支持ISP在线编程功，但AT89S51-是模拟ISP，不是真正的ISP。可以不用昂贵的编程器，只用自己做一个编程即可（注：AT的AT89CXXx系列不能在线编程，AT89SXX系列可以）。都是40引脚两种单片机。不同的是，STC的在线编程方式是通过串口，需要一个MAX232芯片做串口通信电路，AT的是并口编程方式，需要一个74HC244来做并口通信电路（可以不要这个芯片，但对你的电脑有危险）。 AT89系列51是指ATMEL出的51单片机，特点是AT发挥了自己在FLASH上的特长，把flash储存器集成到单片机里（传统的51单片机内部是没有flash储存器的裸核。），其实和标准的51单片机没有太大不同，认为就是标准51单片机。这些单片机都是要把晶振频率除以12后才是机器周期，所以比较慢。STC系列价格最便宜，功能比较多，抗干扰能力最强，串口编程比较与并口编程更容易掌握。并且STC单片机可以理解成是把传统51单片机AD芯片定时芯片复位芯片全做到一个芯片里，同时还内置RC振荡，单片机的运行速度也比传统51快了12倍。使用后自然比51要方便许多。综合以上几点，本设计选择了STC89C52作为系统的单片机。2.2 传感器的选择由于本系统的设计目的是以探测人体的红外辐射信号，转换成电电信号引起传感器驱动声光报警。所以整个系统的灵敏度、稳定性等参数都直接受到此单元的影响，所以采用这种热释电红外传感器检测装置是本设计的一个关键问题。方案一：采用主动式红外检测探头。其原理是该探头本身包含有一个红外线发射装置和一个接收装置，在探头正常工作时，其中的发射装置向外发射出红外光线，当其监测范围内没有障碍物的时候，探头接收端接收不到发送端发射出的红外光线，红外接收管截止；当有障碍物进入探头的监测范围时，探头中发射装置发射出来的红外光被障碍物反射回去，使接收管能够接收到反射回来的红外光线，接收管导通。方案二：采用热释电红外探头来检测。其原理是因为正常情况时人体会发出波长在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出来的红外线而进行工作的。当人体进入热释电红外探头的监测区域时，因人体温度与环境温度有明显差别，当传感器检测到环境有温度变化时就会输出一定电压值；若无人或动物进入检测区，或者在探头监测区域内保持静止，则环境温度没有变化，传感器就不会有输出，所以这种传感器适合用于检测运动的人或者动物。红外检测单元是整个设计系统的核心。方案一所提到的使用主动式红外探头，自身发出红外光线，靠检测是否有障碍物反射回红外光线来判断是否该输出触发信号。虽然这种传感器探测可靠性比较高，但是其发出的光束较窄，因此一般的主动式探测器的探测方式是点到点，而不是一个空间范围。如果要对一个空间进行布防，就需要有多个主动式探测器，造价较高。而方案二中提到的热释电红外传感器则可以在比较宽的范围内进行监控，当使用涅菲尔光学透镜辅助聚焦时，热释电红外传感器的感应距离可达8m，检测角度可达89，灵敏度较高，受外界干扰较小。所以本单元选用方案二。2.3 按键开关的选择当传感器信号被处理完毕后需要用检测单元的输出信号去触发后级的报警装置，如警示灯、报警声电路等，需要一些电子电路来将红外信息处理单元和后级报警装置有机的联系在一起，才能实现自动报警。方案一：使用可控硅作为开关，当红外信息处理单元输出高电平时，可控硅被触发导通从而使后级报警电路导通报警。方案二：使用继电器作为开关，利用红外信息处理单元的输出信号控制继电器，利用继电器内的各组开关的通断来控制后级报警装置。 使用可控硅虽然可以控制大电流，但根据可控硅的性能，其导通与关断不易控制，而且本系统中并没使用大电流器件，所以不采用可控硅作为触发开关器件。而继电器类型多样，可集成多组开关，可以用红外检测电路输出的高电平经三极管放大后驱动。所以本单元选择方案二。2.4数码管的选择方案一：半导体发光二极管（LED）的工作原理是利用发光二极管（LED）把电能转化为光能的电光转换过程，当正向偏压施加于PN结两端，由于PN结电势的降低，P区的正电荷将向N区扩散，N区的电子也向P区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于PN结系统，注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合。电子和空穴的能量差越大，产生的光子的能量就越高。能量级差大小不同，产生光的频率和波长就不同，相应的光的颜色就不同。方案二：液晶显示器（LCD）的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。LCD对比与LED其可以在数码管上呈现图案，更加美观，但成本费用更高，本设计主要是声光报警，数码管只是起到显示那种模式，所以采用LED更合理。2.5 现场报警器其他模块功能模式选择模块：实际应用采用两个独立按键控制报警器是处于蜂鸣报警或者灯光报警，两种方式可以应用在不同的场合。显示电路模块：显示部分由采用八位共阴极LED数码管，应用动态显示，其显示当前处于哪种报警模式。声光报警模块：应用喇叭和LED灯作为报警指示信号。复位电路模块：采用独立按键和电容组合方式控制整个设计复位功能。第3章现场家用红外报警器硬件设计红外现场防盗报警器由红外探测电路及报警电路组成，是一种实用的威慑性质的报警工具。在防范的区域装上报警器后，一旦有盗贼进入红外探测的防范区域，报警器立即周期性发出刺耳的警报声，起威慑及警示作用。本设计硬件主要包含了单片机、传感器、复位电路、显示电路、声光报警电路、按键电路。分别对它们的基本原理、原理图进行介绍，对整个硬件的设计实物也进行了展示。3.1单片机 本设计采用STC89C52型号的单片机，这种型号单片机是集成在一块芯片上的完整简单计算机系统模式。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件。如：CPU、内存、外部总线等同时集成诸如通讯接口、定时器、数码管等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以讲声音、图像、网络等功能模块都集成在一个芯片上。本系统利用单片机的P1口管脚接上锁存器，在由锁存器D0到D7接数码管的段选，锁存器的Y0接数码管的位选。P3.0、P3.1接通两个独立按键用于模式选择，P3.2接通热释电红外传感器，P3.3设定为中断按键由软件驱动中断子程序。P1.0、P0.7分别接通声光报警显示的LED灯和蜂鸣器。单片机上S2、S1管脚接通晶振电路。最后把复位电路接通到单片机RST接口上。STC89C52的四十引脚的管脚图如图3-1所示。图3-1 STC89C52单片机管脚图3.2 晶振电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。在RXD和TXD引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择，电容值在530pF之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用。RXD接地，TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟P1和P2，供单片机使用，本设计晶振电路图如图3-2所示。 图3-2 晶振电路图3.3传感器被动式红外探测无线报警系统，总体设计思路是由探测发射电路和接收报警电路两部分组成。探测发射电路通过热释电红外探测器探测人体的红外辐射信号，并经过放大、编码和发射等环节，将人体的移动信号转为电信号应用无线电技术发射出去；而接收报警电路则是通过对电信解调、译码和声光报警等环节，将电信号转为声音、光源信号，从而达到无线报警的目的。人体有恒定的体温，一般在37，所以会发出特定波长为10m左右的红外线。被动式红外探头就是靠探测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10m左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。红外感应源泉通常采用热释电元件。其中热释电传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变成电压信号,同时他还能鉴别出生物和其他非生物。热释电红外传感器是利用红外辐射转化为电能的一种光敏元件，它利用热释电效应原理，通过目标与背景的温差来探测目标的。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号发生变化，驱动单片声光报警。 热释电红外传感器的集成电路中，BISS0001是其中的重要组成部分。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它由由运算放大器、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。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。BISS0001工作原理是运算放大器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。3.4 单片机外部所接复位电路复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错、操作错误使或者重新启动系统时，也可以按复位键重新启动。RST引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期(即二个机器周期)以上。例如使用颇率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4us才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号。复位操作有上电自动复位相按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。要电源Vcc的上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即接通电源就成了系统的复位初始化。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是通过使复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的。而按键脉冲复位则是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的。本系统采用按键脉冲复位方式，因为这样可以保持电源不动，减少不必要干扰，而且采用按键复位操作简单，便于实现，本设计复位电路图如图3-3所示。 图3-3 复位电路图3.5 数码管显示设计数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这是本设计的动态驱动。我的设计是由1个数码管接上锁存器后连接到单片机上，段选8位接到P1口上，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。当按下按键S0后，选择为蜂鸣报警模式，数码管显示“1”；当按下按键S1后，选择为灯光报警模式，数码管显示“2”。本设计显示电路图如图3-4所示。 图3-4 数码管显示电路3.6 声光报警模块3.6.1 蜂鸣报警设计蜂鸣报警电路是由喇叭、三极管、电阻组成。蜂鸣报警电路连接到单片机的P0.7引脚上，构成本设计中的动态报警电路，蜂鸣报警电路是低电平触发。当按下按键S0后选择为蜂鸣报警模式，同时数码管立即显示“1”，提示现在处于动态报警状态。然后当热释电红外传感器探测到有人进入控制范围后，喇叭报警提示。当按下中断按键S2后，蜂鸣器立即停止报警同时数码管也停止显示。本设计蜂鸣报警电路图如图3-5所示。图3-5 蜂鸣报警电路3.6.2 LED灯光报警设计灯光报警电路由一个LED灯和电阻组成，灯光报警电路接到单片机P1.0引脚上，构成本设计中静态报警模式，灯光报警电路是低电平触发。当按下按键S1后选择为灯光报警模式，同时数码管立即显示“2”，提示现在处于静态报警状态。然后当热释电红外传感器探测到有人进入控制范围后，LED灯闪亮提示。当按下中断按键S2后，LED灯光立即停止闪烁，同时数码管也停止提示。本设计灯光报警电路图如图3-6所示。图3-6 灯光报警电路3.7 按键电路模块本设计的利用个三个独立按键，分别是独立按键S0、独立按键S1、独立按键S2。其中按键S0和按键S1是模式选择键，按键S2是中断停止键。按键S0和S1分别接到单片机的P3.0和P3.1管脚上。最重要的中断按键S2接到单片机P3.3引脚上，在加上软件控制，构成中断部分。当热释电红外传感器打开后，首先判断按下S0、S1中哪个按键。其次声光报警后，工作人员发现有人进入后，就可以关闭报警，即采用中断方式，当按下中断按键S2后，同时关闭报警模式和数码管显示。最后中断返回，等待下一次的模式选择。采用人为中断，而不是延时中断，是防止报警时间不容易被工作人员掌控。本设计的按键电路电路图如图3-7所示。图3-7 灯光报警电路3.8 电源系统提供12V电源，单片机需要稳定的直流5V电源，所以电源部分将12V电源降压降到直流5V。本电路的核心器件是7805芯片，其功能就是将12V转换成5V的电源，其中C4和C5是滤出其中的高次谐波，C6和C7的功能是使输出的电压更加稳定和滤出其中的高次谐波，最终输出端即Vcc端输出的是稳定的5V直流电源。电源电路的具体电路如图3-8所示。图3-8电源电路3.9 PCB板整个PCB板包含了STC89C52单片机40管脚，一个LED数码管以及两个数码管锁存，三个独立按键分别是S0、S1、S2，声光报警器中的LED灯和蜂鸣器，复位电路，晶振电路以及封装好的热释电红外报警器等器件。本设计PCB板见附录B所示。3.9.1元件的封装在PCB排版之前最重要的一个环节便是对每个元件进行封装，因为如果没有与实际元件的封装，是无法完成元件的转换的，最终导致无法绘制PCB板图及以后的排版与布线工作，因此要对每一个元件的封装做好研究。对于封装电阻封装比较简单通用选用AXIAL0.4的封装，因为这种封装比较常见，且容易购买。本设计中电阻采用的封装就是AXIAL0.4。二极管的封装视功率来定，一般小功率的使用DIODE0.4,而大功率的则使用DIODE0.7。电容我选用的都是直插电容封装有RB.1/.2-RB.4/.8，一般470uF用RB.3/.6。对于其中写主要器件的封装如传感器的封装我自己画的三引脚图代替，LED灯我全部选用的是LED-5。这是个需要耐心和细心的工作，如果其中的某个封装错误，直接影响到的是器件能不能安装和使用。3.9.2PCB布局的基本知识(1)按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开。本设计的电路模块大致分为主电路和控制电路两大模块。(2)定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件。(3)元器件的外侧距板边的距离为5mm。(4)电源插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔。(5)板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm)。(6)有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。3.10 设计实物本设计实物包含信号采集模块，数据处理模块，模式选择模块，显示模块，声光报警模块，中断模块，复位电路等。满足了任务书所要求的全部功能。本设计实物图见附录C所示。第4章现场家用红外报警器软件设计4.1 主程序的流程图本设计主程序流程图如图4-1所示 图4-1 主流程图 本设计是从显示初始化、中断触发初始化开始，然后进入模式选择子函数，当按键S0按下向，单片机P3.0管脚送低电平，进入蜂鸣报警状态，同时数码管显示“1”如果P3.0没有送低电平则持续进行模式选择；当按键S1按下向单片机P3.1管脚送低电平，进入灯光报警状态，同时数码管显示“2”，如果P3.1没有送低电平则持续进行模式选择。当模式选择函数进行完后，程序进入热释电红外传感器等待状态，当P3.2成为低电平后，即探测到有人进入。则单片机驱动P0.7送低电平，蜂鸣器报警；或者驱动P1.0送低电平，LED灯闪烁。最后直到人为送P3.3低电平，即按下S2后，系统进入中断子程序，中断一系列子函数，返回到初始化函数，等待下一次模式选择。这样系统就完成了一次主函数的运行。4.2 中断子程序流程图 本设计中断子程序流程图如图4-2所示。图4-2 中断子程序流程图 本程序使用外部中断1，脉冲触发。单片机的外部中断有两种触发方式可选：电平触发和脉冲触发。选择电平触发时，单片机在每个机器周期检查中断源口线，检测到低电平，即置位中断请求标志，向CPU请求中断。选择脉冲发方式时，单片机在上一个机器周期检测到中断源口线为高电平，下一个机器周期检测到低电平，即置位中断标志，请求中断。 优点：大大地提高了CPU的工作效率，能及时地响应和处理特殊事件。 单片机中没有专门的开中断和关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。中断允许寄存器IE的字节地址为A8H，可以进行位寻址 表4-1 中断允许寄存器位地址D7D6D5D4D3D2 D1D0位符号EAET2ESET1EX1ET0EX0(1)EA：中断允许总控位。EA=0，屏蔽所有的中断请求；EA=1，开放总中断。(2)ET2：定时器/计数器T2的溢出中断允许位。(3)ES：串行口中断允许位。(4)ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位。(5)EX1：外部中断INT1的中断允许位。(6)ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位。(7)EX0：外部中断INT0的中断允许位。单片机中断原理是，外设为数据传送作好准备时，向CPU申请，CPU接收到中断请求信号后，暂停正在执行的程序，去为外设的数据传送服务，服务完之后，CPU返回到原来的程序继续被中断的程序。STC89C52单片机有五种中断方式，分别是外部中断0、外部中断1、定时器中断0、定时器中断1、串口中断方式。因为本设计初目标是当声光报警后，工作人员人为中断报警，而不是选择报警一段时间后自动停止报警，所以本系统最后选择了外部中断1，连接单片机的P3.3管口，在外部设定按键S2为人为操作按键。中断部分由单片机控制，中断方式由独立按键S2控制，选择外部中断1方式设计，按键S2连接单片机上的P3.3管脚。当声光报警后，工作人员人为按下独立按键S2向单片机申请中断，单片机接收到中断申请后，开始响应中断，从而执行中断服务子程序。当按下中断按键S2后，灯光报警或蜂鸣报警立刻停止运行。同时数码显示显示的相应数字也都变成0，返回到数码管初始化。同时也清除了模式选择，等下一次模式选择的判断。中断返回后，重新选择新一次的声光报警模式选择，等待新一次的热释电红外传感器的探测。4.3 模式选择子程序流程图模式选择子程序是由两部分组成的，包含了模式选择和声光报警两部分内容，而声光报警部分又是整个设计的核心所在。由两个独立按键控制是哪种报警方式。当热释电红外传感器一旦打开及显示初始化后。首先，进行判断哪个独立按键按下。当工作人员按下独立按键S0，则代表这整个系统进入蜂鸣报警模式，此模式喇叭报警属于动态报警，这一种报警模式适用于白天。当工作人员按下独立按键S1，则进入灯光报警模式，此模式LED灯闪亮属于静态报警，第二种报警模式适用于夜晚和不便于闯入者发现的方式。设计两种报警模式是因为方便工作人员，根据当前实际情况选择不同的监控方式，更合理的防止闯入控制范围内的人员。本设计模式选择子程序流程图如图4-3所示。图4-3 模式选择子程序流程图4.4 数码管显示子程序流程图 本设计显示子程序流程图如图4-4所示。图4-4 数码管显示子程序流程图应用数码管主要为了显示现在处于哪种模式，提醒给工作人员现在是动态报警模式还是静态报警模式。每一次应用数码显示子程序时，首先要对数码管的位选、段选都先初始化一次，防止保留上次使用的结果，所以每次都先关断位选和段选一次。因为设计数码管显示1和2分别代表两种报警模式，所以就采用了一个数码管，因此位选每次都是相同的。然后等待判断按下哪个独立按键，数码管显示的就是相应的数字。当按下独立按键S0后，数码管显示1，进入动态模式。当独立按键S1被按下后，数码管显示2，进入静态模式。从独立按键按下开始到中断响应前，数码管必须一直显示对应的数字，直到有人闯入控制区域后，工作人员按下中断按键S2后，单片机响应中断后，数码管才停止显示状态。整个数码显示子程序才完成。本设计数码管子程序流程图如图4-4所示。第5章 结论与展望5.1 结论经过这次毕业设计使我进一步认识到大学所学课程的重要性，通过自己的亲自实践，加深了我对传感器、模拟电路中基本概念、基本电路的工作原理和单片机基本设计方法、C语言的编写简单函数的理解，提高了自身的水平和能力，使我更深刻地认识到了单片机和传感器对于实际生产生活和未来工作的重要影响。设计完成热释电红外传感器式报警器后，我深刻地了解了它的工作原理、内部结构、应用范围和性能参数等方面的内容。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、声光报警电路、中断电路等部分组成。处理器采用STC89C52单片机，整个系统是在系统软件控制下工作的。此次毕业设计培养了我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。这套系统的主要功能是通过感应物体的具体位置准确的进行声光报警。完成这个过程的核心元件是热释电红外传感器通过感应温度的变换，捕捉到位置。同时，在该系统利用传感器捕捉到位置，驱动单片是LED灯或者蜂鸣器报警。另外，该系统采用两种模式可以报警，一种是灯光报警，一种是蜂鸣报警的功能。这是为了方便工作人员选择，并且为了贴近实际生活，采用按键中断方式，设立独立按键选择停止报警，这样可以给实际工作人员带来很大方面。回顾起毕业设计，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多的东西，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。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的提高自己实际动手能力和独立思考的能力。以前对所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法，对开发板不太了解，对单片机C语言掌握得不好，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识总结与加固。5.2 设计过程的问题分析与解决方法5.2.1 防盗报警器故障引起的误报警问题产品在规定的条件下、规定的时间内，不能完成规定的功能，称为故障。故障的类型有损坏性故障和漂移性故障。 损坏性故障包括性能全部失效和突然失效。这类故障通常是由元器件的损坏或在演示时使器件短路造成的损坏。 漂移性故障是指元器件的参数和电源电压的漂移所造成的故障。例如：温度过高会导致电阻阻值的变化，此时设备表现为时好时坏。事实上，环境温度、元件制造工艺、设备制造工艺、使用时间、储存时间及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化，产生漂移性故障。 无论是损坏性故障还是漂移性故障都将使热释电红外传感器误报警，要减少由此产生的误报警必须提高产品的设计水平和工艺水平，对元器件质量的严格筛选。5.2.2 实现热释电红外报警器等待探测问题当程序初始化后，进接着进入到那种模式选择，然后就可以进入传感器等待状态，硬件方面就是等待有人进入探测范围，可以很容易掌握。关键是在软件方面时候如何探测有人闯入时驱动声光报警，而且没有人闯入时能返回继续等待探测。使用的是while语句和设定一个标志位，标志位设定为flag代指，时刻判断独立按键S0、S1是否按下，没有按下就一直扫描，直到按下。在