红外线安全防盗报警系统的设计

1、红外线安全防盗报警系统的设计  摘要随着国民经济的发展,社会安全保障的需要,电子报警这门综合技术正在不断地发展。与同时，红外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部位，显示可能采取对策的系统。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。本设计正是基于此，设计了主动式、被动式红外防盗报警系统。关键词：红外探测 单片机&

2、#160;声光报警 引言科技发展到今天，人们的生活中涌现出各种各样的科技产品，各种各样的电子产品更是花样百出、遍及人们生活中的每一部分。现在人们更是感觉到了科技给人们带来的巨大发展，科学技术作为第一生产力，在人类社会的发展中起了很大的推动作用，人类从原始向先进的发展都伴随着科学的发展，从原始的手工到现在的智能控制都是科技发展的结果，先进的科技能减轻人体劳动量、能更合理地利用时间完成任务，可以说科技的微小发展都会给人类带来很大的好处。当代生活中的人们越来越感觉到了社会的飞跃发展，科技的飞速发展给人们很多实惠、生活、学习、工作中都渗透着科技，都能明显地感受到它发展地威力。安全防范技术是以电子技术为

3、主体的一门综合性技术。它的特点是灵敏度高、反映迅速、具有极高的准确性、可靠性、客观性及时间上的连续性。随着国民经济的发展,社会安全保障的需要,电子报警这门综合技术也在不断地发展。 有一个安定、和谐的家庭氛围和社会气息是人们的基本要求，在无人看守的家庭、银行、仓库、商店、重要财经部门等一些重要的部门实施自动监测报警的要求就变得更必要、更重要了，它会使家庭、银行等重要部门的财产免受损失。针对这一要求人们研制了一系列自动报警系统。如有门磁式、触摸式、红外线监测等自动报警系统,报警器为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和

4、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。红外技术已经成为先进科学技术的重要组成部分，它在各领域都得到广泛的应用。由于它是不可见光，因此用它作防盗监控报警器，具有良好的隐蔽性，白天和黑夜均能使用，而且抗干扰能力强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

5、确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。 设计方案 被动红外报警探测器 在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的物体，红外辐射越强。人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警控制器等部分组成。其核心是不见是红外探测器件，通过关学系

6、统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是814m，人体辐射的红外峰值波长约为10m，正好在范围以内被动式红外探测器(Passive Infared Detector，PIR)根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5°以下，但作用距离较远，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式

7、光学系统，目前大都采用红外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型，若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态，组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90°，垂直视场角最大也可以达到90°，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。&

8、#160;红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。  系统时钟的设计 主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测

9、器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。 主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方

10、式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物(如石灰墙、门板表面光滑的油漆层)反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。当使用较多的探测器进行防范布局时应该注意消除射束的交叉误射。 器件选型单片机AT89C2051  AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术

11、生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。 1. 程序保密：89C2051设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。 2. 

12、;软硬件的开发：89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统。 (1) 由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑-编译-固化-插到电路板中试验这样反复循环的方法，对于熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当做这种调试不能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有关信息。 (2) 将普通8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0P1.7和P3.0P3.6引出来仿真205T，这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实

13、，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。 3. 主要性能 (1) 兼容MCS51指令系统； (2) 15条可编程I/O口线； (3) 两个16位可编程定时器/计数器； (4) 时钟频率0-24MHz； (5) 两个外部中断源； (6) 可直接驱动LED； (7) 低功耗睡眠功能； (8) 可编程串行(UARL)通道； (9) 2k可反复擦写(>1000次)Fl

14、ash ROM； (10) 106个中断源； (11) 2.7-6.V的宽工作电压范围； (12) 128*8位内部RAM； (13) 个串行中断； (14) 2级程序存储器保密锁定； (15) 内置一个模拟比较放大器； (16) 软件设置睡眠和唤醒功能，全静态工作：0Hz-24KH；  固定三端稳压器 如图4-4所示，三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为

15、可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输也三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。在使用时必须注意：(VI)和(Vo)之间的关系，以7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于7V，这样输入/输出之间有23V及以上的压差。使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电

16、流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器,而损坏器件。 78系列应用电路 提高输电压的电路 如图4-5所示，其中I1为三端稳压器的静态工作电流，其值变化不大，一般在5mA左右，最大8mA，由于稳压作用，所以输出端为5V，也就是R1两端为5V，流过电流I2=5/R1，I2加上I1流过R2，所以R2两端的电压为(I1+I2)*R2，最后两个电阻两端的电压加起来就是，输也电压UO。 78系统L05 三端稳压器的通用产品有78系列(下电源)和79系列(负电源)

17、，输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。输出电流以78(或79)后面加字母来区分。L表示0.1A,M表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表 求5V  0.1A。555定时器简介 如图4-6所示，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工作，输出驱动电流

18、约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器有二个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。三极管VT1对清零起跟随作用，起缓冲作用。三极管VT2是放电管，将对外电路的元件提供放电通路。比较器的输入端有一个由三个5kW电阻组成的分压器，由此可以获得0和1两个分压值，一般称为阈值。555定时器的1脚是接地端GND，2脚是低触发端TL，3脚是输出端OUT，4脚是清除端Rd，5脚是电压控制端CV，6脚是高触发端TH，7脚是放电端

19、DIS，8脚是电源端VCC。555定时器的输出端电流可以达到200mA，因此可以直接驱动与这个电流数值相当的负载，如继电器、扬声器、发光二极管等。如图4-7所示，为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本个部分组成。 1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚：VCC(或VDD)外接电源VCC，双极型时基电路VC型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。 3脚：OUT(或Vo)输出端。 2脚：TR低触发端。 6脚：TH高触发端。 4脚：R是直接

20、清零端。当R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚：CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。 7脚：D放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压，比较器C1的参考电压为2/3Vcc，加在同相输入端，比较器C2的参考电压为1/3Vcc，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加

21、在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。 555定时器的应用 如图4-9所示，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1通R1、R2向C充电，以及C通过R2，以及C通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。电容C在充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波

22、形如图4-10所示输出信号的时间参数是  =0.7（R1+R2）C                           (4-1)               

23、                          =0.7R2C                       

24、;         (4-2) 其中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。 555电路要求R1与R2均应不小于1K，但两者之和应不大于3.3M。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。  3. 组成占空比可调的多谐振荡器 电路如图4-11，D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径(充电时D1导通，D

25、2截止；放电时D2导通，D1截止)。 COMS反相器如图4-12所示CMOS反相器由两个增强型MOS场效应管组成，其中V1为NMOS管，称驱动管，V2为PMOS管，称负载管。 NMOS管的栅源开启电压UTN为正值，PMOS管的栅源开启电压是负值，其数值范围在25V之间。为了使电路能正常工作，要求电源电压UDD(UTN+|UTP|)。UDD可在318V之间工作，其适用范围较宽。工作原理： (1) 当UI=UIL=0V时，UGS1=0，因此V1管截止，而此时|UGS2|UTP|，所以V2导通，且导通内阻很低，所以UO=UOHUDD， 即输出为高电平

26、。 (2) 当UI=UIH=UDD时，UGS1=UDDUTN，V1导通，而UGS2=0|UTP|，因此V2截止。此时UO=UOL0，即输出为低电平。 可见，CMOS反相器实现了逻辑非的功能。 CMOS反相器的主要特性： CMOS 反相器的电流传输特性如图4-13所示：反相器CC4069 如图4-14所示，CC4069由六个COS/MOS反相器电路组成。此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驱动和逻辑电平转换的电路中。CC4069提供了14引线多层陶瓷双列直插(D)，熔封陶瓷双列直插(J)，塑料双列直插(P)和陶瓷

27、片状载体(C)4种模拟声响发生器(扬声器)  图4-16是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器。左侧振荡器的振荡频率较低(整定元件为RA1、RB1、C1)比如2Hz；右侧的振荡器的振荡频率较高(整定元件为RA2、RB2、C2)比如为1kHz。由于低频振荡器的输出端3接到高频振荡器的复位端4，故当振荡器的输出电压uo1为高电平时，振荡器就振荡；当uo1为低电平时，振荡器停止振荡，从而使扬声器便发出间歇声响。(1) 敏感元件(预变换器)。直接感受(或响应)被测量的部分。 (2) 转换元件(变换器)。能将敏感元件感受(或响应)的被测量转换成适合于传输和(或)测量的电信号的部分。 当输出为规定的标准信号时，则一般称为变送器。红外发光二极管 红外发光二极管是一种把电能百接转换成红外光能的发光器件(红外光是一种不可见光)，而且能把红外光辐