基于单片机的热释红外仪设计

1、学 号_1109121001 毕 业 论 文（设计）课 题 基于单片机的热释红外报警仪设计 学生姓名 鲍家明 系 别 电气工程学院 专业班级 电子信息工程(1)班 指导教师 王丽萍 二0 一五 年 六 月目录插图和表格清单- 1 -摘 要- 2 -引言- 4 -第1章 系统总体设计- 5 -1.1总体框图设计- 5 -1.2各电路模块实现的功能- 6 -第2章 硬件电路设计- 7 -2.1总体电路设计- 7 -系统概述- 7 -2.2 硬件电路的详细设计- 7 -电源模块电路设计- 7 -传感器电路设计- 7 -热释电红外传感器工作原理- 7 -红外传感器参数- 9 -传感器模块电路原理图-

2、10 -单片机控制电路- 11 -2.2.3.1 STC89C52单片机简介- 11 -接口电路- 12 -2.2.4.1 MAX232EWE芯片介绍- 12 -报警及指示电路- 13 -第3章 程序设计与编写- 15 -3.1.程序的编写及调试- 15 -3.1.1 Keil编译器软件简介- 15 -3.1.2 Keil软件的使用- 15 -3.2 程序的编写- 18 -程序流程图- 18 -初始化程序- 19 -延时程序- 20 -报警程序及头文件定义- 20 -第4章 总结评价- 22 -致谢- 23 -参考文献- 24 -附件一:总体原理图设计- 25 -插图和表格清单图表 1图1-1

3、系统总体设计框图- 5 -图表 2图2-1电源模块电路- 7 -图表 3图2-2传感器内部结构- 8 -图表 4图2-3 BISS0001内部结构- 9 -图表 5表2-1传感器参数表- 10 -图表 6图2-4传感器模块内部电路原理图- 10 -图表 7图2-5传感器模块连接电路图- 11 -图表 8图2-6 a）STC89C52单片机引脚- 12 -图表 9图2-6 b) 时钟和复位电路- 12 -图表 10图2-7单片机接口电路- 13 -图表 11图2-8报警及指示灯电路- 14 -图表 12图3-1工具包整体结构- 15 -图表 13图3-2电路板 CPU选型- 16 -图表 14

4、图3-3上电初始化程序添加- 16 -图表 15图3-4添加文件到工程中- 17 -图表 16图3-5生成HEX文件界面- 18 -图表 17图3-6程序设计流程图- 19 -基于单片机的热释红外报警仪的设计摘 要随着现代社会高新技术的不断发展，时代的不断进步，高新技术的快速应用，彻底改变了人们的生活方式，与科技同步提高的还有人们对生活质量的期望和要求，安防也越来越被人们所重视。基于上述需求，如果能够有一款实时监控非法人员闯入的监控系统，即一旦有人员闯入监控区就能够自动发出报警并启动报警指示灯，这种可以提供自动报警的系统就能够很有效的提示并保护人们的人身及财产安全。人体红外报警仪就可以满足上述

5、需求，这种报警系统不但体积小，便于携带和安装，同时由于其是通过非接触式的红外线探测，所以就具有了隐蔽性，更利于监控，通过把人体红外传感器与单片机集成到电路板上，再将自己设计编写的程序下载到STC89C52单片机内部，整个系统就可以工作起来了，就可以实现监控，报警的效果。本文介绍了一款基于单片机的热释红外报警系统它能够在不接触的条件下检测移动人体的红外线变化，在中变化的红外线信号经传感器模块处理后送入到单片机中断，在单片机内部，一旦检测到中断信号单片机就会执行相应的报警程序，驱动报警电路，实现声音报警和灯光报警。关键字：STC89C52单片机、红外线传感器模块、报警Pyroelectric in

6、frared alarming device based on single chip microcomputerAbstractWith the continuous development of the high technology in modern society, and the progress of the era, application of high technology fast, that may change the way of people life , at the same time ，technologys development makes people

7、 to constantly improve the quality of life. On the other hand, high technology product has increasingly become the main theme of family life, so people are increasingly high demands on the security level of their own environment, especially for home furnishing security, we have to keep an eye on som

8、e casual visitor to patronize. Although there are now many of the community security guard, in some rural areas will not have these facilities, as a result if there is a hot installation in each family infrared alarm, can effectively protect the property safety of the people.Based on the above needs

9、, If there is a real-time monitoring system to monitor the intrusion of illegal personnel, Once the officers broke into the monitoring area can automatically alarm and start the alarm lamp. This system can provide automatic alarm system can effectively prompt and protect people's personal and pr

10、operty safety.Human infrared alarm system can meet the above needs, This alarm system is not only small, it is easy to carry and install, but because it is non-contact infrared detection, So it has the hidden, more conducive to monitoring, through the human body infrared sensor and microcontroller i

11、ntegrated circuit board, Then the design of the program to download the STC89C52 microcontroller internal, the whole system can work, you can achieve monitoring, the effect of the alarm.Key word: STC89C52MCU, alarm , Pyroelectric infrared sensor引言在当今社会，科学技术的迅速发展，引领了电子行业的快速腾飞，各种电子电器进入高速发展期。这些新技术的迅速发展

12、，很大程度上提高了现代人们的生活水平和生活质量。越来越多的家庭对市场上各种各样的消费电子产品充满兴趣，这些电子产品也备受广大消费者的喜爱和青睐，一些贵重物品也越来越成为人们家居生活的必需品。然而，由于一些不法分子也越来越多，相当一部分不法分子看到了大部分人缺乏防盗意识。这些防盗意识的疏忽和缺失使人们在一定程度上蒙受了巨大的财产损失，有时甚至会带来人生安全威胁，因此越来越多的居民家庭对自己的财产安全问题十分担忧。如果能有一种可以探测到人体活动的传感器，再通过报警控制机制就可以很好的解决现如今人们所遇到财产安全的问题。目前，市场上大部分报警系统都是为一些大型企业或者国家重要的单位和机构而设计，其价

13、格之昂贵，不是所有消费者都能承受的了。致使很多家庭无法承受在这方面开销而对于一些必要的安防系统望而却步，导致这一部分市场相当空缺。如果能够设计一种性能可靠，价格低廉，便于安装和携带的小型红外报警系统，那么，在一定程度上，势必将满足现有的消费者需求，也将大大填补这一块市场的空缺。此外，红外报警系统主要是检测人体辐射出来的红外线而不需要接触，所以 这种报警系统具有很好的隐蔽性，可以很好地适用于防盗，警戒等安保装置中。人体红外报警系统的设计包括硬件电路设计和软件设计两个方面。硬件电路的设计包括红外感应模块电路设计，报警及指示电路的设计，单片机控制电路的设计，接口电路的设计，供电电源电路设计。报警电路

14、的主要工作原理是：单片机接收到有红外传感器模块输出的中断信号，在单片机内部通过程序的识别，查询，判断继而执行相应的中断程序，所执行的中断程序也即报警电路的控制程序，通过此中断程序就可以控制报警电路的开与关，进而达到报警的效果，这一过程，起到信息的采集和处理的是红外传感器模块。不难看出，整个红外报警系统的核心是单片机控制电路。第1章 系统总体设计1.1总体框图设计根据系统设计要求，可以把整个系统划分为多个子模块从硬件上来说可划分为硬件电路部分和软件设计部分，其中硬件电路部分又包含四个子模块：人体红外传感器模块电路，报警及指示灯电路，单片机控制电路，接口电路。软件设计包括：初始化程序，延时程序，报

15、警及指示程序。具体设计框图如下电源模块传感器模块单片机控制电路接口电路报警及指示电路数据转换报警信号供电供电供电报警电路供电报警驱动信号图1-1系统总体设计框图1.2各电路模块实现的功能电源模块电路：电源电路主要负责为整个报警系统供电，包括向单片机供电，蜂鸣器和指示灯供电以及MAX232EWE接口电路供电。红外传感器模块电路：传感器模块电路是通过一个三脚排针与单片机相连，主要负责采集检测区域的红外传感器数据，当有人闯入监测区域时，红外传感器可通过其内部数据处理与转换输出高电平，这个高电平可通过一个三极管控制输出到单片机中断信号的电平高低，进而实现单片机的中断控制。报警及指示电路：该模块主要实现

16、的是报警功能，当系统检测到有人员闯入时报警电路的蜂鸣器和指示灯就会相应的工作起来。单片机控制电路：当单片机检测到中断信号时也即传感器模块输入的信号到达单片机端时单片机就会执行相应的中断程序，控制报警及指示电路的输入和输出。接口电路：单片机的工作需要程序的支撑，根据电路的实际设计进行相应的程序编写，该电路的主要功能是把编写好的程序下载到单片机里从而使单片机能够正常工作。第2章 硬件电路设计2.1总体电路设计系统概述该系统所采用的是人体红外传感器作为数据采集和处理的单元模块，它可以在非接触的情况下感应出周围红外线的变化情况，进而将这种微弱的红外线变化加以放大和转换并供给单片机使用。这种红外报警系统

17、具有成本低廉，制作工艺简单，安装和携带起来比较方便，有一定的抗干扰能力，感应灵敏度也较高，安装也较为隐蔽，相比较而言，更适用于家庭或者小企业的安防设备。2.2 硬件电路的详细设计电源模块电路设计报警系统所需要的是5V直流电源供电，要产生5V直流的电压，可以用一个三脚排针与220V交流电相连，经过变压器变压输送到一个7805三端稳压器的输入端，此三端稳压器输出5V直流电，为了保证输入和输出的直流电压的稳定，在三端稳压器的输入和输出端加上一个滤波电路可以保证输入电压和输出电压的稳定，这样就可以避免输入和输出电源电压受到外界的干扰造成供电电压异常。另外，可以通过电源指示灯是否点亮来判断电源供电是否正

18、常。电源电路原理图如下：图2-1电源模块电路2.2.2传感器电路设计.1热释电红外传感器工作原理传感器电路主要包括两个部分：红外信号采集和红外信号处理部分。其中红外信号采集部分也即红外传感器采集红外信号传感器内部结构如图所示：（1）窗（2）滤光片（3）灵敏元件（4）引脚红外线图2-2传感器内部结构要想检测到人体辐射出来的红外线，必须是能够识别人体红外线波长的传感器，并且自身还能滤除其它干扰性波。本文所用到的传感器识别红外线的灵敏度约在0.2-20um ，而人体辐射出的红外线波长约在9-10um 刚好可以用于人体红外线检测。由于人体是不断移动的，选用双元件型红外传感器作为探测元件相对来说更为合适

19、。这种选择从传感器内部结构就可以更容易的理解，在这种传感器内部相互反接了两个灵敏感应元件，这两个灵敏元件可以通过人体移动或静止而产生不同的极化程度，这种不对称的极化程度再通过一系列变化就变成了电压信号。当人体静止的时候，红外传感器内部的两个灵敏元件的极化程度相同，互相抵消，没有输出（输出为0）；当人体移动的时候，透过红外传感器的窗口（1）的外线就会产生能量上的变化，由滤光片（2）滤除环境干扰的光源，就可以是传感器接收到的光源波长范围的精度能够达到人体辐射的红外线波长的要求，穿过滤光片的光照射到灵敏元件（3）上就会产生极化现象，这种极化程度的不同，使得红外传感器就会产生电压信号继而输出。由于传感

20、器输出的电压信号不能直接用于单片机，所以，在红外传感器采集到红外信号后还要进行相应的红外信号处理动作，这个处理的动作可由集成在红外传感器模块上的传感信号处理芯片BISS0001完成，BISS0001是一款高性能的传感信号处理芯片，因其具有较小的静态电流，用热释电红外传感器配上较小的外围电路就可以实现被动式红外传感器。BISS0001是由运算放大器，电压比较器，状态控制器等组成的模数混合集成电路。其工作过程为：红外传感器输出的传感信号经由运放OP1加以放大，然后，耦合输出给运放OP2，进行第二次放大，与此同时，直流电位Vm升高，输出信号V2将被送到双向鉴幅器COP1和COP2进而检测有效触发信号

21、Vs。COP3是一个用于延时周期的比较器，当Vc>V时，COP3输出高电平。输出信号Vo通过晶体管放大后可作为单片机的驱动。其内部电路如下图所示：图2-3 BISS0001内部结构.2红外传感器参数市场上，在人体红外传感器模块技术这一方面做的是比较成熟的，这种传感器是在红外线基础上发展而来的高科技自动化的产品。热释电红外传感器以其较高的探测灵敏度、稳定可靠地工作状态，低功耗，低电压工作等一系列优势，在众多自动控制和自动感应领域得到广泛应用。它具有如下功能特点：当无人闯入监测区域时，报警系统就会默认输出，即输出低电平；当有非法人员闯入监测区域时，报警系统输出高电平；该款传感器因其在高温环境

22、下可以进行自身的温度补偿，而能较好的适应高温条件下工作；能够将传感器在一定时间范围内锁存（在此时间内传感器不接受外界任何信息的变化）；工作电压范围宽：默认工作电压DC3.6V-30V；功耗较低。在使用或安装该红外传感器模块时，有以下几点需要要注意：1.在传感器模块通电后，约有一分钟的初始化时间，此时红外传感器模块会有0-3次的输出，待机状态可在一分钟后进入。2.避免透镜表面直接受到各种光源的干扰，防止引起错误的动作产生错误的报警信号，传感器使用的环境也会对其造成一定的影响，使用中要注意避开或降低不良的环境影响。3.该红外传感器模块顶端安装了一个圆形透镜，使得传感器模块探测的视角也更为广阔，尽管

23、如此，左右两个侧面的感应范围大于上下两个侧面的范围，灵敏度也比上下两个方向强，所以，安装时尽量满足上述要求。传感器模块具体参数可参考下表：表2-1传感器参数表产品型号D-SUN人体感应模块工作电压范围直流电压4.8-20V静态电流<50uA电平输出高3.3V/低0V触发方式L不可重复触发/H重复触发（默认重复触发）延时时间0.5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间2.5S(默认)可以调节时间范围零点几秒-几十秒电路板外形尺寸32mm*24mm感应角度<100度锥角工作温度(-15)到（+70）感应透镜尺寸直径23mm（默认).3传感器模块电路原理图由于红外传感器所

24、采集的信号不能直接被单片机使用，所以在传感器采集到信号后还需要加以数据处理模块，考虑到电路的复杂度和成本以及市场上在红外数据处理模块方面技术的成熟，所以直接选用这种人体红外传感器模块更加方便，提高工作效率和进度同时也能很好的避免复杂电路的设计，在一定程度上减少了设计成本红外本。该红外传感器主体包括两大部分：热释电红外传感器通过对红外信号变化的采集并将采集的信号输送到BISS0001进行数据处理，在该处理芯片内部对数据进行放大处理，鉴幅处理等一系列处理，从而将处理后的信号输送到单片机中断引脚，进而触发单片机中断。传感器模块内部电路原理图如下：图2-4传感器模块内部电路原理图该红外传感器模块在电路

25、图上是以一个三脚排针的形式出现的，也即，红外传感器模块与单片机的接口有三个引脚，引脚1为红外模块电路的外部电源输入端，引脚2为红外模块电路的报警信号（在单片机端亦称为中断信号）的输出端，可通过一个三极管的集电极(亦即c)直接与单片机的中断引脚P3.2相连，引脚3为模块电路的接地端。传感器模块连接电路原理图如下：图2-5传感器模块连接电路图该红外传感器模块是通过三脚排针与单片机控制系统相连，排针的2脚是传感器的输出端，当监测区域无人闯入时，就不会产生报警信号，即传感器模块输出低电平，当监测区域有非法人员闯入时，此时意味着有报警信号产生，传感器模块就会输出高电平,再通过连接一个三极管构成偏置电路，

26、这个偏置电路可以控制P3.2引脚电平的高低，从而能够实现对报警电路的控制，这种连法的优点是可以调节传感器监测角度，能够达到灵活监测的目的。2.2.3单片机控制电路.1 STC89C52单片机简介STC89C52单片机是一款具有低功耗、高性能的8位微控制器，拥有8K存储空间的可编程存储器。STC89C52单片机是基于MCS-51的内核，但是相比传统的51单片机做了很多改进的地方，增加了传统单片机所不具备的一些功能。单片机最小系统是单片机能够正常工作的最基本要求。复位电路、时钟电路是单片机最小系统中两个不可缺少的重要电路。复位电路的作用就是将单片机恢复到起始工作点，可以让工作错乱的单片机重新开始正

27、常工作。复位信号可通过复位电路来产生，本文采用的是手动复位。当复位按键按下时，单片机复位引脚就会接收到有效，另一种是手动复位，当单片机的时钟电路正常工作以后，可以给单片机的复位引脚(即RESET端)持续2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。时钟电路是单片机工作的动力来源，它提供的正弦基准信号频率决定着单片机处理指令和工作的速度。图 a)和图 b)组成了单片机最小系统。图2-6 a）STC89C52单片机引脚图2-6 b) 时钟和复位电路接口电路.1 MAX232EWE芯片介绍MAX232EWE芯片主要用于计算机与单片机之间的串口电平的转换的，因为电脑端口输出的是-10v - +10v 的R

28、S232电平，是负逻辑电平。而单片机引脚所能识别的是0 - +5v TTL电平，是正逻辑。该芯片同时还有能提供两对TIA/EIA-232-F电平的电压发生器的驱动器和收发器。该芯片具有的功能特点：所需工作电压为5v，驱动器和接收器各两个，Lin Bi CMOSTM 工艺技术，电平输入范围为±30V，低电源电流：典型值是8mA，符合甚至优于ANSI标准EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28，ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V，其中点和泵的芯片是232，它主要是对TTL电平和RS-232电平进行转换。MAX232提供TTL电平端的引脚有9、1

29、0、11、12，这些引脚主要是与单片机相连的。单片机可以通过该芯片与计算机之间进行通信和数据交换。报警系统的接口电路如下图：图2-7单片机接口电路报警及指示电路单片机通过控制P0.0引脚输出电平的高低从而控制蜂鸣器的工作于停止,同时还可以控制LED等的亮与灭。蜂鸣器是通过一个三极管作为开关控制的而三极管的开关是由P0.0这一引脚输出电平高低所决定的，当P0.0引脚输出电平为高电平时，通过一个偏置电路可以使三极管导通，从而能够使蜂鸣器和LED灯同时工作，当P0.0引脚输出为低电平时，三极管的be间的电压小于开启电压，此时三极管处于关闭状态，蜂鸣器和LED灯不工作。同时本系统也附加了八个LED灯也

30、可作为报警电路的备用灯，当报警指示灯亮的同时，八个LED灯按逆时针一次闪烁。报警电路图如下：图2-8报警及指示灯电路第3章 程序设计与编写3.1.程序的编写及调试 Keil编译器软件简介Keil C51是51单片机C语言开发软件的一种。与汇编语言相比，C语言在开发大型程序上功能更显强大，对开发者来说C语言所具有的可读性、可维护性、可移植性都是汇编语言所没有的，因而容易学习和使用。Keil C51软件的库函数相当丰富，其所提供的开发调试工具的功能也很强大，所有的操作都可以在Windows界面下操作。使用C语言编写的程序经Keil编译后，生成的代码效率非常高，思路严谨，结构紧凑。uVision/I

31、shell集成开发环境C51编译器A51编译器C库文件LIB51库管理RTX51实时操作系统BL51连接OH51转换器图3-1工具包整体结构如图3-1所示，其中uVision与Ishell分别是C51在Windows界面下和在 DOS界面下的集成开发环境(IDE)，它们主要在软件开发中提供一些编辑、编译、连接、调试、仿真等功能。开发人员在用C语言或汇编语言编写好源文件后。可分别由C51或A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。最终经由OH51转换成标准的Hex文件，然后再使用仿真器进行代码级调试或者直接对目标板进行调试。 Keil软件的使用在目前51单片机开发中，最常用的开发软件就是Keil

32、。本文只对Keil软件作一些最基本的讲述，更细致、详细地了解Keil可以参考相关资料和书籍。对于新建的一个工程而言，一个工程可以包含一个或多个*.c或者*.h文件，但是一个工程下只能有一个main()主函数。通常是将main()主函数添加到工程项目中，其他文件将会以头文件的形式加到这个工程项目中。如此以来，这些头文件在编译的时候会被自动导入到工程中来，这样就会使整个程序看起来清晰简洁，不易出错。打开Keil软件后，执行Project->New Project就可以新建一个工程。执行上述操作后，系统会弹出一个选择开发板处理器型号选择的窗口，如图，点击Atmel选择Atmel89C52，单击

33、确定即可。如下图所示：图3-2电路板 CPU选型当所有设置完成后，系统会提示是否将89C52的上电初始化程序添加到新建的工程里，在对话框里点击否即可，这样就建立一个空的C51编程的工程。图3-3上电初始化程序添加接下来就是要向这个工程里写入自己的程序代码，然后再编译。执行如下操作，便建立了一个空的文本框。如图所示将编写好的程序代码文本以*.c或者*.asm保存即可，其中*.asm是用汇编编写的文本。下面就是要把编写好的代码添加到工程里面去，执行如下图的操作，就可以将刚刚编写好并保存的文本添加到工程里。这样，程序就添加进了这个工程。图3-4添加文件到工程中添加程序文本之后，要做的就是编译程序，执

34、行如下操作并生成HEX文件。图3-5生成HEX文件界面3.2 程序的编写程序的设计之初，开发者应该清楚整个系统工作的原理，以及如何来通过软件控制硬件，程序的执行方式和顺序。因此，任何一个程序开发者必须熟悉并清楚地了解程序流程图，其在程序开发与设计中起着重要的作用。程序流程图当整个系统供电正常以后，在单片机内部系统就会开始检测有无有效的中断信号输入，中断信号也即有人闯入时红外传感器检测到的红外报警信号，这个红外报警信号经过一系列的处理和转换，最后被输出到单片机的中断引脚，一旦单片机接收到有效的中断信号后，单片机就会去执行报警程序，从而使报警电路工作。根据以上信息和对整个报警系统工作原理的了解，可

35、以设计如下程序流程图：检测有无中断信号？执行中断程序（启动报警）开始中断初始化结束延时程序无有图3-6程序设计流程图初始化程序由于报警系统需要用到单片机的中断，所以在使用中断前应该对定时器中断进行初始化。中断程序能够将各个功能模块的状态设定为初始化状态或者对一些定时器、寄存器作相应的设定。中断初始化程序如下：void dingshi init()EA=1; /开启总中断TMOD=0X01; /定时器0的工作方式ET0=1; /开启定时器0工作方式TR0=1; /允许定时器0定时延时程序延时程序主要是用于点亮LED报警指示灯和一些按键电路的延时消抖。延时程序如下：void delay() uin

36、t i=200;for(i=0;i>=0;i-) ;3.2.4报警程序及头文件定义一旦单片机接收到有效的中断信号后，单片机就会执行对应的报警程序。从而实现报警电路的报警功能。报警程序如下：#include<reg52.h> /调用单片机头文件#define uchar unsigned char / 定义无符号型的字符型数据#define uint unsigned int / 定义无符号型的整型数据#define A LED2 / 定义LED灯#define B LED3#define C LED4#define D LED5#define E LED6#define F

37、LED7#define G LED8#define H LED9sbit LS=P00 / 蜂鸣器控制端的位声明sbit ZD=P32 / 中断信号的位声明sbit A=P10 / P1端口的位声明sbit B=P11 sbit C=P12 sbit D=P13 sbit E=P14 sbit F=P15 sbit G=P16sbit H=P17void BaoJing() uint i; /定义一个无符号整型变量 uchar a10='A','B','C','D','E','F,','G','H' / 定义一个字符型数组 if(ZD!=0) LS=0; / 蜂鸣器初始状态为关闭状态 for(i=0;i<8;i+) a